专利名称：无有机溶剂结冷胶及其生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及微生物多糖结冷胶的生产领域，更具体地，本发明涉及低酰结冷胶在无有机溶剂条件下的生产方法以及制备的新型结冷胶。
背景技术：
1992年获美国FDA批准应用的结冷胶，是一种高品质的凝胶剂和悬浮剂，在食品添加剂、药用辅料和微生物及植物组织培养基等领域极具应用价值。
中国于1996年批准结冷胶作为食品添加剂应用，近年，在食品行业结冷胶作为一种高档凝胶剂和悬浮剂的应用开始逐渐增加。
中国专利申请CN 00125858.3(申请日；2000年10月26日)公开了一种微生物多糖结冷胶生产工艺。
通常，根据分子结构中一些成分的不同，将结冷胶产品分为两种。
一种结冷胶多糖分子的重复单元中的D-葡萄糖残基的C6有约50％被乙酰基取代，具有阻碍分子间架网形成凝胶的作用，因而具有很好的粘弹性，称之为高酰基结冷胶。由于发酵液中的结冷胶即是这种类型，又称天然结冷胶。高酰基结冷胶的提取，一般利用高分子多糖的醇不溶性以大量的醇溶剂与发酵液混和，同时达到脱水、脱色和脱盐的作用，得到结冷胶沉淀。这种方法是过程简单，缺点是溶剂回收成本高，导致整个工艺生产成本高。
另一种结冷胶是通过高温下碱处理的方法脱去大部分乙酰基后的低酰基或脱酰基结冷胶。这种类型的结冷胶具有极好的凝胶性。在提取过程中将发酵液带来的菌体、色素等杂质除去，可得到脱酰基的透明结冷胶。脱酰基的透明结冷胶的提取精制的困难在于如何使胶液澄清和如何廉价地从低浓度胶液中获得产品。此外，由于采用碱处理，导致结冷胶的凝胶强度下降。
作为生物材料的低酰结冷胶上市后，以其优良独特的使用性能，受到广泛的欢迎。但当其欲规模化进入与人体生命系统相关的产业(特别是食品、医药)领域时，往往需要低酰结冷胶的具有非常低的有机溶剂(如乙醇、丙酮)残留量。
此外，许多应用场合需要结冷胶具有较高的凝胶强度，而目前现有的结冷胶的凝胶强度通常仅为600-800g/cm2。
因此，本领域迫切需要开发有机溶剂残留量低且凝胶强度高的结冷胶及其生产工艺。
发明内容
本发明的目的就是提供一种有机溶剂残留量低且凝胶强度高的结冷胶。
本发明的另一目的是提供所述结冷胶的生产工艺及其用途。
在本发明的第一方面，提供了一种结冷胶，所述的结冷胶具有以下特性(a)乙醇残留量等于或小于200ppm；(b)凝胶强度大于1000g/cm2。
在另一优选例中，所述的结冷胶还具有以下特性(c)水含量小于或等于15wt％；(d)透光率大于或等于80％。
在另一优选例中，所述的结冷胶的乙醇残留量≤100ppm，更佳地≤50ppm或更低，如30-50ppm。
在另一优选例中，所述的结冷胶的透光率大于或等于85％。
在另一优选例中，所述的结冷胶的凝胶强度大于或等于1050g/cm2，更佳地为1050-1800g/cm2，最佳地为1100-1500g/cm2。
在另一优选例中，所述的结冷胶的砷含量小于3ppm，铅含量小于2ppm。
在另一优选例中，所述的结冷胶是用含本发明的下述方法制备的。
在本发明第二方面，提供了一种制备结冷胶的方法，所述的方法包括步骤(a)絮凝将结冷胶发酵液与酸性条件下搅拌，从而使得结冷胶成分絮凝，形成含结冷胶絮凝物的原料液，其中所述的酸性条件是pH 1.5-4；(b)脱水对含结冷胶絮凝物的原料液进行脱水(和任选的脱色)，得到脱水的结冷胶滤饼；
(c)匀浆将所述脱水的结冷胶滤饼与水进行混合匀浆，形成匀浆混合物。
(d)煮胶将匀浆混合物pH调节至pH6-8，并加热煮胶，从而获得煮胶混合物。
(e)过滤对煮胶混合物趁热过滤，从而获得含结冷胶的滤液。
(f)凝胶化对于过滤后获得的含结冷胶的滤液，降低其温度至20-45℃，从而使得结冷胶发生凝胶化，形成含凝胶态结冷胶的料液。
(g)压滤含凝胶态结冷胶的料液进行挤压过滤，从而去除一部分水分，从而获得结冷胶含固率为15-30wt％的结冷胶滤饼。
(h)造粒和干燥对于压滤后的结冷胶滤饼，造粒和干燥，获得干燥的结冷胶。
在另一优选例中，所述的方法还包括步骤(i)粉碎对干燥的结冷胶物料进行粉碎，从而获得粉末状的结冷胶。
在另一优选例中，步骤(a)的条件是pH1.5-4，絮凝时间为10-40分钟。
在另一优选例中，步骤(a)中，温度为常温，如4-30℃，更佳地15-25℃。
在另一优选例中，步骤(a)中，用盐酸、硫酸或其组合调节pH至酸性。
在另一优选例中，在步骤(c)中，水的用量为所述脱水的结冷胶滤饼重量的10-20倍。
在另一优选例中，煮胶步骤包括以下三个亚步骤(i)将匀浆混合物的pH调节至6-8(较佳地6.0-7.8)，(ii)加热至70-85℃，再调节pH至8.0-10(较佳地8.1-10.0)，保温一段时间(如3-30分钟，较佳地5-15分钟)，(iii)调节pH至6-8(较佳地6.0-7.8)，得到煮胶混合物。
在另一优选例中，在煮胶步骤中，pH调节剂包括碱性调节剂和酸性调节剂，其中碱性调节剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、或其组合。
优选的碱性调节剂是氢氧化钠。
酸性调节剂选自盐酸、硫酸、醋酸或其组合。
优选的酸性调节剂是盐酸。
在另一优选例中，在步骤(e)中，煮胶混合物的温度维持在70-90℃。
在另一优选例中，在步骤(e)中，先用在煮胶混合物中添加的助滤剂，然后碱性过滤。
在另一优选例中，在煮胶混合物中加入0.8-3.0wt％助滤剂，然后进行过滤。
在另一优选例中，在步骤(f)中，用逆流式盘管冷凝器对滤液进行冷却。
在本发明的第三方面，提供了一种用上述方法制备的结冷胶。
在本发明的第四方面，提供了一种制品，它含有本发明所述的结冷胶(如0.001-99.0wt％)。
在另一优选例中，所述的制品选自下组(1)食品饮料、糕点、果酱、果冻、合成食品、宠物饲料、糖衣、糖霜、牛奶制品、豆制品等；(2)药品眼药水、软硬胶囊、微胶囊、包衣等；(3)化妆品个人护理产品、香水等；(4)化工产品涂膜、胶粘剂、牙膏、空气清香剂等；(5)农业产品缓释肥料等；(6)其他产品微生物、植物组织培养基等。
图1显示了本发明一个优选例中所采用的逆流式盘管冷凝器。
具体实施例方式
本发明人经过深入而广泛的研究，对结冷胶发酵液的后处理工艺进行了优化，首次开发了在不使用有机溶剂和酸性条件下、成本低廉、高效率地制备结冷胶的新生产工艺。本发明的新工艺制备的结冷胶不仅有机溶剂的残留量非常低，而且凝胶强度有显著提高。
如本文所用，“本发明的结冷胶”指有机溶剂残留量低(如乙醇残留量≤200ppm，较佳地≤100ppm，更佳地≤50ppm，最佳地≤30ppm或更低)、且凝胶强度大于或等于1000g/cm2(较佳地凝胶强度大于或等于1050g/cm2(如1050-1800g/cm2)，更佳地凝胶强度大于或等于1100g/cm2(如1100-1500g/cm2))的结冷胶。此外，该术语还包括用本发明方法制备的具有上述的低有机溶剂残留量和高凝胶强度特点的结冷胶。
首先，本发明提供了生产结冷胶的方法，它包括以下步骤(a)絮凝将结冷胶发酵液与酸性条件下搅拌，从而使得结冷胶成分絮凝，形成含结冷胶絮凝物的原料液，其中所述的酸性条件是pH1.5-4。
施用于本发明的酸没有特别限制，可以是有机酸或无机酸，优选无机酸，尤其是盐酸、硫酸或其组合。
一种优选的方式是将发酵原液在搅拌过程中流加0.5wt％～3.4wt％浓度的盐酸，从而使结冷胶成分絮凝，形成含结冷胶絮凝物的原料液。
(b)脱水对含结冷胶絮凝物的原料液进行脱水(和任选的脱色)，得到脱水的结冷胶滤饼。其中脱水和/或脱色可用常规方法进行，例如用脱水压榨机进行。
(c)匀浆将所述脱水的结冷胶滤饼与一定量的水进行混合匀浆，形成匀浆混合物。
在该步骤中，加入的水量没有特别限制，通常所述脱水的结冷胶滤饼重量的10-20倍，也可加入稍多的水。
匀浆可用本领域常规的方法和设备进行。例如，用打浆机，将所述脱水的结冷胶滤饼与水进行混合匀浆，形成糊状的匀浆混合物(也称为糊状液料)。
(d)煮胶在该步骤中，将匀浆混合物pH调节至近中性(pH6-8)，并加热煮胶，从而获得煮胶混合物。
在另一优选例中，煮胶步骤包括以下三个亚步骤(i)将匀浆混合物的pH调节至6-8(较佳地6.0-7.8)，(ii)加热至70-85℃，再调节pH至8.0-10(较佳地8.1-10.0)，保温一段时间(如3-30分钟，较佳地5-15分钟)，
(iii)调节pH至6-8(较佳地6.0-7.8)，得到煮胶混合物。
该三步式煮胶步骤有助于进一步提高结冷胶的凝胶强度。
在煮胶步骤中，pH调节剂可用本领域常规的各种pH调节剂。
碱性调节剂的代表性例子包括(但并不限于)氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、或其组合。优选的碱性调节剂是氢氧化钠。
酸性调节剂的代表性例子包括(但并不限于)盐酸、硫酸、醋酸或其组合。优选的酸性调节剂是盐酸。
(e)过滤在该步骤中，对煮胶混合物趁热过滤，从而获得含结冷胶的滤液。
在该步骤中，可用本领域各种常规方式和设备进行过滤。由于温度较低时，结冷胶会凝固，因此过滤时煮胶混合物的温度宜保持较高温度(通常为70-90℃)，以防结冷胶凝结而阻碍过滤。
另外，在过滤之前，还可用在煮胶混合物中添加适量的助滤剂。常用的助滤剂的例子包括(但并不限于)硅藻土、珍珠岩或其组合。
在一优选例中，在煮胶混合物中加入0.8-3.0wt％助滤剂，然后进行过滤。
(f)凝胶化对于过滤后获得的含结冷胶的滤液，降低其温度至20-45℃，从而使得结冷胶发生凝胶化，形成含凝胶态结冷胶的料液。
在该步骤中，可用常规的方法降低滤液温度，从而实现凝胶化。一种优选的优选的方式是使用盘管式冷凝器，尤其是逆流式盘管冷凝器。
在一优选例中，使用图1所示的逆流式盘管冷凝器，液料(即含结冷胶的滤液)从冷凝器上方的液料进口进入冷凝器，经过冷却后，从冷凝器下方的液料出口流出；而冷却水从下方冷却水进口进入，从上方的冷却水出口流出。使用逆流式冷却方式，可以使得结冷胶滤液的冷却更均匀，冷却效果高。
(g)压滤在该步骤中，含凝胶态结冷胶的料液进行挤压过滤，从而去除一部分水分，获得结冷胶滤饼。通常所述的滤饼中结冷胶含固率为15-30％。
含固率的测定方法用常规方法测定，例如GB5009.3干燥失重方法。
在该步骤中，可以用本领域常规的挤压过滤装置(如压滤机)进行压滤。
(h)造粒、干燥等后处理步骤对于压滤后的结冷胶滤饼，可以用常规方式进行造粒，形成颗粒状物料。造粒可以用本领域常规的方法和装置进行，例如用市售的造粒机。
如果需要，可以对颗粒状结冷胶物料进行干燥处理(例如)，从而获得干燥的结冷胶。通常干燥的结冷胶中含水率小于15wt％，更佳地为0.1-15wt％。干燥可以用本领域常规的方法和装置进行，例如用市售的各种干燥机，尤其是负压干燥机。
如果需要，还可对干燥后的物料进行粉碎，从而获得粉末状的结冷胶。粉碎可以用本领域常规的方法和装置进行，例如用市售的各种粉碎机。在一优选例中，对物料进行低温气流粉碎。
用本发明的结冷胶可以制造各种常规的结冷胶制品，通常在这些结冷胶制品中，结冷胶的含量为制品总重量的0.01-99wt％，更佳地为0.1-50wt％。
代表性的结冷胶制品包括(但并不限于)(1)食品饮料、糕点、果酱、果冻、合成食品、宠物饲料、糖衣、糖霜、牛奶制品、或豆制品等；(2)药品眼药水、软硬胶囊、微胶囊、或包衣等；(3)化妆品个人护理产品、或香水等；(4)化工产品涂膜、胶粘剂、牙膏、或空气清香剂等；(5)农业产品缓释肥料等；(6)其他产品微生物、或植物组织培养基等。
用本发明方法可以制得的低酰结冷胶具有高纯度、高含量、低细菌，并且工艺成本低。本发明的主要优点包括(1)低酰结冷胶的全程生产过程，无任何有机溶剂掺入，因此故有机溶剂残留指标为非常低。具体地，除了发酵液中本身含有的微量或少量乙醇等物质会残留在结冷胶产品之外，并无外源性有机溶剂的加入，因此有机溶剂含量极低，例如乙醇残留量低于100ppm，更佳地低于50ppm。这使得本发明的结冷胶的安全性大大提高。
(2)絮凝步骤在酸性条件下进行，有效地避免了碱性物质对结冷胶凝胶强度的负面影响，有效提高了结冷胶的凝胶强度。具体地，结冷胶对碱性十分敏感。由于在低酰结冷胶的脱酰工序中关键的絮凝步骤，采用无碱化处理，使结冷胶在无损伤条件下转型，从而使得产品不仅在纯度和含量上都有较大提高，而且在凝胶强度上也有显著提高。
(3)本发明的煮胶步骤(尤其是三步式煮胶步骤)有助于进一步提高结冷胶的凝胶强度。
(4)通过压滤，降低了能耗和成本。
(5)有机溶剂残留量低且凝胶强度高的结冷胶使其应用面更为广阔。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外注明，否则百分比和份数按重量计算。
实施例1无有机溶剂结冷胶制备工艺No.1按常规方法(如中国专利申请00125858.3中实施例1所述的方法)获得含结冷胶的发酵原液。按以下工艺制备结冷胶1)絮凝发酵原液在搅拌过程中流加0.5％、1％、或3％浓度的盐酸，使得pH为2.5。
2)脱水将絮凝后的料液泵入连续脱水压榨机，得含水量约15～30％滤饼。
3)制浆滤饼与水以1∶15比例送入打浆机，糊状料液送至煮胶罐；4)煮胶搅拌状态下流加2％、5％或9％浓度的氢氧化钠溶液，至料液PH值达6～8。料液加温至70～85℃，PH值调至8～10。保温5～15钟，再调至PH值达6～8。
5)过滤加0.8～3％的珍珠岩，然后对70～90℃高温料液进行过滤。
6)凝胶过滤后的料液进入盘管冷凝器(见图1)，在20～45℃形成凝胶态物料，然后出料。
7)压滤对凝胶态物用压滤机进行压滤，形成含固率在15％～30wt％的滤饼。(其中含固率的测定方法如下按GB5003.9干燥失重方法)。
8)造粒将滤饼由输送带进入造粒机，形成粒状的结冷胶凝胶；9)干燥粒状物料输入负压干燥机，获得含水率＜15％的干燥的结冷胶。；10)粉碎将干燥的结冷胶送入低温气流粉碎(视情况需要)，获得粉末状的结冷胶No.1(约80目)。
实施例2性能测试对实施例1中制备的结冷胶No.1，用常规方法进行测定其性能。
结果如下表1所示；
表1试样检测结果与测定方法
*表示在100克结冷胶中未检测出大肠杆菌。
实施例3无有机溶剂结冷胶制备工艺No.2重复实施例1，不同点在于煮胶步骤条件如下将匀浆混合物pH调节至pH6-8，并加热至70-85℃，煮胶5-15分钟，从而获得煮胶混合物。
结果同样获得了结冷胶No.2。
按实施例2相同方式对结冷胶No.2进行检测，结果表明，其特性与结冷胶No.1基本相同，其中乙醇残留量检测不出(0ppm)，凝胶强度为1070g/cm2。
实施例4无有机溶剂结冷胶制备工艺No.3-5重复实施例1，不同点在于絮凝步骤条件如下加入1％浓度的盐酸，使得pH2.0、pH为3.0、或pH4.0。
结果同样获得了结冷胶No.3-5。
按实施例2相同方式对结冷胶No.3-5进行检测，结果表明，其特性与结冷胶No.1基本相同，其中乙醇残留量检测不出(0ppm)，凝胶强度为1050-1100g/cm2之间。
实施例5无有机溶剂结冷胶制备工艺No.6-7重复实施例1，不同点在于过滤步骤条件如下不加入助滤剂珍珠岩、加入2％硅藻土作为助滤剂。
结果同样获得了结冷胶No.6-7。
按实施例2相同方式对结冷胶No.6-7进行检测，结果表明，虽然添加助滤剂的过滤效果优于不添加助滤剂时的过滤效果，但获得的结冷胶特性与结冷胶No.1基本相同，其中乙醇残留量检测不出(0ppm)，凝胶强度为1050-1100g/cm2之间。
实施例6结冷胶制品将实施例1中制得的结冷胶，按常规方法添加到原料中，制得结冷胶含量为1-20wt％饮料制品和果冻制品。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.一种结冷胶，其特征在于，所述的结冷胶具有以下特性(a)乙醇残留量等于或小于200ppm；(b)凝胶强度大于1000g/cm2。
2.如权利要求1所述的结冷胶，其特征在于，所述的结冷胶还具有以下特性(c)水含量小于或等于15wt％；(d)透光率大于或等于80％。
3.如权利要求1所述的结冷胶，其特征在于，所述的结冷胶的乙醇残留量≤100ppm。
4.如权利要求1所述的结冷胶，其特征在于，所述的结冷胶的凝胶强度大于或等于1050g/cm2。
5.如权利要求1所述的结冷胶，其特征在于，所述的结冷胶的砷含量小于3ppm，铅含量小于2ppm。
6.一种制备结冷胶的方法，其特征在于，所述的方法包括步骤(a)絮凝将结冷胶发酵液与酸性条件下搅拌，从而使得结冷胶成分絮凝，形成含结冷胶絮凝物的原料液，其中所述的酸性条件是pH 1.5-4；(b)脱水对含结冷胶絮凝物的原料液进行脱水，得到脱水的结冷胶滤饼；(c)匀浆将所述脱水的结冷胶滤饼与水进行混合匀浆，形成匀浆混合物。(d)煮胶将匀浆混合物pH调节至pH6-8，并加热煮胶，从而获得煮胶混合物。(e)过滤对煮胶混合物趁热过滤，从而获得含结冷胶的滤液。(f)凝胶化对于过滤后获得的含结冷胶的滤液，降低其温度至20-45℃，从而使得结冷胶发生凝胶化，形成含凝胶态结冷胶的料液。(g)压滤含凝胶态结冷胶的料液进行挤压过滤，从而去除一部分水分，从而获得结冷胶含固率为15-30wt％的结冷胶滤饼。(h)造粒和干燥对于压滤后的结冷胶滤饼，造粒和干燥，获得干燥的结冷胶。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括步骤(i)粉碎对干燥的结冷胶物料进行粉碎，从而获得粉末状的结冷胶。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(a)的条件是pH1.5-4，絮凝时间为10-40分钟。
9.一种用权利要求6所述方法制备的结冷胶。
10.一种制品，其特征在于，它含有权利要求1或9所述的结冷胶，更佳地，所述的制品选自下组(1)食品饮料、糕点、果酱、果冻、合成食品、宠物饲料、糖衣、糖霜、牛奶制品、或豆制品等；(2)药品眼药水、软硬胶囊、微胶囊、或包衣等；(3)化妆品个人护理产品、或香水等；(4)化工产品涂膜、胶粘剂、牙膏、或空气清香剂等；(5)农业产品缓释肥料等；(6)其他产品微生物、或植物组织培养基等。
全文摘要
本发明公开了一种新型的结冷胶。本发明还提供所述结冷胶的生产工艺及其用途。本发明的结冷胶不仅有机溶剂残留量低(如乙醇残留量≤200ppm)而且凝胶强度高，因而可适用于多种场合。
文档编号A61K8/73GK101062957SQ20061002597
公开日2007年10月31日 申请日期2006年4月24日 优先权日2006年4月24日
发明者张士楚, 胡德龙, 丁治 申请人:上海众伟生化有限公司