微团粒组合物的制作方法

专利名称：微团粒组合物的制作方法
技术领域：
一般而言，本发明涉及微团粒(micro-cluster)液体和制造与使用它们的方法。本发明提供了制造微团粒液体的程序及其使用方法。
申请内容I.微团粒液体和制造与使用它们的方法II.培养基和制造与使用培养基的方法III.药物、生物影响(bio-affecting)组合物和身体处理(body-treating)组合物IV.食品或可食用物质和饮料；方法、组合物和产品I.微团粒液体和制造与使用它们的方法发明背景水由单个H2O分子组成，它们通过氢相互结合形成具有以下五类特征的团粒(cluster)不相连的分子，在一个类似四面体的排列中由五(5)个H2O分子组成的四面氢键结合的分子，以及通过1、2或3个氢键结合连接至团粒的表面相连的分子，(美国专利5,711,950Lorenzen；Lee H.)。这些团粒可通过微弱的远距离Van der Waals(范德华)引力形成由不同数量微团粒分子组成的较大阵列，以通过一个或多个这种力来组成阵列；(1)偶极-偶极相互作用，即带有永久偶极矩的两个分子之间的静电引力；(2)偶极感应偶极相互作用，即一个分子的偶极使相邻的分子极化；以及(3)由原子中微弱的瞬时偶极产生的分散力。在普通条件下，四面体微团粒不太稳定，通过产生London Force(伦敦力)克服Van der Waals排斥力的振动可重新形成较大阵列。当这些分子靠近另一个分子时，由于相对位置和两个水分子的运动，会产生分散力，从而导致原子内部分子轨道形状的单个包膜变形。每个分子阻止由连续变形而导致不断增加的反作用力，直至达到伦敦感应力(London Inductive Force)生效的接近点。如果这些分子的速率大至足够使它们相互靠近的距离等于Van derWaals半径，则可结合成水分子。
目前，我们需要一种能够有利地分级分离(fractionate)液体大分子阵列的处理方法。而且，还需要可用于消费、医药和化学领域加工的更小水分子(例如，微团粒)。
发明概述发明者们发现，通过各种静电和van der Waal力形成的大分子阵列的液体(例如，水)，可以通过空化而裂解成分级分离或微团粒分子(例如，理论四面体微团粒水)。发明者们进一步发现了利用Vander Waals排斥力稳定新建微团粒水的方法。该方法是将微团粒水冷却至所需的密度，其中微团粒水可然后被氧化。在仍冷却时将微团粒水装瓶。此外，在微团粒氧化水密度较大(即冷却状态下)时装满瓶并加盖，通过减少在部分装满的瓶中可能出现的振动并同时向溶液中溶解的气体(例如，氧气)提供分压，可降低伦敦力，从而在40°F 至70°F的温度条件下存放时可稳定微团粒约6到9个月。
本发明提供了一种制备微团粒液体(如水)的方法，包括使液体空化以使该液体中溶解的夹带的气体形成大量的空化泡；以及使包含大量空化泡的液体经受减压，在此过程中压力的减小可致使大的液体分子矩阵破裂成较小的液体分子矩阵。在另一实施方案中，液体基本上不含矿物质，可以是也基本上不含矿物质的水。该实施方案提供了重复的处理方法，直至水达到140°F(约60℃)左右。空化可以这样提供对液体施加第一压力，然后快速减压至第二压力以形成空化泡。可使用泵来加压。在一个实施方案中，第一压力约为55psig到120psig以上。在另一实施方案中，第二压力约为大气压。实施方案可以这样进行，以使得压力改变引起大量空化泡破裂或爆裂。可以实施压力改变，以形成解离局部原子并以不同结合角度和强度重新组成原子的等离子体。在另一实施方案中，液体冷却至约4℃到15℃。其它实施方案包括向微团粒液体中供入气体，如所述气体为氧气。在进一步的实施方案中，供氧时间约为5到15分钟。在进一步的实施方案中，本发明提供了制造微团粒液体的方法，包括对液体施加足够大的压力；释放加压液体以生成连续的液流；使连续液流形成多重旋转涡流，其具有部分真空压力，以使液体中溶解和夹带的气体生成大量空化泡；然后对含有大量空化泡的液体减压，在此过程中大量的空化泡会破裂或爆裂，这可引发使大液体分子矩阵形成较小液体分子矩阵的冲击波。在进一步的实施方案中，液体基本上不含矿物质，在附加的实施方案中，液体为水，优选基本上不含矿物质。本发明提供了重复的处理方法，直至水达到140°F(约60℃)左右。在另一实施方案中，空化可以这样提供对液体施加第一压力，然后快速减压至第二压力以形成空化泡。此外，本发明中的加压可使用泵来提供。在进一步的实施方案中，第一压力约为55psig到120psig以上，在另一实施方案中，第二压力约为大气压，包括第二压力低于5psig的实施方案。实施方案可以这样进行，以使得压力改变引起大量空化泡破裂或爆裂。本发明还提供了微团粒液体，其中压力改变引起大量空化泡破裂或爆裂。在另一实施方案中，压力改变形成解离局部原子并以不同结合角度和强度重新组成原子的等离子体。本发明还提供了一种方法，其中将液体冷却至约4℃到15℃。在另一实施方案中，本发明提供向微团粒液体中供入气体。优选所述气体为氧气，特别是供氧时间约为5到15分钟，更优选压力约为15到20psig。
本发明还提供了含有按上述步骤制成的微团粒水的组合物。
并且，本发明的另一方面是具有任何或全部下述属性的微团粒水传导性约为3.0到4.0μmhos/cm，在约2650波数具有主要明显特征的FTIR分光光度图，按热重分析确定的蒸汽压力约在40℃到70℃之间，17O NMR峰位移相对于反渗透水至少约+30赫兹，优选至少约+40赫兹。
本发明还进一步提供了本发明的微团粒水的用途，用于诸如通过使细胞与微团粒水接触来调节细胞性能和降低细胞中自由基水平的目的。
此外，本发明还提供了含有微团粒水(例如，氧化微团粒水)和活性剂(例如，营养剂、药物等)的给药系统。
而且，本发明的微团粒水还可用于通过将织物与微团粒水相接触来除去织物上的污渍。
附图和下述说明详细描述了本发明的一个或多个实施方案。本发明的其它特征、目的和优势将由说明书和附图以及由权利要求书显而易见。
此处引用的所有出版物、专利和专利申请均特别引入参考用于所有目的。
附图简要说明

图1显示水分子和引发的净偶极矩。
图2显示大水分子阵列。
图3显示形成一个四面体形状的具有5个水分子的微团粒水。
图4显示液体形成空化现象的实用装置示例。本装置配备有液体入口，然后使液体形成多重旋转涡流，达到约27英寸汞柱的部分真空压力。液体通过加速管从装置的A点排出至低于装置内压力的腔体(例如，约大气压)。
图5显示RO水(图5(a))和经处理的微团粒水(图5(b))的FTIR谱。
图6显示RO水和氧化的微团粒水的TGA图。
图7显示RO水(图7(a))、未氧化的微团粒水(图7(b))和经氧化的微团粒水(图7(c))的NMR谱。
图8显示拉曼(Raman)光谱学装置的示意图。
图9显示微团粒细胞培养基对巨噬细胞质膜的影响。
图10显示微团粒细胞培养基对胞内pH的影响。
图11显示微团粒细胞培养基对293T细胞活力的影响。
图12a和12b显示微团粒水对两种类型人类细胞的生长和转染的影响。
图13显示微团粒水对树突细胞标志表达谱的影响。
图14显示微团粒水对用微团粒介质灌注的脑组织的功能状态的影响。
优选实施方案说明包括例如酒精、水、燃料及其组合物在内的液体均由具有复杂分子结构的原子和分子组成。许多这种排列会导致形成在相邻分子间具有非共价相互作用的共价键原子的大分子阵列，这些相邻的分子依次通过另外的有其它分子的非共价相互作用达到相互影响。尽管这些大阵列比较稳定，但是由于其大小而无法将它们理想地用于大多数应用。因此，这就需要通过降低非共价相互作用的数量来创建并提供较小阵列的液体。这些较小的分子能够更好地在生化系统内渗透和作用。此外，较小的分子阵列可提供所需的新特性。
此处采用的“共价键”表示原子间共用电子的化学键。术语“非共价键”或“非共价相互作用”表示原子间不用共电子的化学键或相互作用。此类非共价相互作用包括离子(或电价)键(从一个原子到另一个原子的一个或多个电子的转移而形成)、由偶极矩、氢键结合和Van der Waals力产生的相互作用等。Van der Waals力是作用于非极性分子之间或同一分子不同部分之间的微弱的力，从而由于一组中临时不对称的电子分配将两组结合在一起，这使另一组中相反的极性得到感应。当组之间的距离小于Van der Waals半径时，由于其电子云开始相互穿插，它们之间的力会相互排斥。
此处提及的方法适用于许多液体，这种液体包括水、酒精、石油和燃料。水等液体由一个或多个基本元素或原子(例如，氢和氧)组成的分子构成。原子间共价键的相互作用和分子电荷形成了分子。水分子具有有角或弯曲的图形。水分子中H-O-H键的角度大约为104.5°到105°。水分子的净偶极矩在图1中有说明。这种偶极矩形成了允许其它水分子引力的静电力。Pugliano等人，(Science，2571937，1992)的最近研究提出了水分子间的关系和复杂的相互作用。这些研究揭示了氢键和双氧相互作用在建立大的水分子团粒中的关键作用。纯净水结构复杂，由相邻水分子相互作用的多个水分子组成的大阵列(如图2所示)。例如，这些大阵列由氢键形式等非共价相互作用形成，从而形成偶极矩分子。虽然相当稳定，但是有研究表明这些大分子不利于各种化学和生物反应。因此，在一个实施方案中，本发明提供了一种形成分级分离或微团粒水的方法，如图3所述只有约5个水分子。
本发明为提供了小的微团粒液体(例如，微团粒水分子)、生产分级分离水或微团粒水的制造方法，以及在各种生物状况处理中的使用方法。
因此，本发明提供了生产分级分离液体或微团粒液体(例如，水)的方法，包括对起始液体加压至第一压力，然后快速降压至第二压力，形成导致释放夹带的气体并形成空化泡的部分真空压力。由空化泡破裂和爆裂提供的热物理反应会导致热量增加和保持液体大阵列在一起的非共价相互作用破坏中断。该处理方法可以反复执行，直至获得分级分离液体所需的物理化学特征。如果液体为水，则处理方法可反复执行，直至水的温度达到约140°F(约60℃)。得到的较小或分级分离的液体应在可防止重新形成大阵列的条件下冷却。在此处用法中，“水”或“原料水”包括自来水、天然矿泉水和经加工的水如纯净水。
只要空化源适于产生足够的能量可使大阵列破裂，则该领域任何已知技术均可用于在液体中形成空化现象。空化产生的声能为液体大阵列破裂成较小的液体团粒提供能量。例如，利用声音换能器可提供所需的空化源。此外，使液体通过带有压缩部件的管状物可引发空化，这是因为在压缩之前可形成高压，并且在通过压缩部件之后压力会快速减小。另一实例是使液体以反方向旋转涡流的形式通过液泵。
在一个实施方案中，要分级分离的液体加压成旋转涡流，可形成在旋转涡流以等于或接近大气压力的大小流出锥形喷嘴时达到将夹带的气体释放为空化泡的部分真空压力的漩涡。这种瞬间加压和减压可使形成声能冲击波的空化泡破裂和爆裂。这些冲击波打断了液体大阵列中的共价键和非共价键以及微弱的阵列键，并形成了由约五(5)个以类似四面体排列的H2O分子组成的微团粒或分级分离液体(如图3所示)，并给微团粒液体分配了一个电子电荷，从而液体具有了电解质特性。微团粒液体不断循环，直至形成所需数量的微团粒液体分子，以达到指定的表面张力和电子电荷，在液体温度随时间的流逝升高到指定值后，空化泡会向经处理的液体中放出动力热量。一旦达到所需的表面张力和电子电荷，微团粒液体就开始冷却直至液体密度增加。所需的表面张力和电子电荷可通过多种方式测量，但最好是通过温度来检测。例如，一旦液体达到所需的密度，气体一般约为4℃到15℃，持续通入氧气，在足够的时间之后，微团粒液体中即可达到所需的氧气量。然后，将微团粒液体试样等分装入容器或瓶中，优选充满至最大溶剂，然后加盖，在此同时加入气体的微团粒液体仍然冷却，以便随着温度达到室温向加气的微团粒液体提供部分压力。由于瓶内部分压力升高，这使大量的溶解气体可保留在溶液中。
本发明提供了制造微团粒或分级分离水或液体的方法，为便于说明，所描述的液体将用水来表示，虽然任何类型的液体均可替代水。例如，对于原料水，由于相对来说不含矿物质，因此优选将纯净水或蒸馏水用作原料。然后，将水加入用于加工的食品级不锈钢储水池。将原料水加入可提供约55到120psig或以上持续压力的液泵，即可形成连续的水流。然后，使水流流入可形成达到约27英寸汞柱部分真空压力的多重旋转涡流的适用装置(参见图4实例)，从而达到在水中溶解夹带的气体的蒸汽压力。这些气体形成空化泡，通过多重加速管后排进等于或接近大气压力的共用腔体。由空化泡的破裂和爆裂产生的冲击波通过水的反复循环，将水的大阵列打断成较小的水分子。水循环使水的温度不断升高。由空化泡破裂和爆裂产生的热量将能量释放为声光效应，声光效应气泡的温度估计在10到100电子伏特之间，或19,743,336个大气压力下2,042,033°F。然而，生成的热量仅有亚微细粒大小，很快被周围的水迅速吸收，放出动力能。发明者们已确定将大阵列打断为较小水分子的操作可利用空化现象的正弦波来达到，并通过监控温度的上升，可以在处理过程中调节水的渗透压和表面张力。发明者们已确定氧化微团粒水(Penta-hydrateTM)的理想温度约为140°F(约60℃)。这可以通过使用四股相反的涡流以6度加速管排入等于或接近大气压的共用腔体来实现，背压应低于5磅。如上所述，发明者们还发现在此处描述的处理方法下，液体会出现热/温度的正弦波动。根据所需的物理化学特性，重复处理方法直至正弦曲线达到所需的点，达到该点时，在可抑制大分子阵列形成的条件下收集并冷却液体。例如(但并非限于此)，发明者们发现按此所述方法处理的水会出现正弦加热过程。在制造这种水的过程中会形成高负电荷并转移至水。根据工作压力和产生的水速率，通过频率为800周期或以上的叠加正弦波而测得的电压为-350毫伏到-1伏。发明者们发现，温度中第三个正弦曲线峰值为水的微团粒结构提供了最佳数值。虽然发明者们没有责任提供操作的机制或理论，但是据信高负离子产生可充当给电子的良好来源，消费时用作抗氧化剂，还可通过对暴露在负电荷静电场的水分子进行定位稳定水微团粒和有助于防止重新形成大阵列。虽然不愿被束缚在特定的理论中，但是根据FTIR和NMR试验数据，发明者们认为在空化现象过程中达到的高温可能在水中会形成解离H2O原子然后以不同的键结合重新形成的等离子体，从而生成了不同的结构。本领域技术人员会认识到，本发明的水可采用任何方式进行进一步改进。例如，在形成微团粒水后，按此处描述它可能会被氧化，根据水的最终用途，可采用已知的现有技术对其进行进一步的净化、调味、蒸馏、辐射处理或其它修饰。
在另一实施方案中，本发明提供了调节组织或对象的细胞性能的方法。微团粒水(例如，氧化微团粒水)可设计为输送系统，以传输水合作用、氧化作用、营养、药物和提高总体细胞性能和交换细胞内液体并去除水肿。试验采用RJL Systems Bio-Electrical ImpedanceAnalyzer型号BIA101 Q Body Composition Analysis SystemTM完成，结果证明实质性的细胞内和细胞外水合作用，变化仅需5分钟。试验在一名58岁、身高71.5英寸、体重269磅的体形肥胖的男性身上进行。Bio-Electrical Impedance AnalyzerTM读取的基线数据如下所示。
如下述实施例描述，预计本发明的微团粒水经对象消费会产生有益的影响。对象可以是任何哺乳动物(例如，马、牛、猪、鼠、猫、犬科动物)，优选是人类。微团粒水或氧化微团粒水(Penta-hydrateTM)的剂量将取决于通常修改和调整的现有技术中认识到的许多因素。这类因素包括年龄、体重、活动性、脱水状况、体内脂肪等。一般而言，0.5升本发明的氧化微团粒水即可提供有益结果。此外按照预期，本发明的微团粒水可采用任何现有技术已知方式施用，包括例如口服和静脉内，单独或与其它活性剂、化合物和化学制品混合。发明者们还预计，本发明的水可用于冲洗伤口或外科手术切口部位。本发明的水还可用于感染治疗，例如，由厌氧菌引起的感染可采用微团粒水(例如，氧化微团粒水)进行有益治疗。
在另一实施方案中，本发明的微团粒水可用于降低自由基水平，从而在细胞中抑制自由基损伤。
在另一实施方案中，本发明的微团粒水可用于除去棉布等织物上的污渍。
以下实施例用于说明但并不限制本发明。本领域技术人员会认识到以下实施例的等同方案，其包括在本发明中。
实施例1如何制造微团粒水以下描述为制造微团粒液体方法的一个示例。本领域技术人员会认识到本发明包括的可供选择的等同方案。因此，以下实施例不会限制本发明，但可用作为了更好地理解本发明的示范方法。
将325加仑Culligan Water品牌的蒸馏水或在29℃的环境温度下5加仑瓶中的纯净水倒入一个带有可移除顶盖的316不锈钢无压储水池内，以备处理。该储水池通过可缩小至1英寸NPT的底部进料21/4英寸316不锈钢导管与配有5微米纤维过滤器的20英寸美国过滤器座相连，该过滤器用于除去水中可能含有的污染物。20英寸过滤器的输出管道连接至Teel机型1V458316不锈钢齿轮泵，它通过直接传动的3HP1740 RPM3相电动机驱动。齿轮泵1英寸NPT的输出管道通过1英寸316不锈钢管连接至空化装置，该不锈钢管配备一个用于隔离和pasta压力计的1英寸不锈钢球阀。液泵的输出可向空化装置产生大小为65psig的持续压力。
空化装置由Teflon制造的不带叶轮的四个小型反向泵螺旋管组成，安装在316不锈钢管座上，由1个压力为65psig的V458齿轮泵按切线方式提供普通原料水，通过常用于液泵排出口的1/4英寸小孔流入，但在此用于形成旋转涡流的输入口。进入四个螺旋管的水以360度圆的形式通过带有3/8英寸出料口的1英寸加速管从液泵吸入口排出，此出料口通常为液泵螺旋管的吸入口，但在此用作本装置的排放口。四个反向进料螺旋管形成将水旋转360度的涡流，然后以低于中心线5度的角度将水排出，在等于或接近大气压力时加速管将水排入普通腔体。该腔体连接至一个1英寸不锈钢排放管道，它可回料至盛有蒸馏水的325加仑储水池。至此，水已在装置中经过了一次处理。
上述步骤可不断重复，直至由空化泡破裂和爆裂产生的能量(例如，声能)将其动力热量传递至水中，并且水的温度达到约60℃。
尽管发明者们没有义务解释发明的理论，但他们以解释方式提供了以下理论，而并未受该理论束缚。发明者们相信由空化现象产生的声能抑制了在大阵列中保持五个H2O分子的单个四面体微团粒在一起的静电键，从而降低了其大小并/或在水中产生了局部等离子体，将普通键的角度重新组构为结构不同的水。
温度由手持式红外热探测器通过不锈钢温度计套管进行测量。本领域技术人员会认识到其它温度测量方法。一旦温度达到60℃，液泵电动机即会锁定，并且水开始冷却。装配有5,000英热空调设备的8x8英尺的隔热房间用于加速冷却，但并非必需。冷却时使处理水保持静止十分重要，尽量不要移动。
虽然冷却温度可采用4℃，但15℃已足够，根据要冷却水数量的不同，温度也有所不同。一旦充分冷却至约4℃到15℃，就可对水进行氧化。
在水冷却至所需的温度后，将处理水从325加仑不锈钢储水池移至用于氧化的5加仑聚碳酸酯瓶。
氧化处理是在20psig的压力下通过装配塑料空气扩散器的1/4英寸ID塑料管道充入O2气，该空气扩散器用于产生细小的气泡(例如，Lee目录编号12522)。塑料管穿过5加仑瓶盖上的螺孔，直达瓶的底部。空气扩散器装配在管道排放端。氧气在20psig的流压下充入，以确保可清楚看到氧气泡流。在一个实施方案(Penta-hydrateTM)中，水氧化作用持续约五分钟，而在另一实施方案(Penta-hydrateProTM)中，水氧化作用持续约十分钟。
在氧化作用结束后，立即将水装入500ml PET瓶，装满至溢出后使用带有嵌入式密封垫圈的压封型塑料盖封瓶。在一个实施方案中，将一个0.5升的瓶装满，因而当水的温度升至室温时，它将自行增压，使在部分压力下溶解的氧气保持在较大的浓度。此步骤不仅在溶解状态下能保持更多的氧气，而且还可防止在运送过程中水剧烈振动。
实施例2采用本发明所述方法制备的水新颖独特，就多种参数进行表征。
A.传导性传导性在USP645程序下测得，该程序指定了具有特殊性质的水的传导性的测量标准。除定义了试验实验方案之外，USP645还规定了传导性测量系统的性能标准，以及仪表和传导率的有效性及校准要求。传导性试验由加利福尼亚州Santa Fe Springs市的West CoastAnalytical Service，Inc.执行。
传导性试验结果w/O2RO水 微团粒水 微团粒水25℃时的传导性*(μmhos/cm) 5.55 3.16 3.88*传导性值为两次测量的平均数。
与RO水相比，观察到微团粒水的传导性减小稍大于一半。这相当重要，它表明微团粒水具有明显不同的行为，从而相对于未经处理的RO水在实质上不同。
B.傅立叶转换红外线光谱(FTIR)水是IR光谱区的强吸收剂，经FTIR充分表征，在约3000波数时显示主要的谱线，与O-H键的振动相符合。该光谱线使样本中氢键结构特征性的。将未处理RO样水(样本A)和未氧化微团粒样水(样本B)分别放在氯化银盘内，在25℃经FTIR分析每种液体的膜。FTIR试验由加利福尼亚州Santa Fe Springs市的West CoastAnalytical Service，Inc.采用Nicolet Impact400DTMbenchtop FTIR执行。FTIR光谱如图5所示。
在比较未氧化微团粒水和RO水的FTIR光谱后，结果明确表明两种样水有多种共同特征，但同时也有明显差异。对微团粒水观察到在FTIR光谱中约2650波数的主要明显特征(图5(b))。RO水无此特征(图5(a))。这表明样水中键的行为不同，其能量相互作用已经改变。结果表明，未经氧化的微团粒水在物理性质和化学性质上都不同于RO未处理水。
C.模拟蒸馏由加利福尼亚州Santa Fe Springs市的West Coast AnalyticalService，Inc.对RO水和在未经氧化的未氧化微团粒水进行模拟蒸馏。
模拟蒸馏测试结果RO水 未氧化微团粒水沸点范围*(℃) 98-100 93.2-100*经气压校正。
结果表明，未氧化微团粒样水中最低沸点馏分的沸腾温度明显降低。与RO水的最低沸点馏分98℃的温度相比，观察到微团粒水的最低沸点馏分为93.2℃。这表明处理方法已显著改变了样水中存在的分子种类的组成结构。请注意较低沸点种类通常较小，这与所有观察数据和微团粒的形成相符。
D.热重分析在本试验中，将一滴水滴入dsc样盘，用以精密激光方式钻有一针孔的覆盖密封。样水温度每隔5分钟上升5度，直至达到最终温度。未氧化微团粒水和RO水同时进行TGA概图描绘，以便比较。
TGA分析由加利福尼亚州La Canada市的Analytical Products采用TA Instruments Model TFA2950TM执行。TGA试验结果如图6显示。图中显示了三种不同样水的三个试验结果。RO样水已指定为TGA图表上的“纯净水”。未氧化微团粒水一式两份，包括Super Pro 1St试验和Super Pro 2nd试验。未氧化微团粒水和未处理RO水显示出显著较大的重量减轻动力学现象。显然，RO几乎立即开始丢失质量，在约40℃开始直到最终温度。微团粒水直到约70℃时质量才开始减轻。这说明与未处理RO水相比，经处理水在40℃到70℃之间的蒸汽压力较大。TGA结果证明，未氧化微团粒水的蒸汽压力在达到沸点温度时较低。这些数据再一次表明，与RO水相比，未氧化微团粒水已明显改变。这些数据再次表明，未氧化微团粒水还在75℃到100℃温度之间显示出更多特征。这些特征可以说明在模拟蒸馏中观察到的低沸点馏分。
E.核磁共振(NMR)光谱NMR试验由加利福尼亚州圣地亚哥市的Expert ChemicalAnalysis，Inc.采用600兆赫Bruker AM500TM仪器执行。NMR研究对象为有氧或无氧的微团粒水以及RO水。研究结果如图7所示。在17O NMR试验中对RO水观察到预期单峰(图7(a))。对于无氧微团粒水(图7(b))，相对于RO水来说，观察到的单峰位移+54.1赫兹；对于有氧微团粒水(图7(c))，相对于RO水而言，单峰位移+49.8赫兹。对于微团粒水和RO水观察到NMR峰的位移。此外，NMR数据中有意义的是，与未处理样水较窄的峰相比，对微团粒样水观察到峰增宽。
实施例4-拉曼光谱拉曼光谱对液体结构的变异修饰相当敏感，用它来表征和区分微团粒结构和微团粒分子结构液体。此研究建立在获得和处理自发拉曼光谱的基础之上，可以记录4℃、19℃、36℃和75℃下液态水中相变的类型。氢键网状结构和每单位体积氢键浓度的平均值被确定，导致表征通过不同方法制备的水，特别是区分和定义通过上述制造微团粒的方法制备的水组合物。
图8图示了研究中所用的装置。光源为1064nm的两条谐波输出的Q开关固态Nd:YAG激光(加利福尼亚州山景城(MountainView)的Spectra Physics Corp.)，其双频率可产生532nm的波长。另一个谐波发生器由KTP晶体组成，可从亚利桑那州土斯肯(Tuscon)市的Kigre公司购买。第一条谐波为1064nm，其脉冲能量为200mJ、宽度为10ns，重复率为6Hz。光学镜和半透明单元可从新墨西哥州爱伯克奇(Albuquerque)市的CVC Optics公司购买。本光谱仪从日本滨松(Hamamatsu)市购买，其自动瞄准系统从加利福尼亚州科斯拉梅萨(Costa Mesa)市的Newport Corporation购买。电子光学转换器从德克萨斯州休斯顿(Houston)市的TexasInstruments公司购买。
将水注入单元，作为试验对象。实验中研究以下样水氧化微团粒水、未氧化微团粒水、Millipore(tm)蒸馏水、实验室制蒸馏水、医用级双蒸注射用水、瓶装商用反渗透水，以及自来水(未经处理)。将由脉冲发生器、正弦波发生器和调焦角状扩音器产生的强超声场通入试验水。激光束射入单元。信号以90°的角度分散进入光谱仪，光谱仪中配有提供2nm/mm分散作用的格栅设备。拉曼散射光谱由探测器测量。
结果表明，在声场中微团粒水的氢键网局部结构已改变。特别是，改变符合氧原子间平均距离局部减小至2.80埃，增强以氢键结合的水分子的网状结构的排序几乎达到六边形冰，后者中该距离为2.76埃。
与其它样水相比，含有微团粒水的试样的团粒温度高约10℃，这表明微团粒水的平均团粒大小小于其它样水。而且，微团粒水比其它水显示出更均匀的团粒大小组成，即更加均质的分子团粒结构。
II.培养基及其制造与使用方法本发明涉及用于生物、农业、制药、工业和医药应用的培养基组合物。这些组合物中含有微团粒水。制作和使用培养基组合物的方法在本发明范围内。
综述和定义除非特别指明，否则本发明的实践将采用以下技术领域中的常规技术(1)培养动物细胞、植物细胞及其组织；微生物、亚细胞部分、病毒和噬菌体；(2)分化组织和器官的灌注；(3)生物化学；(4)分子生物学；(5)微生物学；(6)遗传学；(7)化学。这些技术在文献中有详细说明。例如，请参见《动物细胞培养基础技术手册》(Cultureof Animal CellsA Manual of Basic Technique)，第4版，2000年，R.Ian Freshney编著，Wiley Liss Publishing出版；《动物细胞培训》(Animal Cell Culture)，J.W.Pollard和John M.Walker编著；《植物组织培养理论与实践》(Plant tissue CultureTheoryand Practice)，1983年，Elsevier Press出版；《植物细胞培养次级代谢工业应用》(Plant Cell Culture Secondary MetabolismToward Industrial Application)，Frank DiCosmo和MasanaruMisawa编著，CRC Press出版；《植物组织培养概念和实验室操作手册》(Plant Tissue Culture Concept and Laboratory Exercises)，第2版，Robert N.Trigiano和Dennis Gray编著，1999年，CRCPress出版；《植物生物化学和分子生物学》(Plant Biochemistry andMolecular Biology)，第2版，Peter J.Lea和Richard C.Leegood编著，1999年，John Wiley and Sons出版；《植物组织培养实验》(Experiments in Plant Tissue Culture)，Dodds&Roberts编著，第3版；《神经细胞培养实践方法》(Neural Cell CultureAPractical Approach)，163卷，James Cohen和Graham Wilkin编著；由Maniatis等人编著的《分子克隆实验手册》(MolecularCloningA Laboratory Manual)；《细胞分子生物学》(MolecularBiology of The Cell)，Bruce Alberts等人编著，第4版，2002年，Garland Science 出版；《微生物生物技术》(MicrobialBiotechnology)、《应用微生物基础原理》(Fundamentals of AppliedMicrobiology)，Alexander N.Glazer和Hiroshi Nikaido编著，1995年，W.H.Freeman Co.出版；《制药生物技术》(PharmaceuticalBiotechnology)，Daan J.A.Crommelin和Robert D.Sindelar编著，1997年，Harwood Academic Publishers出版。相关期刊包括《细胞组织研究》(Cell Tissue Research)；《细胞》(Cell)；《科学》(Science)；《自然》(Nature)；《免疫学杂志》(Journal ofImmunology)；《胸腺》(Thymus)；《国际细胞克隆杂志》(InternationalJournal of Cell Cloning)；《血液》(Blood)；《杂交瘤》(Hybridoma)。
在本发明描述中，下列术语的使用符合以下定义。
此处所用术语“微团粒培养基”指含有微团粒水的培养基。修饰包括培养基、介质、液体、凝胶、组合物、组分或成分的任何含水组合物的形容词“微团粒”指该组合物中的微团粒水，及其溶解于微团粒水中或与微团粒水混合。
根据《牛津生物化学和分子生物学词典》(Oxford Dictionary ofBiochemistry and Molecular Biology)(牛津大学出版社，1997年)的定义，术语“培养/培养物”指1(a)在营养培养基(即培养基)之中或之上正在生长或处于活性状态的细胞、组织片段或者器官的集合；(b)添加了这种有生命的物质的任何培养基，无论这类物质是否仍然保持活性。2.制备、生长或维持此类培养物的实践操作或过程。3.生长、维持或制备培养物。
“细胞”是所有活生物体的基本结构单位，由通常用显微镜才能看到的微小的原生质团组成，内含由细胞膜和/或细胞壁与外界隔开的细胞质。真核细胞是含有包在核膜中的细胞核的细胞。原核细胞是细胞内基因组DNA不包含在核膜中的细胞。
“培养基”指专用于支持培养物生长或维持的任何营养培养基。培养基一般由人工制备，并设计用于特定类型的细胞、组织或器官。它们一般由柔软的凝胶(通常称为固体或半固体培养基)或液体组成，但偶尔也有坚硬的固体。
“组织培养/培养物”指1.在人造条件下，生长或维持动物或植物的组织细胞(细胞培养)、整个器官(器官培养)或部分器官的技术或过程；2.任何通过此类技术生长或维持的有生命物质。
“组织”指组成执行一种或多种特定功能的任何细胞集合。
“器官”是适应和/或特化用于执行一种或多种生命功能的多细胞生物体身体的任何部分。
“器官培养”属于组织培养的范畴，其中一个器官、部分器官或器官原基，在从动物或植物体内移除后，在体外维持在营养培养基中，保留其结构和/或功能。
“细胞器”是单细胞生物体或多细胞生物体的个体细胞内的任何具体结构，适应和/或特化用于执行一种或多种生命功能。
“微生物生物技术”指使用细胞(原核或真核)生产蛋白质、重组与合成疫苗、微生物杀虫剂、酶、多糖与聚酯、乙醇、氨基酸、抗生素；通过微生物(和酶)进行有机合成与降解；环境应用，包括污水和废水微生物学；异形生物质的微生物降解；在矿物质回收和从废水中除去重金属过程中使用微生物。微生物生物技术范围十分广泛，以下书籍中有部分介绍《微生物生物技术》(MicrobialBiotechnology)、《应用微生物基础原理》(Fundamentals of AppliedMicrobiology)，Alexander N.Glazer和Hiroshi Nikaido编著，1995年，W.H.Freeman Co.出版；《制药生物技术》(PharmaceuticalBiotechnology)，Daan J.A.Crommelin和Robert D.Sindelar编著，1997年，Harwood Academic Publishers出版。
细胞培养基—基础原理细胞培养基的基本成分(如下所述)-作为单一成分、预混成分、干燥或用水配制-可从供应商购买(例如，Sigma Chemical、Invitrogen、Biomark、Cambrex、Clonetics，以及更多)。用水配制培养基的方法在现有技术中广为人知(《细胞、器官和胚胎的培养基》(Culture Media for Cells，Organs，and Embryos)，CRC Press出版，1977年；《动物细胞培养和培养基的基本资料》(AnimalCellsCulture and MediaEssential Data)，John Wiley&Son出版，1995年；《分子和细胞生物学细胞培养方法中用于无血清动物细胞培养的培养基、补充剂和基质制备方法》(Methods for Preparationof Media，Supplements and Substrata for Serum Free Animal CellCulture in Cell Culture Methods for Molecular and Cell Biology)，第1卷，Wiley-Liss出版，1984年)。本发明的培养基组合物包含微团粒水。为了列举细胞培养的各种方法，细胞培养方法与细胞培养基的类型在现有技术中广为人知，以下仅作简要介绍。
细胞培养物的类型原代培养物直接取自切离的正常动物组织。这些组织作为外植体培养或在通过酶的消化作用分离为单细胞悬液后培养。这些培养物起初为异质，后来由成纤维细胞支配。一般而言，原代培养物在体外只能持续一段有限的时间，在此期间原代细胞通常保留许多在体内可见的细胞分化特征。
连续培养物由单细胞类型组成。这些细胞在培养物中可连续繁殖有限数目(约50)的细胞分裂或无限繁殖。维持一定的分化程度。要使这些培养物维持较长的时间，必须建立细胞库。
培养形态学细胞培养物或在悬浮液中生长(作为单细胞或小的自由漂浮的凝块)或作为单层贴壁于组织培养瓶。有时，细胞培养物可能会生长为混有附着细胞和悬浮细胞的半附着细胞。
培养基的类型总体而言，培养的细胞需要无菌环境、适于生长的营养供应和稳定的培养环境，例如，pH值和温度。如今已经开发了各种指定的基础培养基类型，可从市场购买。它们已被改良，富含氨基酸、维生素、脂肪酸和脂类。因此，现在可以得到适于支持多种细胞类型生长的培养基。精确的培养基配方通常来源于对每种成分的浓度最佳化。
培养基供应商通过产品目录或其网站向本领域技术人员分发制造和使用培养基的文献。例如，Sigma-Aldrich公司的网站公开了标题为《细胞培养的基础技术》(Fundamental Techniques in CellCulture)、《实验室在线操作手册(Sigma-Aldrich公司)》(ALaboratory Handbook Online(Sigma-Aldrich Company))，下表列举了不同培养基的实例及其用法。本领域技术人员会采用微团粒水代替下述培养基中的全部或部分非微团粒水。
表1培养基的不同类型及其使用平衡盐溶液PBS、Hanks BSS、Earles盐DPBS(产品编号D8537/D8662)HBSS(产品编号H9269/H9394)EBSS(产品编号E2888)形成许多复合培养基的基础基础培养基MEM(产品编号M2279)原代培养和二倍体培养。
DMEM(产品编号D5671)含有更高浓度氨基酸和维生素的MEM改良产品。支持包括杂交瘤在内的多种细胞类型。
GMEM(产品编号G5154)Glasgows改良MEM，专用于BHK-21细胞复合培养基RPMI 1640(产品编号R0883)最初来源于人白血病细胞。支持包括杂交瘤在内的多种哺乳动物细胞。
Iscoves DMEM(产品编号13390)DMEM的进一步富集改良产品，支持高密度生长Leibovitz L-15(产品编号L5520，液态)专用于无CO2环境TC100(产品编号T3160)Grace昆虫培养基(产品编号G8142)Schneider昆虫培养基(产品编号S0146)专用于培养昆虫细胞无血清培养基CHO(产品编号C5467)HEK293(产品编号G0791)用于无血清应用Ham F10及其衍生物Ham F12(产品编号N4888)DMEM/F12(产品编号D8062)注这些培养基必须补充胰岛素、铁传递蛋白和表皮生长因子等其它基因。通常，这些培养基需使用HEPES缓冲昆虫细胞Sf-900II SFM、SF昆虫培养基2(产品编号S3902)特别专用于Sf9昆虫细胞培养基的基本成分包含微团粒水的培养基基本成分的溶液包含在本发明的组合物范围之内。
无机盐碳水化合物氨基酸维生素脂肪酸和脂类蛋白质和肽血清以下概述了每种成分执行的特殊功能无机盐不仅可以帮助维持细胞的渗透平衡，而且通过供应钠、钾和钙离子还有助于调节膜电位。所有这些在细胞基质中都是需要的，用于细胞粘附或作为酶辅因子。
缓冲体系。大多数细胞所需的pH值范围在7.2到7.4之间，严密监控pH值对达到最佳培养条件至关重要。有几种因素可影响此最佳条件。成纤维细胞需要较高的pH(7.4-7.7)值，而持续转型细胞系则需要较高的酸性条件pH(7.0-7.4)值。建立新的培养并通过以下两种缓冲系统之一成功达到时，在细胞接种之后立即调节pH值特别重要；(i)含有培养基CO3/HCO3的气态CO2平衡的“天然”缓冲系统，和(ii)利用称为HEPES(产品编号H4034)的两性离子的化学缓冲。
使用天然碳酸氢盐/CO2缓冲系统的培养物需要保持在空气中CO2含量为5-10％的条件下，通常由CO2培养器提供。碳酸氢盐/CO2不仅成本较低、无毒性，而且还可以为细胞提供其它化学益处。
HEPES(产品编号H4034)具有出色的缓冲能力，pH值范围在7.2-7.4之间，但其成本相对比较昂贵，浓度较高时对某些细胞可能产生毒性。HEPES(产品编号H4034)缓冲培养物无需控制气体环境。
大多数商用培养基将酚红(产品编号P3532/P0290)用作pH值指示剂，从而培养基的pH值状态可始终通过颜色来指示。通常，如果颜色变黄(酸性)或变紫(碱性)，则应更换或补充培养基。
碳水化合物。能量的主要来源为一般以糖的形式存在的碳水化合物。所用的主要糖类为葡萄糖和半乳糖，但有些培养基也含有麦芽糖或果糖。在某些复合培养基中，基础培养基中的含糖浓度为1g/l到4.5g/l不等。含糖较高的培养基能够支持范围更广泛的各种细胞的生长。
维生素。血清是细胞培养中维生素的重要来源。但是，许多培养基也富含维生素，这使它们更适于范围更广的细胞系。维生素是大量辅因子的前体。许多维生素(特别是维生素B群)都是细胞生长和繁殖的必需品，对于某些细胞系来说，维生素B12不可或缺。一些培养基也增加了维生素A和E的含量。常用于培养基中的维生素包括维生素B2、维生素B1和维生素H。
蛋白质和肽。它们在无血清培养基中具有特殊的重要性。最常见的蛋白质和肽包括白蛋白、铁传递蛋白、纤连蛋白和胎球蛋白，用于替代通过添加血清到培养基中而通常存在的蛋白。
脂肪酸和脂类。与蛋白质和肽相似，由于脂肪酸和脂类常出现在血清中，它们在无血清培养基中也具有十分重要的作用。例如，胆固醇和类固醇是特化细胞不可或缺的。
微量元素。微量元素包括锌、铜、硒和三羧酸中间产物等。硒是解毒剂，有助于除去氧自由基。
从基本成分制造培养基非常耗时，并且在处理过程中有污染的危险。目前大多数培养基为制备混合粉剂或10x和1x的液体培养基，使用非常方便。常用培养基列于培养基供应商的商品目录中(例如，Sigma-Aldrich生命科学商品目录)。
如果购买粉状或10x培养基的培养基成分，请注意重构粉末或稀释浓缩液体所用的水应不含矿物质、有机或微生污染物。而且，还必须无热原(产品编号W3500，水、组织培养级，Sigma-Aldrich)。在大多数情况下，通过反渗透和萃淋树脂净化制备的最终阻抗为16-18Mx的水适用。制备好后，培养基应在使用前消毒过滤。显然，直接从供应商购买1x的液体培养基可无需此步骤。在所有的情况下，本发明的培养基含微团粒水作为组分，优选组织培养级。培养基供应商(例如，Sigma-Aldrich、Invitrogen、Clonetics)和细胞与细胞培养物供应商在产品的包装套件中一般都提供一种或多种产品(介质、介质成分和细胞)。本发明包括试剂盒，其在其自身容器中含有微团粒水，或作为试剂盒中另一容器的成分。
血清。血清是白蛋白、生长因子和生长抑制剂的复杂混合物，它可能是细胞培养基最重要的成分之一。最常用的血清是胎牛血清。其它类型的血清还包括新生小牛血清和马血清。血清的质量、类型和浓度都可能影响细胞生长，因此，批量监控血清观测其支持细胞生长的能力十分重要。血清还能够提高培养物的缓冲能力，这对慢速生长细胞或接种密度较低的情况(例如，细胞克隆实验)非常重要。
含有微团粒水的本发明的培养基、其制造和使用方法为了本申请的目的可任意归类为用于以下生物实体范畴。应理解此分类不排除所述组合物或其使用方法用于多于一个类别应用中。
动物细胞，本身(例如，细胞系等)本发明的组合物包括1.包含微团粒培养基的组合物，特别是配制用于动物细胞的培养基。
2.包含配制用于动物细胞的微团粒培养基和动物细胞的组合物。
3.包含在下述方法中使用微团粒动物细胞培养基而制备的动物细胞的组合物。
本发明中配制用于动物细胞的培养基用于1.繁殖、维持或保存动物细胞或其组合物。
2.分离或区分动物细胞或其组合物。
3.制备含有动物细胞的组合物。
此外，本发明还涵盖制备微团粒动物细胞培养基、制备包含微团粒动物细胞培养基和动物细胞的组合物的方法。疫苗是来自此类动物细胞培养物的产品实例。
干细胞本发明的组合物和方法适用干细胞。胚胎干细胞和种系或组织特异性干细胞是生物医学研究的重要模型，但是在这项快速发展的领域中，研究材料的可用性和可达性常会受到限制。本发明的化合物和方法用于扩充、保存胚胎干细胞，以及取自各种菌株和物种的出生后来源的干细胞。(美国研究资源中心(National Center for ResearchResources)；弗吉尼亚州马纳萨斯(Manasas)美国模式菌种收集(American Type Culture Collection))。干细胞也可以取自骨髓、皮下脂肪和网状真皮凸出区域。National Stem Cell Resource的产品包括(a)非人类胚胎干细胞、各种物种的种系或组织特异性新生干细胞；可通过冻瓶干冰运送；(b)选定的与干细胞表征和利用相关的试剂；这包括抗体、核酸探针、cDNA、基因组文库和用于定向诱变或其它与干细胞用途相关的质粒载体；(c)开发的标准培养基。随着鉴定和开发，还可得到鉴定干细胞系和物种之间共同特性的试剂。这包括用于RT-PCR和基于免疫学的测定的试剂。本发明包括微团粒培养基和试剂用于干细胞的应用，包括干细胞回收。
微生物微生物包括放线菌、单细胞藻类、细菌、真菌(酵母和霉菌)和原生动物。
本发明的组合物包括1.含有微团粒水的用于微生物的培养基。
2.含有微团粒水和微生物的培养基。
含有微生物的本发明培养基用于1.繁殖、维持或保存微生物或微生物组合物。
2.制备或分离含有微生物的组合物，包括使用微团粒水或含微团粒水的组合物。
3.分离微生物。
此外，本发明还涵盖制备含有微团粒水的培养基，以及制备含有培养基和微生物的组合物的方法。
载体，本身(例如，质粒、杂交质粒、粘粒、病毒载体、噬菌体载体等)此类生物实体包括可用于将核酸序列或基因引入细胞的自我复制核酸分子；此类核酸分子被指定为载体，可以质粒、杂交质粒、粘粒、病毒载体、噬菌体载体等形式存在。
载体或赋形剂可用于细胞的转化或转染。转化是通过外源DNA的结合获取新的遗传物质的过程。转染是使用分离的DNA或RNA将遗传信息转移到细胞的过程。
质粒是独立复制的圆形的染色体外DNA元件。杂交质粒是已打开的移接了另一种有机体DNA并重新组合的质粒。粘粒是包含Lambda噬菌体“cos”位点的质粒。
病毒载体(例如，SV40等)是专用于将外源DNA引入寄主细胞的植物或动物病毒。噬菌体载体(例如，Lambda噬菌体等)是专用于将外源DNA引入寄主细胞的细菌病毒。
病毒或噬菌体此类生物实体包括属于微生物的病毒或噬菌体，它们(a)由核糖核酸或脱氧核糖核酸的核酸核心外围蛋白质壳组成，和(b)能够独立进入宿主微生物，以及(c)需要具有核糖核酸或脱氧核糖核酸以复制的宿主微生物。
本发明的组合物包括1.配制用于病毒或噬菌体的微团粒培养基的组合物。
2.配制用于病毒或噬菌体的微团粒培养基的组合物，该组合物包含病毒或噬菌体。
含有病毒或噬菌体的本发明培养基用于1.制备或繁殖病毒或噬菌体。
2.纯化病毒或噬菌体。
3.制造病毒亚单位。
繁殖受与病毒增殖相关程序的限制，与改变了病毒基因型的人造遗传物质无关。此类遗传物质的人工改造过程用于基因突变、细胞融合或基因修饰，包括(1)使动物细胞、植物细胞或微生物产生基因突变，(2)融合动物、植物或微生物细胞，(3)通过在基因中人工诱发结构改变或结合外源遗传物质，使动物细胞、植物细胞或微生物的基因型产生稳定、可遗传的更改，或者(4)通过结合外源遗传物质，使动物细胞、植物细胞或微生物的基因型产生暂时变化。
基因突变可以是由环境因素或DNA复制错误而导致的自然的细胞DNA改变，也可以由物理或化学条件引发。所含的基因突变过程有在未结合外源DNA的情况下，动物细胞、植物细胞或微生物DNA的指定或随意变化的产生过程。应该注意，通过技术方式将外源遗传物质结合到细胞或微生物，或者细胞或微生物中遗传物质的重新排列不属于基因突变。
对于采用在细胞或微生物外改变克隆DNA的方法而产生的体外诱变不属于基因突变。外源遗传物质可能含有通过化学方法合成或改变的基因。受结合外源遗传物质影响的暂时变化会表现出由所述遗传物质编码的一个或多个表型特征。暂时变化是一种短暂、短期的变化。产生了受核酸分子(如反义核酸)影响的非基因编码改变的方法不属于基因突变。
这些组合物和方法可用于所有类型(即动物、植物等)的病毒。
植物细胞或细胞系，本身(例如，转基因、突变体等)此类生物实体包括植物细胞或细胞系本身，其可以是转基因的、突变体或其它获得植物细胞的方法的产品。
本发明的组合物包括1.包含微团粒水和配制用于植物细胞或细胞系的培养基的组合物。
2.包含微团粒水和配制用于植物细胞或细胞系的培养基和植物细胞的组合物。
含有植物细胞或细胞系的本发明培养基用于1.体外繁殖2.维持或保存植物细胞或细胞系。
3.分离或分开植物细胞。
4.无论有无基因型变化，使植物细胞再生为组织、植物部分或植物本身。(新西兰Total Lab Systems，Ltd.；例如，《组织培养商用兰花繁殖栽培方法》(Commercial Propagation of Orchids inTissue CultureSeed Flasking Methods)。《兰花培育手册基本知识》(Orchid Manual Basics)，Kay S.Greisen编著，2000年，美国兰花协会(American Orchid Society)出版；《植物组织培养实验方案》(Plant Tissue Culture Protocols)，可从Sigma-AldrichCo.网站和商品目录中获取)。
亚细胞部分应理解，本发明的组合物包括配制用于微生物、动物细胞和植物的亚细胞部分(如线粒体、微粒体、叶绿体等细胞器)的培养基。此类培养基用于分离或处理亚细胞部分。本发明还包括这些培养基的制造方法。
用于分化组织或器官的培养基本发明涵盖适用于包括血液在内的分化组织或器官的微团粒培养基。此类培养基用于维持分化组织或器官，即在营养培养基或生命维持培养基中保持生存状态。
维持包括保存器官在制造随后可回收的产物(例如，激素)或展示活性(例如，激素的合成)的条件下。
因此，本发明包括通过连续灌注液体或本发明组合物用以维持分化组织或器官的以微团粒水配制的灌注介质。美国专利4,879,283、4,873,230和4,798,824(此处列为参考)中介绍了灌注和维持器官的溶液。D’Alessandro AM、Kalayog 1uM、Sollinger HW、Pirsch JD、Southard JH、Belzer FO编著。《采用威斯康星大学溶液的器官保存当前状态》(Current status of organ preservation withUniversity of Wisconsin solution)。Arch Pathol LabMed.1991；115(3)306-310；Viaspan(r)是一种器官灌注和维持溶液，由Barr Laboratories，Inc.生产，用于器官和组织移植和活性保存。
本发明的组合物包括配制用于冷冻分化组织或器官的组合物，以及通过冷冻方法用于维持分化组织或器官过程中的组合物。
本发明的组合物包括配制用于维持血液或精液处于生理活性状态的组合物，以及为体外血液细胞分离或处理方法而配制的组合物。此外，本发明还包括用于人工受精的组合物。
应理解，本发明的微团粒组合物包括生理溶液或含水培养基，它们可能不含营养成分，但仍具有pH值、缓冲能力、渗透压摩尔浓度、传导性、无菌性等特征，且单独或共同用于其它生理溶液以维持活性细胞、组织、器官和有机体。生理溶液的范例包括但不限于林格(Ringer)溶液、盐溶液、缓冲溶液。这些溶液公知且常用于处理生物材料，对本领域技术人员而言显而易见。
使用微团粒培养基刺激生长或活性微团粒水对细胞活力的影响通过细胞膜完整性的测定，进行一项研究来确定微团粒水对细胞活力的影响。
使巨噬细胞接受由微团粒水配制的生长培养基和由双蒸水(DDW)配制的生长培养基。
巨噬细胞取自小鼠。将2ml的Hanks溶液(10mM HEPES，pH7.2)注射入死鼠的腹膜内。然后，收集含有巨噬细胞的溶液。使用Hanks平衡盐溶液，将细胞浓度调节为106个细胞/毫升。
一般而言，将20微升试样量的细胞悬液放置到玻璃盖片上，在湿舱内温育45分钟，然后用Hanks溶液冼去附着在玻璃表面的细胞。
使用溴化乙锭(EthBr，Sigma)和二乙酰基荧光素(FDA，Sigma)对细胞进行双重染色测定，以确定细胞膜的完整性。所用的染色溶液含有5微克/毫升的EthBr和5微克/毫升的FDA。计数细胞膜损坏的细胞数量。此方法以EthBr进入细胞膜损坏的细胞的能力为基础。EthBr能与DNA结合。EthBr与DNA结合后，发出明亮的红色荧光。FDA能轻松渗透细胞膜，并在结构上转化为具有明亮绿色荧光的荧光素。因而，荧光素会聚积在质膜完整的细胞上，而对于细胞膜损坏了的细胞，荧光素可轻易离开细胞。五分钟后即可得出双重染色结果，可以观察到质膜未受影响的细胞呈绿色荧光。质膜损坏的细胞呈红色荧光。
在第一阶段的实验中，在含有EthBr和FDA的培养基中对巨噬细胞温育15分钟。然后彻底将它们洗净，除去细胞外培养基中的游离染剂。然后，将生长培养基更换为以DDW或微团粒水制备的199培养基(199粉剂培养基一俄罗斯，Paneko)。计数死亡细胞。
在实验的第二阶段，在以DDW或微团粒水制备的199细胞培养基中对细胞温育230分钟。然后对细胞大致染色，即可确定死亡细胞的数量。
图9为在以DDW或微团粒水制备的199细胞培养基中温育后质膜损坏的巨噬细胞的数量评估。在不同199细胞培养基中分别温育15分钟和240分钟之后，可用质膜损坏细胞的百分比P％来表示数据。结果表明，与以微团粒水制备的培养基相比，以双蒸水制备的细胞培养基中细胞膜损坏的细胞数量要高出2.6倍。这说明，与以DDW配制的细胞培养基的效果相比，以微团粒水配制的细胞培养基延长或增加了细胞的寿命。换句话说，与以DDW制备的细胞培养基相比，以微团粒水制备的细胞培养基可抑制细胞质膜的损坏。
微团粒水对细胞内pH值的影响进行一项研究来确定微团粒水对细胞内pH值的影响。按上述步骤取得老鼠巨噬细胞。在以DDW或微团粒水制备的199培养基中温育15分钟和240分钟之后，确定这些细胞的细胞内pH值。
巨噬细胞的细胞内pH值以微量光电比色法为基础，采用荧光激发和发射改进系统的荧光显微镜(LUMAM13，LOMO，俄罗斯)进行测定。
荧光激发通过一个蓝色的最大lambda＝435nm的光电二极管执行。荧光通过分别具有lambda1＝520nm，lambda2＝567nm的干扰滤光片的双通道系统在两条不同波长时同时进行测量。
荧光激发和同步发射测量由内置微控制器(LA-70M4)执行。
在用作pH值指示剂的荧光FDA(5微克/毫升)中对巨噬细胞温育15分钟。与染料温育后，在周围的培养基中将细胞上的染剂洗净。然后，将细胞放入小型培养皿的培养基中，并用水浸物镜(x40)观察。pH值标定曲线可显示出离子状态的范围。
首先将细胞在FDA染液中温育15分钟并在周围介质中洗净染剂，然后放入以DDW或微团粒水制备的199培养基中。细胞内pH值的动态测量不应少于30次显微镜观察，应重复三次。细胞应至少温育230分钟。图10例示了在更换为以DDW或微团粒水制备的199培养基后巨噬细胞中细胞内pH值变化的动态(delta pHi)。x轴为更换细胞培养基后以秒为单位的时间。Y轴为细胞内pH值(delta pHi)的变化。可以看出，在199-DDW标准培养基和199微团粒水中细胞内pH值都约为7.15。在199微团粒水中温育15分钟之后，pH值升高0.16单位。在199-DDW培养基中同样温育15分钟之后，巨噬细胞无明显改变。230分钟之后，根据观测，在199微团粒水中温育的细胞的细胞内pH值升高0.43。在199-DDW中温育的细胞的细胞内pH值的升高可忽略不计。结论表明，通过使细胞与以微团粒水(而非“普通”水)制备的培养基相接触，细胞的细胞内pH值会升高。
另一组采用以199培养基和10％牛血清温育的猪胚胎肾细胞进行实验，结果证实，与以普通水制备的生长培养基相比，以微团粒水制备的生长培养基可使细胞内pH值升高并增强细胞活力。
微团粒水对两种人体细胞生长和转染的影响进行一系列实验来确定微团粒水对以该水制备的培养基中细胞的生长和转染的影响。
实验采用人上皮细胞(293T)和人树突细胞。在从加利福尼亚州圣地亚哥(San Diego)市的AquaPhotonics，Inc.购买的微团粒水中稀释10x浓缩的DMEM培养基(马里兰州盖瑟斯堡(Gaithersburg)市的Life Technologies公司)。向细胞中补充10％胎牛血清(FCS)。
在同时进行的另一个实验中，用不含微团粒水制备的标准DMEM培养基温育细胞。
在第0、3、6和9天，采用0.4％台盼蓝(Life Technologies)对细胞染色，以确定培养物的活力。
在培养的第1天，采用磷酸钙沉淀法(加利福尼亚州卡尔斯巴德(Carlsbad)市的Invitrogen公司)通过HIV分子克隆(对GFP编码)对293T细胞进行转染。在另一组用于对照的实验中，在标准DMEM培养基中培养的293T细胞通过相同的HIV分子克隆进行转染。第二天，即可从HIV转染培养物和通过ELISA检测HIV Gag p24中收集上层清液。要找到该方法灵敏范围的最佳稀释度，可通过10倍稀释采用滴定法测量。
然后，用收获的病毒感染树突细胞(DC)的原代培养物。将两种DC培养物维持在以浓缩DMEM与10倍稀释制备的培养基中，一种培养物(用于实验)以微团粒水稀释DMEM，另一种培养物(用于对照)以普通水稀释。在感染HIV后第5天，通过对GFP阳性DC的评分，可监控到单细胞水平的感染。
结果A.如图11所示，存活能力试验证实，与以普通水制备的细胞培养基相比，作为培养基制备溶剂的微团粒水在培养的第9天时使293T细胞的存活能力提高了70％。
B.与对照培养物相比，采用在3log点滴定取自各培养物的上清液时，实验培养物中转染293T细胞培养物中HIV的复制高出三倍(图12a)。
C.在以微团粒水制备的DMEM培养基中培养DC，以及将DC暴露于从在以微团粒水制备的DMEM中培养的293T细胞收获的HIV，都极大地增强了DC对HIV的“容许性”(图12b)(与对照培养基中3.7％的数据相比，实验培养基中35％的DC受到感染)。
这些实验证明，在转化的细胞系、病毒和原代细胞中，在培养基中将普通水替换为微团粒水可对这些生物实体产生生物效应。细胞生存能力增强了2到3倍；HIV复制以及细胞系和原代细胞培养物中的体外复制率都有提升。
微团粒水对特征性的树突细胞标志的表达谱的影响此研究的目的是监控在以去离子水制备的培养基和以微团粒水制备的培养基中特征性DC标志表达谱之间的差别。
实验设计和结果。在以去离子水或微团粒水稀释至终浓度的由10倍浓缩MEM(马里兰州盖瑟斯堡(Gaithersburg)市的Life-Technologies公司)制备的培养基中培养DC。向两种培养基中补充细胞因子IL-4和GM-CSF(20ng/ml)。根据标准实验方案(Sallusto等，1994年)生成DC，在分化的第6天记录表型并培养。分别在第30和69天用相同的单克隆抗体重复表型测定。表面标志表达水平采用FACscan读取器(加利福尼亚州Bekton-Dickenson)的流式细胞仪测定。
细胞表面标志的说明1.DC-SIGN-M.W.～44K，细胞特异性ICAM-3受体附带了有关树突细胞中DC-SIGN的功能的论文。
2.CD4-主要HIV gp120受体，MW～55K。CD4是HIV包膜蛋白的锚定位置。
3.CD1a-是专业抗原呈递细胞中MHC复合体的类似物，负责呈递和处理脂质抗原(非标准抗原呈递系统)。
4.CD80-为T细胞增殖的诱发提供来自抗原呈递细胞(如DC)的信号2的协同刺激分子。
5.CD83-树突细胞(DC)的成熟标志6.CXCR4和CCR5-炎症趋化因子受体7.MHC-II-II型主要组织相容性复合体。呈递外源加工蛋白的表位。
如图12所示，在以微团粒水作为溶剂的制备培养基中长时间培养期间，观察到CD83标志的表达方式发生了实质性变化。CD83是DC成熟的主要指示剂。在第60天表达低水平CD83和显示典型结构(在悬浮液中生长)的DC并未成熟，在功能上准备接受外来抗原。一般来说，在分化的前两周，DC会在体外(在标准培养基中)表现出这种表型。进一步在标准培养基中培养后，导致自发成熟和很可能通过凋亡介导的细胞死亡。在试验性表型实验中，检测出微团粒水(i)保存了未成熟DC表型，和(ii)使DC生存超过2.5个月。通过对DC细胞表面其它标志表达(最重要的是DC-SIGN和MHC II)的分析，显示表型保存。根据标准和微团粒培养基中DC之间标志表达的相似性，该分析说明微团粒培养基令人满意地维持了未成熟DC典型的功能。DC的存活时间超过了2.5个月，而之前采用标准培养基配方从未观察到这个现象。初步结果证实，微团粒水呈现了反映在DC细胞表面标志调制中的生物活性。
总结1.微团粒水完全可用作精细组织培养实验的溶剂。
2.使细胞与微团粒水相接触改变了细胞的生物活性，这反映在CD83标志的调制和体外DC生命期的延长上。
在图13中，水平轴反映了细胞表面不同受体类型。垂直轴代表反应(与特定受体相结合的标记单克隆抗体的荧光强度百分比)。细胞由相应的单克隆抗体染色，信号与同种型对照(ISO百分比～1.1％)相比。
在图13中，灰色栏代表对照培养基中培养6天后的测量值。黑色栏代表在对照培养基中培养30天后的测量值。白色栏表示在微团粒培养基中培养60天后的测量值。由于细胞培养已于早期凋亡，因此没有在普通水中60天得到的数据。与在标准培养基中几乎完全死亡的细胞相反，在微结构培养基中大量存活的细胞在60天时即显示了未成熟DC的形态学以及相应的细胞表面标志模式。采用微团粒培养基，细胞生存能力得以提高。
微团粒水对灌注在以双蒸水和微团粒水制备的人造脑脊液中的脑组织的功能状态的影响。
该研究的目的是测量各种类型的水对脑组织功能状态的影响。试验方法为记录海马神经元细胞的活性所致灌注液中脑切片的感应电信号。根据文献记录，以人造脑脊液灌注300-450μm海马的大鼠脑切片的制备技术允许脑组织维持其功能状态约6-8小时。
采用的方法是通过记录对电流外加脉冲的电神经元反应来试验脑组织的功能状态.神经元反应对灌注介质的特性非常敏感。轴突群的刺激反映了位于测量电极区的突触后细胞膜电位的变化。信号的振幅视刺激轴突和突触后神经元之间突触连接的效能而定，同时也视突触后神经元本身的兴奋性而定。脑组织功能活动的下降是神经元对电流外加脉冲反应降低的结果。这与概括振幅的下降直接相关。
该方法的主要优势在于极易进入样本中脑组织的细胞外空间，可直接使用所需浓度的化学物质。而且，没有会延长测量时间的呼吸作用、心脏跳动和动物运动的干扰；在没有麻醉、体液和激素的影响下极易控制实验条件。而且，在电生理学部分结束之后，使用试验组织快速进行生化和结构分析相对较容易。
脑组织切片存活能力的要求。要维持分离脑切片的生存能力，应使用与脑细胞内介质盐组成相似的人造液体。但是，脑脊液的组成会根据特定实验的不同而有所不同。
使用葡萄糖作为液体中的能量底物层。液体的pH值由碳酸氢盐缓冲剂控制。渗透压的范围为294-311mosm/l。溶液由carbogen气(由95％的氧气和5％的CO2组成的混合气体)氧化。温度范围保持在22℃到33℃。因为切片没有普通的毛细血管血流，但由于培养基和整个组织切片之间的氧气、底物和代谢物的扩散，物质仍然可以交换。因此，切片必须尽可能薄，以便允许物质通过样本完全扩散。根据计算切片厚度的实验公式，最大值应约为600微米，并视氧化过程的强度而定。在分离过程中，厚度为100微米的表面层切片细胞会损坏。锥体细胞大约为相同大小，因此切片的深度应至少为300微米。
实验应在1月龄Wistar大鼠的脑组织切片上进行。用乙醚麻醉。将鼠脑分离，然后放入以双蒸水制备的冷人造脑脊(AC)液中。AC液组成(mM)NaCl-130、KCl-3.5、NaH2*PO4-1.2、MgCl2-1.3、CaCl2-2.0、NaHCO3-25.0和葡萄糖。将Carbogen混合气持续通入溶液。使用振动切片机切除400微米的海马状突起切片。
然后，将切片放入含AC液的温育箱中，温度保持在22-25℃。在温育箱放置1小时后，将切片单独转移至AC液流速为3-5ml/min的试验箱。通过位于Shaffer比较机(神经纤维，海马状突起CAl区的结束刺激突触)的双极钨电极(200mm)传送刺激电脉冲(100msec，100-400mA)。感应电位是对装配/总体刺激的电子回应，通过充满AC液(电阻为0.5-1.0mW)的玻璃微电极记录在海马的CA1区。
共执行两组实验。在两组实验中，均将标准AC液(A)用作信号的初始100％水平。在第一组实验中，将AC液更换为含有相同盐组成和双蒸水的溶液(溶液B)。在第二组实验中，用微团粒水替换溶液B中的双蒸水(溶液C)。
使所用的灌注系统可连续向试验箱中供应溶液。在1分钟内，用体积为2ml的溶液完全更换培养箱中另一种溶液。感应回应的振幅为比较特性。要测量功率参数最大振幅为30-40％的感应负单相回应，选择刺激时长和位置。试验以10次单脉冲为一组，间隔时间为10msec。每隔2至10分钟发射一组脉冲。记录的信号通过模拟数字转换器数字化并保存以备分析。最终使用Excel和Origin软件处理数据。统计数据的分析采用配对t检验进行。P＜0.05的值被认为有统计学显著性。
结果。Shaffer对并器在CA1区受到刺激，感应回应在0.5-4msec后和从4-6msec记录。
图14显示了从大鼠海马测量的局部电位对灌注液类型的依赖性。水平轴表示实验开始后的时间。垂直轴为电子信号的振幅(％相对于标准AC液中测量的信号)。将脑切片放于流动的标准AC液(A)、以蒸馏水制备的液体(B)或以微团粒水制备的液体(C)中。箭头表示用微团粒水制备的试验培养基更换标准的AC液。结果取七只大鼠的14个切片的平均值。
在第一组实验中，感应回应振幅的动态数据在用双蒸水制备液替换标准AC液后记录。溶液更换后，可立即观察到感应回应振幅升高，最大值为第5分钟的128.2％(图14)。振幅会稳步下降，在一小时后，振幅降至初始值的仅31.7％。
在第二组实验中，采用微团粒水代替双蒸水。用微团粒水制备液替换标准液后，感应回应的振幅会立即剧烈升高，1-3分钟后达到最大值135.2％。随后，振幅轻微降低，在1小时后降至102％，2小时后降至94.8％。
实验结果表明，用微团粒水制备液替代标准AC液，在实验误差内，不影响感应回应的初始振幅持续2小时。用双蒸水制备液替代标准AC液导致1小时后振幅降低至31.7％(P＜0.005)。
使用微团粒水时，研究在2小时后结束，因为试验设备中已无溶液。鼠脑组织可继续存活的时间应有待进一步研究。在研究结束时，微团粒水中的组织的平均振幅仍有94.8％。
因此，本发明的方法包括，通过使细胞与本发明的微团粒水或微团粒培养基组合物接触一段足够的时间，刺激或调节细胞的生长或活性。本方法可用于使用微团粒培养基来增强来源于动物细胞、植物细胞或微生物培养或细胞器培养的化合物或产品的合成。一般而言，通过此类方法合成化合物或产品包括原材料中并不存在的组合物或化合物的制备。
上述实施例表明，本发明的组合物在调节细胞代谢或生理学的方法中有用。这类活性的实例包括但不限于，改变或调节所述细胞的分化状态、细胞对营养物质的代谢能力、细胞周期同步或缺乏，及其对特定化合物的抗性或敏感性、细胞内pH值的变化。使用本发明组合物的其它方法可用于在培养基中培养细胞，其促进正常细胞生长和分裂。
生物加工技术；通过微生物处理的工业产品形成本发明的微团粒水和微团粒组合物一般用于小型、中型和大型工艺处理的生物加工技术，以及生产方法和产品回收或分离、接种和培养基制备、培养和下游处理中。
工业/制药微生物学/生物技术有赖于含水组合物，制备和使用它们的方法以及以小、中、大/巨大分子形式存在的最终产品(《微生物生物技术》(Microbial Biotechnology)、《应用微生物学基本原理》(Fundamentals of Applied Microbiology)，Alexander N.Glazer和Hiroshi Nikaido编著，1995年，W.H.Freeman Co.；《制药生物技术》(Pharmaceutical Biotechnology)，Daan J.A.Crommelin和Robert D.Sindelar编著，1997年，Harwood Academic Publishers出版)。细胞培养在含有适宜液体生长培养基的器皿中进行。生产型规模的培养通常在生物反应器中进行，它是用于微生物或酶生长或繁殖、利用微生物或酶合成组合物或化合物的装置(同前，Crommelin，第3章；第250页Glazer)。因此，本发明包括如此处所述的生物加工技术中在生物反应器中微团粒组合物的应用。
本发明的组合物包括用微团粒组合物部分或完全替代本领域技术人员迄今采用的含水组合物。本发明还包括以微团粒组合物生产的新型中间体或最终产品，以及使用它们的方法。
需要采用微生物/动物细胞/植物细胞生物技术的某些主要产品包括，发酵果汁和烧酒、奶酪、抗体、工业酒精、高果糖糖浆和氨基酸、面包酵母、类固醇、维生素、柠檬酸、酶、激素、生长因子、疫苗和多糖胶。
因此，本发明包括微团粒组合物及其在以下方面的应用1.在细菌中生产蛋白质2.在酵母中生产蛋白质3.生产重组和合成疫苗4.生产微生物杀虫剂5.生产酶6.生产微生物多糖和聚酯7.生产乙醇8.生产氨基酸9.生产抗生素10.通过酶和微生物进行有机合成和降解11.包括污水和废水微生物学的环境应用；异形生物质的微生物降解；微生物用于矿物质回收，和从废水中除去重金属。
微团粒水对突变率的影响微团粒水在细胞遗传水平影响的研究采用计数人外周血淋巴细胞中染色体畸变和姐妹染色单体互换(SCE)的方法进行。此外，通过对一、二、三个复制周期后细胞数量的计数的方法，在细胞培养中人淋巴细胞整个细胞周期过程期间进行分析。
对人淋巴细胞培养中染色体畸变频率的分析是环境因素诱变活性研究中应用的主要试验之一，并已由世界卫生组织(WHO)批准(《人体染色体畸变的分析方法》(Methods for the analysis of humanchromosome aberrations)，Buckton K.E.和Evans H.J.编著，日内瓦WHO，1973年，第66页)。
SCE频率的确定也是用于评估诱变性的标准试验之一。此方法对评估化合物的诱变性具有特异性和高灵敏性(《姐妹染色单体互换》(Sister Chromatid Exchanges)，第A和B部分。编著者Tice R.R.和Hollander A.Plenum Press，纽约，伦敦，1984年)。
确定人体淋巴细胞培养物中SCE频率的步骤可特异性评估细胞培养过程中突现的SCE的数目(Bochkov R.P.，Chebotarev A.N.，Platonova V.I.，Debova G.A.发明认证编号1,175,165。USSR发明与发现政府委员会，1985年)。
SCE的标本分析与一、二、三个复制周期后中期数目评估平行完成。从中可以确定直至细胞固定时细胞分裂的平均数量和细胞周期的持续时间(Vedenkov V.G.，Bochkov N.P.，Volkov I.K.，UrubkovA.R.，Chebotarev A.N.，Mathematical model of determinationnumber of cells passing different number of divisions inculture.Proceeding of Academy of Sciences of USSR，v.274，No1，p186-189，1984)。
诱变性的评估以比较培养在微团粒水和标准去离子水制备的细胞培养基中的人淋巴细胞中姐妹染色单体互换和染色体畸变的频率为基础。
材料和方法实验用血采自一名58岁男性和两名26与61岁的女性。外周血的分裂淋巴细胞培养物采用干RPMI 1640(Gibco)细胞培养基制备。细胞培养基干粉与25mM/ml的碳酸氢钠(Serva)和24mM/ml的HEPES(Serva)混合，然后将其溶解在去离子水(18Mohm/cm)(对照实验)或微团粒水中。然后，使细胞培养基溶液通过孔径为0.22米的膜滤器进行除菌。
按以下步骤准备细胞培养物将1ml肝素化静脉血滴入无菌塑料试管，然后加入0.015ml植物血球凝集素P(Beckon&Dickinson)、8ml RPMI1640培养基(控制实验或含微团粒水)和1ml胎牛血清(Biowest)。摇晃试管，然后将其放置在温度为37℃的温育箱中。在固定前2小时加入秋水仙素(Calbiochem)，最终浓度为0.5μg/ml。
细胞在培养48小时后固定，计数染色体畸变。在培养48小时后加入5-溴脱氧尿苷(高至10μg/ml终浓度)，确定细胞中的SCE。随后，在80小时后固定细胞。
在离心旋转(以1000转/分钟的速率旋转10分钟)后细胞固定前加入10ml 0.55％氯化钾(37℃)溶液，倒出上层清液。然后，使细胞重新悬浮并在温育箱中搁置10分钟。温育的细胞采用甲醇和冰醋酸(3∶1)的混合液固定，冷却至-10℃。将细胞放置到冷却湿玻璃片上，加热，在染色前在室温下搁置至少24小时。
采用天青曙红对玻璃片上的样本染色，以计数染色体畸变。标本在染色后可确定SCE频率，按照Chebotarev A.N.、Selezneva T.G.、Platonova V.I.编著的《姐妹染色单体鉴别染色法的修改方法》(Modified method of differential staining of sisterchromatids)，实验生物学和医学公告。V85，第2期，第242-243页，1978年。
学生t检验用于确定每个细胞SCE平均数的差异。要评估畸变频率的差异，需要在联合表格分析中应用2×2大小的卡方检验。在不同数目DNA复制后评估有丝分裂中的变化时采用同一标准，但仅用于3×2大小的表格。
实验结果姐妹染色单体互换对每一个体进行两组测量。在每组中，准备两份标本，分析25个中期。分析表明，SCE的中数频率对两份标本没有不同。而且，组中SCE的平均数没有显著不同。表1显示了SCE测量的结果。
表1每个细胞的平均SCE数
表1对所有个体所示数据表明，与标准去离子水相比，将微团粒水用作干培养基RPMI 1640的溶剂时，每个细胞的SCE平均数较低。第2位供者P＜0.01，该差异为统计学显著的。在整个组中，该统计学差异甚至更高，水平为P＜0.001。从而，SCE分析揭示了使用微团粒水作为溶剂抑制了培养细胞的突变频率，与标准去离子水相比，导致细胞培养损伤量较少。
分裂的平均数带有均匀染色姐妹染色单体的分裂中期与第一次有丝分裂相关。带有一个黑色和一个明亮(arlequin染色体)染色单体的分裂中期与第二次有丝分裂相关。在这些细胞中，一半染色体物质为亮色，另一半为黑色。仅1/4染色体物质黑色和3/4亮色的细胞与第三次有丝分裂相关。
平均有丝分裂数计算公式(∑ni·i)/(∑ni)考虑到每次分裂后细胞数量成倍增加，细胞分裂平均数计算公式(∑i·ni/2i-1)/(∑ni/2i-1)在上述公式中，i为有丝分裂次数，ni为第i次有丝分裂的细胞数。表2显示了细胞中不同有丝分裂比例的结果。
表2第1、2和3次有丝分裂的数目
表2表明，仅对第一位供者，以微团粒水制备的培养基中的细胞比以标准水制备的培养基中细胞的分裂速度更快。但总体而言，对实验组该影响并不显著。根据5-溴脱氧尿苷存在的时间(32小时)，在此期间其可掺入DNA，使染色体物质染色更亮，可以确定整个细胞周期过程的平均时间。这需要32/1.51＝21.2小时，与文献记录中找到的数据相符。
染色体畸变与SCE分析相似，染色体畸变的分析对每位供者分2组进行实验。在每个组中，对去离子水和微团粒水分别分析300次分裂中期。从其中一位61岁的女性供者未获得数据。分析表明，对于两组实验和两位个体，对每种水类型，染色体畸变频率没有差异。因此，将两组实验的数据综合起来观察。表3显示了染色体畸变频率的数据。
表3染色体畸变的频率
表3显示，使用微团粒水时，对于58岁男性和26岁的女性，畸变分裂中期的频率都显著得到抑制或降低。对于分析的个体作为整体而言，与标准去离子水相比，对于微团粒水畸变分裂中期频率的统计学显著性较小。
因此，本研究表明，(1)采用去离子水和微团粒水，并未观察到细胞周期持续时间的差异；(2)微团粒水中姐妹染色单体互换频率在统计学上较低；以及(3)微团粒水中染色体畸变频率也较低。与标准去离子水相比，使用微团粒水导致较低诱变效应。
如较低姐妹染色单体互换频率和染色体畸变所证实，与标准去离子水相比，微团粒水抑制了细胞培养中的突变频率，并对遗传物质具有稳定效果。此处所用术语“遗传物质”指DNA分子、DNA片段、一组DNA分子或许多DNA分子片段上的一个基因、一部分基因、一组基因或许多基因的片段。遗传物质也可能指从一小段DNA到生物体整个基因组的任何物质。因此，采用本发明的方法可抑制遗传物质突变的频率，该方法包括在含有足量可抑制突变频率的微团粒水的培养基中对细胞培养足够时间的步骤。突变频率相对于细胞培养中的细胞、组织中的细胞、器官培养中的细胞或体内细胞等生物实体而言。根据上述详细说明，细胞包括动物细胞、微生物和植物细胞。有效的体内或原位细胞培养需施用足量的微团粒水或含有微团粒水的培养基给多细胞生物体的对象动物或植物。微团粒水也会抑制载体、病毒或噬菌体和亚细胞部分等生物实体中的遗传物质的突变。应该明白，微团粒水对突变的抑制作用是通过在微团粒水中培养或温育任何所述生物实体而实现。
本发明还可抑制诱变剂存在下的突变频率。突变频率相对于细胞培养中的细胞、组织中的细胞、器官培养中的细胞或体内细胞等生物实体而言。根据上述详细说明，细胞包括动物细胞、微生物和植物细胞。微团粒水也会抑制如载体、病毒或噬菌体等生物实体中的遗传物质的突变。
体外抑制诱发诱变要确定人体淋巴细胞中染色体畸变的频率，在细胞固定前24小时以三种不同的剂量向细胞培养基中加入丝裂霉素C(诱变剂)。控制细胞不添加诱变剂。有4种实验设置。突变在DNA合成前发生。要确定DNA合成后染色体畸变，以三种不同的浓度向淋巴细胞培养基中添加Dioxydine。总共有16种设置控制实验，不含诱变剂+3种不同浓度的丝裂霉素C，控制实验+3种不同浓度的Dioxydine，微团粒水+3种不同浓度的丝裂霉素C，以及Penta水+3种不同浓度的Dioxydine。为每种设置分析100次分裂中期，或使用1600个细胞。在固定前24小时按三种不同剂量加入丝裂霉素C，以确定姐妹染色单体互换(SCE)的频率。但是，诱变剂的浓度应低于染色体畸变，以及不含诱变剂的控制实验。对于标准水和微团粒水，分别有4种设置，因此共有8种不同的设置。在每种设置中分析25次分裂中期，总共有200个细胞。研究结果表明，微团粒水抑制了诱变剂存在下的突变频率。
体内抑制诱发突变计数鼠骨髓中的染色体畸变，每种设置分析100个细胞。用标准水(对照)和微团粒水喂养小鼠15天。在处死动物前24小时和细胞固定前，注射入丝裂霉素C(3剂量+不含诱变剂的对照水)。在处死和细胞固定前2小时，注射Dioxydine(3剂量+对照水)。每组6只小鼠；总共有96只小鼠或9600个细胞。研究结果表明，微团粒水在体内抑制了诱变剂存在下的突变频率。III.药物、生物影响和身体处理组合物综述和定义除非有另外指示，本发明的实践将采用以下领域技术人员技能范围内的常规技术(1)有机和物理化学；(2)生物化学；(3)分子生物学；(4)药理学；(5)药理治疗学；(6)生理学；(7)毒理学；(8)微生物学；(9)内科医学和诊断学。这些技术在文献中有详细说明。例如，请参见Maniatis等编著，《分子克隆实验手册》(MolecularCloningA Laboratory Manual)；《制药生物技术》(PharmaceuticalBiotechnology)，Daan J.A.Crommelin和Robert D.Sindelar编著，1997年，Harwood Academic Publishers出版；Goodman&Gilman的《治疗的药理学基础》(The Pharmacological Basis ofTherapeutics)，Joel G.Hardman、Lee E.Limbird，第十版，2001年，McGraw Hill出版；《基础与临床药理学》(Basic&ClinicalPharmacology)，Bernard G.Katzung，第八版，2001年，McGraw Hill出版；《制药剂型和给药系统》(Pharmaceutical Dosage Forms andDrug Delivery Systems)，Howard C.Ansel、Loyd V.Allen，Jr.、Nicholas G.Popovich，第七版，1999年，Lippincott、William&Wilkins出版；《哈里森内科医学原理》(Harrison′s Principles ofInternal Medicine)，Eugene Braunwald M.D.(编辑)、Anthony S.Fauci M.D.(编辑)、Dennis L.Kasper M.D.(编辑)、Stephen L.Hauser M.D.(编辑)、Dan L.Longo M.D.(编辑)、J.Larry JamesonM.D.(编辑)。
在本发明描述中，下列术语的使用符合以下定义。
术语“药物”指用于诊断、减轻、治疗、治愈或预防人体或其它动物疾病的化学活性剂。术语“药物”的同义词有“生物影响剂”和“身体处理剂”。从广义上来说，药物是通过化学过程对生物系统产生影响的物质。这些物质可以是给药至活体使对患者内的某个过程达到有效治疗效果或对感染患者的寄生虫中的调节过程产生毒性作用的化学药品质。应理解，生物性质表达在活体的细胞、组织或器官中。这些活性剂、物质或药物是本发明微团粒组合物的主题。术语“药物活性”、“药物性质”和“活性成分”也指药物对活组织或活体产生的作用。
术语“生物影响”和“身体处理”包括一般定义的，特别是按美国专利商标局中美国分类手册，美国专利分类所述之分类定义及示例或实施方案，第424类(此处所述相关分类)药物、生物影响和身体处理组合物，在此引作参考。根据第424类(按此处所述)的进一步定义和实例，术语和短语“辅剂或载体组合物”、“发酵物”、“植物与动物提取物或体液或含有植物或动物细胞结构的材料”可用作生物影响或身体处理组合物。本发明组合物根据特定的结构(例如，分层药片、胶囊)定义和分类。本发明组合物的使用方法以及制备组合物的方法在第424类中具体体现。
药物源自植物或动物，作为微生物生长的副产品，通过化学合成、对现存化学活性剂的分子修饰。
药物来源新药可能从各种自然动物、植物或微生物来源发现，或在实验室合成。植物材料用作药物储库。动物是药物的来源，可取自其组织或通过其生物处理而得。作为非限制实例，甲状腺提取物、胰岛素和垂体激素等激素物质取自牛、羊和猪的内分泌腺。妊娠期母马的尿液中含有大量雌激素。发酵物是细菌或酵母、霉菌或真菌等单细胞植物中存在的微生物的组合物或来源于此，现已广为人知(Glazer和Nikaido，《微生物生物技术》(Microbial Biotechnology)、《应用微生物基础原理》(Fundamentals of Applied Microbiology)，2001年，W.H.Freeman and Company出版)。
题目“医学药理学”指用于预防、诊断和治疗疾病的物质的科学。
本发明的药用和诊断组合物还包括生物技术产品(参考《制药剂型和给药系统》(Pharmaceutical Dosage Forms and Drug DeliverySystems)，Howard C.Ansel、Loyd V.Allen，Jr.、Nicholas G.Popovich，第七版，1999年，Lippincott、William&Wilkins出版，见第18章)。
术语“前药”指在施用后需要代谢生物转化以产生所需药物活性成分的化合物。
此处所用术语“微团粒组合物”指含有微团粒水的组合物。修饰生物影响剂、身体处理剂、辅剂或载体的组合物或其成分的形容词“微团粒”指组合物中的微团粒水，即其溶解于、混合或以其它方式结合微团粒水。
“细胞”是所有活生物体的基本结构单位，由通常用显微镜才能看到的微小的原生质团组成，内含由细胞膜和/或细胞壁与外界隔开的细胞质。真核细胞是含有包含在核膜中的细胞核的细胞。原核细胞是基因组DNA不包含在细胞内核膜中的细胞。
“组织”指组成执行一种或多种特定功能的细胞集合。
“器官”是适应和/或特化用于执行一种或多种生命功能的多细胞有机生物体身体的任何部分。
本发明的组合物本发明的组合物为微团粒水组合物。这些组合物包含微团粒水和一种或多种选自生物影响剂、身体处理剂以及辅剂或载体组合物中一种或多种的活性剂。
发明概述此处所述之微团粒水组合物包含一种或多种选自生物影响剂、身体处理剂以及辅剂或载体组合物中一种或多种的活性剂。身体处理剂的生物特性包括(a)预防、减轻、治疗或治愈活体的异常和病理状况；(b)维持、提升、降低、限制或破坏生理机体功能；(c)通过体内试验诊断生理情况或状态；(d)通过吸引、致残、抑制、杀死、修饰、排斥或阻碍动物或微生物来控制或保护环境或活体。身体处理剂可选自用于防臭、保护、装饰或整饰身体的活性剂。
本发明成分的剂型可以是液体、软膏、霜剂、凝胶、分散体、粉剂、颗粒、胶囊、片剂，以及透皮给药装置。在任何一种情况下，这些组合物均可以是药用组合物。
此处公开了使用本发明组合物的方法，这些方法包括将所述组合物施用于活体的步骤，或将这些组合物体外施用于细胞、组织和器官。
另一方面，本发明还提供了制备组合物的方法，这些方法包括将微团粒水和一种或多种选自生物影响剂、身体处理剂以及辅剂或载体组合物中一种或多种的活性剂合并组合的步骤。
配方基本原理含有药物或身体处理剂的每种特定的药物产品都有其独特的配方。除了活性治疗成分以外，药物配方还包含许多非治疗或制药成分。通过使用，配方达到其独特的成分和物理性质。制药成分包括填充剂、增稠剂、溶剂、悬浮剂、片剂包衣与崩解剂、稳定剂、抗菌防腐剂、调味剂、着色剂和增甜剂等物质。
配方中所有的成分都应在物理和化学性质上相容，包括活性治疗剂、制药成分和包装材料。
制药成分定义和类型要将药物制成剂型或药用组合物，需要制药成分，本领域中也称为辅剂或载体。例如，在配制药用溶液的过程中，使用一种或多种溶剂溶解药物、使用调味剂和增甜剂调节药品的味道、添加着色剂提高药品的美观度、添加防腐剂可防止微生物生长，添加抗氧化剂和螯合剂等稳定剂可防止药物分解。在配制片剂的过程中，通常会添加稀释剂或填充剂可增加药品体积、粘合剂可使粉状药物和药用物质粘合、抗粘剂或滑润剂有助于使片剂加工过程更加顺利、崩解剂可促进片剂在投药后崩解、包衣可提高药物的稳定性，或控制崩解剂可增强外观。由于利用了药物的基本成分，软膏剂、霜剂和栓剂为其特性特征。因此对于每种剂型，药物成分形成了产品的主要特征，以及物理形态、结构、稳定性、味道和总体外形。
众所周知，制药成分有许多主要类别。为不再赘述，有关类别和实例的详情，请参考专题论文《制药剂型和给药系统》(PharmaceuticalDosage Forms and Drug Delivery Systems)，Howard C.Ansel、LoydV.Allen，Jr.、Nicholas G.Popovich，第七版，1999年，Lippincott、William&Wilkins出版。特别请注意第3章一剂型设计制药和配方注意事项。此参考内容中的表3.3提供了制药成分的非限制示例及其范例。本发明的微团粒成分包括制药成分和/或赋形剂的含水组合物。
读者还应注意，《制药赋形剂手册》(Handbook of PharmaceuticalExcipients)中包含讲述了200多种用于制药剂型配制的赋形剂的专著。每篇专著中包含的资料有非专利、化学和商业名称；实验和化学公式与分子量；制药规格和化学与物理性质；与其它实验材料和药物的不相容性和相互作用；管制状态；以及在制药配方或技术中的应用。
剂型除微团粒组合物的液体剂型以外，本发明的微团粒组合物涉及含有微团粒水的非液体剂型(如下所述)。参见《制药剂型和给药系统》(Pharmaceutical Dosage Forms and Drug Delivery Systems)，HowardC.Ansel、Loyd V.Allen，Jr.、Nicholas G.Popovich，第七版，1999年，Lippincott、William & Wilkins出版。
固体剂型和改进释放给药系统粉末和颗粒胶囊和片剂改进释放剂型和给药系统半固体和透皮给药系统软膏剂、霜剂和凝胶透皮给药系统药用植入物栓剂和植入物液态剂型通常包括溶液和分散系统。无菌剂型和给药系统包括胃肠外剂型、生物制剂、眼用溶液和悬浮液。
新型与高级剂型、给药系统和装置包括用于诊断和治疗的放射性药品和脂质体。
如上所述，本发明还涵盖由机械、电子和计算机组件组成的一般用于注射用药的微团粒组合物给药系统。将微团粒组合物给药至活体中的方法包括使用机械、电子或计算机组件的步骤，也包含在本发明范围之列。这些医疗装置辅助成分的实例含有包括电离子透入疗法、超声透入疗法、透析、植入泵、氟碳推进泵、静脉注射控量器和输液泵在内的给药系统(参见第19章，Ansel)。投药至血管系统的普通给药系统包括注射用注射器、针头或装置，在装置和/或身体或组织间输送液体的导管、液体组合物容器或输液管。
含有微团粒水的注射用溶剂和赋形剂大型注射剂制造商最常用的溶剂是符合USP标准的注射用水。注射剂优选采用含水赋形剂，在生产可注射产品中使用水。微团粒水实例包括符合USP标准的纯净水、符合USP标准的无菌注射用水、符合USP标准的抑菌注射用水。
符合US标准的氯化钠注射液、符合USP标准的抑菌氯化钠注射液、符合USP标准的林格氏注射液，以及符合USP标准的乳酸化林格氏注射液。
生物影响剂和身体处理剂本发明的微团粒组合物包括生物影响剂和身体处理剂的组合物。“生物影响剂”和“身体处理剂”是可能具有下述生物或药物特性的物质。这些活性剂、物质或药物是本发明微团粒组合物的组分。应理解，生物特性活体的细胞、组织或器官上表达。此处所用的这些生物或药物特性的术语与标准医学词典(例如，《道兰氏医学词典》(Dorland′s Medical Dictionary))和专题论文中的用法一致(例如，《治疗的药理学基础》(The Pharmacological Basis ofTherapeutics)，Joel G.Hardman、Lee E.Limbird，第十版，2001年，McGraw Hill出版；《基础与临床药理学》(Basic&ClinicalPharmacology)，Bernard G.Katzung，第八版，2001年，McGraw Hill出版；《制药剂型和给药系统》(Pharmaceutical Dosage Forms andDrug Delivery Systems)，Howard C.Ansel、Loyd V.Allen，Jr.、Nicholas G.Popovich，第七版，1999年，Lippincott、William&Wilkins出版。)虽然身体处理剂可能有药物效应，但用于本发明目的的“身体处理剂”的首要含义指局部施用于活体并用于防臭、保护、装饰或整饰身体的活性剂。
概括而言，生物影响剂和身体处理剂的生物特性包括a.预防、减轻、治疗或治愈活体的异常和病理状况；b.维持、提升、降低、限制或破坏生理机体功能；c.通过体内试验诊断生理情况或状态；d.通过吸引、致残、抑制、杀死、修饰、排斥或阻碍动物或微生物来控制或保护环境或活体。
身体处理剂包括但不限于，牙膏；局部用太阳或辐射遮蔽或晒黑制剂；修甲或修脚组合物、活发或活肤漂白剂；活肤着色剂(例如，唇膏)；抗汗剂或汗液除臭剂；活发或头皮护理组合物；包含固体合成有机聚合物的身体局部用制剂(例如，皮肤化妆品)。
生物影响剂的治疗分类以下药物分类(非限定性的)源于Goodman&Gilman的《治疗的药理学基础》(The Pharmacological.Basis of Therapeutics)，Joel G.Hardman、Lee E.Limbird，第十版，2001年，McGraw Hill出版，为本文主题在此引作参考。本发明的微团粒组合物包含具有一种或多种以下医药活性的药物。
作用于突触和神经效应器接头部位的药物这些药剂影响自主神经系统和躯体运动神经系统中的神经传递。包括有毒蕈碱性受体激动剂和拮抗剂抗胆碱酯酶剂；作用于神经肌肉接头和自主神经节的药剂；儿茶酚胺、拟交感神经药物，和肾上腺素能受体拮抗剂；5-羟色胺(血清素)受体激动剂和拮抗剂。
作用于中枢神经系统的药物这包括全身麻醉剂和局部麻醉剂；治疗气体(氧气、二氧化碳、一氧化氮和氦气)；催眠药和镇静剂；乙醇；治疗忧郁症、焦虑性障碍、精神病、躁狂等精神疾病的药物；治疗癫痫症的药物；治疗中枢神经系统变性疾病的药物；类鸦片止痛药；治疗药物成瘾和药物滥用的药物。
自身活性物质；炎症药物疗法这包括组胺、血管舒缓激肽及其拮抗剂；脂质衍生自身活性物质类花生酸和血小板激活因子；解热镇痛剂和抗炎剂以及痛风治疗中采用的药物；哮喘治疗中采用的药物。
影响肾脏和心血管功能的药物这包括利尿剂；后叶加压素和其它作用于肾脏水留存的药物；肾素和血管紧张素；治疗心肌缺血的药物；抗高血压药和治疗高血压的药物；治疗心力衰竭的药物；抗心律失常剂；治疗高胆固醇血症和血脂异常的药物。
影响胃肠功能的药物这包括胃酸度控制剂和治疗胃溃疡与胃食管反流病的药物；胃肠道蠕动促进剂和用于肠易激综合征的药剂；用于腹泻、便秘和炎性肠病的药剂；用于胆道和胰腺疾病的药剂。
寄生虫感染的化学疗法这包括用于疟疾、阿米巴病、贾第虫病、滴虫病、锥虫病、利什曼病等原虫感染化学疗法以及治疗肠虫病的药剂；微生物疾病的化学疗法这包括磺胺类药、甲氧苄氨嘧啶-磺胺甲基异恶唑、喹诺酮等抗微生物剂和治疗尿路感染的药剂；青霉素、头孢菌素和其它β内酰胺抗生素；氨基糖苷类药；蛋白合成抑制剂；在肺结核、鸟型结核复合菌感染疾病和麻风病化学疗法中使用的药物。此外，还包括抗真菌剂、抗病毒剂和抗逆转录病毒剂。
肿瘤性疾病的化学疗法这包括烷化剂、氮芥、氮丙啶和甲基三聚氰胺类药物；烷基磺酸盐；亚硝基脲；叶酸类似物；嘧啶类似物；长春碱、紫杉醇、表鬼臼脂素等天然药物；喜树碱类似物；更生霉素、道诺霉素、阿霉素、黄胆素等抗生素；博来霉素、丝裂霉素；铂配位络合物；羟基脲；丙卡巴肼；肾上腺皮质类固醇类；氨鲁米特和其它芳香酶抑制剂；抗雌激素药(例如，三苯氧胺)；促性腺激素释放激素类似物；抗雄激素药；白介素、粒细胞集落刺激因子、粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子等生物反应修饰剂；单克隆抗体。
用于免疫调节的药物这包括免疫抑制剂、耐受原和免疫刺激剂。此类药物包括基于从免疫球蛋白到纯化抗体组合物到单克隆抗体组合物的抗体组合物的疫苗。
作用于血液和造血器官的药物这包括生长因子、矿物质和维生素等造血剂；抗凝剂、溶栓剂和抗血小板药物。
激素和激素拮抗剂这包括垂体激素及其下丘脑释放因子；甲状腺和抗甲状腺药物；雌激素和孕激素；雄激素；促肾上腺皮质激素；肾上腺皮质类固醇类及其合成类似物；肾上腺皮质激素合成和作用抑制剂；胰岛素、口服降血糖药；作用于钙化和骨质疏松的药剂钙、磷酸盐、甲状旁腺激素、维生素D、降钙素。
维生素这包括水溶性维生素复合维生素B和抗坏血酸；脂溶性维生素维生素A、K和E。
治疗皮肤疾病的药剂；眼科疾病治疗剂施用本发明组合物的途径对于施用至活体的本发明的微团粒组合物，根据组合物是用于局部或全身效应，本领域技术人员可利用和选择不同的投药途径。本发明的方法包括根据上述医学或治疗活动使用用于治疗或诊断目的的本发明组合物。方法包括通过口服、舌下、胃肠外、皮肤表面(局部)、透皮、结膜、眼内、鼻内、耳部、呼吸道内、直肠、阴道、尿道等途径施用或输送药物组合物的步骤。根据普通和专科医学标准教科书中描述的方法和标准，治疗和诊断领域的技术人员可以找到施用本发明组合物的指南。
体外给药。可供选择地，本发明微团粒组合物的生物特性可施用于并表达在离体细胞、组织和器官上。评估、筛选和处理培养的哺乳动物细胞、组织和器官是基因治疗、干细胞治疗(例如，脐血干细胞移植)、移接或移植细胞/组织(例如，造血组织)、肿瘤医学(例如，宿主/移植物/肿瘤相互作用)和生殖医学(例如，胚胎培养)中的常用方案(《自血和骨髓移植x第十届国际研讨会摘要》(AutologousBlood and Marrow Transplantation XProceedings of the TenthInternational Symposium)，编辑Karel A.Dicke和ArmandKeating，2001年5月；《血液述评》(Bloodline Reviews)；《血液和骨髓移植述评》(Blood and Marrow Transplantation Reviews)；《体外细胞治疗》(Ex Vivo Cell Therapy)，Klaus Schindhelm和Robert Nordon编著)。体外治疗的目的是取代、修复或增强受损组织或器官的生物功能。体外过程包括从患者或供者收集细胞，体外操作以提高收获细胞的治疗潜能，和随后静脉内输液。
制备本发明组合物的方法制备本发明微团粒组合物的方法包括将一种或多种生物影响剂、身体处理剂、辅剂或载体组合物与微团粒水组合或配制的步骤。有关制备本发明组合物的指南，本领域技术人员可参见化学、临床化学、药物化学、药理学、配方学的标准专题论文。
诊断组合物本发明的组合物包括诊断组合物(《Mosby诊断与实验室试验手册》(Mosby′s Manual of Diagnostic and Laboratory Tests)，Kathleen Deska Pagana、Timothy James Pagana编著)；本发明方法包括在活体中进行的(即体内诊断或体内试验)或在体外或离体进行的诊断技术中使用微团粒诊断组合物。用于诊断放射学方法的含有对比剂的微团粒组合物也包括在本发明范围之内。诊断试剂和其制备方法(Sigma Aldrich Co.；Worthington Biochemical Corporation；Wako Chemicals USA)及使用方法在本领域广为人知。本发明包括含有微团粒组合物的试剂盒。
IV.食品或可食用材料及饮料加工、组合物和制品综述和定义除非另有陈述，本发明使用本领域技能范围内的常规食品技术、食品化学、食品加工、有机和生物化学技术。在文献资料中详细介绍了用于食品和饮料的技术。例如，请参见Potter，N.N.和Hotchkiss，J.H.编著的《食品科学》(Food Science)，第五版，1998年，AspenPublishers出版；Belitz，H.D.和Grosch，W.编著的《食品化学》(Food Chemistry)，第二版，1999年，Springer出版；T.P.Coultate编著的《食品成分化学》(The Chemistry of Its Components)，第四版，2002年，Royal Society of Chemistry出版；Owen R.Fennema编著的《食品化学》(Food Chemistry)，第三版，1996年，MarcelDekker，Inc.出版；David S.Reid编辑的《食品ISOPOW6中水的特性》(The Properties of Water in Foods ISOPOW6)，1998年；Shafiur Rahman编著的《食品特性手册》(Food PropertiesHandbook)，1995年，Culinary and Hospitality IndustryPublications Services出版；Brennan，J.G.、Butters，J.R.等编著，1990年，《食品工程操作》(Food Engineering Operations)，Chapman and Hall出版；Heldman，D.R.和Hartel，R.W.编著，1997年，《食品加工的原理》(Principles of Food Processing)，Chapman and Hall出版；《农业、食品和生物工程百科全书》(Encyclopedia of Agricultural，Food，and BiologicalEngineering)，2003年，编辑者Dennis R.Heldman，Marcel Dekker，Inc.出版；《食品结构-建立与评估》(Food Structure-Creationand Evaluation)，1987年，J.R.Mitchell和J.M.V.Blanshard编著，Woodhead Publishing Ltd.出版；《无定形食品和制药系统》(Amorphous Food and Pharmaceutical Systems)，2002年，H.Levine编辑，RSC Publlshers出版；Ruan，Roger和Chen，Paul L.编著的《食品与生物材料中的水》(Water in Foods and BiologicalMaterials)、《核磁共振方法》(A Nuclear Magnetic ResonanceApproach)，1998年，Culinary and Hospitality IndustryPubl.Services出版；Jose M.Aguilera和Stanley，David W.编著的《食品加工和工程的微结构原理》(Microstructural Principlesof Food Processing and Engineering)，第二版，2000年，Culinaryand Hospitality Industry Publ.Services出版；《食品超大分子的功能特性》(Functional Properties of Food Macromolecules)，编辑J.R.Mitchell和D.A.Ledward，1986年，Elsevier AppliedScience Publ.出版；Roos，Y.H.编著的《食品中的阶段转化》(PhaseTransitions in Foods)，1995年，Academic Press出版。可以从英格兰的American Technical Publishers，Ltd.，Hitchin，Herts.，SG40SX处找到种类众多的食品科学和技术参考书。http//www.s bu.a c.uk/water/在线详尽地介绍了水的结构和行为，包括水在食物分子水合作用中的作用。此处引用的参考文献或专利的引入可作为补充本发明公开内容相关的教导。
本发明涉及已与结构化水(structured water)发生水合作用的食品或可食材料和饮料。一方面，本发明包括含有结构化水的食品或可食材料和饮料，和参与制备结构或非结构的食品的结构成份或添加剂。
另一方面，本发明包括在食品或饮料加工中使用结构化水，包括通过将结构化水与至少一种食品加工体系的成分或产品发生接触，而水合食品加工体系的步骤。
本发明涉及使用结构化水和结构组合物来处理或完成食品材料。特别是本发明包括在水起的各种作用中使用结构化水的方法，包括但不限于下表中列出的这些作用表-水在食品和饮料中的作用
正如下列从Fennema编著的《Food Science》第三版翻印出的表格所提出的一样，对水-溶质相互作用类型的分类进一步表征结构化水在食品加工中的溶质水合作用。
表3水-溶质相互作用类型的分类
a大约12-25kJ/mol。
b但是比共价单键强度弱很多。
cR是烷基。
d疏水相互作用是熵驱动的，而偶极-离子和偶极-偶极的相互作用是焓驱动的。
本发明总的提供任何物理形式的结构化产品和组合物，它用于通过人类或动物的口腔全部或部分被消费。另外，本发明还包括以任何物理形式存在的结构化水。
本发明可以用于食品工程、食品化学和食品生物学领域。
食品工程包括食品制造、加工、包装和储藏。类似于水的作用，结构化水及其组合物和包括此处介绍的结构化水水合方法的加工食品的方法可适用于挤压中的流体机械和混合学、面团流变学、混合调味品的预扩散、了解挤压中的膨胀机理、食品的宏观和微观结构、烘焙和微波加工、混合烘焙中的热量和质量的同步传递、薄膜技术以及冷冻过程中的冰晶大小控制、热气喷射冲击烘焙、通过加工食品促进健康、食品废料和副食品利用、为确保微生物安全改进包装和智能包装。
食品化学应用化学技术、概念和定律来确定食品中分子的种类和数量，其在制造和储存过程中的物理属性和化学变化。结构化水及其组合物和包括此处介绍的水合方法的加工食品的方法适应范围广泛，从分析食品组成至测量非晶质固体的分子流动性；脂类、碳水化合物和蛋白质的化学变化，加工技术，例如喷出、控制抗微生物剂或冰晶核蛋白；光谱、机械和热技术如何定性非结晶质、非晶体、固体的物理属性，从而改变其化学和物理属性，甚至贮藏期限和稳定性。
定义对各种出现在本文所述专利性主题类别中，但并未包括在下列的词汇表中的“技术”术语的含义，与通常公认或常用的相同。
术语“水”、“结构化水”和“微团粒水”可互换使用。“结构化”发明的主题和范围由术语“水”在此其应用上下文衍生的含义告知并类似(美国专利号6,521,248)。
使用的术语“食物/食品”和“可食用”同义，此处可以交换使用。
食品加工系统中使用的每种成分或添加剂，无论是天然存在的产品还是合成生产的产品，作为可食组合物的一部分，或处理可食组合物，或被披露或声称为可食，将被认为是可食用的。
食品或可食材料包括在类别426中广泛定义的饮料。举例来说，但不限于此，子类590包括饮用的液体或添加含水材料形成饮用的液体的浓缩物。包括子类569(形成泡沫的饮料)和580(含乳饮料)。子类592包括主题中含乙醇的产品。从美国专利和商标局获取的美国专利分类手册中可以找到每个分类中的饮料列表及其定义和涉及主题范围的分类。
含有结构化水的组合物在此处称为“微团粒组合物”。形容词“微团粒”修饰表示组合物(例如，物质、添加剂、成分)的名词，表明修改的组合物中含有微团粒水，作为至少部分由结构化水进行水合的结果。缩写词MCW表示结构化水。
一方面，食品加工体系包括将食品材料或配料中的固有结构分解成各不相同的程度，因而涉及到食品的所有方面-食品的化学和物理特性以及其成分、食品的加工和生产、食品的包装和销售，其代表食品加工体系中的组成成分。食品质量-质地、散发的香味、营养成分可利用度、水分移动和微生物生长-受到食品内结构形成、稳定性和分解的影响和决定。食品加工系统中使用的每种成分或添加剂，无论是天然存在的产品还是人工合成的产品，作为可食组合物的一部分，或处理可食的组合物，或被披露或声称为可食用，将被认为是可食用的。食品加工包括将原材料和配料转换成消费食品或可食产品。食品加工包括所有将原材料或动物材料变化或转化成安全、可食和更美味的食品的所有操作。食品加工的另一个目标是改进存储或保存限期。
食品加工中的水合化学本发明涉及在食品加工中使用结构化水。与碳水化合物、脂类和蛋白质相组合的水，是食品主要成分之一。因此，本发明涉及在食品加工体系中实现结构化水与碳水化合物、脂类和蛋白质结合的方法。
水的水合特性部分依靠它的簇集(水结构和行为，包括水在食品分子水合作用中的作用，在http//www.sbu.ac.uk/water/上有详尽的在线说明；同时在David S.Reid编辑的《食品ISOPOW6中水的特性》(The Properties of Water in Foods ISOPOW6)中也有说明)。结构化水对生物大分子(特别是蛋白质和核酸)的水合特性决定其三维结构，从而决定其在溶液中的功能。
在食品加工中使用结构化水可改善质地、混合和流动特性以及功能。MCW也涉及许多与其它食品成分的相互作用。这些相互作用可能有助于搅乱分子，使其处于无定形状态，例如，低水分食品。在无定形食品体系中，玻璃转化是特征性的温度范围，超过该范围刚硬的材料软化并开始表现出强韧的特性。这种变化是一种温度、时间(或频率)和组成依赖性的物理状态从“玻璃状”机械性固体至“橡胶状”粘性流体的材料特定变化。
MCW使无定形材料塑化，增强结晶化。MCW的塑化作用引起分子流动性增加，有助于排列分子，并可能增强酶促反应。MCW的效用是影响无定形食品体系中酶促反应速度的一个因素。MCW可显著塑化食品材料。增加MCW的量，材料的水活性也会更高。增塑剂用于提高聚合物的柔软性和可加工性，同对也可以减小粘性。
酶促反应通常造成低水分食品中的有害变化。这种变化的速度是与物理状态的变化相关，例如玻璃转化。以普通形式和结构化形式的水是最重要的食品材料增塑剂。水和其它增塑剂也会影响酶促反应的速度。即使减小了水分含量，包括碳水化合物(例如糖)的食品体系也十分容易受到结晶化的影响。结晶化过程中，吸收的水排到食品材料中，使食品体系中的水分含量发生变化，可能会影响酶促反应的速度。水作为增塑剂的作用，以及作为食品质构功能影响酶促反应的速度是维持低水分食品体系的质量和保存限期的重要因素。
食品体系的物理状态取决于水和其它增塑剂的量以及涉及所有成分的分子相互作用类型。
“水结合”和“水合”是指水以各种韧度与亲水或疏水物质结合的趋势。亲水溶质(例如有亲水性的溶质或结构)与水相互作用的强度比水-水相互作用更强或相当，而疏水溶质(例如有疏水性的溶质或结构)仅与水微弱相互作用，其强度远低于水-水相互作用。
本领域公知有关确定分子种类(包括食品)水合作用和水合对食品质量影响的方法(Shafiur Rahman编著的《食品特性手册》(FoodProperties Handbook)，1995年，Culinary and HospitalityIndustry Publications Services出版)。
水争夺分子内和分子间氢键的氢键结合位点，是碳水化合物、蛋白质和脂类构象的主要决定因素。
水对蛋白质结构的作用水合作用对于蛋白质的三维结构和活性十分重要。实际上，在缺水的情况下酶缺乏活性。在溶液中，它们具有构象灵活性，包括各式各样的水合状态，这在结晶或不含水环境中无法见到。这些状态之间的平衡视其微环境中水活性而定；例如水与蛋白质水合的自由度。因此，强反应性水(例如含有许多弱弯曲和/或断裂氢键的高密度水)有利于需要较强水合作用的蛋白质构象，较低活性水(例如，含有许多强的分子内含水氢键的低密度水)相对有利于‘干燥剂’构象。
蛋白质的折叠取决于控制某些多糖中的接合区形成的相同因素；即低密度水(LDW)和驱动这种基团形成疏水核心的疏水表面之间的不相容性。此外，水作为滑润剂像释放必需的氢键一样进行变化。水分子可以桥联羰基氧原子和不同肽键的氨质子，从而促进肽氢键的构成和分离。蛋白质中的内部分子运动是生物活性使然，它十分依赖受水合强度决定的塑化程度。因此，内部水能够使蛋白质发生折叠，并且通过协作的蛋白质链的相互作用最终挤出时从疏水中央核心中排出。显示出酶周围的平衡位置对于平衡柔性和刚性的酶活性很重要。
由于受到熵减少的不利影响，和水形成很大表面积的无极性基，使得蛋白质折叠受到疏水作用的驱动。在蛋白质变性过程中，水不仅对于蛋白质的正确折叠很重要，而且对维持该结构也十分重要。折叠或解折叠的自由能变化是由于蛋白质折叠/解折叠和水合变化的联合效应。
肽和蛋白质在泡沫、凝胶、乳化、香味前体物质、香味化合物中起作用并作为酶使用。这些特性来自于氨基酸和蛋白质的物理化学特性。如上所述，蛋白质的水合作用对蛋白质的功能起着重要作用，包括蛋白质结合食物成分、胶凝、膨胀、面团制作、乳化和发泡。酶的催化活性和酶反应的控制需要具备蛋白质水合作用和含水微环境方面的知识。对食品加工十分重要的酶包括氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶和连接酶。水活性在调节酶反应中起着关键作用。
即使在低水分食品中，尽管水活性很低，但是酶仍然会出现变化。由于发生这些反应，从而使产品存储的稳定性降低。水在食品体系中起着不同的作用(1)水可作为第二种底物。众所周知，多种相互作用对决定蛋白质功能特性的立体结构起着稳定作用，这些作用包括极性基团间以及极性基团和水之间的氢键，蛋白质分子周围与水结构有关的氢键；(2)作为分裂氢键从而改变蛋白质结构的物质；(3)作为促进反应物扩散的溶解媒介。
概括来说，酶的活性视水与酶、水与底物以及水与基质之间的相互作用而定。同时也可能包括基质与底物和基质与酶之间的相互作用。
最后，在低水分体系中进行催化酶反应需要一定数量的水，以促进反应的迁移性和扩散性。根据酶的特点以及底物的溶解性和分子大小，可以改变水的数量。
酶促反应包括酶和底物的相互反应，此时，水通常既作为溶剂，又作为第二种底物。蔗糖的水解需要转化酶与蔗糖的水解性键接触。如果是脱水系统，必须加水以恢复酶的活性。因此，成分必须具备迁移性。水应通过系统进行扩散，酶可以施加一定的迁移性以接近水解性键，或者底物需要移至酶的活性点。酶促反应的速度应取决于运动速度，而这视系统基质结构而定。例如已证明在粘弹性液体中存在多糖，会导致多糖链交织，并限制水分子的扩散。
在水受限的系统中，可认为迁移性受到限制。酶的活性将视其对底物的紧密度而定。因此，应以这种方式分布酶，以便它在底物的周围有效。互溶性差也会降低反应速度，因为它会降低分子间的相互作用。组成、结构和包括含水量、温度和pH值的环境条件决定系统的物理状态和动态特性。
Whitaker(《食品科学的酶学原理》(Principles of Enzymologyfor the Food Sciences)，1994年，第二版，Marcel Dekker，Inc.出版；Fennema，O.R.编著的《食品化学》(Food Chemistry)第7章，第三版，1996年，Marcel Dekker，Inc.出版)说明了水对酶活性的作用。水在所有的酶催化反应中至少起四个重要的作用(1)折叠蛋白质，(2)作为底物和酶的转运介质，(3)蛋白质的水合作用和(4)酶活性位点中质子移变基团的电离作用。
核酸水合作用水合作用对核酸的构象和效用十分重要。由于相当扩散的电子分布，使得磷酸基团周围保持更大和更强的水合作用，而碱基由于其更定向的氢键结合能力，其周围的水合作用更有序和更持久。由于DNA的结构规则，以协作方式沿大沟和小沟中的双螺旋保持水合水。这种水合作用的协作特性有助于双螺旋的退火和解旋。
核酸有许多基团可与水氢键结合，由于额外氧原子(即核糖02′)和未配对的碱基位点，RNA比DNA具有更大程度的水合。在DNA中，碱基参与氢键配对。然而即使这些基团，除了氢键结合的环氮原子(嘧啶N3和嘌呤N1)外，也能够进一步氢键结合连接到大沟或小沟中的水。此类溶剂相互作用对水合环境十分重要，因此它在核酸周围的识别直接有助于DNA构象。
水活性水活性在食品科学和技术中已经成为极其有用的工具。它在有关水分动态转移和微生物生长区域作图、物理变化和化学反应时十分有用。在食品加工系统中控制水活性对于达到所需的食品稳定性以及预测产品的保存限期十分关键。
水活性，aw，是水在材料中的特性。在1970年代中期，水活性成为控制食品变质的主要因素，主要是用于水分减少、干燥食品、药物和生物系统。据研究，变质的一般方式，即物理和物理化学变化、微生物生长、含水物和脂质的化学反应，都受到水的热力效应以及系统的总含水量的影响。两个系统之间水的化学势不同，这会导致水分交换，超出一定的化学势，像系统的分子量一样，当出现足够多的水时，会导致物理和化学反应。
从功能和感官角度而言重要的食品或生物产品的物理结构，经常由于水分增加或丢失导致水活性变化而改变。例如，粉料结块是由于糖类和低聚糖的无定形晶体状转移的结果，这在水活性增加超过玻璃转化点时出现。这种结块影响粉料溶解或自由流动，状态转变可导致挥发减量或密封脂类的氧化。如果水份增加导致水活性升高到一个极限，再次超过玻璃转化，则饼干、干点心，例如炸土豆片和谷类早餐就会不松脆。相反，由于缺少水的关系，水活性减小，葡萄干和其它干果会变硬。因此，谷类早餐中的葡萄干或其它干果上包有糖衣，以减慢水分的损失率或使用甘油减少水活性，从而防止水分损失。这些措施抑制葡萄干剩余的水分转移到谷类中，因此，保持谷类的脆性和果料的柔软性在摆在人们面前的化学潜在驱动力。终于，像aw增长一样，由于橡胶态的快速发展，使得包装膜对氧和水蒸发的渗透性大大提高。
如同物理化学现象，微生物的生产和死亡也受到水活性的影响。经再三证明，每种微生物都有一种临界的水活性，低于它就无法生长。例如，寄生曲霉在低于一定的水活性时不生长，而来自该微生物的黄曲霉素(一种强力毒素)产生在稍高水活性以下会受到抑制。为了终止生长或毒素生产，就必须终止微生物细胞中的主要酶促反应。因此，降低水活性来抑制这些生物化学反应，这样可以在总体上依次限制微生物的机能。对于孢子来说，水活性越低，抗热杀性就越强。
微生物稳定的干食品通常被定义为水活性低于某一规定水平的食品，在该水平以下无已知的微生物可以生长。
水活性已被证明可以影响许多化学反应的动力学。除了脂类氧化反应，其在水活性很低时速度随水活性的减小而增大外，其它化学反应速度通常都随水活性的增大而增大。
当水与溶质和表面相互作用时，不能进行其它的水合作用。术语‘水活性’描述了材料水合作用可利用的平衡量水；单位数值表示纯净水，而零表示完全没有水分子。它与食品化学和保存息息相关。
水活性的变化可能会引起水在食品成分中迁移。含有不同水活性的宏观或微观不同水活性的含水池的食品，将倾向于发生时间和温度依赖性的水从水活性高的区域向水活性低的区域的迁移，这是常用于盐制鱼和干酪的有用特性，但其它情况下，可能具有灾难性的感官结果。水活性的这种变化可能会导致水在食品成分中的迁移。水活性较低的食物趋向于获取水分，而那些水活性较高的食物趋向于失去水分。
由于水活性低可防止微生物生长(延长保存限期)，引起质地特征例如松脆性发生显著变化和改变化学反应(增加疏水亲脂反应，但降低亲水限制水扩散的反应)的速度，因此食品业中控制水活性(而不是含水量)十分重要。
在食品工艺中可以用术语水活性来确定游离水分。水活性被定义为在放有食品的封闭室中的水蒸汽压力与相同温度下饱和水蒸汽压力的比率。水活性指示发现非结合水因此可作为溶剂或参与破坏性的化学和微生物反应的程度。
极易腐坏的食品aw＞0.95。低于aw＝0.91时，多数细菌的生长受到限制；同样，低于aw＝0.87时，多数酵母菌停止生长，低于aw＞0.80时，多数霉菌停止生长。微生物生长的绝对极限大约是aw＝0.6。当需要产生aw＜0.96的溶质浓度很高(通常＞1摩尔)时，溶质(含水量低时的表面相互作用)会在有效应用aw知识范围内控制水的结构化。
许多食品储藏加工尝试通过降低微生物对水的利用度，从而达到消除腐坏的目的。减少游离水分或非结合水的数量，也可以减少其它不必要的化学变化，可用于处理储藏的食品。用于减少食品中非结合水的量的方法包括各种技术，例如浓缩、脱水和冰冻。这些加工方法通常需要密集的能量消耗，不具有经济效益。
通过控制水活性可以成功地实现食品的稳定性，预测水分在多成分食品体系之间的转移，预测水汽通过食品包装的转移以及预测混合成分包括溶解类型的最终水活性。
分子流动性。分子流动性(Mm)是最近在食品科学中发展的一种方法，用于说明通过冷冻和烘干如何改变食品的储藏稳定性，是水活性(aw)概念的一种备选和补充方法。
大多食品材料不能形成晶体结构。要成为晶体，溶液中的分子必须放置一个现有的晶格，有点像七巧板，它仅可以同一个方向放置。分子在溶液中旋转和弯曲，但是在所有水分离开和活动停止前，必须确保他们形成晶体要足够快。在相对较慢的小分子晶体进行烘干操作时，有可能形成大晶体的蔗糖和盐。但是，移动缓慢的大分子或快速的烘干操作无法为晶体的形成提供足够的时间，实际上，大多数情况下无法形成晶体。相反，溶液变得很粘，最后变得像橡胶。如果去除更多水分，橡胶变得越来越粘，直至到达某一临界点，完全停止移动，材料可视为一种玻璃。玻璃状和橡胶状的材料被描述为非晶质固体。冷冻被视为与烘干极为相似的过程。水结晶成纯冰，它不进行食品材料的溶解。当食品冷冻成冰形式时，将食品存放在日益脱水的环境中。
在所有情况下，主要的参数是分子移动性-分子移动的能力。分子移动性随着温度(分子热能越多，移动越快)和小分子浓度(通常水作为分子级滑润剂或增塑剂)而增加。烘干步骤减少了含水量，同时也降低了溶质的分子移动性。而且冷冻也减少了含水量(冰晶形式)，另外冷却减少食品分子的热能，因而降低了它们的移动性。
材料的分子移动性与其粘性成反比(如果液体越稠，分子移动性越差)，粘性影响扩散受限反应的速度。如果两个分子间发生反应，分子首先必须碰撞，具备足够的热能后克服活化能障，进行反应。
两种将食品处理成玻璃状态的技术方法是冷冻和烘干。分子移动性是了解水在食品变质中所起作用的一种新奇方法，是对aw方法的有益补充。一般来说，在扩散受限反应、冷冻食品和物理变化中使用分子移动性分析会比较好，理解松脆性和粘性也更为适合，而aw则更适合烘干的食品和非扩散受限加工。下表中列出了一些取决于分子移动性的食品特性和行为特性表7受分子移动性决定的一些食品性质和行为特性(包含无定形区产品中的扩散限制变化)
玻璃转化和水活性橡胶和玻璃状态的物理性质和食品稳定性相变和态变。相变是材料的状态发生变化，发生在定义明确的变化温度-熔化(固态到液态)-结晶(液态到固态)-汽化(液态到气态)-浓缩(气态到液态)。许多材料，包括食品都是非结晶体，但却可以表现出固体或液体的特性。非结晶材料是非晶态材料，例如其分子是随机排列的。非晶态材料通常是过度冷却的液体或固体。过度冷却的液体通常称为“橡胶”，固定通常称为“玻璃”。超过一定的温度范围，就会发生过度冷却的液体和固体状态之间的转化，这种转化被称为“玻璃转化”。
玻璃转化在无机和有机非晶态材料中较为典型，包括这种作为糖和蛋白质的食品成分。在超过玻璃转化的温度范围时，许多材料的特性会发生变化。
水塑化。水在生物和食品系统中是最重要的溶剂、分散介质和增塑剂。在玻璃转化的温度范围的塑化及其调制作用是合成聚合物技术的关键技术，在这当中，增塑剂被定义为并入聚合体的材料，以增加材料的可加工性、柔性或易扩展性。塑化作用通常取决于有关水的质量、体积或摩尔份数的玻璃转化温度。增加含水量的同时降低玻璃转化温度，可以观察到水塑化过程，这样也可以提高了转化的可检测性。碳水化合物和蛋白质都可由水显著塑化，例如水作为软化剂，抑制玻璃转化的温度。水的玻璃转化温度约为-135℃，例如固体非晶态水。在含水量高时，玻璃转化接近水的温度。在超过转化温度范围时，玻璃转化的可检测性通常随着增大含水量-减小转化宽度-增大热容量变化而增加。
食品中的玻璃转化。
了解玻璃转化及其与物理化学变化的关系对于预测加工、配送和储藏过程中食品的状态和行为十分重要。
玻璃转化曲线是了解食品物理变化的重要因素。举例来说，在谷类食品加工系统中，认识到谷类系统中的质地变化可以与玻璃转化相关，知道谷类食品的状态图，然后控制加工和环境条件，以便获得食品的所需状态，同时在配送和储藏过程中得以保留很重要。
脱脂食品固体的非晶态在低水分和冷冻食品中很典型。典型的非结晶、玻璃状或橡胶状食品是-干的果实和蔬菜-压缩点心和早餐谷类-硬的冰糖-易流动粉末-冷冻食品中的冻缩固体。食品材料的玻璃转化可以从热容量变化、从机械性质变化和从介电性质变化中观察。玻璃转化的温度范围取决于食品材料-分子量小的食品成分，例如糖，在超过温度范围约20℃时展现了清晰的玻璃转化-分子量大的食品成分，例如蛋白质和淀粉，其表现的玻璃转化很宽广。
玻璃转化温度范围是每种材料的特定属性。
碳水化合物。糖具有清晰的玻璃转化。糖的玻璃转化温度随着分子量的增大而升高。
蛋白质。非晶形蛋白质是重要的结构生物聚合物。非晶形蛋白质是谷类食品重要的结构成分，例如面包中的麦麸。由于热容量的变化和转化广度较小，因而蛋白质的玻璃转化通常很难以通过量热法确定。
冷冻材料。冷冻过程中结冰会导致溶质的冷冻收缩。冷冻收缩的程序取决于溶质和温度。低温情况下，冷冻收缩的溶质和未冻的水变成玻璃状，例如材料包含晶体冰状态和非晶态、玻璃状溶质状态。某些溶质可以晶化，例如NaCl溶液-冷冻收缩的糖和食品通常变化玻璃化。极有可能，冷冻收缩溶液在初浓度时表现的玻璃转化取决于温度因素，高于此温度，冰熔化有一个开始温度。
在定义含水量和化学反应速度之间的关系时，高分子科学提供了玻璃转化和水活性的理论，解释食品系统的质地特性和在食品加工和储藏过程发生的变化，例如粘性、结团、软化和硬化。食品是类脂、多糖、糖、蛋白质等构成的复杂混合体，存在于各个不同的状态。在影响玻璃转化的含水量上可能部分不同。
举例来说，如果非晶态材料以玻璃状态存在，则它会很硬且易碎，例如对于谷类来说，其代表易碎产品。在橡胶状态中，这种材料是软的且很有弹性，对于油炸小吃或谷物来说，其代表未烘透的不良状态。
因此，玻璃转化理论提供了一个更加清晰的方法，以理解当含水量增加时，松脆的谷类或点心的物理和质地变化。质地是许多谷类食品的重要感官特征，缺少必要的质地会有损产品质量和减少保存限期。如果水活性超出界限，则精盐苏打饼干、爆米花、膨化玉米卷、膨化米饼和马铃薯片的松脆性就不足。松脆性是淀粉分子间键的特征，当出现少量水时，就形成小的结晶状区域。这些区域需用力拆分，从而为食品提供松脆的质地。超过一定的水活性，水可能中断这些键，允许淀粉分子在咀嚼时互相滑过。干的谷类点心的松脆感觉是由咀嚼时发生的声音引起的，它随水活性的增强而减少。从玻璃状态到橡胶状态的转化能很好地解释松脆性的消失。
结块是与玻璃转化相关的另一个特征。当糖在溶液中且是干缩状态时，它处于非结晶玻璃状态，粉粒自由流动。达到足够高的水分或温度时，材料进入橡胶状态。在橡胶状态中，干的非结晶糖易于迅速晶化，这是由于超过一定的温度，扩散速度增大，某种条件导致出现令人讨厌的结块，从而抑制自动流动。结块遵循由水汽弄湿粒子步骤的特性。
配料的选择和增塑剂的级别，例如水和其它分子量小的成分会影响食品的玻璃转化温度。一般来说，当同源系列中的聚合体分子量增大时，玻璃转化温度也升高。增加增塑剂可降低玻璃转化的温度。
水对食品系统中扩散的作用许多食品加工的操作方法和储藏食品的稳定性受到食品系统的扩散特性的影响，它们包括食品本身、包装内的直接环境以及用于食品的任何屏障(包装或涂层)。含水量和“水活性”显著影响这些扩散特性，通过对食品塑化和/或对聚合物包装，影响成分的玻璃转化温度，有时水也会作为内部转运介质。
此处所用的术语“添加剂”是指物质或物质混合物，主要用于其营养价值以外的目的，并以相对少量加到食品中以(1)产生或改善所需的特性(2)或抑制不需要的特性和(3)成为食品的一部分或是过渡性的。(与下面的成分相比，其在某些情况下可以是添加剂)。
此处所用的术语“基础成分”是指组合物的主要成分(除添加的水外)，被认为是基本部分，人们通常通过它来确定组合物。通常，基础成分构成了组合物的主要部分，例如巧克力奶-奶是基础成分。在给出多数成分百分比的情况下，即构成整个组合物(添加的水除外)50％的成分被认为是基础成分。可以通过对类似成分求和来确定50％，例如乳糖、乳清和乳脂都是乳衍生物。
“碳水化合物”是指一种化合物，其单体单元包含至少五个碳原子，及其反应产物，其中碳水化合物单元的碳架未受到破坏。对应于碳水化合物的醇和酸，例如山梨醇抗坏血酸或甘露糖酸，不被视为是碳水化合物。
术语“干”是指完全无水或相对无水的产品，在正常的环境条件下包括这样的特性，但不必要具有每种特性，如自由流动，触感干、不粘、无粘着力、颗粒、粉末、小块、薄片、面粉、粗粉、微粒、球粒、细碎等。
术语“酵素”是指能够引起或改变发酵的任何酶或任何活性有机体。
术语“成分”是指构成食品的混合物的组成部分(通常是主要组成)。
成分或添加剂不包括包装材料、容器、纸制品等，或任何其它被视为不适合食用的材料。但是，在某些情况下，添加剂可以是成分。
“分离的甘油三酯脂肪或油”是指没有任何其源自的植物或动物组织的脂肪或油(如下定义)。
“包装”是指由可食材料被固体材料全封闭、包围或完全环绕的商业组合体。
“组织”是指包含一定量的最初动物或植物的材料(相对于提取物，它被认为缺乏原始的细胞结构)。本术语中包括经过切碎、切割、捣碎、研磨、碾压、切片等处理的材料。
“甘油三酯脂肪或油”是指甘油和高级脂肪酸的酯类(例如，包含至少7个碳的未断裂链的一元羧酸与羰基键合)，其中三个可用的甘油羟基官能团被相同或不同的脂肪一元羧酸酯化。甘油三酯是天然脂肪和油类的主要成分。
本发明包括根据水可如下分类的食品或可食用产品表I根据含水量和适宜物理化学方法类型对食品分类
以下论述介绍了食品科学领域技术人员用于配制食品和成分所使用的物理化学原理。
胶体和流变学胶体是一秒钟内一个相(分散相)、连续相的小粒子的扩散情况。胶体在食品中广泛存在。胶体的研究实质上是对分散相表面之间以及连续相和分散相之间物理相互作用的研究。流变学是对变形时材料的研究。
许多食品是胶体且特性复杂，带有连续相，以真溶液的形式存在，有多个分散相。牛奶有包含水溶液中多糖、电解质类和蛋白质的连续相和包含液态脂和固态蛋白质的分散相。表 胶体类型
乳状液和表面活性。
乳状液是分散相和连续相都是液体的胶体，是最常用的食品胶体类型。在这种食品中，通常包括油相和水相以及这两种类型●水包油(o/w)乳状液，分散相是油●油包水(w/o)乳状液，分散相是油。
乳状液中的相可通过称作相变换的方法进行交换。食品中相变换的常见实例是黄油制造，其通过浓缩和搅拌在内的加工方法将乳脂转化成黄油。一旦获得足够的油浓度，搅拌可将乳脂的水包油乳状液转化成黄油的油包水乳状液。在加工过程中，通过消除更多作为酪乳的水相，进一步增强油的浓度。概括来说，浓缩决定更稳定的形式。
乳化剂和稳定剂形成乳状液的过程通常包括剧烈搅动，以便将油打碎成小滴。添加乳化剂有助于乳状液的形成，通过减小界面张力加速打碎过程，因此乳化剂通常是表面活性剂。常用的乳化剂包括洗涤剂、甘油一硬脂酸和卵磷酯。
一旦形成乳状液，就必须维持，这就是稳定剂的作用。乳化剂能起稳定的作用是由于分子亲水部分之间发生静电相互作用。但是这还不足够，仍需要添加稳定剂。通过在系统中添加或提供高分子可以实现稳定性。它们可能有两个作用。
它们在油珠表面上形成一个层，防止油珠汇合，从而形成位阻障碍。不溶解的蛋白质，例如牛奶中的酪蛋白，经常履行此功能。
它们可以溶解到连续相中，增强粘性。例如，食品中的多糖经常用于此用途。只要添加少量的多糖胶，例如黄原胶和鹿角菜胶，就可以大幅度增强粘性。
胶体的分解包括粒子受引力的影响聚集在一起，形成更大的粒子。根据本加工方法的精确特性，本加工方法有不同的术语。
●凝聚是粒子的松散结合，它相对容易破裂，相再分散●凝结是更强结合的粒子集合。因为粒子间的引力比凝聚强很多，因此凝结的分散相不容易再分散。
●聚结是在粒子合并形成单个更大的粒子。
前两个定义稍微有些宽松，这两个术语有时可互换使用。一般来说，如果发生总的表面自由能下降的结果时使用凝聚。
聚结聚结是合并两个粒子形成单个较大的粒子。主要的区别是絮凝体和凝结粒子保留独特的特征，但聚结的情况却不是这样。
聚结可以带有液体和固体粒子，但通常是带液体粒子。这个加工方法包括稀释粒子间的连续相薄膜，直至排出所有连续相，两个粒子合并为止。
奥斯特瓦尔德熟化如果分散相具有任何连续相中明显的可溶性，可能会发生被称作奥斯特瓦尔德熟化的现象。由于受表面张力的影响，小粒子的可溶性通常较大粒子强。因而，大粒子趋向以损害小粒子来成长。如果加工过程足够快，胶体会不稳定。另一方面，对本加工过程进行控制十分有利于感光乳剂的生成。在冷冻食品中，在长期储藏过程中，因为大的冰结晶体趋向以损害小粒子而成长，造成组织破坏，引起食品变质。
凝胶凝胶是在分散相中的粒子间相互作用足够强，可以形成刚性网状物时形成。在这种情况下，胶体相当于固体，以此弹性地缓解剪应力的反应。实际上，凝胶由填充整个系统的连续絮凝物组成。
就基于高分子的凝胶来说，存在对其它分子有吸引的分子区域-经常以氢键的形式或通过某种离子稳定性的形式。同样基于絮凝物的凝胶，结果是特性如固体的三维网状物。
凝胶的膨胀构成凝胶的3-D网状结构的形成导致连续相被捕获在凝胶中。许多情况下，溶液中的连续相和絮状物网担当半渗透膜。结果，发生渗透作用，凝胶膨胀。通过外部压力可抵消膨胀趋势，所需的压力被称为膨胀压力。它可以达到很高的值。例如，将木楔敲进岩石并浸湿木头可引起足够的膨胀压力以使岩石裂开。
水胶体水胶体是蔬菜、动物、微生物或合成来源的亲水聚合物，通常包含许多羟基，可以是高分子电解质。它们天然存在或加入以控制含水食品的功能特性。在这些特性中，最重要的是粘性(包括稠化和凝胶化)和水结合，但是其它许多特性也十分显著，包括乳状液稳定性、防止冰重结晶和感官特征。
食品是十分复杂的材料，它与水胶体的多因素功能性一起导致需要几种不同的水胶体，其中最重要的是藻酸盐、阿拉伯木聚糖、卡拉胶，羧甲纤维素、纤维素、凝胶、贝它葡聚糖、瓜尔豆胶、阿拉伯胶、刺槐豆胶、果胶、淀粉、黄原胶。
每种水胶体都是由类似的混合物组成，但不是完全相同，分子和不同来源、制备方法、热处理和食品环境(例如盐含量、pH值和温度)都会影响它们所表现的物理特性。描述水胶体时经常会介绍理想化的结构，但应记住，它们是带结构的自然产品(或衍生物)，受到随机酶反应的影响，并不完全依赖遗传密码。它们由不同分子量的分子混合体构成，没有一个分子与任何其它分子在构象上相同，或甚至在结构上也不相同(纤维素除外)。
水胶体混合物表现出这样一种最近才有的非添加剂特征的复杂性，这些可解释成一门科学，而非工艺。在与水结构的水胶体混合物给合的多糖结构功能知识方面潜力巨大。必须仔细检查每种应用的特殊参数，注意所需的影响(例如质地、流动性、腐蚀、含水量、稳定性、粘性、凝聚性、适应性、弹性、延伸性、加工时间、加工精度)以及注意水胶体的类型、来源、等级和结构非均性。
所有水胶体与水相互作用，降低其扩散性和稳定性。一般来说，中性水胶体可溶性较低，而高分子电解质的可溶性较高。通过直接氢键或水结构或在大量但包含分子间或分子内空隙中可以控制这样的水。水胶体和水的相互反应取决于氢键结合，因此，水团簇的形成同样取决于温度和压力。同样的情况，熵损耗和焓获取之间存在逆平衡，但这个过程受到动力学控制，可能无法获得最优的网络。水胶体在溶液中可以展示范围广泛的构象，因为随聚合链一起的链接可以在势能景观谷中相对自由地旋转。较大、结构较稠的水胶体的表面基本上静止，可促使周围水广泛结构化。水结合影响质地和过程特性，防止脱水收缩，具有重大的经济价值。特别是，水胶体可提供增加其它食品成分灵活性(塑化)的水。它们也可以影响冰晶的形成和生长，因此在冷冻食品的质地上可以发挥特别的影响。某些水胶体，例如刺槐豆胶和黄原胶，在冷冻解冰时可能形成更强的凝胶，由于冷冻时水被去除(成冰)，造成强迫结合。
水胶体常常可以显著地影响水的自重流动特性，多数水胶体用于增强粘性(参见流变学)，通过防止沉淀、相分离、泡沫崩溃和结晶化来提高食品的稳定性。粘性通常随浓度、温度和剪应变速度的变化而变化，从某种复杂意义上说，取决于水胶体和其它存在的材料。水胶体的混合物可协同增强粘性或对抗性地减弱粘性。
许多水胶体也是凝胶，可控制多种质地特性。凝胶是显示似固体特性的含液态水网状物，其特性强度取决于浓度，硬度和脆性取决于水胶体所具有的结构。水胶体显示弹性和粘性特性，当缠绕的聚合物不能及时解开以允许流动时出现弹性。水胶体混合物可以相互协同作用，结合沉淀物、凝胶或形成不相容两相系统；这样的相限制影响粘性和弹性。水胶体有相当多的用途，可以用于许多其它方面，包括(a)高温时的伪塑性制作(剪应力下的流动性)，通过冷却浓缩使混合和加工更加容易，(b)冷却凝胶化后的加热液化，(c)加热凝胶化使结构更加紧固(热凝胶化)，(d)多相系统，包括膜层的加工和稳定作用。
这些水胶体的特性是由其结构特征和与水相互作用的方式决定。例如●当分子内或分子间的氢键对水的氢键(有时盐形成)有足够的吸引，可克服熵值时水胶体成胶化。通常，水胶体在疏水性和亲水性之间显示出微妙的平衡性。在更高浓度时扩大的水胶体逐渐混乱，相似的分子在缺少氢键的情况下能互相缠绕(形成螺旋状交汇区)，但是通过降低构象异质性和尽量减少与水联系的疏水表面，从而为在别的地方更积极、更有利地使用而释放它。在这种情况下，需要形成最小数量的链接(例如如果是螺旋状接合区，通常需要复杂螺旋)，克服熵效应和形成稳定的链接。此时，接合区随着时间的变化缓慢生长，相互反应会除去水分，可能发生脱水收缩作用(如在某些果酱和果冻中)。
●多糖水胶体主要通过增强粘性来稳定乳状液，也可以作为乳化剂，据报导，其乳化能力主要由伴随(污染或内在的)蛋白质部分所致。特别是，只要适当的pH值和离子强度状态继续，离子水胶体和蛋白质之间的静电相互作用就会引起显著的乳化作用，从而大大提高稳定性。蛋白质的变性可能提高乳化能力和稳定性。
●由于阻碍结晶、但有助溶解的结构非均性原因，水胶体混合物在高浓度时可防止自行聚集。水胶体可与其它有助脂肪乳化的食品成分相合，稳定牛奶蛋白质分子团或影响谷蛋白的粘性。
●水胶体的颗粒大小及其分布是与水合速度和乳化能力相关的重要参数。
●带负电的水胶体改变其结构特性的反离子类型和浓度(包括pH值和离子强度作用)；例如，在酸度高时，电荷消失，分子扩展变少。
●物理特性可取决于浓度受到热力学或动力学(加工记录和环境)的控制。特别是这些特性可随时间以无变化方式或摆动方式改变。
●不同的水胶体偏好低密度或高密度水，而其它水胶体则显示出对两种情况的兼容性。因为更多分子内氢键形成，因此水胶体变得更加疏水，这会改变水的局部结构。混合水胶体喜欢不同的环境产物排除体积憭，对相互的有效浓度有影响，从而影响流变学。
●在玻璃状态，构象变化是严格抑制的，但水胶体保留的水可作为塑化剂(允许分子运动)，通过破坏分子间的氢键，显著降低玻璃转化的温度。
树胶和淀粉控制湿度行为了解食品中水的相互作用机制，以及如何应用多糖类，例如树胶和淀粉控制这些相互作用，使设计者采取措施提高产品质量和延长保存期限。
这种典型的实例是焙烤产品的生面团。在这里，水不仅是激活化学反应和/或酵母菌发酵的溶剂，同时也是允许谷蛋白生长的加工助剂，可形成混合、粘结块(生面团)，之后可对它定形并焙烤。淀粉和树胶本身是聚合物成分，需要水作为塑化剂来激活。
树胶和淀粉是由分子直链组成的多糖。树胶在该链末端有一个官能团，而淀粉在该链上有各种分支。精确的构造视材料的来源而有所变化。
在不改变的形状中，双方的吸收水在溶液中膨胀，并作为温和的增粘剂。受到热和/或机械作用的激活，胶和淀粉粒子都重新组织。这是两种物质开始表现不同的地方。水合胶分子相互之间具有亲和力，可以形成凝胶。另一方面，淀粉继续作为具有增强增稠性能的单个分子。各种胶和淀粉的行为方式不同，对基本材料的修饰使得甚至更多的变化成为可能(例如预糊化淀粉和冷膨胀凝胶)。
调味剂成分。
水活性代表重要的变量，影响许多调味剂成分化学反应的速度。在复杂的含水系统中，食品基质的构成方式对于风味呈现和调味剂感官指标相当重要。
在含水食品系统中，多糖和蛋白质通常是决定食品结构的主要成分。当出现其它较小的分子，例如芳香族化合物时，为了便于观察结果，这些大分子成分的水合作用相当重要。在食品系统中包含挥发性化合物的方式将决定风味呈现，并因此决定为消费者提供的调味剂感官指标和产品的外形。
包括调味剂成分的物理化学反应-无论是调味剂之间，还是调味剂和食品的非调味成分以及环境之间-被宽泛地定义为“调味剂相互反应”。这些相互反应影响食品中调味剂的质量、数量、稳定性和最终的感官指标。调味剂主要是味道和气味的合成，并伴有外观和质地，包含食品的感官接受标准。
术语“人造调味剂”是指那些添加到食品或由自然界中不存在的化合物组成的调味剂。天然存在的调味剂，或者那些通过加热、陈化或发酵形成的调味剂称为“天然调味剂”。对于合成添加到食品中的天然调味剂，采用标签“与天然相同的”调味剂。
水果调味剂是为特定的用途制造和合成的。产品设计者的目的是在化学反应的食品环境中选择效果最好的调味剂。要成功实现这个目标，必须了解调味剂的相互作用。
物理和化学调味剂相互作用在食品的生长、收割、加工、储藏和消费过程中持续发生。相互作用是由于各种类型的化学键的原因共价键、氢键、疏水键和包含配合物的构成。调味剂相互作用最常测量的物理方面是键合、分配和释放。键合是指将调味剂的挥发性和非挥发性成分吸收到食品基质的成分上。分配描述了调味剂在与食品和包装相关的含水、液态或气态相中的分布情况。人类的感官接受器对调味剂有效的这个点称为“释放”。对调味剂释放时间的优化取决于产品，因为将食品咀嚼完全，需要较长的时间，而饮料在嘴中只需停留几秒钟。
根据调味剂的化学结构和脂肪酸的链长度，调味剂可在油和水相之间区分出它们的不同。在脂肪减少的食品中，调味剂释放受到这种分配的影响，因为含水系统比脂质系统中的食用香料拥有更高平衡的蒸汽压力。挥发物从含水系统中释放得更快并消散，导致人类感觉器官的调味剂感官影响较少。
蛋白质自身拥有极少的香味，但特别是在热变性的情况下，它们结合若干挥发性的调味剂成分。由于疏水性相互作用和氢键的结合是可逆的，象在酮，碳氢化合物和基于醇的调味剂的情况下。共价结合通常是不可逆的，例如希夫氏碱的形成(乙醛和氨基)。影响蛋白质结合到挥发物的某些因素是温度、pH值、浓度和水的存在。根据热处理的长度和程度，蛋白质可以结合更多或更少的调味剂成分。在乳品蛋白质中，几种调味剂成分，例如香草醛、苯甲醛和右旋烯，在包含乳清蛋白质或酪蛋白酸钠的溶液中，减少多达50％。蛋白质调味剂结合可减少与合意调味剂的影响，将不合意调味剂带给感觉受体。最广泛研究的证实的蛋白质调味剂相互作用是臭味与大豆蛋白的结合。
碳水化合物具有几个重要的增强口味功能。其功能范围广泛，可用作增甜剂；褐变反应参与剂；脂肪替代剂；增粘剂；以及调味包围剂。糖通过含水体系中的物理相互作用以及干燥成分中的化学化合用作调味料的载体。分子较大的碳水化合物(如淀粉和环糊精)的结构能够形成作为类似调味料化合物、疏水化学内含机制的疏水区域。适合这些疏水区域的调味剂分子称为“宾分子”。由于在淀粉与宾分子之间未发生除疏水吸引以外的化学反应，因此这些相互作用高度可逆。这种相互作用形成了调味剂分子包围的基础。
多糖、特别是水胶体和胶凝剂不同程度地结合调味剂成分。当调味剂的浓度保持恒定时，多糖的水平会增加，芳香感和口感降低，结果变得更有粘性。例如，当瓜尔胶或羧甲基纤维素溶液的粘性增强时，蔗糖的甜度会降低。
碳水化合物也会改变芳香族化合物的挥发性。与水溶液中的调味剂化合物相比时，添加单糖和二糖会增加挥发性，添加多糖会降低挥发性。碳水化合物对挥发性的影响在使用脂肪替代剂的食品体系特别重要，这是因为当油脂含量较低时，由于含有疏水调味剂化合物的碳水化合物之间相互作用较弱，挥发物释放的速度更快。
食物基质通常由蛋白质、碳水化合物和脂肪组成，因此与调味剂的相互作用常在两种或以上的化合物之间发生。美拉德反应(也称为非酶性褐变)中还原糖与氨基酸发生反应，可生成芳香的挥发物和褐变产品，从而在食品热处理过程中形成调味剂，如巧克力、咖啡、烤肉、面包食品和焦糖。由这些反应形成的调味剂的数量和类型视可用于参加反应的氨基酸的数量和种类而定。结合油脂氧化反应，美拉德反应在羰基化合物(来自糖或油脂的分解)与胺类或硫醇类物质加热发生反应后会生成调味剂化合物。合成食品基质中的调味剂反应很少单独发生，并受反应物、中间产品和其它反应产品的影响。
调味剂和包装的相互作用由三种因素导致包装或食品成分的移动；气体、水和有机物蒸气渗入包装；以及阳光直射。
防止调味剂减少或降解的相互作用包括将加工影响(热量、pH值)；环境因素(蒸气、氧气)；以及与食品基质的化学反应降至最低。
调味剂口感与从食品体系释放(保留)香味的方式有关。调味剂释放视食品中调味剂化合物的特性和浓度，以及由食品中主要成分与调味剂化合物间的反应导致的口感而定。食品成分与结构的因素(如出现超大分子)及饮食方法决定了口感和调味剂释放的程度。在确定加工过程中调味剂的相对保持或加工、存放和食用过程中特定化合物的选择性释放时，与主要食品成分相关的调味剂化合物的化合特性、它们在不同阶段的分配比率，以及食品基质的结构组织的知识对食品调味的实践相当重要。
主要机制可能出现在调味剂释放过程中，(i)芳香分子的特异性结合以及(ii)这些分子在基质中的包埋。某些芳香分子可能会与蛋白质或多糖发生特异性结合。此外，由于蛋白质和多糖会对香味通过食品进入空气造成影响，从而会影响香味的释放。因此在复合含水体系中，食品基质构造的方式对调味剂释放及其口感相当重要。
食品体系中可能存在不同的控制调味剂释放的机制。受到体系粘性影响的扩散现象、与大分子成分之一的非特异性结合或特异性结合可能是食品基质中调味剂分子的相互作用。
食品加工概述食品加工是一个概括性术语，它指用于人类消费的食品和饮料以及动物用制备食品生产的所有活动。该行业由标准行业分类(SIC)20定义为食品和同类产品。
食品加工倾向于将食品原料或成分中的固有结构细分为不同的部分，因此它涉及到食品的各个方面—食品及其组成的化学和物理特性、食品的加工和生产、食品的包装和营销，这些都是食品加工系统的组成部分。食品质量—质地、口味、营养有效性、水分迁移和微生物生长-受食品的构成、稳定性和结构分类的影响，并由它们确定。
食品加工涉及将原料和成分转换为消费者食品或可食用的产品。食品加工包括将未经过加工的植物或动物原料改变或转化成安全、可食用和更美味的食品的所有行为。提高存放或保存期是食品加工的另一个目标。
食品加工的目的是生产可提供均衡饮食成分、无污染、在颜色、口味和质地方面吸引消费者的食品。
食品加工也驱动一系列的调味品化学反应，口感也依赖于调味化合物在食用过程中的释放程度。食品的结构、机械和物理化学特性和调味剂口感与加工过程中调味化合物形成之间的关系在部分程度上由水合作用决定。
食品加工操作涉及到一种或多种环境温度处理、机械加工、高温处理、低温处理、发酵过程，以及各种后加工步骤。
环境温度处理包括清洗和分类、去皮；粉碎、斩切和碾磨；混合、融合和成形。这些通常是后续操作的准备工作。
物理分离包括滤清、离心过滤；榨挤和提取；薄膜分离。这些通常涉及从原料获取特定的部分。
高温处理有两个主要目的通过加热杀菌和消毒使食品达到安全标准；将食品烹熟，可改变调料、质地、营养性。每个处理过程都可以同时实现两种功能。高温处理包括消毒灭菌和巴氏杀菌；烫漂；烘焙和烘烤；油炸；微波和红外线加热。
烫漂的目的是作为脱水、消毒灭菌、冷冻的预处理。热量足以使酶失去活性，但无法烹制食品，处理不足与过处理的结果一样差。
烘焙和烘烤基本相同，是在热空气中干燥加热。烘焙通常用于面团产品。烘烤通常指肉类、坚果和蔬菜。使加工物质的表面进行颜色和味道的化学变化。加热有营养方面的作用，使食物比较容易食用和消化，但在这个过程中可能造成维生素的丢失。
油炸是用热油烹饪。其目的是改善食品的食用质量(口味、质地)。油炸的效果与烘焙相似。由于热油与食品直接接触，油炸通常比烘烤或烘焙更快。
微波和红外线加热利用电磁辐射。微波加热使用短波长辐射。波形频率与水分子自然振动频率相符。红外线是仅超出光谱可见光区域的辐射。能量视温度、表面特性、形状而定。
低温处理可使微生物生长减缓，但无法杀死微生物。在一定程度上，温度越低，保存期越长。低于-10℃时，所有微生物都停止生长，但某些残留的酶仍然保持活性。因此，冷却和冷冻的主要功能是存放和延长保存期。
发酵具有很多作用，包括保存、提高营养质量、提高消化性、对健康有益。发酵食品有许多品种，包括奶制品、发酵的肉类与蔬菜、饮料、面包等。
后处理加工包括包装和存放。这些操作的目的包括保护、展示、延长存放期。为了延长保存期，现正不断改进空气环境，一般是降低氧气含量而提高含氮量。
包装材料主要的包装材料包括金属、纸和纸板、玻璃，以及聚合物。广泛用于食品包装的金属有钢铁(常见于罐头铁皮)，以及用于饮料罐、箔容器、气溶胶罐等三种主要食品应用的铝。
罐头制造生产的罐头主要有两种形式。三片式罐头，包括卷拢金属片、焊接的侧缝和两个单独的封头。两片式罐头，侧面与一端由平板构成，没有接缝。封头由双封层密封，完全由机械制造。罐头内部通常涂有“搪瓷”，防止污染食品。
纸和纸板可使用各种级别的纸。牛皮纸较硬，常用作纸袋。植物羊皮纸是经过酸特殊处理的纸张，质地更加紧密、平滑。鸡皮纸比牛皮纸轻软，常用作纸袋和糖果包装纸。防油纸由鸡皮纸制造，其纸纤维已彻底改变，质地更加紧密。可以防油。棉纸是柔软有弹性的纸，起保护作用。
无菌包装无菌包装是在对食品消毒后在防止再污染的无菌条件下装入无菌容器的过程。它与容器和食品分开消毒的包装内消毒不同。
无菌处理处理次数较少意味着食品加工次数较少，这可以减少维生素与口味的损失。由于包装无需加热，因此可以广泛选用包装。但是，在包装过程中必须确保无菌。无菌处理可使食品在常温下延长保存期，提高食品质量。
用于食品包装的聚合物聚合物是基于源自小分子的重复单元的大分子。它们可以是天然的(例如，多糖)，也可以人工合成。它们具有各种特性，可用于食品包装。聚合物的例子有聚乙烯、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯、对苯二腈(PET)、聚碳酸酯、聚酰胺(尼龙)、纤维素(醋酸纤维素、玻璃纸)。
聚合物可以划分为加热融化的热塑性物质；也可以划分为加热分解的热固性物质。
食品中的单元操作蒸发蒸发是通过加热使水蒸发而浓缩液体的过程。在食品加工中采用蒸发有多种用途■通常在干燥等其它某些程序前对食品预浓缩，或降低运输成本■通过减少水分活性等操作改善保存质量，例如制果酱。
■生产具有原汁原味的食品，例如，炼乳、果汁。
蒸发的热量通常由冷凝蒸汽提供。因此，这个处理过程包括将潜热从蒸汽传输到蒸发水。食品蒸发通常在真空下执行。这可以降低液体的沸点温度，从而减少对食品的热损伤。因此，需要在蒸发中短暂停留一段时间。最普遍的蒸发类型为薄膜型，向试管外部提供蒸汽，液体通过一组试管的内表面在薄膜中扩散。共有两种类型的薄膜式蒸发器，升膜和降膜。这需要高度浓缩，然后采用多效蒸发。这包括在几个阶段中通过在用作下一阶段加热蒸汽的步骤中产生的水汽来执行蒸发操作。这可节省大量蒸汽。
干燥食品的干燥或脱水为除去食品中的水分，以将水分含量减低至非常低的水平(通常低于5％wt)。对食品进行干燥的目的是延长保存期，方法将水分活性几乎降至零从而抑制微生物生长和酶的活性。一般的干燥过程是对食品加热，经过这个步骤之后，食品通常无法恢复，例如无酶褐变以及维生素降解与蛋白质变性。除非仔细控制处理条件，否则干燥可能会对食品的营养价值造成严重的负面影响。
干燥过程干燥通常是在空气中对固体加热，使水分蒸发到空气中。干燥过程可能需要记录水分含量与时间的图表。水分含量最终降至某个恒定值。这称为平衡含水量。
干燥机制当固体材料完全被一层水覆盖时出现恒速干燥。
干燥是从水层表面蒸发，速率纯粹由干燥空气的温度和水分含量控制。当蒸发了足量的水分后，水层不再覆盖在固体的表面，此时水分会从固体内部扩散移出，然后才能从固体表面蒸发。在这样的情况下，随着内部含水量的降低，水分扩散至表面的速度也会降低，从而蒸发速率也随之减小。
干燥速率和时间在恒速阶段，干燥速率由表面蒸发控制，而后者是热转移至湿固体表面的速度的函数。
提取固液提取或浸取是分离两种固体的过程，方法是将固体混合物与一种固体可溶解而另一种固体不能溶解的溶剂接触。这种方法广泛用于回收植物油，也用于速溶茶和速溶咖啡以及脱除咖啡中的咖啡因。提取可以分批执行，也可以连续执行。最普遍的方法是通过与溶剂提取和吸收相似的方式使用连续逆流提取。
食品添加剂和食品结构食品中这些“次要的”添加成分在使食品可口并具吸引力中是重要的，但通常不具有营养价值。虽然食品中可能天然存在这些添加剂，但是通常还是要将它们添加到食品中，以保证得到控制及稳定的特性。添加剂可影响食品的流变性与质地、胶体特性、颜色(包括食品的褐变)和品味。
食品添加剂本身通常不作为食品而消费，也不作为食品的典型成分而消费。将添加剂掺入到食品中，以某些方式可改变食品的特性(包括加工特性)。应将食品添加剂和食品污染物区分开来。
污染物是出现在食品中、无法完全除去(由于化学或成本原因)的不合要求的物质。另一方面，添加剂是特地加入有特殊用途的物质。
食品添加剂用于以下目的1.保持食品的营养质量。
2.提高食品保存质量或稳定性，减少损失。
3.以诚信的方法使食品更加吸引消费者。
4.在食品加工中提供重要辅助功能。
众所周知，目前有许多生产商非法使用添加剂欺骗消费者，隐瞒使用不合格成分或非法加工和处理技术的事实。
食品添加剂的主要类别包括
天然与合成添加剂实际从植物或动物来源分离(使用其广义)或出现在植物或动物提取物中的添加剂可称为天然添加剂。如果某种添加剂与自然界中的某种化学物在化学性质上完全相同但实际是通过化学方式合成的，可称为与天然相同。合成添加剂不存在于自然界中，必须采用发酵或其它生物技术方法人工合成。
本发明包含以下主题，如美国专利分类手册426类中所述。对其中规定的类别、定义和实例的理解按照分类定义(以及相关化合物、方法和产品分类系)和其中分类的可取得专利的主题如美国专利分类手册426类中所述，其在此引为参考。
A.结构化(微团粒)可食用产品或组合物1.传统上被视为食品的产品或组合物，以及含有传统上被视为食品的天然原料(即植物或动物组织)的产品或组合物；如牛奶、奶酪、苹果、面包、生面、熏肉、威士忌等)。
2.已知具有或被披露具有营养作用的产品或组合物。
3.公开或被称为可食用，或对诸如上述(1)或(2)的可食用产品或另一种可食用产品进行完善、修饰、处理或与其联合使用，从而成为可食用组合物或产品的一部分或将不可食形式转换为可食形式的产品或组合物。
4.本身可食用，或用于制备食品或可食用材料适宜的产品或组合物的酶的混合物。
5.用于制造含有可增强或完善肠道消化作用的活性微生物的食品或组合物中涉及的产品或组合物，例如，嗜酸乳杆菌奶等。
6.具有结构特征的可食用产品或组合物。
7.用于增强营养的复合无机元素或矿物质。
8.可食饵料。
B.与非食物材料相结合的可食性食物产品，其通常为1.上述A的产品或组合物与包装结构、不可食外包装、内衬或基底、浸剂袋等相结合。
2.与不可食材料相组合物的具有(A.1-3)相同功能的化合物。
3.包装内可饮用的水。
4.口香糖和口香糖胶基本身。
C.调味与增甜组合物1.其中至少一种成分不为碳水化合物型物质的调味组合物。
2.其中至少一种成分为非碳水化合物型物质的增甜组合物。
D.将上述A-C的产品或组合物通过口腔提供给动物的方法。
F.将与上述A-C的组合物或产品具有相同功能的化合物通过口腔提供给动物的方法。
G.结合屠宰操作用完善从活动物制备的食品的产品、化合物或酵素处理该活体动物的方法，或从活体动物取出食物产品然后处理取出的食品的方法，或在屠宰操作后进行操作。
H.制备处理或完善A-C的产品或组合物的方法。
I.专用干制备食品并且无专门与食品装置协作的结构的单次使用浸渍容器或贮器。
J.处理或完善食品材料的组合物和使用方法。
本发明所属领域读者明白，前述优选实施方案细节的描述不以任何方式理解为限制本发明。读者明白可以实施落在本发明范围之内的其它实施方案，这由以下权利要求及其合法等同方案确定。
权利要求
1.含有微团粒水的培养基。
2.含有微团粒水的介质。
3.含有微团粒水的培养物。
4.制备培养基的方法，包括溶解或混合营养物质与微团粒水的步骤。
5.制备介质的方法，包括溶解或混合一种或多种选自无机盐、矿物质、碳水化合物、氨基酸、维生素、脂肪酸和脂质、蛋白质和肽类以及血清的介质成分的步骤。
6.制备培养物的方法，包括将细胞、组织、器官、亚细胞部分、病毒、噬菌体或载体与含有微团粒水的培养基接触的步骤。
7.含有微团粒水的培养基在细胞培养中的应用。
8.含有微团粒水的介质在细胞培养中的应用。
9.含有微团粒水的培养物在细胞培养中的应用。
10.含有微团粒水的培养基、含有微团粒水的培养物以及含有微团粒水的介质中的一种或多种在微生物生物技术中的应用。
11.增强细胞生存力的方法，包括在含有微团粒水的培养基、含有微团粒水的培养物以及含有微团粒水的介质中的一种或多种中培养所述细胞的步骤。
12.增强细胞、组织或器官可存活性的方法，包括将所述细胞、组织或器官与含有微团粒水的培养基、含有微团粒水的培养物以及含有微团粒水的介质中的一种或多种一起培养的步骤。
13.含有微团粒水的培养基、含有微团粒水的培养物以及含有微团粒水的介质中的一种或多种在器官、组织或细胞移植中的应用。
14.含有微团粒水的培养基、含有微团粒水的培养物以及含有微团粒水的介质中的一种或多种在转染中的应用。
15.含有微团粒水的培养基、含有微团粒水的培养物以及含有微团粒水的介质中的一种或多种在收获干细胞中的应用。
16.含有微团粒水的培养基、含有微团粒水的培养物以及含有微团粒水的介质中的一种或多种在干细胞生物学或克隆中的应用。
17.试剂盒，包括含有微团粒水的培养基、含有微团粒水的培养物以及含有微团粒水的介质中的一种或多种。
18.抑制遗传物质突变频率的方法，所述方法包括将所述遗传物质与含有微团粒水的介质一起培养的步骤，其中所述遗传物质位于生物实体中。
19.微团粒水，其包含一种或多种选自生物影响剂、身体处理剂以及辅剂或载体组合物中一种或多种的活性剂。
20.权利要求19的组合物，其中所述生物影响剂选自具有选自以下的生物特性的一组活性剂a.预防、减轻、治疗或治愈活体的异常和病理状况；b.维持、提升、降低、限制或破坏生理机体功能；c.通过体内试验诊断生理情况或状态；d.通过吸引、致残、抑制、杀死、修饰、排斥或阻碍动物或微生物来控制或保护环境或活体。
21.权利要求19的组合物，其中所述身体处理剂选自旨在用于除臭、保护、装饰或整饰身体的活性剂。
22.权利要求19的组合物，其中所述生物影响剂或所述身体处理剂选自发酵物、植物和动物提取物、体液或含有植物或动物细胞结构的材料。
23.权利要求19的组合物，其剂型选自液体、软膏、霜剂、凝胶、分散体、粉剂、颗粒、胶囊、片剂以及透皮给药装置。
24.权利要求19的组合物，其为药用组合物。
25.权利要求19的组合物，其中所述生物影响剂或身体处理剂选自作用于突触和神经效应器接头部位的药物；作用于中枢神经系统的药物；治疗炎症的自身活性物质或药物；影响肾脏和心血管功能的药物；影响胃肠功能的药物；用于寄生虫感染的化学治疗药物；用于微生物疾病的化学治疗药物；用于肿瘤性疾病的化学治疗药物；用于免疫调节的药物；作用于血液和造血器官的药物；激素和激素拮抗剂；维生素；用于治疗皮肤病的药剂；以及用于眼科疾病治疗的药剂。
26.权利要求19的组合物，还包含给药系统。
27.使用权利要求19的组合物的方法，包括将所述组合物施用于活体或离体施用于细胞、组织或器官的步骤。
28.权利要求27的方法，其中施用步骤包括使用给药系统。
29.权利要求27的方法，其中所述方法为诊断方法。
30.制备权利要求19的组合物的方法，其包括将微团粒水与一种或多种选自生物影响剂、身体处理剂以及辅剂或载体组合物中一种或多种的活性剂相组合的步骤。
31.水化食品加工系统中至少一种成分和产品的方法，所述方法包括将足量的微团粒水与至少一种所述成分和产品接触足够时间的步骤，从而形成至少一种微团粒成分和微团粒产品。
32.权利要求31的方法，其中所述产品选自(a)可食用产品或组合物，(b)包含微团粒水与非食物性材料组合而成的可食用食物产品，(c)调味组合物，和(d)增甜组合物。
33.权利要求31的方法，其中所述成分包括一种或多种选自以下组中一种或多种的成分氨基酸、肽类、蛋白质、脂质、碳水化合物、芳香物质、维生素、矿物质，以及食品添加剂。
34.权利要求32的方法，其中所述可食用产品为由经过微团粒成分和/或微团粒产品处理的活体动物制造的食品，所述处理步骤进一步与选自以下的步骤相结合a.屠宰操作b.从活体动物取出食物产品，然后处理取出的食物，和c.屠宰操作，然后对屠宰产品进行后处理。
35.含有微团粒水的可食用产品或组合物。
36.权利要求35的可食用产品或组合物，其还包含非食物性材料。
37.含有微团粒水的调味组合物。
38.含有微团粒水的增甜组合物。
39.通过口腔向动物或人类施用微团粒食物产品或组合物的方法，所述方法包括向人类或动物喂以含有微团粒水的食物产品或组合物的步骤。
40.权利要求39的方法，其中所述微团粒产品或组合物选自(a)含有微团粒水的可食用产品或组合物，(b)含有微团粒水与非食物性材料组合而成的可食用食物产品，(c)含有微团粒水的调味组合物，和(d)含有微团粒水的增甜组合物。
全文摘要
微团粒液体，制造与使用方法。含有微团粒水的培养基和培养物；微团粒培养基和培养物用于细胞、组织和器官维持及生长的应用；在微生物生物技术中的应用。生物影响剂、身体处理剂，以及辅剂或载体的微团粒水组合物，其药用和诊断组合物。使用所述组合物的方法，包括体外给药至细胞、组织或器官，或体内给药至活体；以及制造所述组合物的方法。使用微团粒水在食品加工系统中对食品及其成分进行水合作用的方法。含有微团粒水的可食用食品、成分、调味和增甜组合物。
文档编号A61K47/00GK1791431SQ200480013521
公开日2006年6月21日 申请日期2004年3月17日 优先权日2003年3月20日
发明者W·D·小霍洛韦, M·A·霍洛韦, N·坦科维奇, E·巴拉诺夫 申请人:水光子学公司