DE69803180T2

DE69803180T2 - Ultrafeine-mikrokristalline zellulose-zusammensetzungen und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE69803180T2
Application number: DE69803180T
Authority: DE
Inventors: S. Buliga; A. Colliopoulos; M. Dell; C. Venables
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2018-06-13
Also published as: ATE212039T1; AU741500B2; JP2002515936A; EP0988322A1; BR9810867A; IL133347A0; AU8069398A; WO1998056826A1; CA2292587A1; NZ501383A; NO996048L; NO996048D0; IL133347A; EP0988322B1; DE69803180D1

Description

Die Erfindung betrifft ultrafeine mikrokristalline Cellulose, Zusammensetzungen davon, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und bestimmte sie enthaltende Produkte. Insbesondere betrifft die Erfindung teilchenförmige mikrokristalline Cellulosezusammensetzungen, die zur Bildung von Suspensionen dispergiert werden. Sie können auch getrocknet und der resultierende teilchenförmige Festsstoff zur Bildung einer Suspension in flüssigen Medien dispergiert werden. In der Suspension sind im Wesentlichen alle mikrokristallinen Celluloseteilchen kleiner als ein Mikron und bleiben selbst beim Zentrifugieren in einem kolloidalen Zustand. Diese Erfindung betrifft auch Suspensionen, die aus der erfindungsgemäßen ultrafeinen mikrokristallinen Cellulose hergestellt werden.

Hinterrund der Erfindung

Mikrokristalline Cellulose ist eine gereinigte, teilweise entpolymerisierte Cellulose, die durch Behandlung einer Cellulosequelle, vorzugsweise Alphacellulose in Form einer Pulpe aus faserigen Pflanzenmaterialien, mit einer Mineralsäure, vorzugsweise Salzsäure, hergestellt wird. Die Säure greift selektiv die weniger geordneten Bereiche der Cellulosepolymerkette an, wodurch die kristallinen Stellen exponiert und freigelegt werden. Diese erzeugen Kristallitaggregate, die die mikrokristalline Cellulose bilden. Anschließend werden sie aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt und gewaschen, um abgebaute Nebenprodukte zu entfernen. Die resultierende feuchte Masse, die im allgemeinen 40 bis 60% Feuchtigkeit enthält, wird in der Technik mit verschiedenen Namen bezeichnet, darunter hydrolysierte Cellulose, hydrolysierter Cellulosenasskuchen, "Level-off-DP" Cellulose, mikrokristalliner Cellulosenasskuchen oder einfach Nasskuchen.
Wenn der Nasskuchen getrocknet und von Wasser befreit ist, ist das resultierende Produkt, mikrokristalline Cellulose, ein weißes, geruch- und geschmackloses, relativ rieselfähiges Pulver, das in Wasser, organischen Lösungsmitteln, verdünnten alkalischen Substanzen und Säuren unlöslich ist. Für eine umfangreichere Beschreibung von mikrokristalliner Cellulose und ihrer Herstellung wird auf US-A- 2,978,446 verwiesen. Das Patent beschreibt ihre Verwendung als Hilfsstoff in der Pharmazie, vor allem als Bindemittel, Abbaumittel, Rieselhilfe und/oder Füllstoff für die Herstellung gepresster pharmazeutischer Tabletten. Mikrokristalline Cellulose wird von der FMC Corporation hergestellt und unter der Bezeichnung Avicel® PH Cellulose in verschiedenen Qualitäten mit Teilchengrößen im Bereich von etwa 20 um bis etwa 100 um verkauft.
Mikrokristalline Cellulose und/oder hydrolysierter Cellulosenasskuchen ist auch für andere Anwendungen modifiziert worden, insbesondere zur Verwendung als Gelierungsmittel in Lebensmitteln, Dickmacher für Lebensmittel, Fettersatzstoff und/oder kalorienfreier Füllstoff für verschiedene Lebensmittelprodukte, als Stabilisierungsmittel für Suspensionen und/oder Strukturgeber für Lebensmittelprodukte sowie als Stabilisierungsmittel für Emulsionen und Suspendiermittel in pharmazeutischen und kosmetischen Lotionen und Cremes. Die Modifizierung für solche Anwendungen erfolgt dadurch, dass man mikrokristalline Cellulose oder den Nasskuchen intensiven Reibungskräften aussetzt, wodurch die Kristalliten im Wesentlichen unterteilt werden und fein zerteilte Teilchen ergeben. Doch je kleiner die Teilchengröße wird, desto größer ist die Tendenz der einzelnen Teilchen, sich beim Trocknen zusammenzuballen oder zu verhornen, vermutlich aufgrund des Wasserstoffs oder anderer Bindungskräfte zwischen den kleineren Teilchen. Um ein Zusammenballen oder Verhornen zu verhindern, kann während oder nach dem Reiben, aber vor dem Trocknen ein Schutzkolloid wie Natriumcarboxymethylcellulose (CMC) zugesetzt werden, das die für das Zusammenballen oder Verhornen verantwortlichen Bindungskräfte ganz oder teilweise neutralisiert. Dieses Additiv erleichtert auch das erneute Dispergieren des Materials nach dem Trocknen. Das resultierende Material wird häufig als geriebene mikrokristalline Cellulose oder kolloidale mikrokristalline Cellulose bezeichnet. Für eine genauere Beschreibung kolloidaler mikrokristalliner Cellulose, ihrer Herstellung und Anwendungen wird auf US-A-3,539,365 verwiesen, wo es heißt, dass mindestens 1% und vorzugsweise mindestens 30% der mikrokristallinen Cellulose zu einer Teilchengröße von nicht mehr als 1,0 um zerkleinert wurden.
Kolloidale mikrokristalline Cellulose ist ein weißes, geruchloses, hygroskopisches Pulver. Wenn es in Wasser dispergiert wird, bildet es weiße, lichtundurchlässige thixotrope Gels. Es wird in verschiedenen Qualitäten von der FMC Corporation (FMC) hergestellt und vertrieben, darunter unter den Namen Avicel® RC und Avicel® CL, die gemeinsam verarbeitete mikrokristalline Cellulose und Carboxymethylcellulosenatrium umfassen. Im FMC Product Bulletin RC-16 werden die als RC-501, RC-581, RC-591 und CL-611 bezeichneten Qualitäten so beschrieben, dass sie Dispersionen ergeben, in denen etwa 60% der Teilchen in den Dispersionen bei richtiger Dispersion kleiner als 0,2 um sind.
Da das Interesse an der Verwendung fein zerteilter Cellulosematerialien in Lebensmitteln und pharmazeutischen Suspensionen immer noch zunimmt, konzentrieren sich Forscher auf diesem Gebiet zunehmend darauf, die Glätte und das Gefühl im Mund von Suspensionen aus solchen Cellulosematerialien zu verbessern. Dabei haben sie beispielsweise festgestellt, dass Celluloseteilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 3 um auf der Zunge als teilchenförmige oder körnige Substanz empfunden werden. Komuro lehrt in EP-A-0 415 193, dass zur Vermeidung dieses Gefühls ein Material bereitgestellt werden muss, im dem 50% des kumulativen Volumens der Celluloseteilchen eine Teilchengröße im Bereich von 0,3 bis 6,0 um haben müssen, wenn mindestens 25% des kumulativen Volumens in der Suspension eine Teilchengröße von nicht mehr als 3 um haben. Das Patent lehrt auch ein Mahlverfahren und einen Mahlapparat, in dem eine Hochgeschwindigkeitsrotationsmühle zum Nassmahlen des Cellulosematerials unter Verwendung von Keramik- oder Metallkügelchen als Mahlmedium verwendet wird, um diese Ziele zu erreichen. In diesem Patent und insbesondere in einem Komuro et al. erteilten verwandten Patent, US-A-5,123,962, gibt es umfangreiche Erörterungen über die erfolglosen Bemühungen in der Technik, die Teilchen mikrokristalliner Cellulose weiter zu verkleinern.
Ähnlich lehrt US-A-5,415,804, dass ein glattes Gefühl im Mund sowohl von der Kolloidfraktion als auch der Teilchengrößenverteilung und der durchschnittlichen Teilchengröße abhängt, wobei die Kolloidfraktion die Fraktion dispergierter Teilchen ist, die beim Zentrifugieren der Dispersion nicht ausgefällt werden kann. Abhängig von der Teilchengrößenverteilung (die etwas breiter ist als im vorstehenden Komuro-Patent, nämlich bis zu 10 um) muss die Kolloidfraktion im Bereich von 50 bis 65% des kumulativen Volumens liegen. In diesem Patent werden jedoch bestimmte wasserlösliche Kautschukarten und/oder hydrophile Materialien verwendet, um den weiteren Größenverteilungsbereich auszugleichen.
US-A-5,192,569 beschreibt mikrokristalline Cellulose, die innig mit einem Galactomannangummi wie Guar Gum vermischt ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wurde jetzt ein Verfahren zur Verringerung der Teilchengröße mikrokristalliner Cellulose und zur Herstellung mikrokristalliner Cellulosezusammensetzungen mit einem extrem hohen (in manchen Fällen bis zu 100%) Prozentsatz mikrokristalliner Cellulose mit einer Teilchengröße von durchgehend weniger als 1 um gefunden, die beim Dispergieren in flüssigen Medien nicht aus der Dispersion ausfällt und durch Zentrifugieren unter etwa 15.000 U/min nicht physikalisch entfernt oder ausgefällt werden kann. Für die Zwecke dieser Erfindung wird das Konzept nachstehend als "kolloidal stabil" bezeichnet.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird hydrolysierter Cellulosenasskuchen mit einem Reibehilfsstoff und ggfs. einem Schutzkolloid unter Bedingungen für das Mischen von Feststoffen mit hoher Scherung nass gemahlen, um die erfindungsgemäßen mikrokristallinen Cellulosezusammensetzungen herzustellen.
Der Reibehilfsstoff, der das Nassmahlen der mikrokristallinen Cellulose erleichtert, kann im Produkt verbleiben und trägt vorzugsweise eine erwünschte Eigenschaft oder Komponente zum fertigen Produkt bei, in dem die mikrokristalline Cellulose verwendet wird. Als Beispiel dieser doppelten Funktion kann Calciumcarbonat oder ein anderes geeignetes Calciumsalz als Reibehilfsstoff für mikrokristalline Cellulosezusammensetzungen verwendet werden, die zur Herstellung von mit Calcium verstärkten Milchprodukten eingesetzt werden. Es wird auch in Erwägung gezogen, den Reibehilfsstoff selbst oder zumindest einen größeren Teil davon in Dispersionen aus kolloidaler mikrokristalline Cellulose, in denen die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendet werden, zu suspendieren.
Im Verfahren kann auch ein Schutzkolloid verwendet werden, das die Verhornung der mikrokristallinen Cellulose verhindert und außerdem die erneute Dispersion getrockneter mikrokristalliner Cellulosezusammensetzungen erleichtert. Jedoch kann es in bestimmten als Füllstoff oder Volumenshilfsmittel verwendeten mikrokristallinen Cellulosezusammensetzungen wünschenswert sein, das Schutzkolloid wegzulassen, um die Formulierung einer verdichteten, weniger porösen reduzierten absorbierenden Form mikrokristalliner Cellulose zu fördern.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann der aus dem Mahlverfahren gewonnene feuchte geriebene mikrokristalline Feststoff oder dessen getrockneter Rückstand sein, der durch Entfernung der Feuchtigkeit aus dem feuchten Feststoff hergestellt wird. Letzterer wird für die Lagerung, zum Versand und die spätere Verwendung bei der Herstellung mikrokristalliner Cellulosedispersionen bevorzugt.
Die Dispersionen, in denen die mikrokristallinen Cellulosezusammensetzungen verwendet werden, verfügen über ausgezeichnete Suspendier- und Stabilisationseigenschaften und erfordern (auf Gewichtsbasis) weniger mikrokristalline Cellulose, um Stabilisierungs- und/oder Suspendierungseigenschaften zu erzielen, die genauso gut oder sogar besser sind als die größerer Mengen derzeit existierender mikrokristalliner Celluloseprodukte. Dispersionen aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung enthalten ultrafeine Teilchen mikrokristalliner Cellulose im Größenbereich von weniger als 1 um und sind praktisch im ganzen kolloidal stabil wie vorstehend definiert; daher können sie eine verbesserte Suspendierung/Stabilisierung zur Verfügung stellen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung verwendet als Ausgangsmaterial den vorstehend beschriebenen hydrolysierten Cellulosenasskuchen. Dabei handelt es sich um die ungetrocknete Masse, die erzeugt wird, wenn eine Cellulosequelle, vorzugsweise Alphacellulose in Form von Pulpe aus faserigen Pflanzenmaterialien, mit einer Mineralsäure behandelt und dann gewaschen wird, um die Säure und Nebenprodukte zu entfernen. Dadurch entsteht ein Nasskuchen, der im allgemeinen etwa 40 bis etwa 60% Feuchtigkeit enthält. Erfindungsgemäß wird ein Reibehilfsmittel mit dem Nasskuchen vermischt. Ggfs. wird auch ein Schutzkolloid zugesetzt, insbesondere wenn die Zusammensetzung getrocknet, gelagert oder in getrockneter Form verschickt und dispergiert werden soll, um kolloidal stabile Dispersionen zu erhalten. Die Ausgangsbestandteile können dann auf übliche Weise vermischt werden. Zur Herstellung der feuchten Mischung kann der Feuchtigkeitsgehalt nach Wunsch eingestellt werden, um die zum Reiben erwünschte Konsistenz der Mischung herzustellen. Die Einstellung kann bei Bedarf auch während des Reibens erfolgen, um die erwünschte Konsistenz aufrechtzuerhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform reicht die im Nasskuchen vorhandene Feuchtigkeit im allgemeinen aus. Die Verwendung von überschüssigem Wasser sollte vermieden werden, da es die Reibekräfte von Teilchen zu Teilchen, die notwendig sind, um die mikrokristallinen Celluloseteilchen zu einer gleichmäßigen Größe von weniger als 1 um zu zerkleinern, verringern kann.
Die feuchte Mischung wird dann gerieben, vorzugsweise als nasse Mischung mit hohem Feststoffgehalt unter Bedingungen für das Mischen von Feststoffen mit hoher Scherung. Dabei mahlt der Reibehilfsstoff die mikrokristalline Cellulose zu ultrafeinen Teilchen von weniger als 1 um, die beim Dispergieren kolloidal stabil sind, bzw. erleichtert das Mahlen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die kolloidale Stabilität durch Verwendung eines Schutzkolloids zusätzlich unterstützt.
Wie vorstehend ausgeführt, wird das Reibehilfsmittel vorzugsweise als mehrfunktionelle Komponente der Mischung gewählt. Das heißt, es dient dazu, die mikrokristalline Cellulose zu mahlen. Außerdem erfüllt es die zusätzliche Funktion, dass es dem Produkt, in dem die erfindungsgemäße mikrokristalline Cellulosezusammensetzung verwendet wird, eine erwünschte Eigenschaft verleiht bzw. eine Komponente dazu beiträgt. Somit sollte der Reibehilfsstoff unter Berücksichtigung beider Ziele gewählt werden.
Was seine Funktion des Mahlens der mikrokristallinen Cellulose zu einer ultrafeinen Teilchengröße angeht, muss der Reibehilfsstoff relativ wasserunlöslich sein. Das heißt, er muss ausreichend unlöslich sein, so dass er sich nicht merklich löst, wenn er dem hydrolysierten Cellulosenasskuchen vermischt wird. Insbesondere kann es sich bei dem in der Erfindung nützlichen Reibehilfsstoff um ein ionisches Material mit einem wässrigen Ksp von gleich oder weniger als 1 · 10&supmin;&sup7; oder ein pulverisiertes oder granulatförmiges Material mit einer Wasserlöslichkeit von gleich oder weniger als 40% bei 100ºC handeln. Er sollte ein relativ feines Material sein, damit er während des Reibens in innigen Mahlkonktakt mit den Teilchen des Nasskuchen kommt, muss aber nicht unbedingt eine kolloidale Größe haben. So kann die Teilchengröße beispielsweise im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 100 um, vorteilhafterweise im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 20 um liegen und beträgt vorzugsweise weniger als etwa 10 um. Mittel, die sich als geeignete ionische Materialien erwiesen haben, umfassen Kalk (Calciumcarbonat), Dicalciumphosphat, Tricalciumphosphat, Zinkcarbonat, Zinkhydroxid, Magnesiumphosphat, Bariumcarbonat, Bariumsulfat, Eisencarbonat, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid und Magnesiumaluminiumhydroxid. Andere Materialien, die als Reibehilfsstoffe brauchbar sind, umfassen nichtionische Materialien wie Silicamasse, verschiedene Tonarten, Silicate, Siliciumdioxid, Talkum, Titandioxid und bestimmt plastische Harze sowie teilweise lösliche organische Materialien wie z. B. Lactose u. ä. Man nimmt an, dass viele Materialien für diesen Zweck geeignet sind, und es wird in Erwägung gezogen, diese Reibehilfsstoffe allein oder in Kombination zu verwenden, um die erwünschten Eigenschaften zu erzielen.
Zusätzlich zu ihrer Funktion beim Mahlen von Cellulose verbleiben die erfindungsgemäßen Reibehilfsstoffe vorzugsweise als Komponente in der aus den erfindungsgemäßen mikrokristallinen Cellulosezusammensetzungen hergestellten Dispersionen und steuern einen erwünschten Bestandteil, eine Komponente oder Eigenschaft zu solchen Endprodukten bei. Wie vorstehend angeführt, wird Calciumcarbonat mit gutem Ergebnis dazu verwendet, die Calciumwerte in Milch oder Milchprodukten zu verbessern, Papier zu beschichten sowie andere Funktionen im Papierherstellungsverfahren zu erfüllen. Magnesium- und/oder Aluminiumhydroxide können nützliche Additive für pharmazeutische Zubereitungen wie Antazida sein, und Titandioxid enthaltende Zusammensetzungen finden in Farben und Pigmenten, in Kaffeeweißmitteln und verschiedenen anderen Produkten Anwendung. Die erfindungsgemäßen Reibehilfsstoffe sind vorteilhafterweise schmirgelnde, relativ unlösliche Komponenten, die für Anwendungen und Produkte in der Pharmazie, Körperhygiene und Kosmetik wie z. B. Lotionen, Salben, Gels und Pasten einschließlich Zahnpasta und anderen Zahnpflegeprodukte eingesetzt werden. Für Zahnpasta umfassen beispielsweise Reibehilfsstoffe Calciumcarbonat, Dicalciumphosphat und Siliciumdioxid, die bekannte Schleifmittel in Zahnpasta sind.
Für die meisten Anwendungen enthält die Mischung bevorzugt ein Schutzkolloid. Wenn sie vorhanden sind, erfüllen die Schutzkolloide eine oder mehrere Funktionen. Sie dienen als Barriere zwischen den oder um die mikrokristalline Celluloseteilchen, vermutlich dadurch, dass sie sich an sie heften oder die Wasserstoffbindungskräfte zwischen ihnen ersetzen, und bilden so eine Sperre zwischen solchen Teilchen, so dass eine Verhornung verhindert wird. Zweitens dienen sie als Dispergierhilfsmittel, um das Dispergieren und die Rehydratisierung der mikrokristallinen Celluloseteilchen zu erleichtert, wenn getrocknete feste Zusammensetzungen mikrokristalliner Cellulose erneut dispergiert werden. Außerdem können sie beim Suspendieren helfen oder die rheologischen Eigenschaften der Suspension verändern. Man nimmt an, dass verschiedene Mittel ähnliche Funktionen erfüllen, beispielsweise Cellulosederivate wie Carboxymethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose und Hydroxyethylcellulose. Verschiedene Kautschukarten wie Guar, Johannisbrot, Gummi arabicum, Tragant und Karaya, Seetangextrakte wie Carragheen und Alginate und Stärken wie Maltodextrin, Feststoffe aus hydrolysierten Cerealien und Pectin können nützlich sein. Ein bevorzugtes Mittel für diesen Zweck ist Natriumcarboxymethylcellulose (CMC).
Für andere Anwendungen, z. B. wenn die Zusammensetzungen als Füll- oder Volumenstoffe verwendet werden sollen, kann es wünschenswert sein, ein Produkt zu haben, das verdichtet und relativ wenig porös ist und nur wenig Wasser und Öl absorbiert. Für diese Anwendungen können die mikrokristalline Cellulose und der Reibehilfsstoff ohne ein Schutzkolloid verwendet werden. Beim Trocknen ballt sich das Produkt dann zu einem dichteren weniger porösen Material zusammen, als man mit früheren Produkten erhalten konnte, die größere, weniger gleichmäßige mikrokristalline Celluloseteilchen enthalten. Diese Füll- oder Volumenstoffe sind weniger absorptionsfähig (Wasser oder Öl) und können für Anwendungen mit geringer Feuchtigkeit geeignet sein, beispielsweise Lebensmittel mit geringer Feuchtigkeit wie Sandwichkekse, Schokolade, Erdmussbutter u. ä.
Die Zerkleinerung mikrokristalliner Cellulose zur einer kolloidalen Teilchengröße erfolgt vorzugsweise durch Nassmahlen der Mischung aus mikrokristalliner Cellulose, Reibehilfsstoff und vorzugsweise einem Schutzkolloid mit hoher Scherung. Die Verwendung eines Standardextruders, vorzugsweise mit mehreren Schnecken, wird bevorzugt, um mikrokristalline Celluloseteilchen zu verkleinern. Für Nassmahlverfahren mit hoher Scherung können auch andere Standardanlagen verwendet werden, wie Planetenmischer, z. B. Hobart-Mixer, Kugelmühlen, Reibemühten und Walzenmühlen, insbesondere solche mit drei oder mehr Walzen. Wichtig ist, dass die verwendete Anlage eine hohe Scherwirkung und eine intensive reibende, schmirgelnde Wirkung zwischen der mikrokristallinen Cellulose und dem Reibehilfsstoff zur Verfügung stellt, beispielsweise dadurch, dass das Gemisch durch Passagen mit begrenztem Querschnitt wie perforierte Platten von Extrudern und verschiedenen anderen Mischanlagen oder andere Passagen mit geringem Spielraum wie zwischen die Walzen von Walzenmühlen gepresst wird. Das Strangpressen wird wegen seiner Einfachheit für Verfahren mit hohem Feststoffanteil und hohem Durchsatz sowie wegen seiner Wirksamkeit bei der Herstellung sehr feiner Teilchen mikrokristalliner Cellulose bevorzugt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden im ersten Schritt ungeriebene mikrokristalline Cellulose, ein Reibehilfsstoff und ggfs. ein Schutzkolloid vermischt. Der durch die mikrokristalline Cellulose und den Reibehilfsstoff vertretene Feststoffgehalt liegt geeigneterweise im Bereich von etwa 30 bis etwa 80 Gew.-% der Mischung, vorzugsweise etwa 40 bis etwa 60%. Das Gewichtsverhältnis von mikrokristalliner Cellulose zum Reibehilfsstoff liegt im Bereich von etwa 85 : 15 bis etwa 30 : 70, vorzugsweise im Bereich von etwa 70 : 30 bis etwa 40 : 60. Wenn ein Schutzkolloid verwendet wird, sollte dessen Menge im Bereich von 5 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 15% der mikrokristallinen Cellulose liegen; das heißt, das Gewichtsverhältnis von mikrokristalliner Cellulose zum Schutzkolloid liegt im Bereich von etwa 95 : 5 bis etwa 70 : 30. Das Mischen wird fortgesetzt, bis man eine gleichmäßige nasse Mischung erhält.
Die nasse Mischung wird dann nass mit hoher Scherung so lange und mit ausreichenden Scherkräften gemahlen, dass die mikrokristalline Cellulose zu einer Teilchengröße zerkleinert wird, in der etwa 80 bis 100%, vorteilhafterweise etwa 90 bis 100% der mikrokristallinen Cellulose eine Teilchengröße von nicht mehr als 1 um haben und die Cellulose beim Dispergieren in einem wässrigen Medium kolloidal stabil ist. Trotzdem haben alle Teilchen eine Teilchengröße von weniger als etwa 3 bis 4 um, so dass die resultierende Mischung praktisch frei von Teilchen ist, die vom Mund oder von der Zunge als körnig oder grießartig wahrgenommen werden. Vorzugsweise haben jedoch nahezu 100% der mikrokristallinen Cellulose eine Teilchengröße von weniger als 1 um und mindestens 90 bis 95% eine Teilchengröße von weniger als 0,75 um. Wie in den Beispielen gezeigt, scheint die Teilchengrößenverteilung der mikrokristallinen Cellulose in den erfindungsgemäß hergestellten mikrokristallinen Cellulosedispersionen im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,7 um zu liegen.
Die Teilchengröße des Reibehilfsstoffs nimmt üblicherweise nicht merklich ab, wenn eine stranggepresste Mischung einen Reibehilfsstoff enthält, dessen Teilchen härter als die der mikrokristallinen Cellulose sind. Wenn man beispielsweise eine Mischung extrudiert, die Calciumcarbonat mit einer mittleren Teilchengröße von mehreren um enthält, kann man eine Dispersion erhalten, in der die Teilchen der mikrokristallinen Cellulose kleiner als 1 um und die Calciumcarbonatteilchen mehrere um groß sind. Daher ist es möglich, Dispersionen zur Verfügung zu stellen, in denen die mikrokristalline Cellulose kleiner als 1 um und der Reibehilfsstoff wesentlich größer ist.
Die beim Strangpressen oder einem anderen geeigneten Verfahren entstehende feuchte geriebene mikrokristalline Cellulosezusammensetzung kann gewonnen und dann als Stabilisierungs-/Suspendiermittel für Suspensionen und Dispersionen verwendet und/oder zusätzlich behandelt, getrocknet und dann für solche Anwendungen dispergiert werden. Wenn ein weiterer Verfahrensschritt eingesetzt wird, kann dieser die Herstellung einer Anfangsdispersion, die Homogenisierung der resultierenden Dispersion und deren Trocknen durch beispielsweise Sprühtrocknung oder eine andere geeignete Methode umfassen, wobei alle diese Schritte zum Wissen der Technik gehören und in den folgenden Beispielen veranschaulicht sind.
Je nach den Ausgangsbestandteilen und den Verhältnissen, in denen sie verwendet werden, umfassen die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen daher eine ultrafeine geriebene mikrokristalline Cellulosezusammensetzung mit mikrokristallinen Celluloseteilchen der vorstehend beschriebenen Teilchengröße, ggfs. einen Reibehilfsstoff wie vorstehend definiert und ggfs. ein Schutzkolloid, wobei das Gewichtsverhältnis der mikrokristallinen Cellulose zum Reibehilfsstoff im Bereich von etwa 85 : 15 bis etwa 30 : 70, vorteilhafterweise etwa 70 : 30 bis etwa 40 : 60 beträgt. Wenn ein Schutzkolloid verwendet wird, liegt das Gewichtsverhältnis von mikrokristalliner Cellulose zum Schutzkolloid im Bereich von etwa 95 : 5 bis etwa 70 : 30.
Die erfindungsgemäße ultrafeine kolloidal stabile Cellulose oder das Produkt der Erfindung aus mikrokristalliner Cellulose, Reibehilfsstoff und ggfs. einem Schutzkolloid wird in Dispersionen, Emulsionen, Suspensionen u. ä. in einer Menge von 0,05-15 Gew.-%, vorteilhafterweise 0,05 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 3 Gew.-% verwendet und kommt als Füll- oder Volumenmittel bezogen auf das Endprodukt in einer Menge von etwa 1 bis 25 Gew.-% zum Einsatz. Für Lebensmittelanwendungen sind 0,05 bis 15 Gew.-% angemessen.
Fachleute werden sich darüber im klaren sein, dass die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen auf unterschiedlichste Weise in Lebensmitteln, pharmazeutischen Produkten oder Körperpflegeprodukten wie kosmetischen Cremes, Lotionen und Zahlpflegeprodukten wie Zahnpastaformulierungen sowie in zahlreichen medizinischen und industriellen Anwendungen eingesetzt werden können, wo und wann immer ein effektiveres Suspensionsstabilisiermittel, ein glatter cremiger Füllstoff oder ein Dispergierhilfsmittel erforderlich ist. Somit eignen sich die Produkte besonders gut für die Verstärkung, Strukturgebung und Stabilisierung von Milchprodukten mit Calcium, zur Suspension von Nahrungs-, Vitamin- und Mineralergänzungsmitteln, zur Suspension von wasserunlöslichen organischen Molekülen und für so verschiedene Anwendungen wie die Stabilisierung verschiedener anderer Lebensmittel, pharmazeutischer und kosmetischer Formulierungen, Zahnformulierungen, Farben und verschiedene andere industrielle Anwendungen wie Suspensionen von Mitteln zur Herstellung der Lichtundurchlässigkeit bei Papierherstellungsverfahren und Beschichten von Papier mit Calciumcarbonat. Die folgenden Beispiele sollen daher die möglichen Anwendungen der erfindungsgemäßen Zusammensetzung lediglich veranschaulichen, jedoch den Rahmen der Anwendungen, für die die Erfindung brauchbar ist, nicht einschränken. Wenn nichts anderes vermerkt ist, sind alle Prozentsätze nach Gewicht angegeben.
Diese Beispiele zeigen jedoch auch, dass man bei Verwendung der erfindungsgemäßen Produkte in fertigen Produkten viele verschiedene und unterschiedliche Formulierungsfaktoren berücksichtigen muss, die die Art und Qualität des Produkts, das hergestellt werden soll, beeinflussen und/oder bestimmen. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung muss für jedes dieser Produkte in geeigneter Menge oder Konzentration verwendet werden. Die spezifischen Eigenschaften jedes Produkts oder jeder Formulierung können auch durch andere Faktoren wie den für eine spezielle Formulierung gewählten spezifischen Reibehilfsstoff, andere in der Formulierung mitverwendete Additive usw. beeinflusst werden. Zur Veranschaulichung solcher Erwägungen in Bezug auf Aufbau und Formulierung zeigt Beispiel 9, dass Calciumwerte zwar sehr erwünscht sind, wenn man sie als Calciumergänzung in bestimmten Lebensmitteln und pharmazeutischen Produkten verwendet, die Verwendung eines hochlöslichen Calciumsalzes wie Calciumsulfat jedoch keine mikrokristalline Cellulosezusammensetzung ergibt, die sich gut in wässrigen Medien dispergieren lässt, sondern aus nicht ganz verständlichen Gründen zur Ausflockung der mikrokristallinen Cellulose führt. Ähnlich zeigt Beispiel 17, dass zwar eine ansprechende gießfähige Suspension hergestellt werden kann, aber die Verwendung von Saccharose in der Formulierung eine Paste ergibt, die sich auch durch Zugabe von Wasser nicht wieder suspendieren lässt. Beispiel 18 wiederum zeigt, dass es möglich ist, eine stabile, löffelbare pharmazeutische Zubereitung herzustellen, die die Konsistenz und das Aussehen von Schlagsahne oder anderer geschlagener Lebensmittel, Pharmazeutika oder Kosmetikprodukte hat.

Beispiel 1

In eine Hobart Mixschüssel gab man 237,5 g gemahlenen Kalkstein (Ksp = 3,36 · 10&supmin;&sup9;), 552,3 g hydrolysierten Cellulosenasskuchen und 26,9 g Carboxymethylcellulose mittlerer Viskosität. Das Verhältnis von Feststoffen, die dieses Gemisch ausmachten, war 47,5 Teile Cellulose, 47,5 Teile Calciumcarbonat und 5 Teile Carboxymethylcellulose. Der Mixer wurde betrieben, bis die Zusammensetzung gleichmäßig war. Dann wurde die Zusammensetzung in einen bei 150 U/min betriebenen Doppelschneckenextruder eingebracht, dessen Auslassöffnung auf 6,35 mm für den ersten Durchgang und 19,05 mm für den zweiten bis vierten Durchgang eingestellt war. Dispersionen dieses nassen Produkts mit 1% und 2% Feststoffen wurden in Wasser hergestellt. Die 1%ige Dispersion wurde ein stabiles Gel. Wenn man sie mit einem Mikroskop untersuchte, schienen die Celluloseteilchen extrem fein und von gleichmäßiger Größe. Die 2%ige Dispersion härtete zu einem festen Gel aus. Das verbleibende Produkt wurde in Wasser mit 5% Feststoffen dispergiert und bei 17.236,9 kPa (2.500 psi) homogenisiert. Die Viskosität dieser Dispersion nach dem Homogenisieren betrug 8700 cps. Dann wurde die Dispersion bei einer Einlasstemperatur von 190 bis 200ºC und einer Auslasstemperatur von 100ºC sprühgetrocknet. Eine Dispersion von 8 g des resultierenden Pulvers in 392 g Wasser wurde in einem Waring-Mixer hergestellt. Die anfängliche mit einem Brookfield RVT Viskosmeter unter Verwendung einer Spindel Nr. 1 bis 10 U/min über 1 Minute gemessene Viskosität betrug 615 cps. Die Dispersion dieses Pulvers hatte die gleiche Stabilität wie die Dispersionen der nassen Zusammensetzung nach dem Reiben. Weitere Dispersionen des sprühgetrockneten Pulvers wurden mit 1%, 0,75% und 0,5% Feststoffen hergestellt. Bei 1% gab es keine Ablagerung, und das System gelierte. Bei 0,75 war nur eine sehr geringe Ablagerung festzustellen. Das System bildete ein schwaches Gel und wurde als stabil eingestuft. Bei 0,5% blieb die Ablagerung in der Dispersion gering, und das System gelierte leicht.

Beispiel 2

Man stellte zusätzliche Zusammensetzungen her, wobei man das Verhältnis der Feststoffkomponenten signifikant variierte. Man hielt sich genau an das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren. Tabelle 1 zeigt die geriebenen Zusammensetzungen einschließlich des Verhältnisses der Feststoffe. Tabelle 1
a) Hydrolysierter Cellulosenasskuchen
b) Carboxymethylcellulose
c) jeweils 26, g Carboxymethylcellulose von geringer und mittlerer Viskosität
d) Carboxymethylcellulose von mittlerer Viskosität
Wenn man das Produkt dieses Beispiels bei 1% Feststoffen in Wasser dispergierte, ergab es stabile Dispersionen mit sehr geringen Ablagerungen in den Beispielen 2A und 2C, wobei letztere auf das hohe Verhältnis von Calciumcarbonat zu mikrokristalliner Cellulose zurückzuführen sind. Auch die Beispiele 2B und 2D wurden bei 0,5% Feststoffen dispergiert und bildeten bei dieser Menge ebenfalls stabile Dispersionen.
Dieses Beispiel zeigt, dass man einen weiten Mengenbereich und verschiedene Verhältnisse der Komponenten der Zusammensetzung verwenden kann.

Beispiel 3

Der Kolloidgehalt der geriebenen Zusammensetzungen von Beispiel 2 wurde durch 15 Minuten Zentrifugieren bei 8250 U/min und anschließende gravimetrische Analyse des getrockneten Überstands bestimmt. Die Menge des kolloidalen Materials im Produkt von Beispiel 1 wurde mit 49,4% bestimmt, doch da Calciumcarbonat 50% der Zusammensetzung ausmachte, betrug der Kolloidgehalt der Cellulose plus Carboxymethylcellulose 98,8%. Ähnliche Bestimmungen wurden für die Produkte der Beispiele 2A bis 2D vorgenommen. Diese Bestimmungen sind in Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2
a) bezogen auf die gesamte Cellulose und Carboxymethylcellulose

Beispiel 4

In eine Hobart-Mixschüssel gab man 250 g gemahlenen Kalkstein mit einer Teilchengröße von etwa 0,8 um, 576,9 g hydrolysierten Cellulosenasskuchen und 26,9 g Carboxymethylcellulose mittlerer Viskosität. Das Verhältnis von Feststoffen, die dieses Gemisch ausmachten, war 45 Teile Cellulose, 50 Teile Calciumcarbonat und 5 Teile Carboxymethylcellulose. Der Mixer wurde 5 Minuten betrieben, bis die Zusammensetzung gleichmäßig war. Dann wurde die Zusammensetzung in einen bei 150 U/min betriebenen Doppelschneckenextruder eingebracht, dessen Auslassöffnung auf 25,4 mm für zwei Durchgänge eingestellt war. Das Produkt wurde bei 8% Feststoffgehalt in Wasser dispergiert und bei 17.236,9 kPa (2500 psi) homogenisiert. Dann wurde die Dispersion bei einer Einlasstemperatur von 200ºC und einer Auslasstemperatur von 100ºC sprühgetrocknet. Die in einem Waring-Mixer mit 0,5% und 1% des hergestellten Pulvers hergestellten Dispersionen waren stabil, obwohl bei jeder geringe Ablagerungen festzustellen waren. Der Kolloidgehalt der Zusammensetzung wurde durch das Verfahren von Beispiel 3 mit 49,4% bestimmt, was darauf hindeutet, dass die kombinierte Cellulose und Carboxymethylcellulose einen Kolloidgehalt von 98,8% hatten. Diese Zusammensetzung wird als Beispiel 4A bezeichnet. Auf die gleiche Weise wurden zusätzliche Zusammensetzungen hergestellt, wobei man Calciumcarbonat mit unterschiedlichen durchschnittlichen Teilchengrößen verwendete. Diese werden in Tabelle 3 als Beispiel 4B bis 4E bezeichnet. Tabelle 3
a) Cellulose plus Carboxymethylcellulose

Beispiel 5

In eine Hobart-Mixschüssel gab man 400 g gemahlenen Kalkstein (Teilchengröße von etwa 0,8 um), 974,4 g hydrolysierten Cellulosenasskuchen und 21,5 g Carboxymethylcellulose hoher Viskosität. Das Verhältnis von Feststoffen, die dieses Gemisch ausmachten, war 47,5 Teile Cellulose, 50 Teile Calciumcarbonat und 2,5 Teile Carboxymethylcellulose. Der Mixer wurde betrieben, bis die Zusammensetzung gleichmäßig war. Dann wurde die Zusammensetzung in einen bei 150 U/min betriebenen Doppelschneckenextruder eingebracht, dessen Auslassöffnung auf anfänglich auf 1,59 mm eingestellt war und dann für den ersten Durchgang auf 6,35 mm und für den zweiten Durchgang auf 25,4 mm vergrößert wurde. Das Produkt wurde bei 8% Feststoffgehalt in Wasser dispergiert und bei 17.236,9 kPa (2500 psi) homogenisiert. Dann wurde die Dispersion bei einer Einlasstemperatur von 200ºC und einer Auslasstemperatur von 100ºC sprühgetrocknet. Das resultierende trockene Pulver wurde in einem Waring-Mixer dispergiert, wodurch man stabile Dispersionen mit 1% und 1,5% Feststoffen erhielt. Der Anteil des Kolloidmaterials in der Dispersion wurde auf 41,9% bestimmt, was einen kolloidalen Cellulosegehalt (mikrokristalline Cellulose plus MCC) von 83,8% anzeigt. Im Vergleich zu anderen Zusammensetzungen, die Carboxymethylcellulose mittlerer Viskosität enthalten, war erhöhte Scherung erforderlich, um diese Zusammensetzung zu dispergieren. Dies ist Beispiel 5A.
Eine zweite Zusammensetzung aus 872 g hydrolysiertem Cellulosenasskuchen, 400 g gemahlenem Kalkstein (Teilchengröße etwa 8 um) und 64,5 g Carboxymethylcellulose von niedriger Viskosität wurde auf die gleiche Weise hergestellt mit dem Unterschied, dass die Auslassöffnung des Doppelschneckenextruders während des gesamten Verfahrens auf 25,4 mm eingestellt blieb. Das Verhältnis der dieses Gemisch bildenden Feststoffe war 42,5 Teile Cellulose, 50 Teile Calciumcarbonat und 7,5 Teile Carboxymethylcellulose. Das erzeugte trockene Pulver wurde unter Verwendung eines Lightnin'-Mixers 5 Minuten bei 0,5%, 1,0% und 1,5% Feststoffen vollständig in Wasser dispergiert. Nur die 1,5%ige Dispersion war stabil, wobei sich sehr geringe Ablagerungen bildeten. Das Kolloidmaterial in dieser Zusammensetzung wurde mit 52,0% bestimmt, was anzeigt, dass der kolloidale Cellulosegehalt (mikrokristalline Cellulose plus CMC) 104% betrug. Dies ist Beispiel 5B.

Beispiel 6

In eine 9,461 (10 qt) Hobart-Mixschüssel gab man 1.153,83 g hydrolysierten Cellulosenasskuchen, 500 g Calciumcarbonat und 53,82 g Pektin mit geringem Methoxylgehalt. Das Verhältnis der dieses Gemisch bildenden Feststoffe war 45 Teile Cellulose, 50 Teile Calciumcarbonat und 5 Teile Pektin mit geringem Methoxylgehalt. Dieses Gemisch wurde gemischt, bis man eine homogene Masse erhielt. Dann ließ man es dreimal durch einen Doppelschneckenextruder laufen. Ein Teil (447,95 g) des geriebenen Gemischs wurde in einen 5 l-Waring-Mixer gefüllt und mit 1.302,5 g entionisiertem Wasser versetzt. Dann wurde dieses Gemisch bei geringer Geschwindigkeit dispergiert, wodurch man eine Dispersion mit 15% Feststoffen erhielt. Dieser Dispersionsschritt wurde einmal wiederholt. Die Dispersionen wurden kombiniert, bei 17.236,9 kPa (2500 psig) getrocknet und anschließend sprühgetrocknet. Der Einlass des Sprühtrockners war auf 210ºC und der Auslass auf 110ºC eingestellt. Nach dem Trocknungsschritt gewann man insgesamt 384 g trockenes Pulver zurück.

Beispiel 7

Durch das Verfahren von Beispiel 1 vermischte man 576,9 g hydrolysierten Cellulosenasskuchen, 250 g Tricalciumphosphat (Ksp = 2,07 · 10&supmin;³³), 29,5 g Carboxymethylcellulose von mittlerer Viskosität und 45 ml Wasser und ließ das Gemisch durch einen Doppelschneckenextruder laufen. Eine Dispersion des Produkts in Wasser wurde mit einem Mikroskop untersucht. Dabei zeigte sich, dass sowohl die Cellulose- als auch die Tricalciumphosphatteilchen kleiner als 1 um waren.

Beispiel 8

Durch das Verfahren von Beispiel 4 vermischte und mahlte man 1.730,8 g hydro- Iysierten Cellulosenasskuchen, 750 g Dicalciumphosphat (KSp = 1,55 · 10&supmin;&sup7;) und 80,64 g Carboxymethylcellulose von mittlerer Viskosität. Das Verhältnis der dieses Gemisch bildenden Feststoffe betrug 45 Teile Cellulose, 50 Teile Dicalciumphosphat und 5 Teile Carboxymethylcellulose. Die mikroskopische Untersuchung einer 2%igen Dispersion dieses Materials ergab, dass die mikrokristalline Cellulose praktisch zu 100% kolloidal war. Eine 8%ige Dispersion dieses Materials wurde unter den Bedingungen von Beispiel 1 sprühgetrocknet. Eine 1%ige Dispersion des sprühgetrockneten Pulvers in Wasser war stabil, aber eine 0,5%ige Dispersion wies einige Ablagerungen auf. Diese Ergebnisse sind im Wesentlichen die gleichen die diejenigen, die man mit dem Produkt von Beispiel 4 erhielt. Die Viskositäten der Dispersionen mit 1%, 2%, 3% und 4% Feststoffen entsprachen etwa der Hälfte der Dispersionen des in Beispiel 4 hergestellten Materials.

Beispiel 9

Durch das Verfahren von Beispiel 4 vermischte und mahlte man 576,9 g hydrolysierten Cellulosenasskuchen, 250 g Calciumsulfat (KSp = 4,93 · 10&supmin;&sup5;) und 26,9 g Carboxymethylcellulose von mittlerer Viskosität. Das Verhältnis der dieses Gemisch bildenden Feststoffe betrug 45 Teile Cellulose, 50 Teile Calciumsulfat und 5 Teile Carboxymethylcellulose. Nach Abschluss des Mahlens versuchte man ohne Erfolg, den ungetrockneten Nasskuchen zu dispergieren, weil die mikrokristalline Cellulose ausgeflockt war, vermutlich aufgrund der hohen Löslichkeitskonstante für Calciumsulfat.

Beispiel 10

In eine 9,461 (10 qt) Hobart-Mixschüssel gab man 1.153,83 g hydrolysierten Celluloseriasskuchen, 500 g Titandioxid und 53,76 g Carboxymethylcellulose mit mittlerer Viskosität. Das Verhältnis der dieses Gemisch bildenden Feststoffe war 45 Teile Cellulose, 50 Teile Titandioxid und 5 Teile Carboxymethylcellulose mit mittlerer Viskosität. Dieses Gemisch wurde gemischt, bis man eine homogene Masse erhielt. Dann ließ man es dreimal durch einen Doppelschneckenextruder laufen. Ein Teil (1.144,78 g) des gemahlenen Gemischs wurde in eine Kolloidmühle gefüllt, mit einem Lightnin'-Mixer gerührt, um die Zirkulation der Probe zu verbessern, und mit 7,355,22 g entionisiertem Wasser versetzt. Das Gemisch wurde 10 Minuten bei einer Rheostateinstellung von 60 gemahlen, wodurch man eine Dispersion mit 8% Feststoffen erhielt. Beim Abschluss des Mahlens wurde die Probe bei 17.236,9 kPa (2500 psi) homogenisiert und dann sprühgetrocknet. Der Einlass des Sprühtrockners war auf 210ºC und der Auslass auf 110ºC eingestellt. Eine Dispersion dieses Pulvers mit 0,5% Feststoffen in Wasser war völlig stabil.

Beispiel 11

Mit dem Verfahren von Beispiel 4 wurden 417,23 g hydrolysierter Cellulosenasskuchen, 180,8 g Talkum und 19,4 g Carboxymethylcellulose von mittlerer Viskosität vermischt und gemahlen. Das Verhältnis der dieses Gemisch ausmachenden Feststoffe war 45 Teile Cellulose, 50 Teile Talkum und 5 Teile Carboxymethylcellulose. Nach dem Sprühtrocknen durch das Verfahren von Beispiel 1 war eine wässrige 1%ige Dispersion des sprühgetrockneten Pulvers in Wasser stabil, eine 0,5%ige Dispersion jedoch nicht.

Beispiel 12

Mit dem Verfahren von Beispiel 4 wurden 1.153,8 g hydrolysierter Cellulosenasskuchen, 515,5 g Lactose (Löslichkeit in Wasser 27% bei 100ºC) und 53,8 g Carboxymethylcellulose von mittlerer Viskosität vermischt und gemahlen. Das Verhältnis der dieses Gemisch ausmachenden Feststoffe war 45 Teile Cellulose, 50 Teile Lactose und S Teile Carboxymethylcellulose. Eine Dispersion mit 7% Feststoffen wurde hergestellt, bei 17.236,9 kPa (2500 psi) homogenisiert und dann wie in Beispiel 1 sprühgetrocknet. Wenn man eine 1%ige Feststoffdispersion in Wasser herstellte, ließ sich das sprühgetrocknete Pulver sehr leicht dispergieren.

Beispiel 13

In einen 1200 ml Becher aus rostfreiem Stahl gab man 547,25 g handelsübliche Magermilch. Dazu gab man unter Rühren 2,75 g des in Beispiel 1 hergestellten Pulvers. Nach Abschluss des Mischens wurde das Gemisch in einem Wasserbad auf 79,4ºC (175ºF) erhitzt. Anschließend wurde das Gemisch in zwei Stufen homogenisiert - die erste Stufe bei 17.236,9 kPa (2500 psi) und die zweite Stufe bei 3.447,4 kPa (500 psi). Nach der Homogenisierung wurde die Milch in einem Kühlbad auf 4ºC (40ºF) abgekühlt. Bei Abschluss des Kühlens untersuchte man die Milch, um festzustellen, ob sich ein Niederschlag gebildet hatte. Nach einer Woche untersuchte man die Milch erneut, um das Ausmaß des beim Stehen gebildeten Niederschlags festzustellen. Die Ergebnisse der Beispiele 13A bis 13G sind in Tabelle 4 aufgeführt. Tabelle 4
a) Auf der Zunge wurde beim Kosten dieser verstärkten Magermilch eine leichte Trockenheit empfunden
Alle vorstehenden Formulierungen wurden als akzeptabel empfunden mit der möglichen Ausnahme von 13F, das grenzwertig akzeptabel war. Sie ergaben eine mit Calcium ergänzte Milch, die 40% mehr Calcium enthielt als die Ausgangsmagermilch.
Mit einem ähnlichen Verfahren stellte man eine verstärkte fettarme Milch her, indem man 0,25 Gew.-% der Zusammensetzung von Beispiel 4A und 0,016 Gew.- % Seakem® cm 611 Carragheen zu einer fettarmen Milch aus 96,45 Gew.-% Magermilch und 3,28 Gew.-% Sahne mit 38% Fett gab. Abgesehen von der Sahne basieren alle Gew.-% auf dem Gesamtgewicht der verstärkten fettarmen Milch. Diese fettarme Milch stellte zusätzlich 120 mg Calcium pro Portion von 240 ml zur Verfügung.

Beispiel 14

Zu 375,96 g Wasser in einem großen Becher aus rostfreiem Stahl gab man 2,25 g des in Beispiel 1 hergestellten hydrolysierten Cellulosenasskuchens (45 Teile), Calciumcarbonat (50 Teile) und Carboxymethylcellulose mittlerer Viskosität (5 Teile). Die mikrokristalline Cellulose wurde 10 Minuten mit einem Lightnin'- Mixer dispergiert. Nach Abschluss des Dispergierens wurde eine Trockenmischung aus 0,515 g Vitaminen und Mineralen (Premix®), 3,55 g Sojaproteinisolat und 0,075 g Carragheen (Viscarin® GP 209) zu der Dispersion gegeben, die dann 30 Minuten vermischt wurde. Schließlich gab man 12,5 g Maisöl, 43 g Maissirupfeststoffe (24DE), 33 g Saccharosegranulat, 16,5 g Magermilchpulver, jeweils 3 g roten Kakao und natürlichen Kakao, 1,5 g Kaliumcitrat, 1,4 g Sojalecithin, 1,25 Vanillearoma, 1,15 g Kaliumchlorid, 1 5 Dikaliumphosphat und 0,35 g Natriumchlorid zu dem Gemisch und rührte es fünf Minuten. Dann wurde das Gemisch in einer Hochtemperatur-Schnellpasteurisierungsanlage 3 Sekunden bei 79,4ºC (175ºF) pasteurisiert. Nach dem Pasteurisieren wurde das Gemisch in zwei Stufen homogenisiert, nämlich bei 20.684 und 3,447,4 kPa (3000 und 500 psi). Nach dem Abkühlen wurde das Gemisch in Flaschen gefüllt und mindestens 16 Stunden stehen gelassen, ehe man es durch Augenschein untersuchte. Die Viskosität wurde bei 5ºC (41ºF) mit einem bei 60 U/min betriebenen Brookfield LVF Viskosimeter mit einer Spindel Nr. 1 gemessen. Nachdem man die Probe 72 Stunden hatte ruhig stehen lassen, wurde sie geschüttelt, durch Augenschein untersucht und die Viskosität erneut gemessen. Die Formeln für die als Beispiel 14A, 14B und 14C bezeichneten drei Produkte sind in Tabelle 5 aufgeführt. Tabelle 5
a) Produkt von Beispiel 1
b) Avicel® CL-611, FMC Corporation, Philadelphia, PA 19103
c) Viscarin® GP 209, FMC Corporation, Philadelphia, PA 19103
Tabelle 6 zeigt die Eigenschaften der Beispiele 14A, 14B und 14C. Tabelle 6
a) Gemessen mit einer bei 60 U/min betriebenen Spindel Nr. 2
Beispiel 14A ergab ein sehr annehmbares Produkt mit vorteilhafter Viskosität und einem minimalen Niederschlag, der sich durch Schütteln leicht wieder dispergieren ließ. Beispiel 14B war aufgrund der größeren MCC-Menge zu viskos. Beispiel 14C war wesentlich weniger zufriedenstellend, und es war sowohl nach 16 als auch nach 72 Stunden starkes Absetzen zu beobachten. Dieses Beispiel zeigt, dass die Zusammensetzung effektiv in als Nahrungsmittel eingesetzten Getränken ist. Ferner zeigt es die Verbesserung gegenüber Dispersionen, die mit Avicel® CL- 611 Cellulose hergestellt wurden.

Beispiel 15

In einen mit einem Lightnin'-Mixer gerührten Behälter gab man 2.692,4 g Magermilch und 400 g Sahne. Dieses Gemisch wurde etwa 5 Minuten gemixt, ehe man eine Trockenmischung aus 266,8 g Magermilchpulver, 400 g Zucker, 210 g Maisölfeststoffe (42DE), 16 g Pulver aus gemahlenem hydrolysiertem Cellulosenasskuchen/Calciumcarbonat/Carboxymethylcellulose (Beispiel 1), 0,8 g Carragheen (Lactarin® IC 1222, vertrieben von der FMC Corporation), 4 g Carboxymethylcellulose (Aqualon® H7F, vertrieben von Hercules Incorporated) dazugab. Dann gab man 10 g Emulgator (Tandem 100K, ein 80 : 20 Gemisch aus Mono-, Diglyceriden: Polysorbat 80, vertrieben von der Witco Corporation) in den Strudel des Mixers und mischte 30 Minuten, um den Kautschuk vollständig zu hydratisiereri. Nach Abschluss des Mixens wurde das Gemisch in einem Hochtemperatur-Schnellpasteurisierungsverfahren unter Verwendung einer Cherry- Burrel Ultra High Temperatur-Anlage, die zwei Minuten bei 76,7ºC (170ºF) betrieben wurde, pasteurisiert. Nach dem Pasteurisieren wurde das Gemisch unter Verwendung eines APV Gaulin Homogenisators homogenisiert, wobei die erste Stufe bei 13,789,5 und die zweite bei 3.447,4 kPa (2000 und 500 psi) betrieben wurde. Nach Abschluss der Homogenisierung wurde das Gemisch über Nacht abgekühlt und in einem Kühlschrank bei 1,7 bis 4, 4ºC (35-40ºF) gealtert. Zu einer Trennung des Gemischs kam es nicht. Am nächsten Tag gab man 37,9 g Vanillearoma zu, wobei man mit einem Holzlöffel leicht rührte, um zu verhindern, dass Luft in das Gemisch gelangte, ehe dieses in einem kontinuierlichen Gefriergerät von Taylor gefroren wurde. Vor dem Gefrieren wurde außerdem die Viskosität von 400 ml des Gemischs unter Verwendung eines Brookfleld LVF Viskosimeters mit 310 cps bestimmt. Eine zweite Messung der Viskosität von 43 Sekunden wurde unter Verwendung eines #2-Zahn-Bechers vorgenommen. Der Überlauf der gefrorenen Nachspeise betrug 65%, und das Standardschmelzverhalten ergab eine Schmelze von 68 ml. Ein Geschmackstest zeigte, dass die Eiscreme ähnliche Ergebnisse hatte wie Avicel® RC-581, das derzeit industriell als Stabilisierungsmittel in Eiscreme mit geringem Fettanteil eingesetzt wird, aber zusätzlich Calcium enthielt.

Beispiel 16

Wie sich zeigte, standen die Mengen der kolloidalen Substanzen in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen im Zusammenhang mit der Gesamtmenge der Cellulose und Carboxymethylcellulose, die gemäß dem gravimetrischen Verfahren von Beispiel 3 vorhanden war. Die Größe der Celluloseteilchen in der Zusammensetzung wurde durch Laserlichtstreuungsverfahren unter Verwendung eines Horiba LA-910 Analysegeräts für Teilchengrößenverteilung bestimmt. Die Größenverteilung des reinen Calciumcarbonats wurde analysiert und ergab eine normale Größenverteilung. Die Analyse von hydrolysiertem Cellulosenasskuchen /Calciumcarbonat/Carboxymethylcellulose ergab eine Verteilung, die der von Calciumcarbonat allein nahezu identisch war, was dafür spricht, dass die relativ großen Teilchen des Calciumcarbonats die Analyse dominieren und kleinere Teilchen nahezu vollständig verstecken. Um diese Wirkung zu umgehen, wurde die in Beispiel 1 hergestellte Pulverdispersion bei 8000 U/min 15 Minuten zentrifugiert. Der Überstand wurde entfernt und durch Lichtstreuung analysiert. Die Ergebnisse dieser Analyse zeigten, dass 100% der Teilchen kleiner als 0,7 um und etwa 90 % Meiner als 0,3 um waren. Der Bereich betrug 0,1 bis 0,7 um, wobei die Durchschnittsgröße leicht unter 0,3 um lag. Zwei kommerzielle Produkte wurden durch das gravimetrische und das Lichtstreuungsverfahren in Kombination mit Zentrifugieren auf die gleiche Weise analysiert. Ein Vergleich der Ergebnisse dieser drei Analysen ist in Tabelle 7 zu sehen. Tabelle 7
a) Avicel® RC-581, FMC Corporation, Philadelphia, PA 19103
b) Avicel® CL-611, FMC Corporation, Philadelphia, PA 19103
c) Prozent kolloidales Material, bestimmt nach dem Verfahren von Bsp. 3
d) Bezogen auf die Gesamtprobe aus Cellulose + Carboxymethylcellulose
e) Nicht zugreffend wegen der Gegenwart von 50% Calciumcarbonat
Avicel® CL-611 Cellulose ist eines der am stärksten kolloidalen mikrokristallinen Cellulosematerialien, die derzeit im Handel erhältlich sind. Dennoch liegen nur etwa 67 bis 68% dieses Materials in dem Größenbereich, wo nahezu 100% des erfindungsgemäßen Materials zu finden sind. Darüber hinaus ist die mittlere Teilchengröße der Avicel® CL-611 Cellulose signifikant größer als in der Erfindung. Avicel® RC-581 Cellulose hat eine noch größere mittlere Teilchengröße und einen geringeren Kolloidgehalt als Avicel® CL-611 Cellulose.

Beispiel 17

Ein kleiner Becher, der 30 g Propylenglycol enthielt, wurde auf 50ºC erwärmt und mit einem Lightnin'-Mixer gerührt, um 1 g Methylparaben und 0,1 g Propylparaben aufzulösen. Als das Mischen abgeschlossen war, wurde diese Lösung zu 400 entionisiertem Wasser in einer 21 Mischschüssel gegeben. Nach dem vollständigen Vermischen gab man 200 g einer 70%igen Sorbitlösung (USP) und 1,6 g Natriumsaccharin (USP) zu der wässrigen Lösung und mischte, bis sie vollständig gelöst waren. Als nächstes setzte man 100 g Pulver aus gemeinsam verarbeiteter mikrokristalliner Cellulose/Calciumcarbonat/Carboxymethylcellulose wie in Beispiel 4 beschrieben zu und dispergierte es mit einem Scott Turbon Mixer, der 10 Minuten bei 2000 U/min betrieben wurde. Ausreichend entionisiertes Wasser wurde zugesetzt, um das Gesamtvolumen dieser Dispersion auf 1 Liter zu bringen. Dann wurde die Suspension gemischt, bis sie gleichmäßig war. Diese ansprechende Suspension war gießfähig und hatte eine durch ein bei 6 U/min betriebenen Carrimed Rheometer gemessene Viskosität von 120 cps. Die Suspension schien anfänglich stabil zu sein und blieb auch nach einer Lagerzeit von drei Monaten bei 4, 25, 30 und 40ºC stabil. Ein 10 ml-Portion dieser Antazidsuspension konnte 11,5 Milliäquivalent Säure neutralisieren.

Beispiel 18

Ein kleiner Becher, der 15 g Propylenglycol enthielt, wurde auf 50ºC erwärmt und mit einem Lightnin'-Mixer gerührt, um 0,5 g Methylparaben und 0,05 g Propylparaben aufzulösen. Als das Mischen abgeschlossen war, wurde diese Lösung zu 200 g entionisiertem Wasser in einer 1 l Mischschüssel gegeben. Nach dem vollständigen Mischen gab man 100 g einer 70%igen Sorbitlösung (USP) und 0,8 g Natriumsaccharin (USP) zu der wässrigen Lösung und mischte, bis sie vollständig gelöst waren. Als nächstes setzte man 75 g Pulver aus gemeinsam verarbeiteter mikrokristalliner Cellulose/Calciumcarbonat/Carboxymethylcellulose wie in Beispiel 4 beschrieben zu und dispergierte es 10 Minuten mit einem Lightnin'- Mixer. Ausreichend entionisiertes Wasser wurde zugesetzt, um das Gesamtvolumen dieser Dispersion auf 0,5 Liter zu bringen. Dann wurde die Suspension gemischt, bis sie gleichmäßig war und wie Schlagsahne aussah. Zu 5 ml dieser geschlagenen Suspension gab man 160 mg Acetamiriophen. Die Bestandteile wurden gründlich gemischt, so dass eine löffelbare geschlagene cremige Acetaminophensuspension entstand.

Claims

1. Ultrafeine geriebene mikrokristalline Cellulosezusammensetzung, umfassend mikrokristalline Celluloseteilchen, von denen 80 bis 100% eine Teilchengröße von nicht mehr als 1 um aufweisen, einen Reibehilfsstoff, bei dem es sich um ein ionisches Material mit einem wässrigen KSP von gleich oder weniger als 1 · 10&supmin;&sup7; oder ein pulverisiertes oder granulatförmiges Material mit einer Wasserlöslichkeit von gleich oder weniger als 40% bei 100ºC handelt, und wahlweise ein Schutzkolloid.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der das Gewichtsverhältnis der mikrokristallinen Cellulose zum Reibehilfsstoff im Bereich von 85 : 15 bis 30 : 70 liegt und das Gewichtsverhältnis der mikrokristallinen Cellulose zum Schutzkolloid (sofern vorhanden) im Bereich von 95 : 5 bis 70 : 30 liegt.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der der Reibehilfsstoff aus der aus Calciumcarbonat, Titandioxid, Tricalciumphosphat, Dicalciumphosphat, Siliciumdioxid, Talkum und Lactose bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der ein Schutzkolloid verwendet wird.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der mindestens 90% der mikrokristallinen Cellulose eine Teilchengröße von nicht mehr als 0,75 um haben.

6. Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der die mittlere Teilchengröße der mikrokristallinen Cellulose im Bereich von 0,1 bis 0,7 um liegt.

7. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der es sich um den getrockneten Rückstand einer Suspension aus mikrokristalliner Cellulose, einen aus der aus Calciumcarbonat, Titandioxid, Tricalciumphosphat, Dicalciumphosphat, Talkum und Lactose bestehenden Gruppe ausgewählten Reibehilfsstoff und ein aus der aus Carboxymethylcellulose und Pectin bestehenden Gruppe ausgewähltes Schutzkolloid handelt.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der die Teilchengröße der mikrokristallinen Celluloseteilchen durch Nassmahlen eines nassen Kuchens von mikrokristalliner Cellulose mit hohem Feststoffanteil in Gegenwart des Reibehilfsstoffs erzeugt wird.

9. Zusammensetzung nach Anspruch 8, in der die Teilchengröße der mikrokristallinen Celluloseteilchen durch Nassmahlen eines nassen Kuchens mikrokristalliner Cellulose mit hohem Feststoffanteil in Gegenwart des Reibehilfsstoffs erzeugt wird.

10. Verfahren zur Herstellung einer ultrafeinen mikrokristallinen Cellulosezusammensetzung, umfassend

(a) das Vermischen ungeriebener mikrokristalliner Cellulose, eines Reibehilfsstoffs, bei dem es sich um ein ionisches Material mit einem wässrigen Ksp von gleich oder weniger als 1 · 10&supmin;&sup7; oder ein pulverisiertes oder granulatförmiges Material mit einer Wasserlöslichkeit von gleich oder weniger als 40% bei 100ºC handelt, und ggfs. eines Schutzkolloids, in der der durch die mikrokristalline Cellulose und das Reibemittel dargestellte Feststoffgehalt im Bereich von 30 bis 80 Gew.-% der Mischung liegt, das Gewichtsverhältnis von mikrokristalliner Cellulose zum Reibemittel im Bereich von 85 : 15 bis 30 : 70 liegt und das Gewichtsverhältnis von mikrokristalliner Cellulose zum Schutzkolloid (sofern verwendet) im Bereich von 95 : 5 bis 70 : 30 liegt.

(b) Nassmahlen der Mischung mit hoher Scherung für einen Zeitraum und mit Scherkräften, die ausreichen, um die mikrokristalline Cellulose auf eine Teilchengröße zu zerkleinern, in der 80 bis 100% der vorhandenen mikrokristallinen Cellulose eine Teilchengröße von nicht mehr als 1 um aufweisen, und

(c) Rückgewinnung der resultierenden ultrafeinen mikrokristallinen Cellulosezusammensetzung.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Reibemittel aus der aus Calciumcarbonat, Titandioxid, Tricalciumphosphat, Dicalciumphosphat, Siliciumdioxid, Talkum und Lactose bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem ein Schutzkolloid verwendet wird.

13. Mit Calcium verstärktes Lebensmittelprodukt, das eine Dispersion eines in einer stabilisierenden Menge der Zusammensetzung von Anspruch 1 suspendierten Nährstoffs umfasst.

14. Produkt von Anspruch 13, das eine therapeutische oder ergänzende Menge an Vitaminen, Mineralien oder beiden enthält.

15. Mit Calcium verstärktes Milchprodukt, wobei das Milchprodukt mit der Zusammensetzung von Anspruch 1 stabilisiert ist.

16. Zusammensetzung nach Anspruch 15, in der das Milchprodukt Milch mit verringertem Fettgehalt ist.

17. Lebensmittelprodukt, das eine mit der Zusammensetzung von Anspruch 1 stabilisierte gefrorene Nachspeise umfasst.

18. Flüssige Zusammensetzung, die die Zusammensetzung von Anspruch 1 in einer Mischung mit Wasser und einer biologisch wirksamen Menge einer im wesentlichen wasserunlöslichen pharmazeutischen Substanz umfasst.

19. Ultrafeine geriebene mikrokristalline Cellulosezusammensetzung von Anspruch 1, umfassend mikrokristalline Celluloseteilchen, die im dispergierten Zustand eine solche Teilchengrößenverteilung haben, dass mindestens 95% der mikrokristallinen Cellulose eine Teilchengröße von nicht mehr als 0,7 um aufweisen und kolloidal stabil sind.

20. Gießbare wässrige Suspension, umfassend die Zusammensetzung von Anspruch 1 in Mischung mit einem oder mehreren zusätzlichen aus der aus einem Alkylglykol, einem Alkylparaben, Sorbit, Saccharin und einer Mischung davon bestehenden Gruppe ausgewählten Bestandteilen.

21. Löffelbare geschlagene Suspension mit dem Aussehen, der Struktur und der Konsistenz von Schlagsahne, umfassend die Zusammensetzung von Anspruch 1 in Mischung mit einem oder mehreren zusätzlichen aus der aus einem Alkylglykol, einem Alkylparaben, Sorbit, Saccharin und einer Mischung davon bestehenden Gruppe ausgewählten Bestandteilen.