专利名称：多糖组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及含水多糖组合物。特别地，本发明涉及稳定的、高浓度、低粘度的多糖组合物以及其制备方法。
背景技术：
多糖是由糖苷键连接的重复单元形成的聚合碳水化合物。常见的实例包括纤维素和淀粉。它们以各种形式几乎用于工业的所有部门。例如，它们可作为增稠剂用于生产食品和饮料，作为粘结剂和/或填充剂用于药物和清洁剂，作为流变改进剂用于粘合剂，用于织物上浆等。多糖通常以干粉形式或溶液提供。更优选溶液，这是因为它们易于处理且易于与其他成分混合。不巧地，当加入水中时，多糖会形成高粘度的溶液。此问题对于高分子量多糖尤其明显。高于一定粘度时，溶液变得非常难以处理一它们有效地形成不再能抽吸且极难以混合的凝胶。为了克服该问题，可使多糖变稀(即可降低它们的分子量)，从而限制其粘度形成能力。然而，对于某些应用，保持高链长和分子量很重要。因而，唯一的可能性是提供极低浓度的多糖溶液。例如，在粘度变得难操作之前，将高分子量羧甲基纤维素(CMC)溶液限制至最大2重量％浓度。实际上，溶液就已经具有lOOOOmPas至20000mPaS的粘度，因此 0. 5%至的浓度通常被认为是实际最大量。显然，这对于多糖供应商会产生新的问题，对多糖供应商而言，更有效地是提供较高浓度的溶液。这也将使得终端用户能加入较少溶液(即更少的水)至它们的组合物，从而减少例如充分干燥的需求。较高浓度的溶液也将降低包装和运输成本并有利于用户的处理和储存。在本领域存在着对于较高浓度、低粘度的含水多糖组合物的明显需求。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了含水组合物，特征在于其包含悬浮在一种或多种水胶体的含水分散体中的一种或多种阴离子多糖，且-在3或更低pH下，所述组合物的布氏粘度㈧为小于5000mPaS；和-在6或更高pH下，所述组合物的布氏粘度⑶为㈧的至少五倍。根据本发明的另一方面，提供了用于制备一种或多种多糖的含水组合物的方法， 特征在于其包括将一种或多种阴离子多糖和一种或多种水胶体加入具有3或更低pH的溶液的步骤。根据本发明的再一方面，提供了根据上述方法可获得的含水组合物。
图1 本发明4% CMC组合物的粘度曲线图；图2 稀释至CMC的4% CMC组合物的粘度曲线图。
具体实施例方式除非另有说明，本文表示的所有百分比是基于组合物总重量的重量百分比，且所有粘度表示为在25°C下通过用4号锭子的数字Brookfield DV-Il+粘度计以IOOrpm测量的布氏粘度(Brookfield viscosity)。本发明提供包含一种或多种水胶体和一种或多种阴离子多糖且具有特定的粘度曲线图的含水组合物。本文所用的术语“含水组合物”是指在水中物质的分散体和/或悬浮体，其在一般储存条件(即室温)下是均勻且稳定的。组合物有利地将保持稳定(尤其是指不会发生任何明显的沉降或分离或者粘度的任何不利变化)至少M小时，优选至少48小时，更优选至少3天。根据某些实施方案，该组合物将保持稳定至少一周或者至少一个月。 理想地，将保持稳定3个月或更久。本发明的含水组合物在强酸性条件(即pH 3或更低)下具有相对低的粘度以及在中性或碱性条件(即PH 6或更高，优选pH 7或更高)下具有相对高的粘度。特别地，在 PH 3或更低下，组合物的布氏粘度(A)小于5000mPaS ；在pH 6或更高下，组合物的布氏粘度(B)为(A)的至少五倍。优选地，在pH3或更低下，本发明的含水组合物将具有2000mPaS 或更低的粘度(A)，更优选1500mPas或更低。根据一个特定实施方案，在pH 3或更低下， 组合物具有在500mPas至1500mPas范围的粘度㈧。粘度⑶将有利地为㈧的至少10 倍。根据某些实施方案，(B)将为(A)的至少20倍。本领域技术人员明白能保持低粘度的组合物在如运输、储存和处理(如抽吸以及含水混合物与其他成分的初始混合)中将是特别有利的。然而，通常需要组合物在其最终用途中具有或实际上赋予高得多的粘度。如上所述，本发明含水组合物的粘度可简单地通过提高组合物的PH来“引发”(即提高)。仅用于举例说明，pH的提高可通过在使用之前将碱(例如NaOH)加入含水组合物，或者通过在使用期间将含水组合物与碱性性质的另一种组合物混合来实现。本发明的组合物将包含悬浮在一种或多种水胶体的含水分散体中的一种或多种阴离子多糖。应理解，在本领域中水胶体可以是多糖，反之亦然。然而，应当明确，对于本发明的目的，含水组合物将包含两种可分别区别的组分，即多糖组分和水胶体组分不能是同一种。更重要的是，水胶体和多糖将基于不同的功能性标准来选择；水胶体将基于其在酸性条件下赋予含水组合物稳定性的能力进行选择，而多糖将基于其在中性或碱性条件下的流变学改进性质进行选择。这些功能性标准将在下面更详细地描述。一种或多种多糖为阴离子(即整体具有负电荷)，优选具有高阴离子羧基电荷，且优选具有高分子量。一种或多种多糖的准确分子量当然将根据所用多糖(一种或多种)的类型而变化。例如，CMC —般具有在约30000道尔顿至1000000道尔顿范围内的分子量，且高分子量CMC因此将为具有大于250000道尔顿分子量的CMC。然而，本发明的多糖全部表征为即使当以低浓度(即小于2%)溶于水时，倾向形成高粘度凝胶。合适的多糖的实例包括但不限于纤维素、改性纤维素和纤维素衍生物(如CMC)、水胶体和改性水胶体(如果胶或海藻酸盐)、淀粉、改性淀粉和淀粉衍生物(如n-OSA淀粉)以及它们的两种或多种的混合物。根据一个优选实施方案，多糖为高分子量阴离子CMC (术语CMC包括羧甲基纤维素钠和其它变体)。特别合适的阴离子多糖为具有在600000道尔顿和800000道尔顿之间分子量的CMC，优选约700000道尔顿，如来自CP Kelco的Finnfix 100000。通常很难将高分子量多糖溶化而不产生难操作的、高粘度组合物。因而，仅用于举例，具有可操作粘度的CMC溶液至今限于0. 5%至的最大浓度。然而，有利地本发明能提供具有相对高浓度的此多糖的含水组合物，其仍具有如上定义的可操作粘度。更重要的是，组合物的粘度有利地为稳定的，这意味着其在储存期间保持在要求的范围内。本领域技术人员理解，与本组合物的多糖相关使用的术语“相对高的浓度”的含义将取决于什么在考虑时被通常认为是具体多糖的最大可操作浓度。因此，例如大于2重量％的高分子量CMC的浓度将被本领域技术人员认为是高浓度。因此，在本发明的优选实施方案中，提供了如上所述的组合物，其包含总量大于2 重量％的一种或多种多糖，优选大于3重量％，更优选大于4重量％以及甚至更优选大于5 重量<%。举例来说，以全部含水组合物的重量计，可包含0. 5 %至10 %，优选2 %至6 %，更优选3%至5%的高分子量CMC。一种或多种水胶体有利地可溶于冷水，且在室温、酸性条件，特别是pH 3或更低， 优选PH 2或更低下稳定。换而言之，一种或多种水胶体在低pH下有利地抗降解(例如水解)。一种或多种水解优选通过它们在低剪切下形成稳定的胶态分散体(适于稳定该组合物)以及在高剪切下形成低粘度分散体(使得例如它们能更容易地抽吸)的能力来表征。 显然，不同的水胶体将必须以不同浓度使用以达到稳定化所需的粘度。仅举例说明，合适的水胶体包括半乳甘露聚糖如瓜尔胶和其他(酸稳定的)水胶体如黄原胶。优选地，水胶体为黄原胶如 Satiaxane 黄原胶(例如来自 CargillJncorporated 的 Satiaxane CX 2 QD)。 例如，黄原胶在本发明的组合物中的含量可以是0. 1重量％至1重量％，优选0. 2重量％至 0. 5重量％，甚至更优选0. 3重量％至0. 4重量％。因此，根据本发明的一个特定实施方案，提供了含水组合物，其具有小于3的pH， 优选约2，且包含2重量％至6重量％，优选3重量％至5重量％，更优选约4重量％的分子量为250000道尔顿或更高，优选500000道尔顿或更高，更优选约700000道尔顿的CMC， 以及0. 1重量％至1重量％，优选0. 2重量％至0. 5重量％，更优选0. 25重量％至0. 35重量％的黄原胶。此组合物具有900mPas至lOOOmPas的整体布氏粘度(A)。本领域技术人员明白，本发明的组合物还可包含一种或多种另外的组分，前提是它们不会过度影响上述的组合物基本性质。此组分的实例可为如生物杀灭剂(使用它将有利地延长组合物的储存期限)或增塑剂如甘油(例如提供更好的冻融稳定性和/或最佳化稳定性和粘度)。此组合物的制备因也构成本发明的一部分的新型方法而成为可能。因此，根据本发明的另一个方面，提供了用于制备一种或多种多糖的含水组合物的方法，特征在于其包括将一种或多种阴离子多糖和一种或多种水胶体加入具有3或更低pH的溶液的步骤。术语“含水组合物”、“一种或多种多糖”和“一种或多种水胶体”的定义如上。因此，阴离子多糖优选为高分子量CMC，且水胶体优选为黄原胶。将它们加入溶液，优选具有3 或更小PH的水溶液。此溶液通常通过将酸与水混合来获得。酸优选为强酸。将其用于防止通常预期在高浓度多糖下粘度难操作的提高。合适的酸的实例包括但不限于盐酸、硫酸氢钠、柠檬酸、乙酸和硫酸。最优选地，酸为硫酸。所用酸的量将取决于组合物中所含多糖的性质和含量。有利地，将酸与足以获得3或更低pH，优
5选2或更低的量的水混合。更优选，将酸与水混合以获得pH约1的溶液。仅用于举例，以全部水计，使用量为0. 5重量％至1重量％的硫酸可达到合乎需要的pH。根据一个特定实施方案，将约0. 8重量％的硫酸与约4%浓度的高分子量CMC —起使用。随后，将一种或多种多糖和一种或多种水胶体加入酸性溶液，并优选通过强烈搅拌来混合(以防止形成块)。一种或多种多糖和一种或多种水胶体可一起或者以任何顺序相继加入。根据一个实施方案，可将一部分(例如直至50重量％)的水胶体在一种或多种多糖之前加入组合物，剩余部分后来加入。甚至可将一些或所有水胶体在酸之前加入水。因此，根据本发明的特定实施方案，提供了用于制备具有高多糖含量和低粘度的含水组合物的方法，包括以下步骤(a)将酸，优选强酸如硫酸与水混合以制备具有3或更低的pH，优选约2的pH的溶液；(b)将一种或多种阴离子多糖，优选高分子量CMC加入步骤(a)的溶液；以及(c)将一种或多种水胶体，优选黄原胶加入步骤(b)的组合物，其中，根据一个实施方案，阴离子多糖的含量为约4%，且步骤(C)中获得的组合物具有约900mPas的布氏粘度。如果使用，可将另外的组分在上述加工期间的任一点加入。时机和优选剂量将很容易根据所需效果和本领域的标准操作来确定。此方法不但能够制备具有高浓度多糖且无通常预期的粘度增加的含水组合物，而且也已经发现在制备期间多糖结块发生率显著降低。此方法可包括在本文称作“引发步骤”的进一步的步骤，从而提高组合物的PH以导致组合物粘度的增加。有利地，将PH提高至6或更高的pH，这导致粘度至少提高五倍。 如上所述，粘度的提高可通过加入碱(例如NaOH)或者通过将在步骤(c)中获得的含水组合物与碱性性质的另一种组合物混合来实现。本发明的组合物可用于能使用组分多糖的任何应用，例如食品和饮料应用，造纸工业，粘合剂生产，如用于波纹板加工工业，纺织工业，化妆品制造等。这样的用途和产品也是本发明的一部分。重要的是，注意到尽管本发明在用高分子量多糖时最为有利，但发现在全部重量范围内的可适用性。本发明的发现实际上可用于有利地提高任何分子量的多糖的最大可能含水浓度。本发明的特定实施方案现在将通过以下非限制性实施例进行描述。实施例
根据本发明的含水组合物通过按下列顺序将以下组分与水混合来制备1. 0. 75%硫酸(H2SO4)2. 4% CMC (Finnfix 100000CP Kelco)3. 0.2%生物杀灭剂(Parmetol A28S)4. 0.35%黄原胶(Satiaxane CX 2QD)在600ml烧杯中制备多至300g的全部组合物。方法首先，用机械混合器制备酸在水中的稀释溶液。至此，在强烈搅拌下，将CMC缓慢地加入混合物的涡流。保持混合15分钟。随后，将生物杀灭剂和黄原胶加入，并将组合物进一步搅拌15分钟。此组合物在室温下制备。根据上述配方获得的含水组合物具有4. 5重量％的干固体含量，约2的pH和约 900mPas的布氏粘度。在室温下储存3个月后，在用Parafi Im覆盖以防止蒸发的烧杯中，可观察到此组合物保持稳定(稳定的粘度且没有分离)。pH增加对粘度的影响通过将浓缩的Na0H(32% )液滴加入组合物来评价。结果显示于图1中。可以看出，PH倍增(从1.6至3. 2)导致粘度增加大于10倍。在最实际的应用中，本发明的含水组合物将用作另一更大体积组合物中的流变改进剂。因而，PH提高的效果的进一步研究在稀释的组合物中进行(稀释至CMC)。结果显示在图2中。可见粘度在直至3的酸性pH仍保持很低(小于250mPas)。因此，该组合物将非常容易处理。然而，当PH增加超过3时，粘度急剧增加。在pH 4下，粘度已经提高至大于lOOOmPas。在pH 5下，粘度又加倍至大于2000mPas，且当pH达到6至7的中性值时，粘度稳定为约2500mPas。本发明的组合物在中性至碱性组合物中作为流变改进剂的价值从而变得明显。
权利要求
1.一种含水组合物，特征在于其包含悬浮在一种或多种水胶体的含水分散体中的一种或多种阴离子多糖，且-在3或更低PH下，所述组合物的布氏粘度(A)小于5000mPas ；和 -在6或更高pH下，所述组合物的布氏粘度⑶为㈧的至少五倍。
2.如权利要求1所述的组合物，特征在于所述一种或多种水胶体为黄原胶。
3.如权利要求1或2所述的组合物，特征在于所述组合物包含至少0.5重量％，优选至少1重量％，更优选至少2重量％的所述一种或多种阴离子多糖。
4.如前述任一项权利要求所述的组合物，特征在于所述一种或多种多糖选自以下组中阴离子纤维素、纤维素衍生物、水胶体、改性淀粉、淀粉衍生物以及它们的两种或多种的混合物。
5.如前述任一项权利要求所述的组合物，特征在于所述一种或多种多糖为CMC。
6.如前述任一项权利要求所述的组合物，特征在于所述组合物具有3或更低，优选2或更低的pH。
7.一种含水的组合物，特征在于其包含悬浮在黄原胶的含水分散体中的至少4%高分子量CMC，且-在2或更低pH下，所述组合物的布氏粘度(A)小于5000mPas ；和 -在6或更高pH下，所述组合物的布氏粘度⑶为㈧的至少五倍。
8.一种用于制备一种或多种多糖的含水组合物的方法，特征在于其包括将一种或多种阴离子多糖和一种或多种水胶体加入至PH为3或更低的溶液中的步骤。
9.如权利要求8所述的方法，特征在于所述含水组合物具有小于5000mPaS，优选小于 IOOOmPas的布氏粘度。
10.如权利要求8或9所述的方法，特征在于所述溶液通过将水与酸，优选强酸如硫酸混合来制备。
11.如权利要求8至10中任一项所述的方法，特征在于所述溶液具有2或更低的pH。
12.如权利要求8至11中任一项所述的方法，特征在于所述一种或多种多糖为CMC，且将其以至少0. 5重量％，优选至少2重量％，更优选约4重量％的量加入至所述溶液。
13.如权利要求8至12中任一项所述的方法，特征在于所述一种或多种水胶体为黄原胶。
14.如权利要求8至13中任一项所述的方法获得的含水组合物。
15.如权利要求1至7或14中任一项所述的含水组合物作为流变调节剂的用途。
全文摘要
一种含水组合物，特征在于其包含悬浮在一种或多种水胶体的含水分散体中的一种或多种阴离子多糖。
文档编号C08L5/00GK102421842SQ201080020235
公开日2012年4月18日 申请日期2010年5月17日 优先权日2009年5月19日
发明者A·B·马孔杜, D·S·西瓦斯利吉尔 申请人:嘉吉公司