專利名稱：多糖組合物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及含水多糖組合物。特別地，本發(fā)明涉及穩(wěn)定的、高濃度、低粘度的多糖組合物以及其制備方法。
背景技術：
多糖是由糖苷鍵連接的重復單元形成的聚合碳水化合物。常見的實例包括纖維素和淀粉。它們以各種形式幾乎用于工業(yè)的所有部門。例如，它們可作為增稠劑用于生產食品和飲料，作為粘結劑和/或填充劑用于藥物和清潔劑，作為流變改進劑用于粘合劑，用于織物上漿等。多糖通常以干粉形式或溶液提供。更優(yōu)選溶液，這是因為它們易于處理且易于與其他成分混合。不巧地，當加入水中時，多糖會形成高粘度的溶液。此問題對于高分子量多糖尤其明顯。高于一定粘度時，溶液變得非常難以處理一它們有效地形成不再能抽吸且極難以混合的凝膠。為了克服該問題，可使多糖變稀(即可降低它們的分子量)，從而限制其粘度形成能力。然而，對于某些應用，保持高鏈長和分子量很重要。因而，唯一的可能性是提供極低濃度的多糖溶液。例如，在粘度變得難操作之前，將高分子量羧甲基纖維素(CMC)溶液限制至最大2重量％濃度。實際上，溶液就已經具有l(wèi)OOOOmPas至20000mPaS的粘度，因此 0. 5%至的濃度通常被認為是實際最大量。顯然，這對于多糖供應商會產生新的問題，對多糖供應商而言，更有效地是提供較高濃度的溶液。這也將使得終端用戶能加入較少溶液(即更少的水)至它們的組合物，從而減少例如充分干燥的需求。較高濃度的溶液也將降低包裝和運輸成本并有利于用戶的處理和儲存。在本領域存在著對于較高濃度、低粘度的含水多糖組合物的明顯需求。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了含水組合物，特征在于其包含懸浮在一種或多種水膠體的含水分散體中的一種或多種陰離子多糖，且-在3或更低pH下，所述組合物的布氏粘度㈧為小于5000mPaS；和-在6或更高pH下，所述組合物的布氏粘度⑶為㈧的至少五倍。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了用于制備一種或多種多糖的含水組合物的方法， 特征在于其包括將一種或多種陰離子多糖和一種或多種水膠體加入具有3或更低pH的溶液的步驟。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了根據(jù)上述方法可獲得的含水組合物。


圖1 本發(fā)明4% CMC組合物的粘度曲線圖；圖2 稀釋至CMC的4% CMC組合物的粘度曲線圖。
具體實施例方式除非另有說明，本文表示的所有百分比是基于組合物總重量的重量百分比，且所有粘度表示為在25°C下通過用4號錠子的數(shù)字Brookfield DV-Il+粘度計以IOOrpm測量的布氏粘度(Brookfield viscosity)。本發(fā)明提供包含一種或多種水膠體和一種或多種陰離子多糖且具有特定的粘度曲線圖的含水組合物。本文所用的術語“含水組合物”是指在水中物質的分散體和/或懸浮體，其在一般儲存條件(即室溫)下是均勻且穩(wěn)定的。組合物有利地將保持穩(wěn)定(尤其是指不會發(fā)生任何明顯的沉降或分離或者粘度的任何不利變化)至少M小時，優(yōu)選至少48小時，更優(yōu)選至少3天。根據(jù)某些實施方案，該組合物將保持穩(wěn)定至少一周或者至少一個月。 理想地，將保持穩(wěn)定3個月或更久。本發(fā)明的含水組合物在強酸性條件(即pH 3或更低)下具有相對低的粘度以及在中性或堿性條件(即PH 6或更高，優(yōu)選pH 7或更高)下具有相對高的粘度。特別地，在 PH 3或更低下，組合物的布氏粘度(A)小于5000mPaS ；在pH 6或更高下，組合物的布氏粘度(B)為(A)的至少五倍。優(yōu)選地，在pH3或更低下，本發(fā)明的含水組合物將具有2000mPaS 或更低的粘度(A)，更優(yōu)選1500mPas或更低。根據(jù)一個特定實施方案，在pH 3或更低下， 組合物具有在500mPas至1500mPas范圍的粘度㈧。粘度⑶將有利地為㈧的至少10 倍。根據(jù)某些實施方案，(B)將為(A)的至少20倍。本領域技術人員明白能保持低粘度的組合物在如運輸、儲存和處理(如抽吸以及含水混合物與其他成分的初始混合)中將是特別有利的。然而，通常需要組合物在其最終用途中具有或實際上賦予高得多的粘度。如上所述，本發(fā)明含水組合物的粘度可簡單地通過提高組合物的PH來“引發(fā)”(即提高)。僅用于舉例說明，pH的提高可通過在使用之前將堿(例如NaOH)加入含水組合物，或者通過在使用期間將含水組合物與堿性性質的另一種組合物混合來實現(xiàn)。本發(fā)明的組合物將包含懸浮在一種或多種水膠體的含水分散體中的一種或多種陰離子多糖。應理解，在本領域中水膠體可以是多糖，反之亦然。然而，應當明確，對于本發(fā)明的目的，含水組合物將包含兩種可分別區(qū)別的組分，即多糖組分和水膠體組分不能是同一種。更重要的是，水膠體和多糖將基于不同的功能性標準來選擇；水膠體將基于其在酸性條件下賦予含水組合物穩(wěn)定性的能力進行選擇，而多糖將基于其在中性或堿性條件下的流變學改進性質進行選擇。這些功能性標準將在下面更詳細地描述。一種或多種多糖為陰離子(即整體具有負電荷)，優(yōu)選具有高陰離子羧基電荷，且優(yōu)選具有高分子量。一種或多種多糖的準確分子量當然將根據(jù)所用多糖(一種或多種)的類型而變化。例如，CMC —般具有在約30000道爾頓至1000000道爾頓范圍內的分子量，且高分子量CMC因此將為具有大于250000道爾頓分子量的CMC。然而，本發(fā)明的多糖全部表征為即使當以低濃度(即小于2%)溶于水時，傾向形成高粘度凝膠。合適的多糖的實例包括但不限于纖維素、改性纖維素和纖維素衍生物(如CMC)、水膠體和改性水膠體(如果膠或海藻酸鹽)、淀粉、改性淀粉和淀粉衍生物(如n-OSA淀粉)以及它們的兩種或多種的混合物。根據(jù)一個優(yōu)選實施方案，多糖為高分子量陰離子CMC (術語CMC包括羧甲基纖維素鈉和其它變體)。特別合適的陰離子多糖為具有在600000道爾頓和800000道爾頓之間分子量的CMC，優(yōu)選約700000道爾頓，如來自CP Kelco的Finnfix 100000。通常很難將高分子量多糖溶化而不產生難操作的、高粘度組合物。因而，僅用于舉例，具有可操作粘度的CMC溶液至今限于0. 5%至的最大濃度。然而，有利地本發(fā)明能提供具有相對高濃度的此多糖的含水組合物，其仍具有如上定義的可操作粘度。更重要的是，組合物的粘度有利地為穩(wěn)定的，這意味著其在儲存期間保持在要求的范圍內。本領域技術人員理解，與本組合物的多糖相關使用的術語“相對高的濃度”的含義將取決于什么在考慮時被通常認為是具體多糖的最大可操作濃度。因此，例如大于2重量％的高分子量CMC的濃度將被本領域技術人員認為是高濃度。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，提供了如上所述的組合物，其包含總量大于2 重量％的一種或多種多糖，優(yōu)選大于3重量％，更優(yōu)選大于4重量％以及甚至更優(yōu)選大于5 重量<%。舉例來說，以全部含水組合物的重量計，可包含0. 5 %至10 %，優(yōu)選2 %至6 %，更優(yōu)選3%至5%的高分子量CMC。一種或多種水膠體有利地可溶于冷水，且在室溫、酸性條件，特別是pH 3或更低， 優(yōu)選PH 2或更低下穩(wěn)定。換而言之，一種或多種水膠體在低pH下有利地抗降解(例如水解)。一種或多種水解優(yōu)選通過它們在低剪切下形成穩(wěn)定的膠態(tài)分散體(適于穩(wěn)定該組合物)以及在高剪切下形成低粘度分散體(使得例如它們能更容易地抽吸)的能力來表征。 顯然，不同的水膠體將必須以不同濃度使用以達到穩(wěn)定化所需的粘度。僅舉例說明，合適的水膠體包括半乳甘露聚糖如瓜爾膠和其他(酸穩(wěn)定的)水膠體如黃原膠。優(yōu)選地，水膠體為黃原膠如 Satiaxane 黃原膠(例如來自 CargillJncorporated 的 Satiaxane CX 2 QD)。 例如，黃原膠在本發(fā)明的組合物中的含量可以是0. 1重量％至1重量％，優(yōu)選0. 2重量％至 0. 5重量％，甚至更優(yōu)選0. 3重量％至0. 4重量％。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個特定實施方案，提供了含水組合物，其具有小于3的pH， 優(yōu)選約2，且包含2重量％至6重量％，優(yōu)選3重量％至5重量％，更優(yōu)選約4重量％的分子量為250000道爾頓或更高，優(yōu)選500000道爾頓或更高，更優(yōu)選約700000道爾頓的CMC， 以及0. 1重量％至1重量％，優(yōu)選0. 2重量％至0. 5重量％，更優(yōu)選0. 25重量％至0. 35重量％的黃原膠。此組合物具有900mPas至lOOOmPas的整體布氏粘度(A)。本領域技術人員明白，本發(fā)明的組合物還可包含一種或多種另外的組分，前提是它們不會過度影響上述的組合物基本性質。此組分的實例可為如生物殺滅劑(使用它將有利地延長組合物的儲存期限)或增塑劑如甘油(例如提供更好的凍融穩(wěn)定性和/或最佳化穩(wěn)定性和粘度)。此組合物的制備因也構成本發(fā)明的一部分的新型方法而成為可能。因此，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了用于制備一種或多種多糖的含水組合物的方法，特征在于其包括將一種或多種陰離子多糖和一種或多種水膠體加入具有3或更低pH的溶液的步驟。術語“含水組合物”、“一種或多種多糖”和“一種或多種水膠體”的定義如上。因此，陰離子多糖優(yōu)選為高分子量CMC，且水膠體優(yōu)選為黃原膠。將它們加入溶液，優(yōu)選具有3 或更小PH的水溶液。此溶液通常通過將酸與水混合來獲得。酸優(yōu)選為強酸。將其用于防止通常預期在高濃度多糖下粘度難操作的提高。合適的酸的實例包括但不限于鹽酸、硫酸氫鈉、檸檬酸、乙酸和硫酸。最優(yōu)選地，酸為硫酸。所用酸的量將取決于組合物中所含多糖的性質和含量。有利地，將酸與足以獲得3或更低pH，優(yōu)
5選2或更低的量的水混合。更優(yōu)選，將酸與水混合以獲得pH約1的溶液。僅用于舉例，以全部水計，使用量為0. 5重量％至1重量％的硫酸可達到合乎需要的pH。根據(jù)一個特定實施方案，將約0. 8重量％的硫酸與約4%濃度的高分子量CMC —起使用。隨后，將一種或多種多糖和一種或多種水膠體加入酸性溶液，并優(yōu)選通過強烈攪拌來混合(以防止形成塊)。一種或多種多糖和一種或多種水膠體可一起或者以任何順序相繼加入。根據(jù)一個實施方案，可將一部分(例如直至50重量％)的水膠體在一種或多種多糖之前加入組合物，剩余部分后來加入。甚至可將一些或所有水膠體在酸之前加入水。因此，根據(jù)本發(fā)明的特定實施方案，提供了用于制備具有高多糖含量和低粘度的含水組合物的方法，包括以下步驟(a)將酸，優(yōu)選強酸如硫酸與水混合以制備具有3或更低的pH，優(yōu)選約2的pH的溶液；(b)將一種或多種陰離子多糖，優(yōu)選高分子量CMC加入步驟(a)的溶液；以及(c)將一種或多種水膠體，優(yōu)選黃原膠加入步驟(b)的組合物，其中，根據(jù)一個實施方案，陰離子多糖的含量為約4%，且步驟(C)中獲得的組合物具有約900mPas的布氏粘度。如果使用，可將另外的組分在上述加工期間的任一點加入。時機和優(yōu)選劑量將很容易根據(jù)所需效果和本領域的標準操作來確定。此方法不但能夠制備具有高濃度多糖且無通常預期的粘度增加的含水組合物，而且也已經發(fā)現(xiàn)在制備期間多糖結塊發(fā)生率顯著降低。此方法可包括在本文稱作“引發(fā)步驟”的進一步的步驟，從而提高組合物的PH以導致組合物粘度的增加。有利地，將PH提高至6或更高的pH，這導致粘度至少提高五倍。 如上所述，粘度的提高可通過加入堿(例如NaOH)或者通過將在步驟(c)中獲得的含水組合物與堿性性質的另一種組合物混合來實現(xiàn)。本發(fā)明的組合物可用于能使用組分多糖的任何應用，例如食品和飲料應用，造紙工業(yè)，粘合劑生產，如用于波紋板加工工業(yè)，紡織工業(yè)，化妝品制造等。這樣的用途和產品也是本發(fā)明的一部分。重要的是，注意到盡管本發(fā)明在用高分子量多糖時最為有利，但發(fā)現(xiàn)在全部重量范圍內的可適用性。本發(fā)明的發(fā)現(xiàn)實際上可用于有利地提高任何分子量的多糖的最大可能含水濃度。本發(fā)明的特定實施方案現(xiàn)在將通過以下非限制性實施例進行描述。實施例
根據(jù)本發(fā)明的含水組合物通過按下列順序將以下組分與水混合來制備1. 0. 75%硫酸(H2SO4)2. 4% CMC (Finnfix 100000CP Kelco)3. 0.2%生物殺滅劑(Parmetol A28S)4. 0.35%黃原膠(Satiaxane CX 2QD)在600ml燒杯中制備多至300g的全部組合物。方法首先，用機械混合器制備酸在水中的稀釋溶液。至此，在強烈攪拌下，將CMC緩慢地加入混合物的渦流。保持混合15分鐘。隨后，將生物殺滅劑和黃原膠加入，并將組合物進一步攪拌15分鐘。此組合物在室溫下制備。根據(jù)上述配方獲得的含水組合物具有4. 5重量％的干固體含量，約2的pH和約 900mPas的布氏粘度。在室溫下儲存3個月后，在用Parafi Im覆蓋以防止蒸發(fā)的燒杯中，可觀察到此組合物保持穩(wěn)定(穩(wěn)定的粘度且沒有分離)。pH增加對粘度的影響通過將濃縮的Na0H(32% )液滴加入組合物來評價。結果顯示于圖1中?？梢钥闯?，PH倍增(從1.6至3. 2)導致粘度增加大于10倍。在最實際的應用中，本發(fā)明的含水組合物將用作另一更大體積組合物中的流變改進劑。因而，PH提高的效果的進一步研究在稀釋的組合物中進行(稀釋至CMC)。結果顯示在圖2中?？梢娬扯仍谥敝?的酸性pH仍保持很低(小于250mPas)。因此，該組合物將非常容易處理。然而，當PH增加超過3時，粘度急劇增加。在pH 4下，粘度已經提高至大于lOOOmPas。在pH 5下，粘度又加倍至大于2000mPas，且當pH達到6至7的中性值時，粘度穩(wěn)定為約2500mPas。本發(fā)明的組合物在中性至堿性組合物中作為流變改進劑的價值從而變得明顯。
權利要求
1.一種含水組合物，特征在于其包含懸浮在一種或多種水膠體的含水分散體中的一種或多種陰離子多糖，且-在3或更低PH下，所述組合物的布氏粘度(A)小于5000mPas ；和 -在6或更高pH下，所述組合物的布氏粘度⑶為㈧的至少五倍。
2.如權利要求1所述的組合物，特征在于所述一種或多種水膠體為黃原膠。
3.如權利要求1或2所述的組合物，特征在于所述組合物包含至少0.5重量％，優(yōu)選至少1重量％，更優(yōu)選至少2重量％的所述一種或多種陰離子多糖。
4.如前述任一項權利要求所述的組合物，特征在于所述一種或多種多糖選自以下組中陰離子纖維素、纖維素衍生物、水膠體、改性淀粉、淀粉衍生物以及它們的兩種或多種的混合物。
5.如前述任一項權利要求所述的組合物，特征在于所述一種或多種多糖為CMC。
6.如前述任一項權利要求所述的組合物，特征在于所述組合物具有3或更低，優(yōu)選2或更低的pH。
7.一種含水的組合物，特征在于其包含懸浮在黃原膠的含水分散體中的至少4%高分子量CMC，且-在2或更低pH下，所述組合物的布氏粘度(A)小于5000mPas ；和 -在6或更高pH下，所述組合物的布氏粘度⑶為㈧的至少五倍。
8.一種用于制備一種或多種多糖的含水組合物的方法，特征在于其包括將一種或多種陰離子多糖和一種或多種水膠體加入至PH為3或更低的溶液中的步驟。
9.如權利要求8所述的方法，特征在于所述含水組合物具有小于5000mPaS，優(yōu)選小于 IOOOmPas的布氏粘度。
10.如權利要求8或9所述的方法，特征在于所述溶液通過將水與酸，優(yōu)選強酸如硫酸混合來制備。
11.如權利要求8至10中任一項所述的方法，特征在于所述溶液具有2或更低的pH。
12.如權利要求8至11中任一項所述的方法，特征在于所述一種或多種多糖為CMC，且將其以至少0. 5重量％，優(yōu)選至少2重量％，更優(yōu)選約4重量％的量加入至所述溶液。
13.如權利要求8至12中任一項所述的方法，特征在于所述一種或多種水膠體為黃原膠。
14.如權利要求8至13中任一項所述的方法獲得的含水組合物。
15.如權利要求1至7或14中任一項所述的含水組合物作為流變調節(jié)劑的用途。
全文摘要
一種含水組合物，特征在于其包含懸浮在一種或多種水膠體的含水分散體中的一種或多種陰離子多糖。
文檔編號C08L5/00GK102421842SQ201080020235
公開日2012年4月18日 申請日期2010年5月17日 優(yōu)先權日2009年5月19日
發(fā)明者A·B·馬孔杜, D·S·西瓦斯利吉爾 申請人:嘉吉公司