專利名稱：G－阻斷多糖的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及富古洛糖醛酸藻酸鹽或富半乳糖醛酸果膠[所謂的G-阻斷(G-block)多糖]作為混合物中流變學(xué)調(diào)節(jié)劑的用途，其中膠凝水溶性多糖是預(yù)期改變終產(chǎn)物粘性，穩(wěn)定性，彈性，剛性等性質(zhì)的成分。
果膠可以從不同的來源分離，如可在水果和蔬菜的細(xì)胞壁中找到它，但商業(yè)購買的果膠通常是從蘋果或柑桔類水果中分離的。
這些多糖、藻酸鹽和果膠可用于食物和藥物，牙齒、化妝品和其它工業(yè)產(chǎn)品。最常見的工業(yè)用途是基于它們的水解膠體和聚電解質(zhì)性質(zhì)，這兩種性質(zhì)形成了膠凝，增稠，穩(wěn)定，溶脹和產(chǎn)生粘性性能的基礎(chǔ)。
在諸如果醬，冰激淋，袋裝湯和醬的食物中，多糖有增稠、穩(wěn)定效應(yīng)，在蛋黃醬和調(diào)味品中，它們也用作為乳劑穩(wěn)定劑。
在諸如面包奶油和灌裝寵物食品的產(chǎn)品中，利用了藻酸鹽形成熱穩(wěn)定膠的能力，這種熱穩(wěn)定膠在室溫下形成并硬化。
藻酸鹽在生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用中也有很大的應(yīng)用潛力。例如大量的以藻酸鹽為基礎(chǔ)的固體營養(yǎng)培養(yǎng)基用于植物組織培養(yǎng)，藻酸鹽作為緩釋藥物中的施用介質(zhì)，以及活著的合成胰島素的細(xì)胞在藻酸鹽膠中膠囊化用于移殖到病人中。
藻酸鹽是藻酸的鹽類，藻酸是線型雜多糖，由(1→4)連接的β-D-甘露糖醛酸(稱為M)和α-L-古洛糖醛酸(稱為B)構(gòu)成。這兩種糖醛酸有以下結(jié)構(gòu)式β-D甘露糖醛酸α-L-古洛糖醛酸聚合體以甘露糖醛酸的同聚體序列(稱為M阻斷)、古洛糖醛酸的同聚體序列(稱為G阻斷)、以及甘露糖醛酸和古洛糖醛酸的混合序列(所謂的MG阻斷)或交替的阻斷的形式存在。
為了說明藻酸鹽的結(jié)構(gòu)，此處顯示了可能的阻斷結(jié)構(gòu)的圖示。
GMMMMMMMGGGGGGMGMGMGMGMGGGGGGGGGMM阻斷G阻斷MG阻斷G-阻斷通常地，藻酸鹽包含三種類型的阻斷，每個(gè)阻斷通常由3-30個(gè)單體單位組成。阻斷的分布依賴于用于分離藻酸鹽的藻類的類型及植物的年齡和部位，例如來自莖的藻酸鹽可能有不同于從葉分離的藻酸鹽的序列和阻斷組成。收獲海藻的季節(jié)也影響阻斷組成和序列。根據(jù)我們現(xiàn)有的知識(shí)，在老齡L.hyperborea的莖中發(fā)現(xiàn)最大的G含量。在相同種的葉中G含量稍低，G阻斷稍短，但G含量仍比大多數(shù)其它品種中的G含量高。商業(yè)購買的藻酸鹽通常含25％-70％的G含量。
果膠具有含多糖鏈的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，其中“平滑”和“毛狀”區(qū)域交替。平滑區(qū)域由非分枝(1→4)連接的α-D-半乳糖醛酸和一些(1→2)連接的L-鼠李糖構(gòu)成，其中α-D-半乳糖醛酸有以下結(jié)構(gòu)式 α-D-半乳糖醛酸果膠毛狀區(qū)域分枝很多，并主要由(1→3)和(1→6)連接的β-D-半乳糖，(1→3)連接的阿拉伯糖和一些(1→3)連接的木糖構(gòu)成。半乳糖醛酸基團(tuán)部分甲氧基化。
以下稱α-D-半乳糖醛酸為G單位，主要由這樣的G單位組成的區(qū)域稱為G阻斷。來自藻酸鹽的古洛糖醛酸阻斷和來自果膠的半乳糖醛酸阻斷以下都使用這個(gè)常用的名稱。
以下，表示了可能的果膠結(jié)構(gòu)的圖示 堿金屬鹽，藻酸鹽的鎂鹽和銨鹽及果膠是水溶性的。通過將多價(jià)陽離子，例如諸如Ca2+,Sr2+,Ba2+,Fe3+,或Al3+離子的多價(jià)離子加入多糖溶液，產(chǎn)生幾種多糖鏈的離子交聯(lián)，導(dǎo)致膠的形成。這些多糖連接多價(jià)陽離子的能力由G單位負(fù)責(zé)，這導(dǎo)致G-阻斷作用為與膠凝化作用有關(guān)的各種多糖鏈間的結(jié)合位點(diǎn)。
多糖膠的膠凝強(qiáng)度依賴于各種參數(shù)，如藻酸鹽或果膠的G含量，G阻斷的長度，鈣活性及多糖的分子量和濃度。
可參考“食品多糖和它們的應(yīng)用”’Alistair M.Stephen編，第9章“藻酸鹽”，S.T.Moe,K.I.Draget,G.Shjak-Braek和O.SmidsrΦd，頁數(shù)245-286，和第10章“果膠”，A.G.J.Voragen,W.Pilnik J.F.Thibault,M.A.V.Axelos和C.M.G.C.Renard，頁數(shù)287-339。
這些綜述文章應(yīng)認(rèn)為以它們的全文引用。
如果將溶液中的水溶性多糖與易溶的Ca鹽反應(yīng)，依賴于方法，將得到非理想的塊狀的膠或膠珠的稠度。因此為制備連續(xù)的膠，通常使用滲析或原位凝膠方法。
在滲析中交聯(lián)離子，通常是鈣，滲濾入多糖溶液，從而產(chǎn)生連續(xù)的非均一的膠，其中接近滲濾界面的膠疑強(qiáng)度最強(qiáng)。
在原位凝膠中，將鈣離子釋放入多糖溶液中。鈣的非活性形式與某種制劑一起使用以使離子的緩釋成為可能，從而產(chǎn)生均一的膠，并且可以控制凝膠的速度。已廣泛使用諸如檸檬酸鹽，磷酸鹽或EDTA的多價(jià)螯合劑以控制交聯(lián)離子的釋放。
選擇性地，使用諸如硫酸鈣或碳酸鈣的難溶的鈣鹽。結(jié)合使質(zhì)子的緩釋并由此鈣離子的緩釋成為可能的制劑的加入，凝膠速度可以得到控制。這樣的制劑的例子是D-葡萄酸-δ-內(nèi)酯(GDL)。
用于牙齒填充物的另一可能性是用由酸、堿和緩沖液組成的系統(tǒng)替換內(nèi)酯。緩沖液(Na4P2O7)通過最初與從硫酸鈣釋放的鈣離子連接降低凝膠速度。這產(chǎn)生了自凝膠系統(tǒng)，其中當(dāng)使用者加水時(shí)，開始膠凝化作用。
從美國專利2441720和2918375(Kelco公司)得知制備藻酸鹽膠的方法，其中水溶性藻酸鹽(通常地鉀鹽或鈉鹽)用難溶的鈣鹽如磷酸鈣或酒石酸鈣轉(zhuǎn)化。在這些系統(tǒng)中，鈣離子通過酸或酸化劑方法得到釋放。鈣離子和水溶性藻酸鹽之間的反應(yīng)速度通過膠延遲劑或膠抑制劑如六偏磷酸鈉的方法得到控制。
在美國專利3060032(普通食品公司)中，藻酸鈣膠用于改善冷凍甜果凍的凍融穩(wěn)定性。藻酸鈣膠由藻酸鈉，酒石酸鈣和六偏磷酸鈉制備。從酒石酸鈣釋放的鈣離子與藻酸鈉之間的反應(yīng)速度通過六偏磷酸鈉的方法得到控制。
從美國專利3352688(Kelco)得知藻酸鈣膠在熱穩(wěn)定面包奶油中的用途。這個(gè)系統(tǒng)基本上由藻酸鈉，磷酸氫二鈣和六偏磷酸鈉組成。
在美國專利3770462(Kelco)中，描述了磷藻酸鈉(Sodiumphosphor alginate)和二水合硫酸鈣用于生產(chǎn)香草型布丁的牛奶布丁。在此例中，在從藻酸制備磷藻酸鈉期間，小心混合藻酸鹽和鈣螯合劑。因?yàn)榕Ｄ讨锈}被藻酸鹽中磷酸鹽螯合，使得冷牛奶中藻酸鹽的水合作用成為可能。從二水合硫酸鈣釋放的鈣與水溶性藻酸鹽反應(yīng)以形成均一的藻酸鈣膠。
美國專利2809893描述了用于形成在甜點(diǎn)中所用的膠的干粉混合物。這樣的膠含有糖，藻酸鹽，六偏磷酸鈉，檸檬酸鈉，檸檬酸，熱處理的無水磷酸二氫鈣和各種增味劑及著色劑。
EP345886B1描述了用于肉制品的藻酸鹽膠凝系統(tǒng)，其中通過膠囊化鈣鹽的方法控制鈣的釋放，從而控制膠凝速度?？墒褂盟姓J(rèn)為可用于食品的常用鈣鹽，所述的例子包括二水合氯化鈣，五水合乳酸鈣，乙酸鈣，蘋果酸鈣和葡萄糖酸鈣。鈣鹽在脂肪衍生物中膠囊化，脂肪衍生物可以是脂肪酸，甘油酯和優(yōu)選地硬化蔬菜油。
美國專利5,503,771描述了一種膠凝懸浮液，包含膠體金屬顆粒或陶瓷顆粒，水和分子量至少1000-5000g/mol的有效劑量生物多聚體分散劑，以及生物多聚體膠凝劑，該生物多聚體膠凝劑具有至少50000g/mol的分子量，并可從非凝膠狀態(tài)轉(zhuǎn)化成凝膠狀態(tài)。生物多聚體分散劑可選自由藻酸鹽的富集聚甘露糖醛酸的水解產(chǎn)物，聚-D-谷氨酸，聚-L-谷氨酸，聚-DL-天門冬氯酸，果膠和它們的混合物等組成的群體。生物多聚體膠凝劑選自由膠凝多糖，多肽，蛋白或核酸組成的群體。分子量為75000-100000g/mol或更高的藻酸鹽也認(rèn)為是除了其它多糖以外可能的多糖。生物多聚體分散劑在水中分散膠體顆體，并導(dǎo)致非團(tuán)粒懸浮液(non-aggregated suspension)的形成，此懸浮液具有可傾倒的低粘性以使最終懸浮液可在膠凝開始前轉(zhuǎn)移到鑄模中，之后產(chǎn)品得到熱解和凝結(jié)。主要意圖是取得分散的產(chǎn)品，其中膠凝作用使分散的顆粒各居其位。沒有任何描述涉及到使用藻酸鹽和藻酸鹽的富集聚古洛糖醛酸的水解產(chǎn)物的組合作為液流學(xué)調(diào)節(jié)劑。相反，因?yàn)樵逅猁}的富集聚甘露糖醛酸的水解產(chǎn)物和富集古洛糖醛酸的水解產(chǎn)物同樣可用作與藻酸鹽有關(guān)的分散劑作為膠凝劑，所以此美國專利涉及與本發(fā)明不同的方法。問題為了能利用多糖在各種產(chǎn)品中作為膠凝劑和成膜劑，粘性發(fā)生劑，及乳劑和懸浮液穩(wěn)定劑的有利特性，控制各種參數(shù)比如膠凝動(dòng)力學(xué)(例如交聯(lián)離子吸附)、膠凝強(qiáng)度和膠體脫水作用，即流變學(xué)性質(zhì)具決定性重要性。這適用于食物及其它產(chǎn)品，比如藻酸鹽在用于紡織品印染的顏料膏中用作增稠劑。
在現(xiàn)有技術(shù)中，通過使用難溶的鈣鹽如磷酸鹽，硫酸鹽，檸檬酸鹽或酒石酸鹽及多價(jià)螯合劑控制膠凝技術(shù)。多價(jià)螯合劑常常是磷酸鹽，也可能是其它酸或緩沖液。
特別地，在全球工業(yè)化領(lǐng)域，食品中磷酸鹽的加入已達(dá)到很高水平，這一點(diǎn)看來是有問題的，因?yàn)榱姿猁}的高攝入量干擾體內(nèi)的離子平衡，可產(chǎn)生不利的健康相關(guān)的問題。另外，磷酸鹽和其它添加劑可能產(chǎn)生不希望得到的影響如不良味道和與所需不同的稠度。這一點(diǎn)適用于，例如重新加工的肉產(chǎn)品和面包奶油的生產(chǎn)。
因此，在這種背景技術(shù)下，需要一種系統(tǒng)，可以在控制方法中利用多糖的有利性質(zhì)，而不必使用多種添加劑或這樣大量的添加劑，特別是可避免或減少磷酸鹽使用的系統(tǒng)。
在日常產(chǎn)品，即以牛奶為原料的產(chǎn)品中，需要由多糖產(chǎn)生的不同效應(yīng)，例如在一些產(chǎn)品中僅需要增稠效應(yīng)，如在酸乳酪中；而在另一些情況下，需要堅(jiān)固的膠，如在布丁生產(chǎn)中。因?yàn)樵谂Ｄ讨杏写罅康拟}，而鈣含量影響諸如膠凝強(qiáng)度和膠體脫水作用的參數(shù)，所以有與所得產(chǎn)品有關(guān)的所需稠度和穩(wěn)定性問題。如果終產(chǎn)品過度暴露于脫水作用，即在脫水過程中膠收縮，將嚴(yán)重降低質(zhì)量并且縮短耐久性。
關(guān)于藻酸鹽在用于紡織印染的顏料膏中的用途，利用的是增稠和加細(xì)的性質(zhì)。在硬水地區(qū)，即水中鈣含量高的地方，會(huì)產(chǎn)生成局部膠顆粒(所謂的“魚眼”)。為了避免這種情況，加入多價(jià)螯合劑，通常是磷酸鹽。這些試劑將來會(huì)產(chǎn)生環(huán)境問題，因?yàn)樗鼈儽粵_洗出來并最終在排放的污水中，必須從污水中除去。
因此，需要一種系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可在這些應(yīng)用領(lǐng)域(天然情況下，即不加鈣時(shí)，存在問題的領(lǐng)域)中利用多糖的有利性質(zhì)。這就需要一種系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，當(dāng)藻酸鹽或果膠用作增稠劑，膠凝劑，粘合劑或穩(wěn)定劑時(shí)，它們的流變學(xué)性質(zhì)可以得到控制。
本發(fā)明的定義根據(jù)本發(fā)明，目前令人驚訝地發(fā)現(xiàn)“G-阻斷多糖”可在各種應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的膠凝多糖系統(tǒng)中用作流變學(xué)調(diào)節(jié)劑。這意味著“G-阻斷多糖”，即來自藻酸鹽的古洛糖醛酸阻斷或來自果膠的半乳糖醛酸阻斷，可使在藻酸鹽和/或果膠系統(tǒng)中控制膠凝動(dòng)力學(xué)、膠凝強(qiáng)度、粘性、彈性、平衡性能和脫水作用成為可能。
在本發(fā)明中，術(shù)語多糖主要包括多糖藻酸鹽和果膠，但其它以與在此描述的多糖相同的方式作用的膠凝多糖也包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。在本發(fā)明中最優(yōu)選的是使用藻酸鹽。對(duì)于果膠，特別優(yōu)選地使用低甲氧基化的果膠，所謂的LM果膠。
根據(jù)本發(fā)明，已發(fā)現(xiàn)在以藻酸鹽為基礎(chǔ)和以果膠為基礎(chǔ)的膠凝系統(tǒng)中，控制流變學(xué)，即粘性、彈性、膠凝動(dòng)力學(xué)和膠凝強(qiáng)度的方法。此方法的特征在于它使用G-阻斷多糖作為流變學(xué)調(diào)節(jié)劑。
根據(jù)本發(fā)明，在混合物中控制流變學(xué)，即粘性、彈性、膠凝動(dòng)力學(xué)和膠凝強(qiáng)度的方法(其中膠凝水溶性多糖是改變最終產(chǎn)物粘性，彈性，穩(wěn)定性，剛性等性質(zhì)的成分)的特性在于將“G-阻斷多糖”加入所述混合物中(a)在存在交聯(lián)離子來源的情況下作為水溶性“G-阻斷多糖”或(b)作為帶交聯(lián)離子的“G-阻斷多糖”，并且如果需要，加入水性溶劑。
在另一方面，本發(fā)明涉及“G-阻斷多糖”作為混合物中流變學(xué)，即粘性、彈性、膠凝動(dòng)力學(xué)和膠凝強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑的用途，其中膠凝水溶性多糖是改變最終產(chǎn)物粘性，彈性，穩(wěn)定性，剛性等性質(zhì)的成分，該用途的特征在于將“G-阻斷多糖”加入所述混合物中(a)在存在交聯(lián)離子來源的情況下作為水溶性“G-阻斷多糖”或(b)作為帶交聯(lián)離子的“G-阻斷多糖”，并且如果需要，加入水性溶劑。
在第三方面，本發(fā)明涉及“G-阻斷多糖”作為混合物中流變學(xué)，即粘性、彈性、膠凝動(dòng)力學(xué)和膠凝強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑的用途，其中膠凝水溶性多糖是改變最終產(chǎn)物粘性，彈性，穩(wěn)定性，剛性等性質(zhì)的成分，該用途的特征在于“G-阻斷多糖”用來(a)在所述的混合物中作為其它多價(jià)離子螯合劑的取代物，在這方面在交聯(lián)離子來源存在的情況下使用水溶性“G-阻斷多糖”或(b)在所述混合物中作為其它交聯(lián)離子來源的取代物，在這方面加入了帶交聯(lián)離子的“G-阻斷多糖”。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，“G-阻斷多糖”可以在自膠凝多糖混合物中使用，此用途的特征在于所述混合物由固相中帶交聯(lián)離子的“G-阻斷多糖”和固相中膠凝水溶性多糖組成，在這方面通過加入水或水性溶液或在混合物中含非水性成分的水性溶液啟動(dòng)膠凝過程。
在這方面，術(shù)語“G-阻糖多糖”是指分別具高含量古洛糖醛酸和半乳糖醛酸的小分子藻酸鹽或果膠。任何在阻斷中含至少二個(gè)G單位的多糖或多糖片段可用作根據(jù)本發(fā)明的“G-阻斷多糖”，但優(yōu)選的是使用平均分子量1000-100000g/mol的多糖片段。更優(yōu)選是“G-阻斷多糖”從1000-50000g/mol的分子量范圍選取，但最優(yōu)選的是在分子量2000-20000g/mol范圍內(nèi)選取。
術(shù)語片段包括完整藻酸鹽或果膠鏈的小部分或商業(yè)上購買的多糖(完整多糖)。
在一些情況下，也可能使用平均分子量超過100000g/mol的“G-阻斷多糖”，但須服從以下限制條件它們必須具有與本文描述的“G-阻斷多糖”相同的功能。
舉例來說，“G-阻斷多糖”可以是具高含量G-阻斷的天然存在的藻酸鹽或果膠(如從L.hyperborea分離的藻酸鹽)的片段。它也可以是在細(xì)菌中利用生物技術(shù)合成的富含G-阻斷或主要由G-單位組成的藻酸鹽片段。另一個(gè)合成富含G-阻斷的G-阻斷富集藻酸鹽片段的可能性是使用manuronan-C-5-差向異構(gòu)酶類型的酶將M單位轉(zhuǎn)化成G單位。
任何能在一定濃度范圍形成膠的多糖，特別是藻酸鹽或果膠，都可用作多糖或完整多糖。如果合適，也可能使用這樣的兩種多糖的混合物。
依賴于預(yù)期的應(yīng)用，為了在最終產(chǎn)物中得到所需性能，將使用具高或低G含量的藻酸鹽/果膠。舉例來說，如果需要增稠效應(yīng)，就必須選擇具低G含量性質(zhì)的多糖以得到弱的膠形成作用或沒有膠形成。同時(shí)，為了得到強(qiáng)的膠凝作用，如在布丁生產(chǎn)中，就必須選擇具高G含量性質(zhì)的多糖。考慮到本發(fā)明中多糖的分子量或阻斷含量，也可能使用各種性質(zhì)的藻酸鹽的混合物。
水溶性多糖，不管是完整藻酸鹽/果膠或“G-阻斷多糖”，可以是鈉、鉀、鎂和銨多糖。也可能是含幾種這些類型的反離子及少量Ca2+的水溶性多糖。但最優(yōu)選的是鈉多糖或鈉“G-阻斷多糖”。本領(lǐng)域技術(shù)人員很清楚的一點(diǎn)是可溶性依賴于濃度和溫度，當(dāng)使用此術(shù)語時(shí)，本發(fā)明意指包括在相關(guān)濃度和應(yīng)用范圍內(nèi)所選多糖的可溶性特征。
同樣地，術(shù)語“膠凝多糖”的使用具有對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員很明顯的附加條件，即除了其它條件，膠凝作用依賴于多糖和多價(jià)反離子的濃度。任何能與多糖一起產(chǎn)生膠凝作用的多價(jià)離子都可以使用，這樣的離子的例子是Ca2+,Sr2+,Ba2+,Fe3+，和Al3+，盡管Ca2+是最優(yōu)選的交聯(lián)離子(下面Ca2+將被用作代表性的多價(jià)交聯(lián)離子)。當(dāng)使用術(shù)語“膠凝多糖”時(shí)，假定本發(fā)明包括產(chǎn)生膠凝作用的濃度范圍內(nèi)的作用。本發(fā)明也要包括強(qiáng)膠凝作用(例如產(chǎn)生肉凍或布丁稠性)和弱膠凝作用(僅產(chǎn)生增稠和/或穩(wěn)定效應(yīng))。如上所述，通過根據(jù)預(yù)期的應(yīng)用選擇完整多糖的G含量和分子量來獲得所需效應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)對(duì)應(yīng)于方法和用途要加入帶交聯(lián)離子的“G-阻斷多糖”時(shí)，它選自由帶有多價(jià)鈣，鍶，鋇，鐵或鋁離子作為反離子的“G-阻斷多糖”組成的群體。鈣是特別優(yōu)選的。
交聯(lián)離子的來源可以選自天然存在的鈣來源如乳制品，含鈣蛋白，骨粉或青貯飼料。
如果適當(dāng)，交聯(lián)離子的來源也可以是難溶的鈣鹽比如CaSO4，CaCO3或與螯合劑連接的鈣如CaEDTA，也可能如專家所熟知的與質(zhì)子來源結(jié)合。交聯(lián)離子的來源也可以是通過以下方法加入的易溶的鈣鹽(a)通過滲濾加入混合物，或(b)作為微膠囊鹽，其中對(duì)應(yīng)于PH、溫度或其它參數(shù)的調(diào)節(jié)可控制地釋放鈣。
根據(jù)本發(fā)明可以使用的各種類型的藻酸鹽可從PronovaBiopolymer a.s,Drammen,Norway等公司商業(yè)購買。果膠可從Copenhagen pektin/Hercules,Denmark等公司商業(yè)購買。
小分子“G-阻斷多糖”可通過本領(lǐng)域熟知的酸水解的方法得到。此方法在以下公開文件等文獻(xiàn)中描述A.Haug,B.Larsen和O.SmidsrΦd(1966)“通過部分水解研究藻酸組成”,Acta Chem.Scand.,20,183-190。A.Haug,B.Larsen和O.SmidsrΦd(1967)“藻酸中糖醛酸基團(tuán)的序列研究”Acta Chem.Scand.,21,691-704和美國專利5,503,771，實(shí)施例2。
全文引用這些參考文獻(xiàn)作為參考。
多糖與“G-阻斷多糖”的數(shù)量比可在很寬的范圍內(nèi)變動(dòng)，這將完全地依賴于所需的效果和應(yīng)用領(lǐng)域，并將依賴于所選藻酸鹽或果膠的類型，分子量及鈣活性等情況。因此，優(yōu)選地在多糖““G-阻斷多糖”的比例為100∶1-1∶100，或優(yōu)選地10∶1-1∶10范圍內(nèi)作用。然而，最優(yōu)選地在多糖“G-阻斷多糖”的比例為4∶1-1∶4的范圍內(nèi)作用。
而且，多糖和“G-阻斷多糖”在混合物中確定濃度完全依賴于預(yù)期的應(yīng)用和所需的流變學(xué)控制，并將依賴于所選藻酸鹽或果膠的類型，分子量及鈣活性。
根據(jù)本發(fā)明，已令人驚訝地發(fā)現(xiàn)“G-阻斷多糖”可在以藻酸鹽為基礎(chǔ)的和以果膠為基礎(chǔ)的系統(tǒng)中用作流變學(xué)調(diào)節(jié)劑。實(shí)際上，這意味著，可能使用“G-阻斷多糖”作為多價(jià)離子尤其鈣離子的來源，或作為這樣的多價(jià)離子的多價(jià)螯合劑，在這方面，后者包括最初此離子的吸收和隨后與膠凝作用有關(guān)的可調(diào)控地釋放到混合物完整多糖中，其中此多糖被加入作為膠凝劑，增稠劑，穩(wěn)定劑，粘合劑等。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，帶交聯(lián)離子的“G-阻斷多糖”，尤其Ca“G-阻斷多糖”，能夠在膠凝多糖系統(tǒng)(其中優(yōu)先使用藻酸鹽或果膠)中取代其它鈣源以便尤其在食物中避免或大大地減少使用其它附加劑如磷酸鹽，并且得到在控制膠凝動(dòng)力學(xué)、膠凝強(qiáng)度和脫水作用的同時(shí)僅有各種多糖組合加入的產(chǎn)品。
所述涉及藻酸鹽和果膠的多糖組合包含以下四種變化多糖 G-阻斷多糖(a) 藻酸鹽 G-阻斷藻酸鹽(b) 藻酸鹽 G-阻斷果膠(c) 果膠 G-阻斷藻酸鹽(d) 果膠 G-阻斷果膠除了這些，如前所述，藻酸鹽和果膠的混合物可以用作多糖或G-阻斷多糖”。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，也可能使用水溶性“G-阻斷多糖”，尤其Na“G-阻斷多糖”作為與多糖結(jié)合的系統(tǒng)中Ca離子的多價(jià)螯合劑。這將避免其它多價(jià)螯合劑，特別是磷酸鹽的使用。在含天然鈣源的應(yīng)用領(lǐng)域中使用此系統(tǒng)特別有利。
使用根據(jù)本發(fā)明的方法和用途得到以下優(yōu)點(diǎn)-僅含藻酸鹽的膠凝藻酸鹽系統(tǒng)-Ca“G-阻斷多糖”取代其它Ca來源，從而不需要其它多價(jià)螯合劑-Na“G-阻斷多糖”用作多價(jià)螯合劑，取代例如磷酸鹽-可以在含天然Ca源的產(chǎn)品中使用多糖而不需要其它多價(jià)螯合劑-控制凝膠作用的起始和膠凝動(dòng)力學(xué)-控制膠凝強(qiáng)度-增加膠凝強(qiáng)度-減少脫水作用-控制膠凝速度，即增加和降低膠凝速度的可能性-更細(xì)的可逆膠而且在所附的權(quán)利要求中將進(jìn)一步詳述本發(fā)明，并將利用實(shí)施例進(jìn)一步舉例說明本發(fā)明。材料和方法概念“G-阻斷多糖”包括多聚古洛糖醛酸鹽和多聚半乳糖醛酸鹽。將G-阻斷加入膠凝藻酸鹽的效應(yīng)原則上通過向Na膠凝藻酸鹽溶液加入一定體積的5％水溶性G-阻斷母液而得到。G-阻斷的最終含量在0-10mg/ml間變動(dòng)。除非說明了其它濃度，膠凝藻酸鹽的濃度保持在10mg/ml不變。所用的G-阻斷藻酸鹽(多聚古洛糖醛酸鹽)具有85％的古洛糖醛酸鹽含量和平均為20的聚合度(Dpn)。G-阻斷果膠(多聚半乳糖醛酸鹽)是完全去酯化的，并且聚合度為35。所用的膠凝藻酸鹽全部從Laminaria hyperborea的莖中分離，具大約65％的古洛糖醛酸鹽。分子量為50-300kDa。除非另有說明，所用的藻酸鹽的平均分子量為200kDa。
含7.5-50mM Ca2+的膠凝作用通過所謂的內(nèi)膠凝作用進(jìn)行。這意味著將低溶解度的CaCO3與D-葡萄糖酸內(nèi)酯一起加入溶液。一定時(shí)間后，內(nèi)酯將轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸撬幔咸撬崾固妓猁}轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂蒀a2+。將膠凝溶液轉(zhuǎn)移到所謂凹板中，凹板中的每個(gè)單獨(dú)鑄模高18mm，直徑16mm。24小時(shí)后測量膠凝強(qiáng)度的平衡常數(shù)。擴(kuò)散膠凝作用在含100mM Ca2+時(shí)使用。將藻酸鹽溶液放入有機(jī)玻璃圓筒中，并且用醋酸纖維素膜密封兩端。然后將圓筒放入含100mM CaCl2的水浴中。膠凝溶液和膠凝水浴都含有200mM NaCl以確保最后的膠中藻酸鹽均勻分布。24小時(shí)后測定膠凝強(qiáng)度。
膠凝強(qiáng)度用兩種方法測定。平衡特性在24小時(shí)后通過在SMS TA-XT2結(jié)構(gòu)分析儀中進(jìn)行壓縮分析的方法得到測定，壓縮比為0.1mm/s。膠凝強(qiáng)度[按楊氏模量(E)]在起始斜率，力-形變曲線的線型部分的基礎(chǔ)上得到計(jì)算。動(dòng)力學(xué)(溶液/膠)測量在Rheologica Stress-Tech流變儀中于20℃進(jìn)行。測量幾何學(xué)是40mm鋸齒形斷面，并且動(dòng)態(tài)測量于1Hz進(jìn)行。在膠凝過程中命名用10帕的力。
通過測量所得膠的體積與鑄模體積相比的變化，記錄脫水作用。關(guān)于向Ca G-阻斷的轉(zhuǎn)化，是將水溶性G-阻斷溶解并加入CaCl2中至終濃度0.5M。洗去多余的鈣。通過在溶解混合物前將膠凝藻酸鹽和Ca G-阻斷干燥混合至兩種成分的終濃度為10mg/ml進(jìn)行膠凝作用。在實(shí)施例6中膠凝藻酸鹽的平均分子量為430kDa。具有與含Ca G-阻斷的膠相同的膠凝強(qiáng)度的CaCO3膠用9.5mM CaCO3進(jìn)行凝膠。用均化器(Ultraturrax)于3000RPM分解膠，時(shí)間為4分鐘。動(dòng)態(tài)測量在Bohlin VOR流變儀上于25℃和1Hz下進(jìn)行。測量幾何學(xué)是SP 30鋸齒形斷面。振幅是20％。牛奶系統(tǒng)用9％全脂奶粉制備實(shí)施例1-4中的膠。除非另有說明，膠凝藻酸鹽的濃度保持在10mg/ml不變，G-阻斷濃度為0到10mg/ml。通過干燥混合將G-阻斷加入到膠凝藻酸鹽和奶粉中。所用G阻斷的古洛糖醛酸鹽含量在87％和92％之間，平均聚合度在12和20之間。所用膠凝藻酸鹽都是從Laminaria hyperborea分離，具大約65％的古洛糖醛酸鹽含量。除非另有說明，膠凝藻酸鹽的平均分子量為330kDa。在所有的膠中都利用如上所述的內(nèi)膠凝作用，并且所加的Ca2+含量為15-100mM。
此處膠凝強(qiáng)度也用兩種方法進(jìn)行測量。但平衡特征在23小時(shí)后如上所述進(jìn)行測量。動(dòng)力學(xué)(溶液/膠)測量在Bohlin VOR Rheometer上于25℃和1Hz下進(jìn)行。測量幾何學(xué)是SP 30鋸形斷面，振幅是3％。
通過測量該膠的體積與無脫水作用的膠的體積相比的變化來記錄。結(jié)果脫水作用。結(jié)果實(shí)施例1-4和6-10描述了多聚古洛糖醛酸鹽的影響，而實(shí)施例5涉及多聚半乳糖醛酸鹽的影響。實(shí)施8-10涉及牛奶系統(tǒng)中的影響。實(shí)施例1具固定的藻酸鹽濃度時(shí)對(duì)膠凝強(qiáng)度和脫水作用的影響。


圖1a表示作為與固定濃度(10mg/ml)藻酸鹽一起加入的G-阻斷和鈣含量的作用，膠凝強(qiáng)度如何變化。具低至中等Ca含量時(shí)，膠凝強(qiáng)度隨著G-阻斷含量的升高而降低。這可能是由于G-阻斷結(jié)合Ca離子的能力，而不進(jìn)入網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中。然而，具中等至高Ca含量時(shí)，膠凝強(qiáng)度隨著G-阻斷含量的增加而相當(dāng)多地升高?？梢约僭O(shè)含均聚物G-區(qū)域長序列的G-阻斷將作用為一種不同次優(yōu)節(jié)點(diǎn)之間的搭橋者。
圖1b表示具高含量Ca時(shí)，脫水作用的程度隨G-阻斷含量的增加而降低。這可能也是因?yàn)镚-阻斷結(jié)合Ca的能力。實(shí)施例2含固定量Ca時(shí)改變?cè)逅猁}和G-阻斷含量的影響。
圖2a表示在含固定濃度(40mM)Ca2+的純?cè)逅猁}膠和藻酸鹽/G-阻斷混合物變化之間的膠凝強(qiáng)度如何相對(duì)地不同。當(dāng)藻酸鹽和G-阻斷的量相同時(shí)得到最大的相對(duì)不同，即在增加的膠凝強(qiáng)度中增量最大。對(duì)于其它Ca濃度，也可能是其它曲線。
圖2b表示在相同實(shí)驗(yàn)中脫水作用如何變化。在藻酸鹽/G-阻斷混合物中，脫水作用基本上不變，并且在10％附近變化。在純?cè)逅猁}膠中，脫水作用隨藻酸鹽濃度的降低而顯著增加。實(shí)施例3膠凝藻酸鹽分子量的影響圖3a表示在具40mM Ca時(shí)，純?cè)逅猁}膠和1∶1藻酸鹽/G-阻斷混合物中膠凝強(qiáng)度如何隨膠凝藻酸鹽的分子量變化。附圖表明中等至高分子量時(shí)可得到對(duì)膠凝強(qiáng)度的高度協(xié)同效應(yīng)。
圖3b表示在同樣一系列實(shí)驗(yàn)中脫水作用程度的變化，這表明純的藻酸鹽膠和混合物都隨分子量的增加而產(chǎn)生更強(qiáng)的脫水作用，但加入G-阻斷時(shí)，脫水作用的程度和分子量依賴性斜率明顯地降低。
圖5a和5b除了用了多聚半乳糖醛酸鹽替換多聚古洛糖醛酸鹽外，與圖1a和1b相同。此實(shí)施例的本質(zhì)是兩種G-阻斷的效果是相似的。當(dāng)加入兩種類型的G-阻斷多糖時(shí)，具低到中等Ca含量時(shí)觀察到膠凝強(qiáng)度的降低，而具高含量Ca時(shí)觀察到膠凝強(qiáng)度的增加。兩種G-阻斷對(duì)脫水作用的影響也是相同的；當(dāng)加入的G-阻斷數(shù)量增加時(shí)，觀察到脫水作用的降低。此實(shí)施例表明低甲氧基化的多聚半乳糖醛酸鹽在這種類型的混合膠中有與多聚古洛糖醛酸鹽相似的調(diào)節(jié)效果機(jī)制，即通過相似的結(jié)合Ca2+離子的方法。實(shí)施例6加入Ca G-阻斷的影響在圖6a和6b中的動(dòng)態(tài)測量表示了不加Ca G-阻斷時(shí)(a)和對(duì)于藻酸鹽/Ca G-阻斷混合物(b)的彈性模量(G’)和粘性模量(G”)(作為藻酸鹽溶液頻率特性的作用)。在圖6a中，可看到對(duì)于全頻率范圍G’＜G”。這意味著這是粘彈性溶液。在圖6b中，頻率掃描在硬化膠中進(jìn)行。此處G’＞G”，這意味加入Ca G-阻斷經(jīng)溶液/膠轉(zhuǎn)變得到粘彈性膠。實(shí)施例7動(dòng)力學(xué)影響和可逆性在圖7a中的動(dòng)態(tài)測量表示了其中Ca G-阻斷是Ca源的膠凝作用過程和每一次斷裂后膠結(jié)構(gòu)的重建。圖7b表示了對(duì)于其中Ca源是CaCO3的另一種膠的同樣情況，。在重建中，用Ca G-阻斷作為碳源能更快地達(dá)到平衡，并在斷裂后有更好的結(jié)構(gòu)。實(shí)施例8在牛奶系統(tǒng)中具固定的藻酸鹽濃度時(shí)對(duì)強(qiáng)度和脫水作用的影響圖8a表示作為與固定濃度(10mg/ml)藻酸鹽一起加入的G-阻斷和鈣的作用，膠凝強(qiáng)度如何變化。得到與純水系統(tǒng)中(實(shí)施例1)同樣的效果。具低至中等Ca含量時(shí)，加入G-阻斷對(duì)膠凝強(qiáng)度有負(fù)面影響。另一方面，中等至高Ca含量時(shí)，膠凝強(qiáng)度隨G-阻斷含量的增加而增加。
圖8b也表明在牛奶系統(tǒng)中，具高Ca含量時(shí)，脫水作用的程度隨G-阻斷含量的增加而降低。實(shí)施例9含固定量Ca的牛奶系統(tǒng)中改變?cè)逅猁}和G-阻斷含量的影響。
圖9a和9b除了是在牛奶系統(tǒng)中之外，其它與圖2a和2b相同。圖9a表示在含固定濃度(40mM)Ca的純?cè)逅猁}膠和藻酸鹽/G-阻斷混合物變化之間的膠凝強(qiáng)度如何相對(duì)地不同。此處所用的膠凝藻酸鹽與實(shí)施例2相同(即平均分子量為200kDa)。同樣在這個(gè)系統(tǒng)中，當(dāng)藻酸鹽和G-阻斷的量相同時(shí)得到膠凝強(qiáng)度的最大增量。對(duì)于其它Ca濃度，也可能是其它曲線。
圖9b表示在相同實(shí)驗(yàn)中脫水作用如何變化。在牛奶系統(tǒng)中可見到與水系統(tǒng)(實(shí)施例2)中相同的效果，但在牛奶系統(tǒng)中脫水作用的程度更低。在藻酸鹽/G-阻斷混合物中，脫水作用基本上不變，并在5％附近變化。在純?cè)逅猁}系統(tǒng)中，脫水作用隨藻酸鹽濃度的降低而大大增加。實(shí)施例10牛奶系統(tǒng)中動(dòng)力學(xué)影響圖10表示僅含在牛奶中天然存在的Ca時(shí)，向牛奶系統(tǒng)加入不同量的G-阻斷對(duì)膠凝作用過程中的動(dòng)力學(xué)的影響，測量值為動(dòng)態(tài)恢復(fù)模量(G’)的變化。在牛奶系統(tǒng)可見與水系統(tǒng)中相同的效果，膠凝率隨加入的G-阻斷數(shù)量的增加而降低。實(shí)施例11多聚古洛糖醛酸鹽的生產(chǎn)轉(zhuǎn)化成藻酸將10g Laminaria hyperborea藻酸鹽溶于1000ml 0.3M HCl中并振蕩24小時(shí)。裂解將溶液傾析，并將不溶組分加入500ml 0.3M HCl中，并在100℃水浴中放置5小時(shí)。冷卻后，濾出不溶組分并用無離子水沖洗。不溶組分通過中和和冷凍干燥的方法溶解。洗凈將冷凍干燥的藻酸鹽溶于無離子水以形成1％溶液(重量/體積)，并將其加入0.1M NaCl中。藻酸鹽溶液用0.05M HCl調(diào)至PH 2.85沉淀。分離將溶液離心(5000RPM,15分鐘)。沉淀在調(diào)了PH值的無離子水(PH 2.85)中洗兩次，并在每次洗之間離心，再通過中和懸浮和溶解。將G-阻斷多糖冷凍干燥。實(shí)施例12通過藻酸G-阻斷的方法將CaCO3轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂蒀a2+。
圖11表示在材料和方法中描述的一種系統(tǒng)，其中在內(nèi)膠凝系統(tǒng)中藻酸G-阻斷取代了D-葡糖酸-δ-內(nèi)酯(DGL)的功能。將低溶解度CaCO3和藻酸G-阻斷加入藻酸鹽溶液。藻酸G-阻斷將CaCO3轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞xCa2+以便形成膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
在附圖中，用CaCO3和D-葡糖酸-δ-內(nèi)酯系統(tǒng)比較具兩種Ca水平的藻酸G-阻斷系統(tǒng)。對(duì)于Na G-阻斷系統(tǒng)，更低的Ca水平產(chǎn)生更低的膠凝強(qiáng)度，而高的Ca水平產(chǎn)生增加的膠凝強(qiáng)度。如果用藻酸G-阻斷置換D-葡糖酸-δ-內(nèi)酯，起始膠凝率增加并且更快地達(dá)到相同的水平。
權(quán)利要求
1．在含膠凝水溶性多糖的混合物中控制流變學(xué)的方法，其特征在于將由來自藻酸鹽的古洛糖醛酸阻斷或來自果膠的半乳糖醛酸阻斷組成的多糖(“G-阻斷多糖”)加入混合物中，(a)在存在交聯(lián)離子來源時(shí)，作為水溶性“G-阻斷多糖”或(b)作為含交聯(lián)離子的“G-阻斷多糖”，并且(c)如果需要，加入水性溶劑。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于加入含鈉，鉀，鎂或銨作為交聯(lián)離子的水溶性“G-阻斷多糖”。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于交聯(lián)離子是鈉。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于膠凝水溶性多糖選自由含鈉，鉀，鎂或銨作為交聯(lián)離子的多糖組成的群體。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于交聯(lián)離子是鈉。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于加入含多價(jià)交聯(lián)離子的“G-阻斷多糖”，其中多價(jià)交聯(lián)離子選自鈣、鍶、鋇、鐵或鋁。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于交聯(lián)離子是鈣。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于交聯(lián)離子的來源是天然存在的鈣源。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于交聯(lián)離子的來源是以牛奶為原料的產(chǎn)品、蛋白、骨粉或青貯飼料。
10．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于交聯(lián)離子的來源是CaSO4,CaCO3或CaEDTA，可能與質(zhì)子來源結(jié)合。
11．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于交聯(lián)離子的來源是通過以下方法加入的鈣鹽(a)通過滲濾加入混合物，或(b)作為微膠囊化鹽加入，其中Ca可控制地釋放。
12．由來自藻酸鹽的古洛糖醛酸阻斷或來自果膠的半乳糖醛酸阻斷組成的多糖(“G-阻斷多糖”)作為含有膠凝水溶性多糖的混合物中流變學(xué)調(diào)節(jié)劑的用途，其特征在于將“G-阻斷多糖”加入所述混合物中，(a)在存在交聯(lián)離子的來源時(shí)，作為水溶性“G-阻斷多糖”或(b)作為含交聯(lián)離子的“G-阻斷多糖”，并且(c)如果需要，加入水性溶劑。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的“G-阻斷多糖”的用途，其特征在于加入“G-阻斷多糖”(a)在所述混合物中作為其它多價(jià)離子螯合劑的取代物，在這方面，在存在交聯(lián)離子來源的情況下，加入水溶性“G-阻斷多糖”或(b)在所述混合物中作為其它交聯(lián)離子來源的取代物，在這方面加入含交聯(lián)離子的“G-阻斷多糖”，并且(c)如果需要，加入水性溶劑。
14.由膠凝水溶性多糖和含交聯(lián)離子的由來自藻酸鹽的古洛糖醛酸阻斷或來自果膠的半乳糖醛酸阻斷組成的多糖(“G-阻斷多糖”)組成的多糖混合物作為自凝膠多糖混合物的用途，其中通過加入水，水性溶液或在混合物中含非水性成分的水性溶液啟動(dòng)膠凝過程。
全文摘要
G－阻斷(G－block)多糖作為混合物中流變學(xué)調(diào)節(jié)劑的用途,其中膠凝水溶性多糖是改變終產(chǎn)物粘性、穩(wěn)定性、彈性、剛性等性質(zhì)的成分。
文檔編號(hào)C08L5/00GK1312296SQ0011847
公開日2001年9月12日 申請(qǐng)日期2000年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月12日
發(fā)明者M·K·希門森, K·I·德拉蓋特, E·昂索伊恩, O·斯密德斯羅德, T·F·博里 申請(qǐng)人:Fmc生物聚合物有限公司