具有快速水合和高粘度的黄原酸胶的制作方法

xiaoxiao2020-6-24  4

【专利下载】Tel:18215660330

专利名称:具有快速水合和高粘度的黄原酸胶的制作方法
技术领域
本发明涉及微生物聚合物的领域。特别地,本发明涉及具有改进的性质,例如增强的水合耐受性、更快的水合和更高的粘度的黄原酸胶。
背景技术
黄原酸胶是在工业(包括建筑、涂料、纸、纺织、植物保护、水处理和石油工业)、食品、化妆品、农业化学物和药物制剂中用作增稠剂、乳化剂和/或稳定剂的聚阴离子多糖。黄原酸胶在工业上通过细菌野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestrts)的需氧发酵来生产。黄原酸胶通常以干燥的粉末形式被供应。在具体的应用中在使用之前,黄原酸胶通常在水溶液中被水合。在许多情况下,用于水合的溶液含有离子或其他的溶解材料,这抑制或甚至防止黄原酸胶完全水合。在这些情况下,水合介质必须被调节以便含有较低水平的溶解材料。当不能够进行这种调节时,那么可能做不到有效地使用黄原酸胶。当在任一介质中水合黄原酸胶时,必须允许溶剂渗透干燥粉末一段时间,溶胀其,然后允许其扩散入水合介质中。这个过程耗费时间并且需要混合持续进行,直到获得完全水合。如果混合在黄原酸胶被完全地水合之前停止,那么导致多种问题,包括低粘度。某些技术已经被提出以增强水合,包括使用电离辐射照射未照射的黄原酸胶或提供具有60至250微米的粒度和100-200微米的平均直径的干燥粉末。然而,前者导致黄原酸胶的产品成本的增加,并且后者不能够解决对于更高粘度的需要,如下文讨论的。因为黄原酸胶经常用作增稠剂或悬浮助剂,所以许多应用将受益于具有产生更高粘度的溶液以便以相同用量提供更强的稳定性或减少黄原酸胶的用量而保持相同程度的稳定性的黄原酸胶。因此,已经做出许多努力来制备在溶液中时展示更高粘度的黄原酸胶。一种这样的方法是热处理(即巴氏灭菌)发酵肉汤。这种热处理导致构象改变,构象改变进而导致产生具有更高粘度的溶液的黄原酸胶。然而,这种方法还可以导致受损的胶水合,原因是加热导致改变。黄原酸胶生物的遗传操纵,例如gumB和gumC基因的过表达,可以无需巴氏灭菌就产生更高粘度的溶液。然而,转基因产品在许多国家是不可接受的。基于上文讨论的原因,开发出一种在溶液中时可以在多种介质内水合、在与常规的黄原酸胶相比短的时间段内水合并且还提供比传统的黄原酸胶高的粘度的粉末状黄原酸胶将是有优势的。发明概述本发明提供在溶液中具有一种或多种以下的性质的黄原酸胶及其制备方法:(a)0.25重量百分数(wt% )浓度的黄原酸胶在标准自来水中被水合时,在3rpm下大于约1600mPa.s (cP)的低剪切速率粘度(LSRV) ; (b)在合成海水中被水合时,在I磅/桶下大于约18的海水粘度(SWV) ; (c) lwt%浓度的黄原酸胶在lwt% NaCl溶液中小于约3分钟的水合速率;以及(d) lwt%浓度的黄原酸胶在6wt% NaCl溶液中小于约10分钟内实质上完全水合的能力。在某些实施方案中,本发明的黄原酸胶展示包括以下的性质:0.25重量百分数(wt% )浓度的黄原酸胶在标准自来水中被水合时,在3rpm下大于约1800mPa.s (cP)的低剪切速率粘度(LSRV) ;0.25重量百分数(wt% )浓度的黄原酸胶在0.0lM NaCl溶液中,在3rpm下大于约1750mPa*s(cP)的低剪切速率粘度(LSRV);和/或0.25重量百分数(wt%)浓度的黄原酸胶在0.1M NaCl溶液中,在3rpm下大于约1700mPa.s (cP)的低剪切速率粘度(LSRV)。在某些实施方案中,本发明的黄原酸胶展示包括在合成海水中被水合时,在I磅/桶下大于约20的海水粘度(SWV)的性质。在某些实施方案中,本发明的黄原酸胶展示包括lwt%浓度的黄原酸胶在lwt% NaCl溶液中小于约2分钟的,或Iwt%浓度的黄原酸胶在3wt% NaCl溶液中小于约4分钟的,或0.4wt%浓度的黄原酸胶在3wt%柠檬酸溶液中小于约6分钟的水合速率的性质。在某些实施方案中,本发明的黄原酸胶展示包括lwt%浓度的黄原酸胶在6wt% NaCl溶液中小于约8分钟内实质上完全地水合,或0.2wt%浓度的黄原酸胶在10wt%硝酸铵溶液中,在环境条件下以ISOOrpm进行螺旋桨式混合约I小时之后完全水合的能力。本发明的黄原酸胶还展示包括如使用Brookfield LV型粘度计,I号转子在3rpm下测量的以下的粘度的性质:0.25wt%浓度的黄原酸胶在0.0lM或0.1M NaCl溶液中被水合时,在环境条件下以1800rpm混合一小时之后大于约1900mPa.s的粘度;或0.25wt%浓度的黄原酸胶在0.0lM或0.1MNaCl溶液中被水合时,在环境条件下以1800rpm混合一小时之后大于约2IOOmPa.s的粘度。本发明还提供,本发明的黄原酸胶从亚洲野油菜黄单胞菌菌株,即被美国典型培养物保藏中心(ATCC)按照登记号PTA-11272保藏的十字花科黑腐病菌(Xanthomonascampestrts pathovar campestrts)的发酵获得。本发明还提供,本发明的黄原酸胶可以被用作在用于石油钻井或辅助回收、用于水处理、用于食品、化妆品、药物制剂或农用化学制齐U、用于工业或家居清洁或用于纸、建筑或纺织品的制剂中的增稠剂、粘度改进剂、乳化剂或稳定剂。附图简述

图1图示了用于本发明的黄原酸胶的低剪切速率粘度(LSRV)测量。图2图示了用于本发明的黄原酸胶的海水粘度(SWV)测量。图3图示了 lwt%浓度的本发明的黄原酸胶和可商购获得的黄原酸胶在lwt%NaCl溶液中的水合速率的比较。图4图示了 lwt%浓度的本发明的黄原酸胶和可商购获得的黄原酸胶在3wt%NaCl溶液中的水合速率的比较。图5图示了使用Brookfield LV型粘度计,I号转子在3rpm下测量时,0.25wt%浓度的本发明的黄原酸胶和可商购获得的黄原酸胶在0.0lM NaCl溶液中的粘度的比较。图6图示了使用Brookfield LV型粘度计,I号转子在3rpm下测量时,0.25wt%浓度的本发明的黄原酸胶和可商购获得的黄原酸胶在0.1M NaCl溶液中的粘度的比较。图7图示了用于测定水合速率的设备。图8图示了搅拌器放置在用于测定水合速率的设备中的样品杯中。图9图示了在测定水合速率时产生的扭矩曲线的实例。图10图示了本发明的黄原酸胶和可商购获得的黄原酸胶在困难介质(例如6wt%NaCl,lwt%浓度)中水合的可视比较。发明详述本公开内容提供当被结合入多种溶液中时展示独特特性的黄原酸胶聚合物(“黄原酸胶”)以及其他的。黄原酸胶是一种在细菌野油菜黄单胞菌的需氧发酵中得到的一种细胞外产生的生物胶。在一个方面,在发酵产生本发明的黄原酸胶中使用的生物体是十字花科黑腐病菌的菌株。发酵需要氮源、碳源和本领域的技术人员熟知的其他合适的营养物。在发酵期间,溶解氧水平和温度被保持,从而提供对于细菌期望的或最优的生长条件。本公开内容还提供当在溶液中时展示独特的水合性质和粘度性质,同时保持关于例如酶稳定性和剪切稳定性的典型的黄原酸胶性质的黄原酸胶。黄原酸胶在溶液中的性能可以通过许多不同的技术在剪切速率、聚合物浓度和水合介质的变化条件下被测量。与条件无关,本发明的黄原酸胶获得具有等于并且在大部分情况下大于之前已知的黄原酸胶的粘度值的溶液并且具有与之前已知的黄原酸胶相比更快地水合或完全地水合的能力。因此,为了量化本发明的黄原酸胶相对于之前已知的黄原酸胶的性能,多种测试条件在下文被定义并且性质被测量。在一个方面,黄原酸胶在溶液中时展示包括以下的性质:(i)0.25重量百分数(wt% )浓度的黄原酸胶在标准自来水(在下文定义)中被水合时,在3rpm下大于约1600mPa -s(cP)的低剪切速率粘度(如下文定义的),(ii)在合成海水中被水合时,在I磅/桶下大于约18的海水粘度(如下文定义的),(iii) Iwt %浓度的黄原酸胶在Iwt % NaCl溶液中小于约3分钟的水合速率(如下文定义的),以及(iv) lwt%浓度的黄原酸胶在6wt%NaCl溶液中小于约10分钟内实质上完全水合的能力。在另一方面,本文提供的黄原酸胶在溶液中时展示以下的性质中的任何一个或任意组合:(i)0.25重量百分数(wt% )浓度的黄原酸胶在标准自来水(在下文定义)中被水合时,在3rpm下大于约1600mPa.s (cP)的低剪切速率粘度(在下文定义);(ii)在合成海水中被水合时,在I磅/桶下大于约18的海水粘度(如下文定义的);(iii) lwt%浓度的黄原酸胶在lwt% NaCl溶液中小于约3分钟的水合速率(如下文定义的);(iv) Iwt %浓度的黄原酸胶在6wt % NaCl溶液中小于约10分钟内实质上完全水合的能力;(v)0.2wt%浓度的黄原酸胶在10wt%硝酸铵溶液中,在环境条件下以1800rpm进行螺旋桨式混合约I小时内获得完全水合的能力;(vi)0.25重量百分数(wt%)浓度的黄原酸胶在0.01摩尔(M)NaCl溶液中,在3rpm下大于约1750mPa.s (cP)的低剪切速率粘度(在下文定义);
(vii)0.25重量百分数(wt % )浓度的黄原酸胶在0.1摩尔(M)NaCl溶液中,在3rpm下大于约1700mPa.s (cP)的低剪切速率粘度(在下文定义);或(viii)其任意组合。在本方面,在本公开内容中提供的黄原酸胶在溶液中时展示这些性质中的任意一种或多于一种的性质,没有限制。因此,本发明的黄原酸胶可以展示所列出的性质中的任意一种、任意两种、任意三种、任意四种、任意五种、任意六种性质或所有性质。如本文所使用的,术语“完全地水合”、“实质上完全地水合”、“完全水合”、“100%水合”以及类似术语意指溶液具有均匀的外观,使得不存在对无辅助的人眼可见的颗粒(如图10中所示的)并且在特定介质中的溶液的粘度与在标准自来水中获得的粘度不显著改变。描述“不显著改变”在本文中用于意指在特定介质中的溶液的粘度与在标准自来水中获得的粘度相差小于约25%、可选择地小于约20%、可选择地小于约15%、可选择地小于约10%、可选择地小于约7%或可选择地小于约5%。标准自来水(STW)通过把1.0g的NaCl和0.15g CaCl2.2H20溶解在I升的去离子水中来制备。在另一个方面,当黄原酸胶在标准自来水中被水合至0.25wt%&度的黄原酸胶时,所得到的溶液具有在3rpm下大于约1800mPa *s的低剪切速率粘度。在又一个方面,当在标准自来水中被水合至0.25wt%浓度的黄原酸胶时,溶液具有在3rpm下大于约2000mPa *s的低剪切速率粘度。代表性的数据在图1中提供。如图1中进一步图示的,当根据本公开内容提供的黄原酸胶在标准自来水中被水合至0.25wt%浓度的黄原酸胶时,溶液可以具有在 3rpm 下大于约 1600mPa.S、大于约 1650mPa.S、大于约 1750mPa.S、大于约 1800mPa.S、大于约1850mPa.S、大于约1900mPa.S、大于约1950mPa.S、大于约2000mPa.S、大于约2050mPa *s、大于约 2100mPa *s、大于约 2150mPa *s、大于约 2200mPa *s、大于约 2250mPa *s>大于约2300mPa.s、大于约2350mPa.s、大于约2400mPa.s、大于约2450mPa.s、或大于约2500mPa.s的低剪切速率粘度。除非另有说明,否则在这些条件下,当在标准自来水中水被合至0.25wt%浓度的黄原酸胶时,溶液可以具有在3rpm下高至约2700mPa *s、高至约2800mPa.s或高至约2900mPa.s的低剪切速率粘度。在其他的方面,本发明的黄原酸胶展示在I磅/桶下大于约20的海水粘度以及又进一步的在I磅/桶下大于约22的海水粘度的性质。代表性的数据在图2中提供。如图2中进一步图示的,黄原酸胶展示在I磅/桶下大于约18.0、在I磅/桶下大于约18.5、在I磅/桶下大于约19.0、在I磅/桶下大于约19.5、在I磅/桶下大于约20.0、在I磅/桶下大于约20.5、在I磅/桶下大于约21.0、在I磅/桶下大于约21.5、在I磅/桶下大于约
22.0、在I磅/桶下大于约22.5、在I磅/桶下大于约23.0、在I磅/桶下大于约23.5、或在I磅/桶下大于约24.0的海水粘度的性质。除非另有说明,否则在这些条件下,黄原酸胶展示在I磅/桶下高至约26.0、在I磅/桶下高至约27.0或在I磅/桶下高至约28.0的海水粘度的性质。在大多数的应用中,黄原酸胶粉末在其使用之前需要水合。一般地说,水合可以被认为是两步骤过程。第一个步骤通常在实际的水合步骤之前,第一个步骤涉及把黄原酸胶分散在期望的介质中,使得各颗粒被分离并且不组合在一起或聚结。当黄原酸胶颗粒粘结和结块时,水合通常慢得多。通常在聚结的这种破坏之后,第二步骤发生,此时这些分散的黄原酸胶颗粒在介质中实际上水合,这意指单个聚合物分子从干燥颗粒被释放并且在介质中自由地运动。工业术语“分散”和“水合”被分别用于描述该第一个步骤和第二个步骤。水合本身具有至少两个方面。水合的一个方面涉及黄原酸胶颗粒如何可以快速地溶胀并且然后释放聚合物链,这已经在本文中被定义为水合速率。迅速的和完全的水合可以对于许多应用例如干混来说是重要的。水合的第二个方面涉及什么类型的介质将允许完全水合。某些水合介质对于单个聚合物分子从干燥颗粒被释放以及因此完全地水合是更困难的。例如,这些更“困难”的介质通常具有高盐度、低PH,和/或具有存在的高水平的溶解的非离子型固体(例如蔗糖或糖醇)。当水合介质对于单个聚合物分子的水合是足够困难时,胶颗粒不能够溶胀和完全地释放聚合物。在这样的例子中,为了使用聚合物,可能需要过度的混合、热或水合介质的改变。在一个方面,与常规的黄原酸胶相比,本发明的黄原酸胶的一个特征是其在这些困难的介质中完全地水合的能力,包括可能具有高盐度、低PH和/或具有高水平的溶解的非离子型固体的那些介质。本方面强调了在常规的黄原酸胶中常见的显著缺点,本发明的黄原酸胶克服了这种缺点。因为介质的类型和“困难”的介质的定义是变化的,所以本领域的技术人员将意识到,本发明的黄原酸胶基于其在某些有限的介质中展示的性质被定义。关于水合速率,本发明的黄原酸胶具有如下的溶液性质。在一个方面,黄原酸胶具有lwt%浓度的黄原酸胶在lwt% NaCl溶液中小于约3分钟(如上所述)、小于约2.5分钟、小于约2分钟或小于约1.5分钟的水合速率(图3)。即使当溶液的NaCl水平被增加至3 1:%时,lwt%浓度的黄原酸胶在溶液中时展示小于约4分钟、小于约3.5分钟、小于约3分钟、小于约2.5分钟或小于约2分钟的水合速率(图4)。在其他的介质中例如3被%柠檬酸溶液中,在0.4wt%浓度的黄原酸胶下,水合速率也是相对快的,小于约6分钟。对于40wt%蔗糖+4wt% NaCl中0.35被%浓度的黄原酸胶的溶液,水合速率是小于约8分钟。在另外的方面,本发明的黄原酸胶可以对困难的水合介质具有更强的耐受性。本方面的一个实施例在图10中示出,其提供了在困难介质中改进的水合的可视证据。在这种情况下,6wt% NaCl足以抑制常规的黄原酸胶的水合。即使混合6分钟之后,对于常规的黄原酸胶,保留可见量的未水合的黄原酸胶(在图10的右侧示出)。然而,本发明的黄原酸胶(在图10的左侧示出 )在这种介质中完全地水合。因此,在一个方面,本发明的黄原酸胶具有Iwt%浓度的黄原酸胶在6wt% NaCl溶液中小于约10分钟、小于约9分钟、小于约8分钟、小于约7分钟或小于约6分钟内实质上完全水合的能力。因此,本发明的黄原酸胶被完全地水合,如通过不存在可见颗粒的视觉外观判断的(图10)。许多黄原酸胶体系需要或受益于在困难介质中具有水合能力的黄原酸胶。例如,食品用酱或调味品具有高水平的溶解固体(糖或玉米糖浆)以及高水平的盐和酸,并且因此通常构成“困难”的介质。此外,本发明的黄原酸胶以0.2wt%浓度的黄原酸胶在10wt%硝酸铵溶液中,在环境条件下以1800rpm进行螺旋桨式混合约I小时内能够获得完全水合(3rpm, 5000mPa *s的粘度,Brookfieldl号转子)。在这些条件下,本发明的黄原酸胶以0.2wt%浓度的黄原酸胶在IOwt%硝酸铵溶液中,在环境条件下以ISOOrpm进行螺旋桨式混合约0.7小时内、在约0.8小时内、在约0.9小时内、在约1.0小时内、在约1.1小时内、在约1.2小时内或在约
1.3小时内能够获得完全水合。为了表明本发明的黄原酸胶的极优的增稠性质,在变化的盐浓度下利用本发明的黄原酸胶的溶液粘度与常规的黄原酸胶进行比较。如图5中所示的,表明了本发明的黄原酸胶与可商购获得的黄原酸胶的比较,其中每种黄原酸胶以0.25wt %浓度的黄原酸胶在0.0l摩尔(M)NaCl溶液中,在环境条件下以1800rpm混合一小时。所得到的溶液的粘度使用BrookfieldLV型粘度计,I号转子在3rpm下测量。本发明的黄原酸胶具有大于约1750mPa *s、大于约 1800mPa *s、大于约 1850mPa *s、大于约 1900mPa *s、大于约 1950mPa *s>大于约2000mPa.s、大于约2050mPa.s、或大于约2100mPa.s的粘度。除非另有说明,否则在这些条件下,本发明的黄原酸胶可以具有高至约2400mPa.S、高至约2500mPa.s或高至约2600mPa.s的粘度。比较用的商业黄原酸胶展示显著更低的粘度并且可以在混合一小时之后尚未完全地水合。因此,这些数据表明在低盐环境中本发明的黄原酸胶相对于多种可商购获得的黄原酸胶的极优的性能。如图6中所示的,进行本发明的黄原酸胶与可商购获得的黄原酸胶的比较,其中每种黄原酸胶以0.25wt%浓度的黄原酸胶在0.1M NaCl溶液中,在环境条件下以1800rpm混合一小时。所得到的溶液的粘度使用Brookfield LV型粘度计,I号转子在3rpm下测量。在一个方面,本发明的黄原酸胶具有大于约1700mPa.S、大于约1750mPa.S、大于约1800mPa *s、大于约 1850mPa *s、大于约 1900mPa *s、大于约 1950mPa *s、大于约 2000mPa *s>大于约2050mPa *s、或大于约2100mPa *s的粘度。除非另有说明,否则在这些条件下,本发明的黄原酸胶可以具有高至约2300mPa.S、高至约2400mPa.S、高至约2500mPa.s或高至约2600mPa.s的粘度。比较用的商业黄原酸胶展示显著更低的粘度并且可以在混合一小时之后尚未完全地水合。因此,数据表明在中等盐环境中本发明的黄原酸胶相对于其他的可商购获得的黄原酸胶的极优的性能。所有上文提到的性质可以把根据本公开内容的黄原酸胶作为增稠剂、粘度改进齐U、乳化剂和/或稳定剂结合入用于纸、建筑、纺织品、食品、化妆品、农用化学物、药物、工业、家居清洁、石油钻井和辅助回收以及水处理的制剂中。黄原酸胶在多种产品中用作组分以改进性质。性质可以包括粘度、颗粒的悬浮、口感、松密度、水束缚性、增稠、乳液稳定性、泡沫增强和薄化。使用本发明的黄原酸胶的食品产品包括,以实例的方式,色拉调味品、糖浆、果汁饮料和速冻点心。其他的产品还包括印刷染料、石油钻井液、陶瓷釉、药物组合物、清洗液、涂料和油墨、壁纸粘合剂、杀虫剂、牙膏、酶和细胞固定剂。对于药物组合物来说,黄原酸胶可以用作载体或用作控制释放基质。黄原酸胶使用常规的浸没黄单胞菌属发酵工艺生产。在本公开内容的一个方面,黄单胞菌属种菌培养物(Xanthomonas seed culture)可以使用约0.2m3至约20m3的发酵容器在约20至约40小时时段内被小规模地生产。发酵可以在环境条件下进行。黄单胞菌属种菌培养物可以与含有约2.0至约6.0wt% (优选地约3.0至约4.0wt% )的呈玉米淀粉形式的碳源、约0.1至约0.5wt% (优选地约0.1至约0.3wt%)的呈大豆蛋白形式的氮源以及约0.005至约0.02wt% (优选地0.05至约0.015wt% )的碳酸钙的发酵培养基共同地被加入到约20m3至约250m3的全尺度发酵容器中。在发酵期间可以提供搅拌和曝气以提供发酵培养基的氧合作用。发酵培养基的PH可以使用滴定添加KOH或NaOH而被控制在约6.0至约7.5的范围内。在约50至约100小时之后,发酵完成,得到包含黄原酸胶水溶液的发酵醪液(fermentation beer)。在发酵完成之后,通常可以使用与水混溶或至少略微混溶的有机溶剂从发酵醪液中沉淀出黄原酸胶,例如使用醇、酮或与水混溶的任何其他有机溶剂。有机溶剂便利地可以以任何可商购获得的形式被使用,例如作为无水溶剂、作为醇或酮的混合物(例如同分异构的混合物)或作为有机溶剂在水中的混合物(例如共沸混合物)。在一个方面,有机溶剂可以是醇,例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇(异丙醇)、正丁醇、异丁醇和类似的,包括醇的任何混合物或组合。此外,醇可以是乙醇或异丙醇或乙醇或异丙醇的组合。在又一个方面,为了沉淀出黄原酸胶,有机溶剂可以以至少约0.5: I的体积比被加入到发酵醪液中,即,每一体积的发酵醪液0.5体积的有机溶剂。在一个方面,有机溶剂可以以约0.6: I至约3: I的有机溶剂与醪液的体积比被加入到黄原酸胶水溶液中。例如,乙醇可以以约
0.6: I至约3: I的有机溶剂与醪液的体积比被加入到黄原酸胶水溶液中。在另一个方面,可以通过约1.25: I至约2.5: I的乙醇与醪液的体积比加入乙醇而从发酵醪液中沉淀出黄原酸胶。黄原酸胶沉淀物可以使用常规的技术被分离或析出,例如通过倾析。析出的黄原酸胶可以如期望的被进一步处理,例如,以除去过量的溶剂和/或改进黄原酸胶产物的粒度。在一个方面,回收的黄原酸胶可以被压榨以除去过量的醇和水,然后被干燥。在另外的方面,干燥可以在约50°C至约90°C的温度下进行,直到剩余含水量被减小至期望的水平,例如从约5wt%至约lwt%。此外,如果期望的话,黄原酸胶可以被碾磨至例如约50微米至约750微米的平均粒度。被认为是在本领域技术人员的知识内的是,使析出的黄原酸胶产物,如本文描述的,经受任何常规的发酵后/析出后处理,如期望的。然而,本文公开的黄原酸胶不需要发酵后或析出后处理来获得期望的性质,如本文公开的。在本文中采用的用于表征根据本公开内容的黄原酸胶的独特特性的测试方法如下。黄原酸胶的低剪切速率粘度(“LSRV”)的测定黄原酸胶的LSRV使用以下的程序被测定。把黄原酸胶(0.75gm,被称重至最近的
0.0lgm)在以800+20rpm搅拌的同时缓慢地加入被容纳在400ml高型烧杯中的299ml的标准自来水中。继续搅拌约4小时。就在不再搅拌测试溶液(4小时之后)之前,把溶液温度调整至25+2°C。把测试溶液从搅拌器移除并且允许在室温不受干扰地静置30±5分钟(可以放置在温度受控的水浴中)。在溶液静置30分钟之后,通过把温度计插入在烧杯的中央和侧部之间的溶液中测量温度。为了精确性,溶液在测量粘度之前不被干扰。使用Brookfield LV型粘度计,I号转子以3rpm测量在25 ±2°C下的粘度。在允许转子旋转3分钟之后,记录以毫帕斯卡秒(“mPa.s”)或厘泊(“cP”)计的粘度。黄原酸胶的海水粘度的测定。根据ASTM D1141-52 通过把 41.95g 的来自 Lake Products C0.,Inc.,MarylandHeights, MO的海盐溶解在I升去离子水中制备海水溶液。把300ml部分的海水溶液转移至被附接于Hamilton-Beach936_2混合器(Hamilton-Beach Div.,华盛顿特区)的混合杯。把混合器速度控制设置为低的并且把带单个沟槽的圆盘附接于混合轴。在低的速度设置下,混合器轴以约4,000-6, OOOrpm旋转。把0.86g部分的黄原酸胶在15-30秒内缓慢地加入混合杯中并且允许混合5分钟。把混合器速度控制设置为高的(11,000± 1,OOOrpm)并且允许测试溶液混合约5分钟。允许混合物混合总共45分钟,从黄原酸胶加入的时间开始。在45分钟混合时间结束时,加入2-3滴的BARA-DEFOAM 消泡剂(NL Baroid/NLIndustries, Inc.,休斯敦,德克萨斯州)并且继续搅拌另外的30秒。把混合杯从混合器移除并且浸没在冷冻水中以把流体的温度降低至25°C ±0.5°C。为了确保均匀的溶液,在冷却之后把溶液以11,000 ± 1,OOOrpm再混合5秒。把溶液从混合杯转移至400ml Pyrex烧杯并且测量范氏粘度(范氏粘度计,35A型)。这通过以3rpm混合被实现。使读数稳定,然后从刻度盘读取剪切应力值并且记录为3rpm下的海水粘度值。黄原酸胶的水合速率的测定水合速率测试器被开发以测量黄原酸胶在水溶液中的水合速率。水合速率被定义为样品达到最大扭矩的90%的时间量。虽然这不直接地测量完全水合,但是90%点对于样品比较来说是有用的值。所获得的100%点是更可变的,因为向终值的接近是逐渐的并且受到测量中的即使小量的随机误差的影响。如图7中所示的仪器利用变速电动机搅拌被安装于扭矩传感测力计的烧杯中的溶剂。在以恒定的速度混合的同时把黄原酸胶加入溶剂中以开始测试。当溶液粘度由于黄原酸胶的水合增加时,烧杯上的扭矩(扭力)增加。由归一化数据、打印数据并以扭矩百分数对时间绘制数据的计算机来连续地监测扭矩值。虽然扭矩不是样品粘度的直接量度,但是扭矩提供随时间推移的粘度产生的有价值的量度。用于水合速率的测定的设备在图7和图8中示出:1.测试架(704)——固定变速电动机(702)、SCR控制器(714)和扭矩测力计(710)的仪器的主体。扭矩测力计安装板(712)被设计为是可迅速拆装的和自对准的。控制器(714)具有速度控制按钮(716)和开/关电源开关(718)。2.扭矩测力计(710)和信号调节器(720)——扭矩传感测力计(710)测量非常小的力。信号调节器(720)电子感测测力计(710)上的扭矩的改变并且把该信息电子发送至数字式多量程电压表(722)。信号调节器(720)具有开/关电源开关(718)。3.马达(702)——直流变速电动机(702)和合适的卡盘(706)被用于该测试器。速度范围是约0-1200rpm,具有高度的稳定性(+5rpm)。4.万用表(722)——把来自信号调节器(720)的电压读数数字化并且把该信息发送至计算机。读数被以每秒5个取至5位有效数字。5.H-棒搅拌器(802)——如图8中所示的H-棒搅拌器(802)具有以下的尺寸:总长度8英寸,至横向构件的长度7英寸,在“H”中1.5英寸X 1.5英寸(使用0.25英寸不锈定位销)。H-棒搅拌器(802)被专门地设计为混合溶液同时保持溶液内的旋涡,距底部2-4mm的间隙。6.样品杯(804)——250ml不锈钢Griffin烧杯(804)被用于容纳溶剂。样品杯(804)被样品杯保持器(708)保持并且被样品杯定位螺钉(724)固定。7.转速计——数字光电转速计被用于精确地调整搅拌器(802)速度。水合速率程序:测试使用80目粒度的黄原酸胶,以3:1的重量比将其分散在聚乙二醇(PEG)中并且在室温(23+2°C)下手动混合。在测试即将开始之前,把待测试的样品与分散剂混合。溶质被变化,如在下文的实施例和附图中提到的。标准自来水(STW)是其中一种溶质,通过把1.0g的NaCl和0.15g CaCl2.2Η20溶解在I升的去离子水中被制备。使用130ml的体积。以lwt%水平测试黄原酸胶,除非提到不是这样。搅拌器速度是600rpm。把样品在4-5秒时间段内以非常受控的和恒定的方式加入。为了一致性和精确性,样品禁止被过快地或过慢地或以不均匀的方式加入。
测量了从O至在测试期间发生的最大扭矩的100%的数据。达到最大扭矩的90%的时间被视为水合速率。该值被发现是稳定的和可重复的。用于达到100%的时间不被使用,因为向100%扭矩最终的接近是逐渐的并且受到外部因素例如电噪声和/或振动的影响。以这种方式产生的扭矩曲线的实例在图9中提供。实施例在以下的实施例中,在发酵中使用的生物体是十字花科黑腐病菌的亚洲菌株,其在2010年8月31日按照登记号PTA-11272被保藏在美国典型培养物保藏中心(ATCC,专利储藏所,1081University Boulevard, Manassas, VA20110-2209,美国)。发酵在环境条件下进行。把黄单胞菌属种菌培养物与含有3.8wt%碳源(玉米淀粉)和0.25wt%氮源(大豆蛋白)和0.0lwt^CaCO3的发酵培养基共同地加入到发酵容器中。在发酵期间以常规的速率提供搅拌和曝气以提供发酵培养基足够的氧合作用。在发酵期间借助添加KOH使发酵培养基的pH控制在约6.0至7.5的范围内。在约60小时之后,发酵完成并且通过把1.5体积的乙醇加入到发酵醪液中而从发酵醪液中沉淀出黄原酸胶。压榨所回收的黄原酸胶以除去过量的醇和水,然后在70°C的温度下干燥,直到剩余含水量是IOwt%。最终,把黄原酸胶碾磨至80微米的平均粒度。在如图1-6和10以及表1-4中所示的每一个实施例中,本发明的黄原酸胶与可从CP Kclco U.S., Inc.以商品名丨(ELTROL 知丨(ELZAN 的、可从 Archer DanielsMidland Company 以商品名 ΟΡ ΖΧΑΝ 知 NO VAX AN 获得的、可从 ShandongDeosen Corporation Ltd.以商品名 ZIBOXAN 获得的、可从 Fufeng Group Ltd.Xanthan gum and Cargill, Incorporated 以商品名 VERSAGUM 获得的可商购获得的80目黄原酸胶进行比较。表I0.4%黄原酸胶在3%柠檬酸内的水合(I小时混合)
权利要求
1.一种黄原酸胶,在溶液中具有以下的性质: a.0.25重量百分数(wt % )浓度的黄原酸胶在标准自来水中被水合时,在3rpm下大于约1600mPa.s的低剪切速率粘度, b.在合成海水中被水合时,在I磅/桶下大于约18的海水粘度, c.lwt%浓度的黄原酸胶在lwt% NaCl溶液中小于约3分钟的水合速率,以及 d.lwt%浓度的黄原酸胶在6wt% NaCl溶液中小于约10分钟内实质上完全水合的能力。
2.根据权利要求1所述的黄原酸胶,还展示包括在标准自来水中被水合至0.25wt%浓度的黄原酸胶时,在3rpm下大于约1800mPa.s的低剪切速率粘度的性质。
3.根据权利要求1所述的黄原酸胶,还展示包括在I磅/桶下大于约20的海水粘度的性质。
4.根据权利要求1所述的黄原酸胶,还展示包括lwt%浓度的黄原酸胶在lwt%NaCl溶液中小于约2分钟的水合速率的性质。
5.根据权利要求1所述的黄原酸胶,还展示包括lwt%浓度的黄原酸胶在3wt%NaCl溶液中小于约4分钟的水合速率的性质。
6.根据权利要求1所述的黄原酸胶,还展示包括0.4wt%浓度的黄原酸胶在3wt%柠檬酸溶液中小于约6分钟的水合速率的性质。
7.根据权利要求1所述的黄`原酸胶,还展示包括lwt%浓度的黄原酸胶在6wt%NaCl溶液中小于约8分钟内实质上完全水合的能力的性质。
8.根据权利要求1所述的黄原酸胶,还展示包括0.2wt%浓度的黄原酸胶在10 丨%硝酸铵溶液中,在环境条件下以ISOOrpm进行螺旋桨式混合约I小时之后完全水合的性质。
9.根据权利要求1所述的黄原酸胶,还展示包括如使用BrookfieldLV型粘度计,I号转子在3rpm下测量的,0.25wt %浓度的黄原酸胶在0.0lMNaCl溶液中被水合时,在环境条件下以1800rpm混合一小时之后大于约1900mPa.s的粘度的性质。
10.根据权利要求1所述的黄原酸胶,还展示包括如使用BrookfieldLV型粘度计,I号转子在3rpm下测量的,0.25wt %浓度的黄原酸胶在0.0lMNaCl溶液中被水合时,在环境条件下以1800rpm混合一小时之后大于约2100mPa.s的粘度的性质。
11.根据权利要求1所述的黄原酸胶,还展示包括如使用BrookfieldLV型粘度计,I号转子在3rpm下测量的,0.25wt%浓度的黄原酸胶在0.1MNaCl溶液中被水合时,在环境条件下以1800rpm混合一小时之后大于约1900mPa.s的粘度的性质。
12.根据权利要求1所述的黄原酸胶,还展示包括如使用BrookfieldLV型粘度计,I号转子在3rpm下测量的,0.25wt%浓度的黄原酸胶在0.1MNaCl溶液中被水合时,在环境条件下以1800rpm混合一小时之后大于约2100mPa.s的粘度的性质。
13.根据权利要求1所述的黄原酸胶,被用作在用于石油钻井或辅助回收、用于水处理、用于食品、化妆品、药物制剂或农用化学制剂、用于工业或家居清洁或用于纸、建筑或纺织品的制剂中的增稠剂、粘度改进剂、乳化剂或稳定剂。
14.根据权利要求1所述的黄原酸胶,其中所述黄原酸胶从野油菜黄单胞菌的发酵获得。
15.根据权利要求14所述的黄原酸胶,其中所述野油菜黄单胞菌是具有ATCC登记号PTA-11272 的菌株。
16.根据权利要求1所述的黄原酸胶,其中所述黄原酸胶从十字花科黑腐病菌的发酵获得。
17.根据权利要求1所述的黄原酸胶,其中所述黄原酸胶处于脱水状态。
18.—种黄原酸胶,在溶液中具有以下的性质: a.0.25重量百分数(wt% )浓度的黄原酸胶在标准自来水中被水合时,在3rpm下大于约1600mPa.s (cP)的低剪切速率粘度; b.在合成海水中被水合时,在I磅/桶下大于约18的海水粘度; c.lwt%浓度的黄原酸胶在lwt% NaCl溶液中小于约3分钟的水合速率;d.lwt%浓度的黄原酸胶在6wt% NaCl溶液中小于约10分钟内实质上完全水合的能力; e.0.2wt%浓度的黄原酸胶在10wt%硝酸铵溶液中,在环境条件下以1800rpm进行螺旋桨式混合约I小时内获得完全水合的能力; f.0.25重量百分数(wt% )浓度的黄原酸胶在0.01摩尔(M)NaCl溶液中,在3rpm下大于约1750mPa.s (cP )的低剪切速率粘度; g.0.25重量百分数(wt% )浓度的黄原酸胶在0.1摩尔(M)NaCl溶液中,在3rpm下大于约1700mPa.s (cP)的低剪切速率粘度;或 h.其任意组合。
19.根据权利要求18所述的黄原酸胶,其中所述黄原酸胶从十字花科黑腐病菌的发酵获得。
20.根据权利要求19所述的黄原酸胶,其中所述野油菜黄单胞菌是具有ATCC登记号PTA-11272 的菌株。
全文摘要
本公开内容提供具有与常规的黄原酸胶相比增强的性质,例如改进的水合耐受性、水合速率和/或粘度性质,同时保持例如酶稳定性和剪切稳定性的有益的黄原酸胶性质的黄原酸胶聚合物及其制备方法。在用于生产所公开的黄原酸胶的发酵中使用的生物体通常是十字花科黑腐病菌的菌株。描述了黄原酸胶的这些和其他的方面。
文档编号A23F5/00GK103108553SQ201180040503
公开日2013年5月15日 申请日期2011年8月26日 优先权日2010年8月31日
发明者R·克拉克, 哈罗德·海登 申请人:Cp凯尔科美国公司

最新回复(0)