專利名稱：纖維素凝膠制劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可分散纖維素粉末組合物，該組合物包含源自藻類、 真菌或被嚢類的非種子纖維素粉末，該組合物可用于各種產(chǎn)品，例 如食品、藥品、化妝品、涂料、用于人造組織工程的生物相容性材 料和可植入生物材料等。本發(fā)明還涉及制備非種子纖維素粉末組合 物的方法。
背景技術(shù)：
微晶纖維素(MCC)是通常用于各種工業(yè)應(yīng)用(包括食品、藥品 和化妝品)的添加劑。它被定義為通過使用無機酸處理a-纖維素制備 的純化的、部分解聚的纖維素，該a-纖維素由纖維性植物材料的木 漿獲得。術(shù)語a-纖維素指的是工業(yè)纖維素木漿中不溶于堿化強度 (mercerisizing strength) ( 17.5或18%)的冷的氫氧化鈉的部分。P國 纖維素溶于這一溶液但是在酸化時沉淀，而y-纖維素在酸化時仍然 ^床留在溶液中。
MCC顆粒主要是集合體，由數(shù)百萬的微晶組成。MCC的微晶擁 有非常有用的形成穩(wěn)定的均相分散體的性質(zhì)，該均相分散體能夠顯
著增強其他分散體系如懸浮液、洗液、乳膏、油膏、糊狀物和乳類 食物(例如冰淇淋、酸奶等)的稠度(body)、質(zhì)感(texture)和穩(wěn)定性。 與用作增稠劑的水溶性聚合物不同，MCC的微晶是水不溶性的，這 使得它的分散體具有令人滿意的熱和凍-融穩(wěn)定性。其分散體的其他 令人滿意的性質(zhì)有長保存期穩(wěn)定性、pH值在4-11范圍內(nèi)的穩(wěn)定性、 觸變性、無嗅以及無p未。
即便是具有這些令人滿意的性質(zhì)，當需要相對大量的纖維素以 達到最終產(chǎn)品所需要的結(jié)構(gòu)和功能時，常規(guī)可分散纖維素品種還是 不太令人滿意的。這些不利的影響主要與千燥感、白質(zhì)地感和其他
不希望的感官印象有關(guān)。此外，商業(yè)可獲得的分散性纖維素品種在 過量的離子物質(zhì)存在下顯示出有限的電解容量且容易凝結(jié)，這就是 顯著的缺點，因為大多數(shù)食物、藥物或者化妝品產(chǎn)品都具有復(fù)雜的 配方且含有很大比例的帶電物質(zhì)，包括活性組分和各種添加劑(即 防腐劑等)。因此，仍然存在改進可分散纖維素品種的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方案涉及包含非種子纖維素粉末的可分散纖維素 粉末組合物，其中非種子纖維素粉末源自藻類、真菌或者被嚢類。
本發(fā)明的實施方案還涉及包含可分散纖維素粉末組合物的凝 膠、懸浮液、食品、藥品、化妝品、涂料、用于人造組織工程的生 物相容性材纟牛和可纟直入生物材泮牛。
本發(fā)明的實施方案進一步涉及制備非種子纖維素粉末組合物的
方法，包括純化非種子纖維素料，并和穩(wěn)定劑一起共噴霧干燥研 磨的非種子纖維素料，以形成非種子纖維素粉末組合物。
本發(fā)明的實施方案進一步涉及制備非種子纖維素粉末組合物的 方法，包括純化非種子纖維素料；研磨該純化的非種子纖維素料； 噴霧干燥該研磨的非種子纖維素；和將該非種子纖維素組合物分散 在穩(wěn)定劑溶液中以形成非種子纖維素粉末組合物。
附圖簡要說明


圖1是剛毛藻纖維素顆粒的掃描電鏡照片。顯示的表面積值是 通過N2BET氣體吸附分析獲得的。
圖2A-B是曲線圖，描述了 A)纖維素樣品在頻率1 Hz下獲得 的彈性模量G，與它們的濃度的函數(shù)，B)纖維素樣品在頻率lHz下 獲得的粘性模量G"與它們的濃度的函數(shù)。
圖3A-E是描述在不同濃度下纖維素粉末樣品彈性模量G，(閉合 的符號)和粘性模量G"(開放的符號)與頻率的相關(guān)性的曲線圖 A) AvicelRC-591樣品，B )在水中的剛毛藻纖維素樣品(沒有添加
CMC), C)在0.025% (w/v) CMC溶液中的剛毛藻纖維素，D)在 0.050%( w/v)CMC溶液中的剛毛藻纖維素，以及E )在0.100%( w/v) CMC溶液中的剛毛藻纖維素。
圖4是描述纖維素樣品在頻率1Hz下獲得的相位角5與它們的 濃度的函數(shù)關(guān)系的曲線圖。
圖5A-E是描述Cox-Merz復(fù)合動態(tài)粘度與所應(yīng)用的頻率之間函 數(shù)關(guān)系的曲線圖A )在水中的剛毛藻纖維素樣品(沒有添加CMC )， B)在0.025%( w/v)CMC溶液中的剛毛藻纖維素，C)在0.05%(w/v) CMC溶液中的剛毛藻纖維素，D)在0.10y。 (w/v)CMC溶液中的 剛毛藻纖維素，以及E)在水中的RC-591樣品。誤差棒表示三次測 量的標準差。
圖6是描述維微純(Vivapur) MCG粉末、維微純濕濾餅/CMC和 剛毛藻/CMC樣品的彈性模量G，(閉合的符號)和粘性模量G"(開 放的符號)與頻率的相關(guān)性的曲線圖。
圖7是描述活化剛毛藻纖維素分散體(5.7 ±0.3 mg/10ml)的相 對透明度與超聲時間的函數(shù)關(guān)系的曲線圖。1=懸浮液的透光率(％ )， 10=水的透光率(％ )。
具體實施例方式
傳統(tǒng)上，可分散纖維素材料來源于高級植物資源，這里指的是 種子有機體(例如木材、植物等)。然而，其它可供選擇的用于a _纖維素的生產(chǎn)的資源也是已知的，這里指的是非種子有機體(例 如藻類、細菌、真菌)。在現(xiàn)有技術(shù)中，由醋酸菌在特定的攪拌條 件下經(jīng)過需氧發(fā)酵產(chǎn)生的源自細菌的纖維素粉末公開在美國專利 5,079,162、 5,144,021和5,366,750中，其作為食品的合適的分散纖維 素材料。然而，它們沒有提出源自藻類或其它非種子有機體的合適 的分散纖維素材料。被嚢類纖維素的流變學性質(zhì)在M. Bercea, P. Navard. 2000. "Shear dynamics of aqueous suspensions of cellulose whiskers", Macromolecules, 33， 6011-6016中有描述。然而它沒有指出 可能的應(yīng)用。
本發(fā)明人已經(jīng)確定可以由非種子纖維素粉末制備改進的纖維素 粉末組合物。相應(yīng)地，本發(fā)明的實施方案涉及包含非種子纖維素粉 末的纖維素粉末組合物，其中非種子纖維素粉末來源于藻類、真菌 和/或被嚢類。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員會知道，在可以提取非種子纖維 素粉末的各種各樣的藻類、真菌和/或被嚢類中，在這里可以采用其 中的任何一種。例如，起源自藻類的纖維素可以是由細絲狀的和/或
球狀形的海洋藻類獲得的纖維素，如綠藻(綠藻門(C77/oro;7/^/a)), 特別是剛毛藻(C7^/o/^ora/e》目，例如剛毛藻屬、硬毛藻屬、根枝藻 屬或小網(wǎng)藻屬(Mz'cra(i;vc//0w), 和管沖支藻(5Vp/zo"oc/fl^a/w)目，例如法 嚢藻屬，網(wǎng)球藻屬、管枝藻屬或香蕉菜屬。還有，綠藻(綠藻門
(C/2/orap/^a))，例如石莼(WV"/M)目，如石莼屬、滸苔屬，輪藻
(C/zans/e"目，^口專侖-菜屬、麗'簾屬，只又星'簾(2^gwema^f/e力目，^口7jc纟帛 屬，以及綠球藻(C/2/orococc"/e力目，如卵嚢藻屬；藍綠藻(藍藻門 (C少(3"o;7/2j^a))， 例如項圏藻屬 (v4""6ae"a)牙口 念 J朱藻 punctiformae(^/Vo加c戶w"z/o削ae);金藻(金藻門(C77，o/ /z,)),例如 無隔藻(K(0fwc/2m'a/—目，如無隔藻屬，和黃絲藻(7V/Z)o"謹(^a/—目, 如黃絲藻屬；橫裂甲藻(曱藻門(/^廳^—&)),例如隱甲藻 (C/^p^co(i/w/ww co/zm7)、多邊膝溝藻(C7o"戸w/"x/ o/yedra)、滿鞭毛藻 (Scr/p/ i7'e〃a /^x"/ raedwgw/")、 雄嚢藻屬(i^'woZ^jow)和多甲藻屬 (尸er/Wm'ww); #蜀'藻(#曷'藻門(尸/z"eop/z"a)), 例長口大型#曷'藻(丄e^om'a "egr/scew"、巨'藻(Macrocj^"i /^ny^ra)、;包口十'藻(y^co; /y^/wwm fifosww) 和齒緣墨角藻CFwcw ""a/w);以及紅藻(紅藻門(i /zo6/o; /z;^)),例 如不*見則紅枝藻CEo^/zroc/a<i/a sw6&化gra)。來自真菌的纖維素可以 由選自下述的真菌獲得兩性綿霉04c/z/，6/"ximfe)、菜豆炭疽病菌 (Co〃e/o/Wc/mw //"(iewi^/n'cmww)、網(wǎng)才丙菌(D/"少oWe/z'i/w), 4口盤基網(wǎng)斗丙 菌(d^co/(iewm)、 雪霉鐮孑包菌(Af/cTO<ioc/2/ww m'v"/e)、斗俞牙古萎病菌 ((9p/z/oWoma w/脂〕、疫霉屬(尸/^o/7/^ora),如寄生疫霉煙草致病型 (pams7力'ca iw. m'cWaw"e)和惡疫霉(ca"orw附)、腐霉菌(P/z,'wm)， 如
瓜果腐霉菌0/ /^mWwwW"w)、巴氏腐霉菌(Z)W/w,')和終極腐霉菌 (w/^wa^w)、 以及7JC霉屬(5V^n /egm'a), 3口寄生7K霉(/ a/^s77/ca)牙口同
絲7jC霉(腳扁—。
由種子和非種子有機體獲得的a -纖維素雖然化學上是相同
的，但是它們的超分子結(jié)構(gòu)卻可以顯著不同。源自種子有機體的纖 維素微晶的寬度典型地為約4 - 5 nm,而源自非種子有機體的微晶寬 度為約20nm。這些不同可以追朔到纖維素合成酶復(fù)合體，該復(fù)合體 能夠決定纖維素微晶的尺寸和形狀。在所有的種子有機體中，纖維 素合成酶表現(xiàn)為六個六邊形排列的亞單元的單獨的玫瑰花狀簇，產(chǎn) 生薄的微晶。相反，某些非種子有機體的合成酶排列成大的長方形 復(fù)合體而不是玫瑰花狀簇排列，并且能夠生產(chǎn)非常厚的微晶。通常 認為在藻類和細菌纖維素中，Ia是天然纖維素的主要同質(zhì)異晶體， 而在更高級的植物中纖維素1(3占主導(dǎo)地位。在許多藻類中，纖維素 I存在于天然壁中，其X射線圖驚人地尖銳， 一般顯示出非常高程度 的結(jié)構(gòu)化組織程度，例如剛毛藻屬、法嚢藻屬、小網(wǎng)藻屬等等。
相信由非種子有機體源獲得的纖維素的大表面積是一個重要的 參數(shù)。不可能通過簡單地將具有高表面積的充分研磨的種子有機體 纖維素懸浮液噴霧干燥就制造出具有類似于非種子纖維素特性的種 子源纖維素。種子纖維素會在干燥時聚集，并產(chǎn)生基本上無孔的顆 粒。即便是通過物理化學方法在干燥過程中保持纖維素的多孔性， 其結(jié)構(gòu)也是不穩(wěn)定的，在潮濕的環(huán)境中很容易崩解。當這類纖維素 暴露在濕潤的環(huán)境中時觀察到了急劇的減少(參見K. Matsumoto, Y. Nakai， E. Yonemochi， T. Oguchi, K. Yamamoto. 1998. "Effect of pore size on the gaseous adsorption of ethenzamide on porous crystalline cellulose and the physicochemical stability of ethenzamide after storage." ChemPharm Bull, 46 (2)， 314-318)。作為一個例子，.剛毛 藻纖維素的比表面積與工業(yè)吸附劑的表面積接近。后者具有的表面 積達到了約100- 1000 m2/g級。相應(yīng)地，在一個實施方案中，非種 子纖維素粉末的表面積大于或者等于5m2/g。在另一個實施方案中，
非種子纖維素粉末的表面積大于或者等于8m2/g。
傳統(tǒng)上，可分散纖維素粉末是由種子有機體來源的細胞壁通過 酸水解獲得的。殘留物作為濾餅收集并且充分洗滌以除去可溶雜質(zhì)。 然后將所得到的產(chǎn)物在水介質(zhì)存在下通過高剪切力的摩擦磨碎。在 裂解的過程中，微晶分離的同時形成新的表面，且除非單個的微晶 保持在分離的狀態(tài)中，否則它們就會重新鍵合。應(yīng)該強調(diào)的是粒度 分布是至關(guān)重要的。磨擦應(yīng)該充分，以制備通過電子顯微鏡測定其 中至少1重量％的固體、優(yōu)選至少30%的顆粒長度不超過1 Mm的 物料。
為了實際的用途，形成粉末化產(chǎn)品是很重要的。然而，在干燥 過程中微晶會再凝聚，產(chǎn)生出基本上無孔、低表面積的產(chǎn)品。相應(yīng) 地，為了阻止磨碎的微晶再凝聚，可以往非種子纖維素粉末組合物 中加入各種穩(wěn)定劑，并且本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員會知道往非種子纖維 素粉末組合物中加入的穩(wěn)定劑的量。在一個實施方案中，水狀膠體 例如羧曱基纖維素(CMC)、關(guān)島膠、刺槐豆膠、阿拉伯膠、藻酸 鈉、藻酸丙二醇酯、角叉菜膠、刺梧桐樹膠、黃原膠或者它們的組 合可以作為穩(wěn)定劑加入到非種子纖維素粉末組合物中。在特定的實 施方案中，穩(wěn)定劑也可以稱作離液劑?？煞稚⒗w維素的穩(wěn)定作用通 過空間穩(wěn)定化而產(chǎn)生。例如，位于MCC微晶上的帶負電荷穩(wěn)定劑分 子被認為由于其粒子-粒子之間弱相互排斥作用而幫助分散。因此， 在制劑中穩(wěn)定劑的任務(wù)是幫助分散的同時還作為保護膠體。相應(yīng)地， 本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員會知道用于非種子纖維素粉末組合物中的穩(wěn)定 劑的選擇取決于很多因素，包括但不限于溶解性、干燥特性、應(yīng)用 特性以及成本。
功能性的成分也可以加入到非種子纖維素粉末組合物中以賦予 其(例如)所希望的味道、外觀、質(zhì)地和/或其它性質(zhì)。本領(lǐng)域熟練 技術(shù)人員會知道可以加入到非種子纖維素粉末組合物中的各種功能 性成分，其中任何一種在這里都可以使用。實例包括但不限于調(diào)味 料、矯味劑、著色劑、保濕劑、藥物成分、藥物賦形劑、用于人造
組織工程的一種或多種生物相容性材料，或是功能性成分的組合。 此外，為了給組合物提供所需要的性質(zhì)，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員會知 道加入到非種子纖維素粉末組合物中的功能性成分的量。
本發(fā)明的實施方案還涉及制備非種子纖維素粉末組合物的方 法。在一個實施方案中，該方法包括純化非種子纖維素料并將研磨 的非種子纖維素料與穩(wěn)定劑一起共噴霧干燥，以形成非種子纖維素 粉末組合物。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員會知道純化非種子纖維素料的各 種方法，其中的任何一種方法都可以在這里采用。在一個實施方案 中，純化非種子纖維素料的步驟包括用次氯酸鈉漂白非種子纖維素
料并用堿提取a-纖維素。這樣的純化步驟可以單步完成，也可以根 據(jù)需要重復(fù)。
本發(fā)明的實施方案還涉及制備非種子纖維素組合物的方法。該 方法包括純化非種子纖維素料；研磨純化的非種子纖維素料；噴 霧干燥該研磨的非種子纖維素；以及將非種子纖維素組合物分散在 穩(wěn)定劑溶液中，從而制備非種子纖維素組合物。
在制備非種子纖維素粉末組合物的方法中可以采用附加的步驟 生產(chǎn)不同品種的非種子纖維素。在一個實施方案中，制備非種子纖 維素粉末組合物的方法可以進一 步包括在共噴霧干燥之前先將非種 子纖維素團機械粉碎(濕法或干法)的步驟，其中共噴霧干燥產(chǎn)生 了粉末級的纖維素。在另一個實施方案中，制備非種子纖維素粉末 組合物的方法可以進一步包括在共噴霧干燥之前先將非種子纖維素 團酸水解的步驟，其中共噴霧干燥產(chǎn)生了微晶級的纖維素。在再另 一個實施方案中，制備非種子纖維素粉末組合物的方法可以進一步 包括在水介質(zhì)中使用高剪切均質(zhì)機活化非種子纖維素組合物的步 驟。
在圖1中，可以看見由大量互相纏繞的寬度約20-30 nm的纖維 素"細線"組成的典型的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。使用可以使得在較少液體體積 中快速分散(數(shù)分鐘之內(nèi))的高強度超聲波處理器將這些"細線" 分散在水介質(zhì)(含有0、 0.025、 0.05和0.10% (w/v) CMC )中。不過，
任何其它常規(guī)的分散技術(shù)都可以使用(如在下面詳細討論的)。制備了
剛毛藻纖維素并將其膠凝性質(zhì)與商購的MCC/CMC產(chǎn)品，Avicel RC-591 (FMC公司.，美國)或維微純MCG(JRSPharma,德國)對比。
本發(fā)明的實施方案還涉及包含非種子纖維素粉末組合物的凝膠 和懸浮液。這里，凝膠定義為軟的固體或類固體材料，其由至少兩 種組分組成，其中一種是過量存在的液體(參見K. Almdal， J.Dyre, S. Hvidt和0. Kramer. 1993. "Towards a phenomenological definition of the term 'gel'". Polymer Gels and Networks, 1， 5-17 )。
膠凝性質(zhì)用兩個動態(tài)機械性質(zhì)描述 一個是彈性模量G'，其反 映的是體系的可逆的存儲能量， 一個是粘性模量，其反映的是不可 逆的能量損失。當相對于頻率繪圖時，對于真正的凝膠結(jié)構(gòu)G，模量 顯示出明顯的平臺。另外，在平臺區(qū)G，，與G，比相當?shù)匦?。G，，與G， 之間的比值是凝膠的粘彈性質(zhì)的另 一個度量標準，且定義如下
「，
tan^ =—— (i)
其中5是相位角(對于彈性結(jié)構(gòu)5—0。，而對于塑性結(jié)構(gòu)5 — 90。)。根據(jù)將穩(wěn)流粘度和動態(tài)粘度相互關(guān)聯(lián)的Cox-Merz經(jīng)驗法則 (Cox， W.P.和Merz, E.H. 1958. Correlation of dynamic and steady flow viscosities. Journal of Polymer Science, 28， 619-622.), 對于凝股 結(jié)構(gòu)，復(fù)合動態(tài)粘度值是所施加的頻率的單調(diào)遞減的函數(shù)。復(fù)合動 態(tài)粘度如下計算
77* =
("f+ G，
(2)
其中ti *是復(fù)合動態(tài)粘度，n'是動態(tài)粘度，G'是動態(tài)剛度，co
是循環(huán)頻率。
由頻率1Hz下的彈性模量G，描述的制劑的凝膠強度在圖2中作 為纖維素濃度的函數(shù)顯示。彈性模量G，隨著固含量的增加而增加。 Avicel RC-591為了達到與剛毛藻樣品相當?shù)哪z強度，其濃度大約 需要10倍大。對于低于0.5% ( w/v)的剛毛藻固含量，低于0.10%
(w/v)的CMC溶液在lHz下的彈性才莫量G，介于10-l()4pa之間。當 剛毛藻固含量介于0.5-2% (w/v)之間時，低于0.10%( w/v)的CMC 溶液在x Hz下的彈性模量G，介于102-105Pa之間。
在圖3中匯總了振蕩掃描(oscillation sweep)測量數(shù)據(jù)。從圖3a 中可以斷定Avicel RC-591在低于1.5% w/v的固體濃度時沒有形成 凝膠。這一結(jié)論基于G，分量的頻率依賴模式。這一結(jié)論同樣還得到 圖4中濃度為0.5%和1.0% w/v的Avicel RC-591的高相位角的支持。 另一方面，對于濃度為1.5%w/v的AvicdRC-591，在圖3a中觀察 到了不受頻率影響的G，模量，也在圖4中觀察到了低的相位角值5 10。；然而，通常低的G，和G"值暗示弱的凝膠結(jié)構(gòu)。同樣地，使 用0.100% w/v CMC溶液制備的0.2% w/v固含量的剛毛藻樣品顯示 的是典型的粘性體系的流變性質(zhì)，而不是彈性凝膠的流變性質(zhì)。這 從圖3e中G，模量的頻率依賴特性和圖4中相對高的相位角5值來證 明。對于其余的剛毛藻樣品在所有的測量濃度下都觀察到了與頻率 無關(guān)的G，分量，如圖3b-e中所示。也記錄了約10。以及更小的相位 角5值(圖4)，這些都被認為是彈性凝膠結(jié)構(gòu)的特性。剛毛藻樣品的 相對高的G，和G，，模量顯示了以在長距離上的強相互作用為特征的 牢固的凝膠結(jié)構(gòu)。
流變分析顯示隨著CMC濃度的增加，特別是對于0.100% w/v CMC溶液，凝膠的結(jié)構(gòu)變?nèi)?，如圖3b-e所示。應(yīng)該指出的是CMC 濃度對剛毛藻纖維素粉末的膠凝性質(zhì)的影響在較低的固含量時是更 加顯著的，例如0.2和0.5%w/v,而在4交高的固體濃度時其差別幾 乎是可以忽略的，如圖2所示。雖然CMC對剛毛藻纖維素的凝膠強 度有負面影響，但是發(fā)現(xiàn)其少量的加入對輔助分散是有用的，因為 如視覺觀察到的，獲得了更加均一的產(chǎn)品。
圖5a-5e描述的是所研究材料的Cox-Merz圖。對于含0.5和 1.0%固體的AvicelRC樣品(圖4e),以及含有0.1% CMC的0.2%剛 毛藻纖維素樣品(圖4d),復(fù)合動態(tài)粘度n *與頻率之間的雙對數(shù)關(guān)系 是非線性的。如前面所提到的，這些樣品不顯示真正凝膠結(jié)構(gòu)的典
型流變行為。
從圖6中看到剛毛藻纖維素/CMC凝膠的性質(zhì)與維微純591 MCG粉末(活化的纖維素)和維微純MCG濕濾餅/CMC (非活化 的纖維素)相當。維微純濕濾餅和維微純591的干固體含量相當于 2%w/w。從圖中看到維微純濕濾餅在用超聲處理分散時，沒有形成 任何凝膠結(jié)構(gòu)，與維微純591和剛毛藻/CMC樣品相反。此外，要 達到與維微純591類似的凝膠強度，所需要的剛毛藻/CMC樣品的濃 度大概低10倍。
如所期望的那樣，延長超聲處理導(dǎo)致充分活化的纖維素微晶均 相分散體的形成在圖7中，剛毛藻懸浮液的相對透明度隨著超聲 時間而增加。所得分散體的透明性是有利的性質(zhì)，因為在選擇最終 產(chǎn)品的著色劑方面具有更高的靈活性。
剛毛藻/CMC纖維素分散體(例如0.5%固體含量每體積)即使 是在氯化鈉含量超過10%并高達50% (鹽重量每體積分散體)也不 凝結(jié)。商業(yè)上的類似物如德國JRS Pharma的維-微純MCG在氯化鈉 含量為4%(鹽重量每體積分散體)時就凝結(jié)，并具有典型的相分離。 即使鹽不完全溶解，鹽粒保持懸浮在粘性聚集體中，也不改變其外 觀。
剛毛藻纖維素在纖維素濃度低至0.2% w/v (對于總的CMC濃 度)時形成凝膠結(jié)構(gòu)，而商業(yè)可獲得的類似物的下限是約1.5% w/v固 體含量。盡管常規(guī)可分散纖維素品種已經(jīng)通常用于減少在各種制劑 如乳酪、低脂肪食品中的油質(zhì)組分，他們的性質(zhì)已經(jīng)被證實通常是 不盡如人意的。在需要基本上不含脂肪的產(chǎn)品時，經(jīng)常發(fā)生這種情 況隨著脂肪含量的降低，就必須要加入更多纖維素基成分，這就 帶來了不利的感官性質(zhì)。根據(jù)不同的產(chǎn)品，這些不利影響可能包括 干燥感、白質(zhì)地感、發(fā)澀或其他令人不愉快的味道。從上面可以推 斷，在現(xiàn)有技術(shù)中為了獲得達到類似脂肪限度的功能，需要相當大 量的纖維素基成分。在本發(fā)明中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過使用非種子來源(如 藻類)的纖維素就可能顯著降低形成穩(wěn)定的凝膠結(jié)構(gòu)所需要的纖維
素濃度，并且從而降低了與使用大量纖維素有關(guān)的負面影響。
相應(yīng)地，在一個實施方案中，包含非種子纖維素粉末組合物的
凝膠可以包含的非種子纖維素與穩(wěn)定劑的重量比為約2: l —約40: 1。當CMC和MCC的比值為約1: 9時發(fā)現(xiàn)了最佳凝膠性能，而沒 有CMC的情況下，MCC不形成穩(wěn)定的凝力交結(jié)構(gòu)。在另一個實施方 案中，包含非種子纖維素粉末組合物的凝膠可以包含的非種子纖維 素與穩(wěn)定劑的重量比為非種子纖維素的約0.2%_約30% w/v。在再 另 一個實施方案中，包含非種子纖維素粉末組合物的凝膠可以包含 約0.5%—約2% w/v的非種子纖維素。在進一步的實施方案中，包 含非種子纖維素粉末組合物的凝膠可以包含少于約0.1 % w / v的穩(wěn)定 劑。
本發(fā)明的纖維素具有非種子有機體來源。其特征在于大的表面 積，典型地為大于5m"g(通過BETN2氣吸附分析獲得)，和大于0.01 cmVg的孔體積。它是穩(wěn)定的、高度結(jié)晶的粉末，即使是在高潮濕的 環(huán)境(RH 100%)或者是在干燥過程例如噴霧干燥中也能保持其微 粒的高度多孔結(jié)構(gòu)。當單獨或者與穩(wěn)定劑例如水狀膠體(如CMC) 組合分散在水中時，本發(fā)明的材料產(chǎn)生了穩(wěn)定的凝膠結(jié)構(gòu)。顯示類 凝膠性質(zhì)的下限為約0.2% w/v。
潛在應(yīng)用領(lǐng)域包括冷凍奶制食品(如冰洪'淋、冰凍奶、酸奶、 蛋黃醬等)、局部應(yīng)用的組合物、各種藥物分散體系(如乳膏、藥 膏、懸浮液、乳液)以及化妝用途的局部制劑。此外，藻類和細菌 纖維素顯示出許多獨特的性質(zhì)，包括高機械強度、高結(jié)晶性和高孔 隙率的超精細納米纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可用于設(shè)計生物相容性的人造組 織結(jié)構(gòu)，如人造血管、皮膚和骨骼結(jié)構(gòu)。從木醋桿菌(Jc^oZ ""w ^//m/m)得到的細菌纖維素在以前已經(jīng)作為這類生物組織工程的潛 在基材^皮公開了 (參見G. Helenius, H. Backdahl， A. Bodin, U. Nannmark， P. Gatenholm， B. Risberg. 2006. "In vivo biocompatibility of bacterial cellulose", Journal of Biomedical Materials Research Part A， 76A (2): 431-438;A. Bodin, L. Gustafsson， P. Gatenholm 2006.
"Surface-engineered bacterial cellulose as template for crystallization of calcium phosphate." Journal of Biomaterials Science Polymer Edition, 17(4):435-477; H. Backdahl， G. Helenius， A. Bodin， U. Nannmark， B.R. Johansson, B. Risberg, P. Gatenholm. 2006. "Mechanical properties of bacterial cellulose and interactions with smooth muscle cells", Biomaterials, 27: 2141-2149)。相應(yīng)地，非種子來源的纖維素還可以 在各種類型的涂料和染料的制備中用作懸浮助劑。此外，非種子纖 維素組合物可以用在人造組織工程的生物相容性材料或可才直入性生 物材料中。
實施例
實施例1.含有氫化可的松乙酸酯的乳膏制劑
水相
剛毛藻/CMC分散體: 對羥基苯曱酸曱酯 氫化可的松乙酸酯 丙二醇
聚山梨醇酯80 油相
十六烷醇
對羥基苯曱酸丙酯 甘油基單硬脂酸酯
%， w/w 到100% 0.25 1
10
2.5
0.15
10.0
*剛毛藻/CMC， Blanose 7MF (纖維素/CMC比85/15% w/w) 分散體，含有例如0.5 — l%w/w的剛毛藻。
將油相組分單獨混合并加熱到70°C。使用高剪切均質(zhì)機將水相 組分分散到水中，直到剛毛藻纖維素被充分活化。然后將熱的油相 倒入水相中并充分混合。將熱的乳膏倒入藥膏管并讓其固化。
實施例2.熱穩(wěn)定的無脂風味甜餅填料
成分 ％， w/w
剛毛藻/CMC分散體《 到100%
甘油 20 斗分狀的糖 40
天然香料 可變量 著色劑 可變量
*剛毛藻/CMC， Blanose 7MF (纖維素/CMC比85/15% w/w ) 分散體，含有例如0.5 — l%w/w的剛毛藻。
將剛毛藻/CMC、糖、著色劑和香料在水中分散，直到纖維素被 充分活化。將甘油加熱到60。C并在攪拌下加入到分散體中。徹底混 合得到均相的果凍狀物料。
實施例3.用于人造血管工程的生物相容性纖維素基基材 通過在MilliporeTM水中反復(fù)煮沸，并隨后在高壓滅菌器中滅菌 30分鐘將剛毛藻消毒。在Millipore 水中無菌條件下活化得到的剛 毛藻纖維素納米原纖維，以制備厚的凝膠結(jié)構(gòu)，并將該凝膠結(jié)構(gòu)在 圓柱形模具中干燥制備纖維素管。多次重復(fù)該過程以便制備具有所 希望厚度的管。
實施例4.用于人造骨骼工程的生物相容性纖維素基基材 通過在Millipore 水中反復(fù)煮沸，并隨后在高壓滅菌器中滅菌 30分鐘將剛毛藻消毒。在Millipore 水中無菌條件下活化獲得的剛 毛藻纖維素納米原纖維，以形成厚的凝膠結(jié)構(gòu)。向分散體中加入已 經(jīng)滅菌的磷酸釣并劇烈攪拌。將所得物料干燥到水分含量約5wt%。 通過直接壓縮將物料模塑成所希望的形狀。
成分 ％, w/w
剛毛藻纖維素粉末 4
磷酸4丐 20
Millipore TM 7JC 到100%
權(quán)利要求
1、一種可分散纖維素組合物，包含非種子纖維素粉末，其中所述非種子纖維素粉末源自于藻類、真菌或被囊類。
2、 一種可分散纖維素組合物，包含非種子纖維素粉末，其中所述非種子纖維素粉末源自于藻類。
3、 權(quán)利要求2的組合物，其中所述藻類包括綠藻、藍綠藻、金 黃藻、褐藻、紅藻或者它們的組合。
4、 權(quán)利要求3的組合物，其中所述綠藻包括絲狀藻和/或球狀藻 或者它們的組合。
5、 權(quán)利要求4的組合物，其中所述藻類包括來自剛毛藻 (C7o^o/7o/7/2or"/e力目、管才支蓬(57p/zowoc/"6/a/e51)目或者其纟且合的條類。
6、 權(quán)利要求2的組合物，其中所述非種子纖維素粉末的表面積 大于或等于5m2/g。
7、 權(quán)利要求2的組合物，其中所述非種子纖維素粉末的表面積 大于或等于8m2/g。
8、 ^又利要求1、 2或3的組合物，進一步包含穩(wěn)定劑。
9、 權(quán)利要求8的組合物，其中所述穩(wěn)定劑包括水狀膠體。
10、 權(quán)利要求9的組合物，其中所述水狀膠體包括羧甲基纖維素、 關(guān)島膠、刺槐豆膠、阿拉伯膠、藻酸鈉、藻酸丙二醇酯、角叉菜膠、 刺梧桐樹膠、黃原膠或者它們的組合。
11、權(quán)利要求l、 2或3的組合物，進一步包含功能性成分。
12、 權(quán)利要求11的組合物，其中所述功能性成分包括一種或多 種調(diào)味料、矯味劑、著色劑、保濕劑、藥物成分、藥物賦形劑或者 它們的組合。
13、 權(quán)利要求11的組合物，其中所述功能性成分包括一種或多 種用于人造組織工程的生物相容性材料。
14、 包含權(quán)利要求l、 2或3的非種子纖維素粉末組合物的凝膠。
15、 包含權(quán)利要求1、 2或3的非種子纖維素粉末組合物的懸浮 液。
16、 包含權(quán)利要求8的非種子纖維素粉末組合物的凝膠，其中所 述非種子纖維素粉末組合物包含的非種子纖維素和穩(wěn)定劑重量比為約2:1 -約40:1。
17、 根據(jù)權(quán)利要求14的凝膠，包含約0.2% -約30% w/v的非種子纖維素。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17的凝膠，包含約0.5%-約2% w/v的非種 子纖維素。
19、根據(jù)權(quán)利要求14的凝膠，包含少于約0.1% w/v的穩(wěn)定劑。
20、 包含權(quán)利要求14的凝膠的食品。
21、 包含權(quán)利要求14的凝膠的局部應(yīng)用組合物。
22、 包含權(quán)利要求15的懸浮液的藥物制劑。
23、 包含權(quán)利要求15的懸浮液的涂料制劑。
24、 包含權(quán)利要求1、 2或3的分散體的用于人造組織工程的生 物相容性材料。
25、 包含權(quán)利要求l、 2或3的分散體的可植入生物材料。
26、 制備非種子纖維素粉末組合物的方法，包括純化非種子纖 維素料并將研磨的非種子纖維素與穩(wěn)定劑一起共噴霧干燥，從而形 成非種子纖維素粉末組合物。
27、 權(quán)利要求26的方法，其中純化非種子纖維素料的步驟包括 用次氯酸鈉漂白非種子纖維素料和堿提取a-纖維素。
28、 權(quán)利要求26的方法，進一步包括在共噴霧干燥之前先將非 種子纖維素料機械粉碎的步驟，其中共噴霧干燥產(chǎn)生粉末級的纖維 素。
29、 權(quán)利要求26的方法，進一步包括在共噴霧千燥之前先將非 種子纖維素料酸水解的步驟，其中共噴霧干燥制備微晶級的纖維素。
30、 權(quán)利要求26的方法，進一步包括使用高剪切均質(zhì)機將非種 子纖維素組合物在水介質(zhì)中活化的步驟。
31、 制備非種子纖維素組合物的方法，包括純化非種子纖維素 料；研磨純化的非種子纖維素料；噴霧干燥該研磨的非種子纖維素； 和將非種子纖維素組合物分散在穩(wěn)定劑溶液中，以形成非種子纖維素粉末組合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含源自藻類、真菌或被囊類的非種子纖維素粉末的可分散纖維素粉末組合物，該組合物可用于各種產(chǎn)品，例如食品、藥品、化妝品、涂料、用于人造組織工程的生物相容性材料和可植入生物材料，本發(fā)明還涉及制備非種子纖維素粉末組合物的方法。
文檔編號A61L27/20GK101356222SQ200680050902
公開日2009年1月28日 申請日期2006年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者瑪麗亞·斯特羅姆, 艾伯特·米蘭揚 申請人:艾伯特·米蘭揚;瑪麗亞·斯特羅姆