藻酸的解聚的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及藻酸解聚方法和通过该方法获得的解聚藻酸。
【背景技术】
[0002] 藻酸盐和藻酸是适用于广泛分布在褐藻和某些微生物的细胞壁中的天然存在的 亲水性多糖的总称。在为提取形式时，其快速吸水；其能够吸收自身重量的200-300倍的 水。
[0003] 藻酸盐用于多种药物制剂，诸如胃抗反流药物。藻酸盐还被用作牙科学、修补学、 人体倒模（lifecasting)的印模制作材料并偶尔用于形成小规模饶铸的阳模。其也用于食 品行业作为增稠剂和胶凝剂，以及作为膳食纤维。此外，藻酸盐还用于工业应用，诸如织物 印花、焊条和纸张涂料。藻酸钙用于不同类型的医疗产品，包括促进愈合并且可在疼痛比常 规敷料轻的情况下移除的烧伤敷料。另外，由于藻酸盐的生物相容性以及通过诸如钙的二 价阳离子即可实现简单的胶凝化，其广泛用于细胞固定和封装。
[0004] 对于许多以上用途，诸如胃抗反流药物和膳食纤维，需要低分子量的藻酸盐，因为 期望最终产品具有低粘度，即使藻酸盐在以高浓度剂量提供时。
[0005]目前，生产方法基于中间体（即，藻酸）或成品（即，藻酸钠）的热解聚。 [H. K. Holmea, K. Lindmoa, A. Kristiansena, 0. Smidsr0d Thermal depolymerization ofalginate in the solid state,Carbohydr. Polym. 2003,54,431-438](H. K. Holmea、 K. Lindmoa、A. Kristiansena、0. Smidsi*0d,"固态藻酸盐的热解聚"，《碳水化合物聚合物》， 2003 年，第 54 卷，第 431-438 页）。
[0006] KR 20010100250描述了包括以下步骤的方法：将粉化的褐海藻和粉化的海带悬 浮在水中，将其在室温下静置30分钟，之后用微波处理对该材料进行预处理。
[0007] US 2011/0028708描述了对水中的藻酸材料进行微波处理。
[0008] 然而，仍需要精简、连续且符合成本效益的方法。
[0009] 此外，常用于藻酸盐生产的海藻可在某些贮藏条件下或由于季节性而偶尔导致最 终藻酸盐产品中的微生物计数较高。
[0010] 本发明的目标
[0011] 本发明的实施例的一个目标是提供精简且符合成本效益的最大程度减少机械或 人工处理的方法。本发明的实施例的另一个目标是提供出于环境原因而在化学品用量较少 的情况下解聚藻酸的方法。本发明的实施例的又一个目标是提供降低最终藻酸盐产品中的 微生物计数的方法。本发明的实施例的再一个目标是提供还产生除菌解聚藻酸盐产品的方 法。
【发明内容】
[0012] 本发明人已发现：使用本文所公开的微波处理，得到了有效且快速的藻酸解聚方 法。在一项实验中，在7分钟40秒的微波处理后，藻酸的重均分子量从270KDa降到43kDa。 相比之下，在105°C下的传统烘箱中处理2小时产生了略高的重均分子量，即56kDa。
[0013] 另外，微波处理不需要额外的处理，诸如添加化学品或储存中间体。相反，其提供 执行连续方法的可能性。
[0014] 此外，微波处理是杀灭藻酸原料中的微生物（如果存在的话）的有效方法。得自 实验室实验的结果表明：对样品进行5分钟微波处理足以将总平板计数从10 4降到〈100菌 落形成单位（cfu)/g，以及对于嗜温性孢子而言从104降到〈lOcfu/g。中试规模结果表明： 对样品进行不到3分钟的微波处理足以将总平板计数从10 4cfu/g降到〈lOOcfu/g。
[0015] 因此，在第一方面，本发明涉及藻酸解聚方法，所述方法包括以下步骤：
[0016] a)提供藻酸作为用于步骤b的藻酸原料，其中藻酸原料具有0-4. 4范围内的pH并 且其中藻酸原料的干物质含量在5-100% w/w的范围内，以及
[0017] b)用微波照射处理所述藻酸原料以得到解聚的藻酸材料。
[0018] 在再一个方面，本发明涉及可通过如本文所述的方法获得的解聚的藻酸材料。
【具体实施方式】
[0019] 本文公开了藻酸解聚方法，所述方法包括以下步骤：
[0020] a)提供藻酸作为用于步骤b的藻酸原料，其中藻酸原料具有0-4. 4范围内的pH并 且其中藻酸原料的干物质含量在5-100% w/w的范围内，以及
[0021] b)用微波照射处理所述藻酸原料以得到解聚的藻酸材料。
[0022] 藻酸盐和藻酸是由作为单体构造嵌段的1-4连接的0 -D-甘露糖醛酸和a -L-古 罗糖醛酸（盐；甘露糖醛酸盐和古罗糖醛酸盐）构成的直链共聚物。单体可出现在连续的 G残基（G嵌段）、连续的M残基（M嵌段）或交替的M和G残基（MG嵌段）的均聚嵌段中。 甘露糖醛酸和古罗糖醛酸的pKa值分别为3. 38和3. 65,这限制了聚甘露糖醛酸和聚古罗糖 醛酸在低pH下在水中的溶解性。具有交替的甘露糖醛酸和古罗糖醛酸残基（MG)的藻酸盐 具有最高的酸溶解性。
[0023] 在自然界中，藻酸盐主要限于海洋褐藻（Phaeophyta)，但类似于得自褐藻的藻酸 盐的胞外聚合物材料也由土壤细菌诸如棕色固氮菌（Azotobacter vinelandii)和假单胞 菌属（Pseudomonas)的多个种产生。藻酸盐作为丰度最高的多糖存在于褐藻中，其占干物 质的多达40%，并占湿海藻重量的2-7%。其作为包含钠、钙、镁和其他多价阳离子的凝胶 而位于细胞间质中。其主要功能是为藻类组织提供结构强度和柔韧性。
[0024] 本发明的方法的原料优选地基于得自海藻的天然藻酸盐。然而，其也可以基于由 棕色固氮菌和其他微生物产生的藻酸盐。
[0025] 通常，藻酸盐的处理由多个步骤构成。在收获海藻并任选地进行干燥后的第一步 骤可以是研磨和洗涤。之后，开始碱提法，并在多个不同的处理步骤后，产生纯的藻酸。藻 酸充当不同藻酸盐和酯的原料。
[0026] 从生物质中分离藻酸盐的一种方式是将pH降低到酸残基的pKa以下。随着pH降 低，由羧酸结合的钙和其他阳离子变为与质子交换过的，并且聚合物将作为胶凝化或固体 状态的藻酸凝聚物沉淀下来。在该纯化步骤中，阳离子和钙的含量在固体/胶凝化材料中 已大大降低。分离的胶凝化/固体材料可通过用碱增大pH而溶解以形成例如藻酸钠，其随 后可接受进一步的纯化步骤，例如过滤。最终的分离步骤可以按不同的方式进行。其中一 种是将聚合物作为藻酸钙沉淀下来，然后进行酸洗涤以将水不溶性藻酸钙转化成藻酸。另 一种方式是通过添加例如硫酸而使液体藻酸钠直接作为藻酸沉淀。在两种情况下，均可将 所得的藻酸用作制备不同藻酸盐的原料，以及用于共价改性的丙二醇酯。在中和藻酸后，将 藻酸盐干燥并研磨成所需的粒度。分离最终藻酸盐的再一种方式是在醇例如乙醇或异丙醇 中沉淀液体藻酸钠，于是得到例如藻酸钠的胶凝化/固体状态。藻酸的钠、钾和铵盐可溶于 水并形成粘性溶液。藻酸和藻酸钙不溶于水。
[0027] 藻酸原料的说明
[0028] 在本文所公开的方法中所用的原料包含藻酸。
[0029] 在本发明的上下文中，术语"藻酸"意指组成性甘露糖醛酸和古罗糖醛酸完全质 子化到以下限度：其中质子化程度为50%，即它们的pKa值。已测得藻酸盐的pKa值最 高至 4. 4 [A. Haug, Dissociation of alginic acid, Acta Chem. Scand. 1961, 15, 950-952] (A. Haug，"藻酸的解离"，《斯堪地纳维亚化学学报》，1961年，第15卷，第950-952页）。
[0030] 如上所述，藻酸可通过将pH降低到酸残基的pKa以下而获得。这使得能够从聚合 物中除去钙、镁、铁、钾和钠等阳离子。
[0031] 在一个方面，藻酸是胶凝化或固体状态的藻酸凝聚物的形式。在再一个方 面，藻酸是不溶性的。藻酸的不溶性可通过本领域技术人员已知的任何方法测量， 例如如 "A. Haug, B. Larsen The solubility ofalginate at low pH,Acta Chem. Scand. 1963, 17, 1653-1662"（A. Haug、B. Larsen，"藻酸盐在低 pH 下的溶解性"，《斯堪地