PL214692B1 - Preparat zawierajacy celuloze bakteryjna i sposób jego wytwarzania - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy preparatu zawierającego celulozę bakteryjną i sposobu jego wytwarzania.

Celuloza bakteryjna to szeroka kategoria polisacharydów wykazujących wysoce pożądane właściwości, pomimo że takie związki mają zasadniczo taką samą budowę chemiczną jak celulozy pochodzące z materiału roślinnego. Jednakże takie polisacharydy, których źródło, jak na to wskazuje nazwa, ma charakter bakteryjny (są one wytwarzane zazwyczaj przez drobnoustroje z gatunku Acetobacter), otrzymuje się w wyniku fermentacji, oczyszczania i wyodrębniania. Takie związki, celulozy bakteryjne, składają się z bardzo drobnych włókien celulozowych o wielce unikalnych wymiarach i proporcjach (każde o średnicy około 40 - 100 nm i długości 0,1 - 15 μm) w postaci wiązki (o średnicy średnio 0,1 - 0,2 μm). Taka struktura splątanej wiązki tworzy strukturę sieciową, co ułatwia pęcznieni e w roztworze wodnym i tworzenie w ten sposób doskonałych trójwymiarowych sieci. Trójwymiarowe struktury zapewniają odpowiednią i pożądaną modyfikację lepkości, jak również zdolność tworzenia suspensji dzięki tworzeniu systemu z granicą plastyczności w docelowej cieczy, a także doskonałą lepkość objętościową. Taki efekt pozwala więc na wysoce skuteczne tworzenie zawiesin materiałów (takich jak produkty spożywcze, jako jeden z przykładów), które wykazują skłonność do wytrącania się z czasem z roztworu, zwłaszcza z roztworów wodnych. Ponadto takie preparaty celulozy bakteryjnej ułatwiają zapobieganie osiadaniu i rozwarstwianiu się ciekłych produktów żywnościowych do szybkiego przygotowywania (czyli zup, napojów czekoladowych, jogurtu, soków, produktów mlecznych, kakao itp.), choć wymaga to zużytkowania stosunkowo dużych ilości energii na mieszanie lub ogrzewanie, aby wstępnie osiągnąć żądany poziom utworzenia suspensji dla takich produktów spożywczych.

Otrzymane włókna (a zatem wiązki) są nierozpuszczalne w wodzie i z uwagi na wspomniane powyżej zdolności wykazują właściwości zagęszczania poliolu i wody. Jeden z konkretnych typów celulozy bakteryjnej, celuloza mikrofibrylowana, jest zazwyczaj dostarczana w stanie nienaładowanym i wykazuje zdolność do asocjacji bez jakichkolwiek dodatkowych oddziaływań. Jednakże stwierdzono, że bez takich dalszych dodatków wywołujących zagęszczanie lub innego typu modyfikację lepkości powstałe układy same będą wykazywać wysoki stopień niestabilności, zwłaszcza w okresach odpowiadających typowym wymogom przechowywania produktów spożywczych. W rezultacie do produktów z celulozą bakteryjną wprowadzano, drogą adsorpcji na jej włóknach, pewne współśrodki, takie jak karboksymetyloceluloza (KMC), znana również jako guma celulozowa, a następnie prowadzono suszenie rozpryskowe (bez jakichkolwiek etapów współstrącania) w celu zapewnienia stabilizacji i polepszenia dyspersji, najprawdopodobniej dzięki obecności ujemnych ładunków na KMC, przenoszonych na same włókna celulozy bakteryjnej. Wydaje się, że takie ładunki zapewniają zdolność do odpychania, co zapobiega relaksacji wiązek włókien w utworzonej sieci. Nawet przy takiej możliwości wiadomo było, że dobór właściwej KMC znacznie wpływa na uzyskane właściwości reologicznych docelowej celulozy bakteryjnej z uwagi na wrażliwość na sole i kwasy pewnych produktów KMC. W związku z tym, choć w przeszłości osiągano poprawę w wykorzystaniu celulozy bakteryjnej przez dodawanie takiej KMC, trzeba było zachować znaczną ostrożność w celu zapewnienia właściwego poziomu pH i warunków dotyczących soli dla całego preparatu. Z tego względu dalsza poprawa umożliwiająca większą niezawodność przy stosowaniu celulozy bakteryjnej w niezliczonych zastosowaniach ma duże znaczenie dla celów przemysłowych.

Ponadto, choć takie celulozy bakteryjne są wysoce interesujące i ważne dla zapewnienia skutecznych modyfikacji właściwości reologicznych produktów spożywczych na bazie cieczy, z wyżej podanych względów okazało się, że koszty związane z wytwarzaniem takich materiałów celulozowych są bardzo wysokie, zwłaszcza w związku z niezbędnymi nakładami pracy i kwestią odpadów. Przy fermentacji takich materiałów początkowo otrzymuje się bardzo małe ilości. Zazwyczaj produkcyjne metody oczyszczania i wyodrębniania takich celulozowych materiałów bakteryjnych polegają na uciążliwej serii etapów po zakończeniu fermentacji, prowadzonej w celu otrzymania wilgotnego placka z ilością produktu w postaci celulozy bakteryjnej wystarczającą z punktu widzenia wydajności początkowej fermentacji. Prowadzone następnie suszenie rozpryskowe może również wpływać na ostateczną wydajność odzysku celulozy bakteryjnej podczas wytwarzania proszku.

Takie dodatkowe etapy są nie tylko pracochłonne i energochłonne, ale również powodują powstawanie dużych ilości ścieków wodnych i materiałów odpadowych, które wymagają po zbywania się ich i manipulacji nimi. Zatem okazało się, że koszty produkcji celulozy bakteryjnej (zwłaszcza celulozy mikrofibrylowanej) są nadmiernie wysokie w porównaniu z produkcją innych gum, co ogranicza wykorzystanie takiego produktu w pewnych pożądanych zastosowaniach końcowych. Dotychczas nie opraPL 214 692 B1 cowano skutecznego sposobu, który rozwiązałby te problemy, nie wspominając o sposobie, który ostatecznie zapewniłby celulozowy materiał bakteryjny wykazujący pewne ulepszone właściwości w docelowych zastosowaniach, w porównaniu z materiałami otrzymanymi wyżej wspomnianym tradycyjnym sposobem produkcji.

Wynalazek dotyczy preparatu zawierającego celulozę bakteryjną, który zawiera siatkę włókien z celulozy bakteryjnej, które są co najmniej częściowo powlekane polimerycznym zagęstnikiem wybranym z grupy obejmującej naładowany eter celulozy lub środek strącający lub dowolne ich mieszaniny, przy czym ten preparat jest współstrącany z użyciem niewodnej cieczy mieszającej się z wodą i wykazuje zdolność nadawania lepkości 0,3 Pa^s (300 cP) i zmierzoną granicę plastyczności 0,1 Pa ₂ (1,0 dyn/cm²) po wprowadzeniu w ilości co najwyżej 0,36% wag. do próbki 500 ml wody i po zastoso₂ waniu co najwyżej 2 przejść pod ciśnieniem 1,034 MPa (1500 funtów/cal²) w homogenizatorze ekstensjonalnym.

Korzystny jest preparat, który jako polimeryczny zagęstnik zawiera naładowany eter celulozy.

Korzystny jest preparat, w którym stosuje się naładowany eter celulozy wybrany z grupy obejmującej sól sodową karboksymetylocelulozy, kationową hydroksyetylocelulozę i dowolne ich mieszaniny.

Korzystny jest preparat, który jako polimeryczny zagęstnik zawiera środek strącający.

Korzystny jest preparat, w którym stosuje się środek strącający wybrany z grupy obejmującej produkt ksantanowy, pektynę, alginiany, gumę gellan, gumę welan, gumę ramsan, karagen, gumę guar, agar, gumę arabską, gumę ghatti, gumę karaja, gumę tragakantową, gumę z tamaryndowca, gumę ze strąków grochodrzewu i dowolne ich mieszaniny.

Korzystny jest preparat, który jako celulozowy produkt bakteryjny zawiera celulozę mikrofibrylowaną.

Korzystny jest preparat, który zawiera zarówno naładowany eter celulozy, jak i środek strącający.

Korzystny jest preparat, który zawiera środek strącający wybrany z grupy obejmującej produkt ksantanowy, pektynę, alginiany, gumę gellan, gumę welan, gumę diutan, gumę ramsan, karagen, gumę guar, agar, gumę arabską, gumę ghatti, gumę karaja, gumę tragakantową, gumę z tamaryndowca, gumę ze strąków grochodrzewu i dowolne ich mieszaniny.

Korzystny jest preparat, który jako naładowany eter celulozy zawiera sól sodową karboksymetylocelulozy.

Korzystny jest preparat, który zawiera środek strącający wybrany z grupy obejmującej ksantan, pektynę, gumę diutan i dowolne ich mieszaniny.

Korzystny jest preparat, który jako środek strącający zawiera ksantan.

Korzystny jest preparat, który jako środek strącający zawiera pektynę.

Korzystny jest preparat, który jako środek strącający zawiera gumę diutan.

Korzystny jest preparat, który jako środek strącający zawiera ksantan.

Korzystny jest preparat, który jako środek strącający zawiera pektynę.

Korzystny jest preparat, który jako środek strącający zawiera gumę diutan.

Wynalazek dotyczy także sposobu wytwarzania preparatu zawierającego celulozę bakteryjną zdefiniowanego powyżej który to sposób obejmuje etapy, w których

a) dostarcza się celulozowy produkt bakteryjny, zawierający siatkę włókien z celulozy bakteryjnej;

b) ewentualnie poddaje się lizie komórki bakteryjne w celulozowym produkcie bakteryjnym;

c) miesza się ten celulozowy produkt bakteryjny z etapu „a lub „b z polimerycznym zagęstnikiem wybranym z grupy obejmującej naładowany eter celulozy, środek strącający i dowolne ich połączenie, z wytworzeniem powłoki polimerycznego zagęstnika na co najmniej części powierzchni tego celulozowego produktu bakteryjnego; oraz

d) współstrąca się mieszaninę z etapu „c z użyciem niewodnej cieczy mieszającej się z wodą, z odzyskaniem powlekanego celulozowego produktu bakteryjnego.

Korzystny jest sposób, w którym jako polimeryczny zagęstnik w etapie „c stosuje się naładowany eter celulozy.

Korzystny jest sposób, w którym stosuje się naładowany eter celulozy wybrany z grupy obejmującej sól sodową karboksymetylocelulozy, kationową hydroksyetylocelulozę i dowolne ich mieszaniny.

Korzystny jest sposób, w którym jako polimeryczny zagęstnik w etapie „c stosuje się środek strącający.

Korzystny jest sposób, w którym stosuje się środek strącający wybrany z grupy obejmującej produkt ksantanowy, pektynę, alginiany, gumę gellan, gumę welan, gumę diutan, gumę ramsan, kara4

PL 214 692 B1 gen, gumę guar, agar, gumę arabską, gumę ghatti, gumę karaja, gumę tragakantową, gumę z tamaryndowca, gumę ze strąków grochodrzewu i dowolne ich mieszaniny.

Korzystny jest sposób, w którym jako celulozowy produkt bakteryjny stosuje się celulozę mikrofibrylowaną.

Korzystny jest sposób, w którym jako polimeryczny zagęstnik w etapie „c stosuje się naładowany eter celulozy.

Korzystny jest sposób, w którym stosuje się naładowany eter celulozy wybrany z grupy obejmującej sól sodową karboksymetylocelulozy, kationową hydroksyetylocelulozę i dowolne ich mieszaniny.

Korzystny jest sposób, w którym jako polimeryczny zagęstnik w etapie „c stosuje się środek strącający.

Korzystny jest sposób, w którym stosuje się środek strącający wybrany z grupy obejmującej produkt ksantanowy, pektynę, alginiany, gumę gellan, gumę diutan, gumę welan, gumę ramsan, karagen, gumę guar, agar, gumę arabską, gumę ghatti, gumę karaja, gumę tragakantową, gumę z tamaryndowca, gumę ze strąków grochodrzewu i dowolne ich mieszaniny.

Korzystny jest sposób, w którym stosuje się środek strącający wybrany z grupy obejmującej ksantan, pektynę, gumę diutan i dowolne ich mieszaniny.

Wynalazek dotyczy również sposobu wytwarzania preparatu zawierającego celulozę bakteryjną zdefiniowanego powyżej, który to sposób obejmuje etapy, w których

a) dostarcza się celulozowy produkt bakteryjny, zawierający siatkę włókien z celulozy bakteryjnej;

b) ewentualnie poddaje się lizie komórki bakteryjne w celulozowym produkcie bakteryjnym;

c) miesza się ten powstały celulozowy produkt bakteryjny z etapu „a lub „b z środkiem strącającym wybranym z grupy obejmującej produkt ksantanowy, pektynę, alginiany, gumę gellan, gumę welan, gumę diutan, gumę ramsan, karagen, gumę guar, agar, gumę arabską, gumę ghatti, gumę karaja, gumę tragakantową, gumę z tamaryndowca, gumę ze strąków grochodrzewu i dowolne ich mieszaniny, z wytworzeniem powłoki środka strącającego na co najmniej części powierzchni tego celulozowego produktu bakteryjnego; oraz

d) współstrąca się mieszaninę z etapu „c z użyciem niewodnej cieczy mieszającej się z wodą, z odzyskaniem powlekanego celulozowego produktu bakteryjnego.

Korzystny jest sposób, w którym stosuje się środek strącający wybrany z grupy obejmującej ksantan, pektynę, gumę diutan i dowolne ich mieszaniny.

Wynalazek dotyczy ponadto sposobu wytwarzania preparatu zawierającego celulozę bakteryjną zdefiniowanego powyżej, który to sposób obejmuje etapy, w których

a) dostarcza się celulozowy produkt bakteryjny, zawierający siatkę włókien z celulozy bakteryjnej;

b) miesza się ten celulozowy produkt bakteryjny z środkiem strącającym wybranym z grupy obejmującej produkt ksantanowy, pektynę, alginiany, gumę gellan, gumę welan, gumę diutan, gumę ramsan, karagen, gumę guar, agar, gumę arabską, gumę ghatti, gumę karaja, gumę tragakantową, gumę z tamaryndowca, gumę ze strąków grochodrzewu i dowolne ich mieszaniny z wytworzeniem powłoki środka strącającego na co najmniej części powierzchni tego celulozowego produktu bakteryjnego; oraz;

c) współlizuje się mieszaninę z etapu „b w celu usunięcia z niej komórek bakteryjnych; oraz

d) współstrąca się mieszaninę z etapu „c z użyciem niewodnej cieczy mieszającej się z wodą, z odzyskaniem powlekanego celulozowego produktu bakteryjnego.

Korzystny jest sposób, w którym stosuje się środek strącający wybrany z grupy obejmującej ksantan, pektynę, gumę diutan i dowolne ich mieszaniny.

Tak więc wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania preparatu zawierającego celulozę bakteryjną, obejmującego etapy, w których a) dostarcza się celulozowy produkt bakteryjny na drodze fermentacji; b) ewentualnie poddaje się lizie komórki bakteryjne w otrzymanym celulozowym produkcie bakteryjnym; c) miesza się otrzymany celulozowy produkt bakteryjny z etapu „a lub „b z polimerycznym zagęstnikiem wybranym z grupy obejmującej co najmniej jeden naładowany eter celulozy, co najmniej jeden środek strącający i dowolne ich połączenie; oraz d) mieszaninę z etapu „c poddaje się współstrącaniu z użyciem niewodnej cieczy mieszającej się z wodą (jednym z nieograniczających wynalazku jej przykładów jest alkohol). Możliwym do stosowania naładowanym eterem celulozy z etapu „c jest związek stosowany do dyspergowania i stabilizowania sieci w końcowych kompozycjach, do których dodaje się taki preparat zawierający celulozę bakteryjną. Naładowane związki sprzyjają, jak to wspomniano powyżej, zdolności tworzenia wymaganej siatki włókien dzięki wzajemnemu odpychaniu się przez poszczególne włókna. Możliwym do stosowania środkiem strącającym z etapu „c jest zwiąPL 214 692 B1 zek stosowany do zachowania funkcjonalności siatki włókien z celulozy bakteryjnej podczas suszenia i mielenia. Przykładami takich naładowanych eterów celulozy są takie związki na bazie celulozy, które jako całość są naładowane dodatnio lub ujemnie, w tym, lecz nie wyłącznie, wszelkie sole sodowe karboksymetylocelulozy (KMC), kationowe hydroksyetylocelulozy itp. Środek strącający (suszący) jest wybrany z grupy naturalnych i/lub syntetycznych produktów obejmujących, bez ograniczenia, produkty ksantanowe, pektynę, alginiany, gumę gellan, gumę welan, gumę diutan, gumę ramsan, karagen, gumę guar, agar, gumę arabską, gumę ghatti, gumę karaja, gumę tragakantową, gumę z tamaryndowca, gumę ze strąków grochodrzewu itp. Korzystnie, choć nie jest to konieczne, z powodów związanych ze zdolnością do reaktywacji celulozy bakteryjnej po suszeniu rozpryskowym i przed wprowadzeniem do docelowej cieczy, w celu zmodyfikowania jej reologicznie, dodaje się środek strącający (suszący). Zatem kolejny konkretny sposób objęty zakresem wynalazku obejmuje etapy, w których a) dostarcza się celulozowy produkt bakteryjny na drodze fermentacji; b) ewentualnie poddaje się lizie komórki bakteryjne w otrzymanym celulozowym produkcie bakteryjnym; c) miesza się otrzymany celulozowy produkt bakteryjny z etapu „a lub „b z biogumą (gdy wprowadza się ją jako brzeczkę fermentacyjną, to korzystnie z już zlizowanymi komórkami bakteryjnymi); oraz d) współstrąca się mieszaninę z etapu „c niewodną cieczą mieszającą się z wodą. Alternatywnie, taki konkretny sposób może obejmować etapy, w których a) dostarcza się celulozowy produkt bakteryjny na drodze fermentacji; b) miesza się ten celulozowy produkt bakteryjny z biogumą; c) współlizuje się mieszaninę z etapu „b w celu usunięcia z niej komórek bakteryjnych; oraz d) współstrąca się mieszaninę z etapu „c z użyciem niewodnej cieczy mieszającej się z wodą. Otrzymany współstrącony produkt będzie miał postać placka filtracyjnego, który można następnie wysuszyć i otrzymane w ten sposób cząstki można potem zemleć do otrzymania cząstek żądanej wielkości. Ponadto w przypadku pewnych zastosowań te cząstki można następnie zmieszać z innym hydrokoloidem, takim jak karboksymetyloceluloza (KMC), dla nadania pewnych właściwości. Dodatkowo produkt według tej postaci wynalazku można określić jako preparat zawierający celulozę bakteryjną obejmujący co najmniej jeden celulozowy materiał bakteryjny i co najmniej jeden polimeryczny zagęstnik wybrany z grupy obejmującej co najmniej jeden naładowany eter celulozy, co najmniej jeden środek strącający wybrany z grupy obejmującej produkty ksantanowe, pektynę, alginiany, gumę gellan, gumę welan, gumę diutan, gumę ramsan, karagen, gumę guar, agar, gumę arabską, gumę ghatti, gumę karaja, gumę tragakantową, gumę z tamaryndowca, gumę ze strąków grochodrzewu itp. oraz dowolne ich mieszaniny, przy czym taki preparat wykazuje zdolność nadania lepkości co najmniej 0,3 Pa^s (300 cP) i zmierzoną granicę plastyczności ₂

0,1 Pa (1,0 dyn/cm²) po wprowadzeniu w ilości co najwyżej 0,36% wag. do 500 ml próbki wody i po ₂ zastosowaniu co najwyżej 2 przejść pod ciśnieniem 1,034 MPa (1500 funtów/cal²) przez homogenizator ekstensjonalny.

W jednej z korzystnych postaci preparat celulozy bakteryjnej i ksantanu wytworzony w ten sposób ma znaczącą zaletę polegającą na ułatwianiu aktywacji bez potrzeby jakiejkolwiek pracochłonnej lub energochłonnej aktywacji. Inną znaczącą zaletą tego ogólnego sposobu jest możliwość zbierania otrzymanego preparatu zawierającego celulozę bakteryjną poprzez strącanie alkoholem izopropylowym, mimo obecności w nim naładowanego eteru celulozy lub środka strącającego (suszącego). Tak więc, skoro celuloza bakteryjna ulega współstrąceniu w wyżej opisany sposób, wydaje się, jednak bez zamiaru wiązania się jakąkolwiek konkretną teorią naukową, że nierozpuszczalny w alkoholu polimeryczny zagęstnik (taki jak ksantan lub sól sodowa KMC) zapewnia ochronę celulozy bakteryjnej przez tworzenie powłoki na co najmniej części jej powstałych uformowanych włókien. Wydaje się, że w ten sposób polimeryczny zagęstnik rzeczywiście ułatwia asocjację i odwodnienie włókien celulozowych po dodaniu niewodnej cieczy (korzystnie takiej jak niższy alkohol alkilowy), co powoduje zebranie znaczących ilości otrzymywanego z małą wydajnością polisacharydu podczas takiego etapu współstrącania. Uniknięcie stosowania znacznych ilości wody podczas etapów oczyszczania i odzysku umożliwia zatem ostateczne zebranie większych ilości celulozy bakteryjnej. W przypadku tego nowego sposobu można zebrać największą ilość sfermentowanej celulozy bakteryjnej, co zapewnia pożądaną wysoką wydajność produkcji, a także uniknięcie, jak to zaznaczono powyżej, ścieków i szeregu etapów odwadniania i ponownego przeprowadzania w zawiesinę, zazwyczaj niezbędnych dla otrzymania końcowego produktu. Ponadto, jak wskazano uprzednio, okazało się, że obecność środka suszącego, a zwłaszcza, w jednym nieograniczającym przykładzie, produktu ksantanowego, jako powłoki na co najmniej części wiązek włókna celulozy bakteryjnej, zapewnia korzystną zmianę wymagań odnośnie aktywacji po wprowadzeniu do docelowej kompozycji użytkowej. Nieoczekiwanie zachodzi znaczące zmniejszenie ilości energii niezbędnej do osiągnięcia pożądanych korzyści w postaci modyfikacji re6

PL 214 692 B1 ologicznej zapewnianej przez ten zawierający celulozę bakteryjną preparat według wynalazku, w porównaniu z uprzednio używanymi produktami podobnych typów. Ponadto z uwagi na to, że celuloza bakteryjna (czyli celuloza mikrofibrylowana, zwana dalej „MFC) zapewnia unikalną funkcjonalność i reologię w porównaniu z samym rozpuszczalnym polimerycznym zagęstnikiem, koszt wytwarzania końcowego produktu sposobem według wynalazku jest niższy w porównaniu z typowymi procesami, przy równoczesnej poprawie wymagań odnośnie reaktywacji, odporności na zmiany lepkości podczas wysokotemperaturowej obróbki żywności i poprawy właściwości suspensji podczas długotrwałego przechowywania.

Sposoby wytwarzania preparatów celulozy bakteryjnej według wynalazku, prowadzą do otrzymywania preparatów, które wykazują lepsze właściwości modyfikujące lepkość, zwłaszcza przy doprowadzaniu niewielkiej energii dla wywołania przy jej użyciu zmian lepkości. Taki sposób obejmuje nowe współstrącanie z rozpuszczalnym w wodzie współśrodkiem, który umożliwia strącanie w obecności nadmiaru alkoholu z wytworzeniem nierozpuszczalnego włókna, które można następnie stosować jako zagęstnik lub środek ułatwiający tworzenie zawiesiny bez konieczności stosowania mieszania o dużej energii. Takie właściwości celulozy bakteryjnej były dostępne w przeszłości, ale jedynie dzięki bardzo pracochłonnym i energochłonnym procesom. Tak więc obecnie proponowany sposób według wynalazku dostarcza preparat zawierający celulozę bakteryjną, który wykazuje nie tylko właściwości równie skuteczne jak w przypadku znanych celuloz bakteryjnych, ale także pod pewnymi względami polepszone w stosunku do takich znanych typów.

Dla celów niniejszego wynalazku określenie „preparat zawierający celulozę bakteryjną ma być rozumiany jako obejmujące celulozowy produkt bakteryjny wytworzony sposobem według wynalazku, a zatem z powłoką ksantanową na co najmniej części otrzymanych wiązek włókien celulozy bakteryjnej. Określenie „preparat ma zatem wskazywać, że wytworzony z niego produkt stanowi połączenie celulozy bakteryjnej i ksantanu, otrzymane w taki sposób i wykazujące taką ostateczną strukturę i konfigurację. Określenie „celuloza bakteryjna ma obejmować dowolny typ celulozy otrzymanej poprzez fermentację bakterii z rodzaju Acetobacter i dotyczy materiałów określanych popularnie jako celuloza mikrofibrylowana, sieciowana celuloza bakteryjna itp.

Jak to zaznaczono powyżej, celulozę bakteryjną można stosować jako skuteczny modyfikator reologiczny w różnych kompozycjach. Takie materiały, gdy są zdyspergowane w płynach, tworzą bardzo lepkie, tiksotropowe mieszaniny o wysokiej granicy plastyczności. Granica plastyczności jest miarą siły wymaganej do zainicjowania płynięcia żelowatego układu. Jest wskaźnikiem zdolności płynu do tworzenia zawiesiny, a także wskaźnikiem zdolności płynu do utrzymywania się in situ po naniesieniu na pionową powierzchnię.

Zazwyczaj takie zjawisko modyfikacji reologicznej osiąga się poprzez pewien stopień obróbki mieszaniny celulozy bakteryjnej w hydrofilowym rozpuszczalniku, takim jak woda, polioIe (np. glikol etylenowy, gliceryna, poliglikol etylenowy itp.) lub w ich mieszaninach. Taka obróbka nosi nazwę „aktywacji i obejmuje zasadniczo homogenizację wysokociśnieniową i/lub mieszanie z intensywnym ścinaniem. Jednakże stwierdzono, że preparaty według wynalazku, zawierające celulozy bakteryjne, ulegają aktywacji przy mieszaniu z małą energią. Aktywacja jest procesem, w którym trójwymiarowa struktura celulozy zostaje zmodyfikowana tak, że celuloza nadaje funkcjonalność podstawowemu rozpuszczalnikowi lub mieszaninie rozpuszczalników, w której następuje aktywacja, lub kompozycji, do której dodaje się aktywowaną celulozę. Funkcjonalność obejmuje nadanie takich właściwości jak zagęszczanie, nadanie granicy plastyczności, stabilność cieplna, właściwości suspendujące, stabilność przy zamrażaniu/odmrażaniu, regulacja płynięcia, stabilizacja piany, powlekanie oraz tworzenie błony itp. Obróbka następująca podczas procesu aktywacji czyni znacznie więcej niż po prostu zdyspergowanie celulozy w podstawowym rozpuszczalniku. Podczas takiej obróbki następuje rozplątywanie włókien celulozy tak, że zachodzi spęcznienie tych włókien celulozy. Preparat zawierający celulozę bakteryjną można stosować w postaci wilgotnej zawiesiny (dyspersji) lub jako produkt wysuszony, otrzymany przez suszenie dyspersji dobrze znanymi technikami suszenia, takimi jak suszenie rozpryskowe lub suszenie sublimacyjne dla nadania korzystnych właściwości reologicznych docelowej płynnej kompozycji. Aktywacja celulozy bakteryjnej (takiej jak MFC lub usieciowana celuloza bakteryjna) powoduje rozszerzanie części celulozowej tak, że tworzy się sieć silnie wzajemnie splątanych włókien o bardzo dużym polu powierzchni. Aktywowana sieciowana celuloza bakteryjna ma wyjątkowo duże pole powierzchni, które, jak się sądzi, jest co najmniej 200-krotnie większe niż w przypadku zwykłej celulozy mikrokrystalicznej (czyli celulozy otrzymywanej ze źródeł roślinnych).

PL 214 692 B1

Stosowaną tu celulozą bakteryjną może być celuloza dowolnego typu związanego z produktem fermentacji drobnoustrojów z rodzaju Acetobacter, jak np. dostępny już uprzednio produkt CPKelco U.S. o nazwie handlowej CELLULON®. Takie produkty hodowli w warunkach aerobowych charakteryzują się silnie usieciowaną, rozgałęzioną siatką wzajemnie połączonych włókien, które są nierozpuszczalne w wodzie.

Wytwarzanie takich celulozowych produktów bakteryjnych jest dobrze znane. Przykładowo, w opisach patentowych US nr 5079162 i US nr 5144021, które wprowadza się tutaj przez odniesienie, ujawniono sposób i pożywki do wytwarzania sieciowanej celulozy bakteryjnej w warunkach aerobowych, w hodowli w warunkach mieszania, z użyciem szczepu bakteryjnego Acetobacter aceti odm. xylinum. Przy prowadzeniu hodowli w warunkach mieszania osiąga się długotrwałe wytwarzanie, przez czas średnio 70 godzin, co najmniej 0,1 g żądanej celulozy/litr na godzinę. Wilgotny placek usieciowanej celulozy, zawierający około 80-85% wody, można otrzymać sposobami i w warunkach ujawnionych we wspomnianych opisach patentowych. Suchą usieciowaną celulozę bakteryjną można otrzymać z użyciem dobrze znanych technik suszenia, takich jak suszenie rozpryskowe lub suszenie sublimacyjne.

Acetobacter jest Gram-ujemną, pałeczkowatą bakterią o wymiarach 0,6-0,8 μm x 1,0-4 μm. Jest ona organizmem ściśle aerobowym, co oznacza, że jej metabolizm jest oddechowy, a nie fermentacyjny. Bakteria ta wyróżnia się ponadto zdolnością do wytwarzania wielu łańcuchów poli[p]-1,4-glukanowych, chemicznie identycznych z celulozą. Łańcuchy mikrocelulozy, czyli mikrofibryle usieciowanej celulozy bakteryjnej są syntetyzowane na powierzchni bakterii, w miejscach na zewnątrz błony komórkowej. Takie mikrofibryle mają zazwyczaj przekrój o wymiarach 1,6 nm x 5,8 nm. Natomiast w warunkach hodowli statycznej lub stojącej mikrofibryle na powierzchni bakterii łączą się i tworzą fibryle mające zazwyczaj przekrój o wymiarach 3,2 nm x 133 nm. Mała wielkość przekroju poprzecznego takich fibryli wytwarzanych przez Acetobacter, wraz z dużą powierzchnią i hydrofilowością właściwą celulozie, powodują, że produkt celulozowy ma niezwykle dużą zdolność chłonięcia roztworów wodnych. W połączeniu z usieciowaną celulozą bakteryjną stosowano często dodatki, aby ułatwić powstawanie trwałych, lepkich dyspersji.

Wyżej wspomniane problemy nieodłącznie związane z oczyszczaniem i zbieraniem takiej celulozy bakteryjnej doprowadziły do ustalenia, że zastosowany tutaj sposób zapewnia doskonałe wyniki w wymaganym stopniu. Pierwszy etap całościowego procesu zapewnia dostarczenie dowolnej ilości celulozy bakteryjnej w postaci sfermentowanej. Sposób wytwarzania w tym etapie jest opisany powyżej. Stwierdzono, że bardzo trudno jest osiągnąć wydajność takiego produktu na stałych wysokich poziomach, w związku z czym niezbędna jest retencja docelowego produktu, aby na koniec uzyskać zebrany produkt po najniższym koszcie.

Oczyszczanie takich materiałów jest dobrze znane. Lizę komórek bakteryjnych z celulozowego produktu bakteryjnego osiąga się przez wprowadzenie ługu, takiego jak wodorotlenek sodu lub inny dodatek o podobnie wysokiej wartości pH (korzystnie o pH powyżej około 12,5) w ilości odpowiedniej do właściwego usunięcia w możliwie jak największym stopniu wyczerpanych komórek bakteryjnych z produktu celulozowego. W razie potrzeby może to nastąpić w więcej niż jednym etapie. Następnie zazwyczaj przeprowadza się zobojętnianie kwasem. Zastosować można dowolny odpowiedni kwas o wystarczająco niskiej wartości pH i stężeniu molowym do neutralizacji (a tym samym skutecznego zobojętnienia lub obniżenia poziomu pH produktu do wartości możliwie jak najbardziej zbliżonej do 7,0). Kwas siarkowy, chlorowodorowy i azotowy stanowią odpowiednie przykłady kwasów w tym etapie. Fachowiec może łatwo ustalić właściwy dobór i ilość takiego reagenta stosowanego w tym celu. Alternatywnie, komórki można poddać lizie i strawić metodami enzymatycznymi (przez obróbkę lizozymem i proteazą przy odpowiedniej wartości pH).

Zlizowany produkt poddaje się następnie mieszaniu z polimerycznym zagęstnikiem w celu skutecznego powleczenia docelowych włókien i wiązek celulozy bakteryjnej. Polimeryczny zagęstnik musi być nierozpuszczalny w alkoholu (zwłaszcza w alkoholu izopropylowym). Taki zagęstnik stanowi środek pomocniczy ułatwiający dyspergowanie celulozy bakteryjnej w docelowej płynnej kompozycji albo środek pomocniczy w suszeniu celulozy bakteryjnej w celu ułatwienia usunięcia z niej wody, a także potencjalnie środek pomocniczy w dyspergowaniu lub suspendowaniu włókien w docelowej płynnej kompozycji. Do odpowiednich składników (środków) ułatwiających dyspergowanie należą, bez ograniczenia, KMC (różnych typów), kationowa HEC itp., a w zasadzie może to być dowolny związek o charakterze polimerycznym, który wykazuje niezbędną zdolność dyspergowania włókien celulozy bakteryjnej wprowadzanych do docelowego ciekłego roztworu. Korzystnie takim środkiem pomocniczym

PL 214 692 B1 ułatwiającym dyspergowanie jest KMC, taka jak CEKOL® dostępny z CP Kelco. Do odpowiednich składników (środków) ułatwiających strącanie, jak to zaznaczono powyżej, należy dowolna liczba biogum, obejmujących produkty ksantanowe (takie jak KELTROL®, KELTROL T® itp. z CP Kelco), gumę gellan, gumę welan, gumę diutan, gumę ramsan, guar, gumę ze strąków grochodrzewu itp. oraz inne typy naturalnych polimerycznych zagęstników, takie jak pektyna, jako nieograniczający przykład. Korzystnie polimerycznym zagęstnikiem jest produkt ksantanowy, który dodaje się i miesza z celulozą bakteryjną w postaci brzeczki. Zasadniczo wymieszanie dwóch produktów w postaci bulionu, proszku lub rehydratyzowanego proszku umożliwia wytworzenie żądanej powłoki ksantanowej na co najmniej części włókien i/lub wiązek celulozy bakteryjnej. W jednej postaci brzeczki celulozy bakteryjnej i ksantanu miesza się po oczyszczeniu (zlizowaniu) obydwu dla usunięcia resztkowych komórek bakteryjnych. W innej postaci brzeczki można wymieszać bez wstępnego poddawania lizie, ale wspólnie poddać lizie podczas mieszania, aby nastąpiło takie oczyszczenie.

Ilości każdego ze składników w ramach sposobu mogą się znacznie zmieniać. Przykładowo, celuloza bakteryjna będzie zazwyczaj obecna w ilości od około 0,1% do około 5% wag. dodanego polimerycznego zagęstnika, korzystnie od około 0,5 do około 3,0%, podczas gdy polimeryczny zagęstnik może być obecny w ilości od 10 do około 900% wag. celulozy bakteryjnej.

Po wymieszaniu i powleczeniu celulozy bakteryjnej polimerycznym zagęstnikiem otrzymany produkt zbiera się następnie przez współstrącanie z użyciem niewodnej cieczy mieszającej się z wodą. Korzystnie, ze względu na toksyczność, dostępność i koszt, taką cieczą jest alkohol, taki jak, najkorzystniej, alkohol izopropylowy. Można także stosować inne typy alkoholi, takie jak etanol, metanol, butanol itp., nie wspominając o innych niewodnych cieczach mieszających się z wodą, takich jak aceton, octan etylu i dowolne ich mieszaniny. W takim etapie współstrącania można także zastosować dowolne mieszaniny takich niewodnych cieczy. Zazwyczaj współstrącony produkt poddaje się obróbce w aparacie do oddzielania substancji stałej od cieczy, pozwalającym na usunięcie składników rozpuszczalnych w alkoholu i pozostawienie pożądanego preparatu zawierającego celulozę bakteryjną.

Z tego miejsca produkt w postaci wilgotnego placka zbiera się, a następnie przenosi do aparatu suszącego, po czym miele w celu osiągnięcia właściwej wielkości cząstek. Do wilgotnego placka lub do wysuszonych materiałów można dodać dodatkowe współśrodki, aby osiągnąć dodatkowe właściwości i/lub korzyści. Do takich współśrodków należą roślinne, algowe i bakteryjne polisacharydy oraz ich pochodne, wraz z węglowodanami o niższej masie cząsteczkowej, takimi jak sacharoza, glukoza, maltodekstryna itp. Do innych dodatków, które mogą być obecne w preparacie zawierającym celulozę bakteryjną należą, bez ograniczenia, hydrokoloid, poliakryloamidy (i ich homologi), polikwasy akrylowe (i ich homologi), poliglikol etylenowy, politlenek etylenu, polialkohol winylowy, poliwinylopirolidony, skrobia (i podobne cząsteczki na bazie cukrów), skrobia modyfikowana, żelatyna pochodzenia zwierzęcego i nienaładowane etery celulozy (takie jak karboksymetyloceluloza, hydroksyetyloceluloza itp.).

Preparaty zawierając celulozę bakteryjną według niniejszego wynalazku można następnie wprowadzać do wielu możliwych kompozycji spożywczych, obejmujących napoje, mrożonki, produkty mleczarskie zawierające kultury bakterii itp.; kompozycji niespożywczych, takich jak środki czyszczące do użytku domowego, środki do kondycjonowania tkanin, odżywki do włosów, produkty do układania włosów lub stabilizatory albo środki ułatwiające formułowanie do emulsji asfaltów, pestycydów, inhibitorów korozji w obróbce metali, w produkcji lateksów, a także w zastosowaniach papierniczych i włókninowych, w zastosowaniach biomedycznych, w zaróbkach farmaceutycznych i w płynach wiertniczych itp. Płynne kompozycje zawierające taki preparat według wynalazku, otrzymany w sposób opisany powyżej, mogą zawierać takie preparaty zawierające celulozę bakteryjną w ilości od około 0,01% do około 1% wag., a korzystnie od około 0,03% do około 0,5% wag. w przeliczeniu na całkowitą masę płynnej kompozycji. Ostatecznie wytworzony preparat zawierający celulozę bakteryjną powinien modyfikować lepkość próbki 500 ml wody (przy dodaniu w ilości co najwyżej 0,36% wag.) do co najmniej

0,3 Pa^s (300 cP), a także zapewniać zmierzoną granicę plastyczności dla tej samej testowanej próbki ₂ co najmniej 0,1 Pa (1,0 dyn/cm²).

Poniższe nieograniczające wynalazku przykłady dostarczają ujawnienia różnych sposobów objętych zakresem niniejszego wynalazku.

P r z y k ł a d 1

MFC wytworzono w 1200-galonowym fermentorze z końcową wydajnością 1,49% wag. Brzeczkę potraktowano 350 ppm podchlorynu, a następnie 70 ppm lizozymu i 194 ppm proteazy. Część potraktowanej brzeczki MFC zmieszano z podaną ilością brzeczki gumy ksantanowej (MFC/XG = 2/1, sucha masa) i otrzymaną mieszaninę wytrącono następnie alkoholem izopropylowym (85%) otrzymuPL 214 692 B1 jąc placek filtracyjny. Część placka filtracyjnego suszono następnie w suszarce w temperaturze 70°C przez 2 godziny i zmielono w młynku Brinkmanna do uziarnienia 60 mesh. Sproszkowany preparat dodano następnie do roztworu zwykłej wody wodociągowej (ZWW, 2,782 g CaCl₂-2H₂O oraz 18,927 g NaCl rozpuszczono w 5 galonach dejonizowanej wody) (500 ml) w ilości około 0,36% wag., z równoczesnym dodaniem 20% wag. karboksymetylocelulozy (KMC) (otrzymując zawartość 0,288% MFC/ksantan i 0,072% KMC) i kompozycję mieszano w mieszarce Silverson z szybkością 8000 obrotów/minutę przez 10 minut. Lepkość produktu (mierzona wiskozymetrem Brookfielda, wrzeciono 61 przy szybkości 5 obrotów/minutę przez 1 minutę) i granica plastyczności wynosiły odpowiednio 1,176 Pa^s (1176 cP) i 0,491 Pa (4,91 dyn/cm²).

Następnie 210 ml otrzymanego aktywowanego roztworu MFC (0,36%) wymieszano z 15,5 g wyselekcjonowanego piasku (przechodzi przez sito 60 mesh, ale zatrzymuje się na sicie 80 mesh) w jednej zlewce i mieszano przez 1 minutę. W odrębnej zlewce inną próbkę 210 ml otrzymanego aktywowanego roztworu MFC wymieszano z 15,5 g dobrze rozdrobnionego CaCO3 i mieszano przez 1 minutę. Zawartość każdej zlewki wylano następnie do odrębnych cylindrów miarowych 100 ml i rozcieńczono do kreski 100 ml w każdym cylindrze. W każdym przypadku roztwory wykazywały doskonałe właściwości suspendujące i substancja stała (piasek lub węglan wapnia) nie osadzały się z docelowego roztworu. Każdy z cylindrów miarowych przechowywano następnie w temperaturze pokojowej (22-25°C) przez 24 godziny w celu ustalenia, czy w tym okresie nastąpi osadzenie. W każdej próbce po upływie 24 godzin faza wydzielona z próbek od góry lub od dołu stanowiła mniej niż 10% (przy ocenie wzrokowej), co wskazuje na doskonałe długotrwałe właściwości suspendujące.

P r z y k ł a d 2

MFC wytworzono w 1200-galonowym fermentorze z końcową wydajnością 1,49% wag. Brzeczkę potraktowano 350 ppm podchlorynu, a następnie 70 ppm lizozymu i 194 ppm proteazy. Część potraktowanej brzeczki MFC zmieszano z podaną ilością brzeczki gumy ksantanowej (MFC/XG = 3/1, sucha masa) w warunkach intensywnego ścinania i otrzymaną mieszaninę wytrącono następnie z użyciem IPA (85%) otrzymując placek filtracyjny. Placek filtracyjny wysuszono i zmielono jak w przykładzie 1. Sproszkowany preparat wprowadzono następnie do próbki ZWW w ilości około 0,36% wag., z równoczesnym dodaniem 20% wag. KMC i kompozycję mieszano w mieszarce Silverson z szybkością 8000 obrotów/minutę przez 10 minut. Lepkość produktu i granica plastyczności wynosiły odpowiednio 0,709 Pa^s (709 cP) i 0,196 Pa (1,96 dyn/cm²).

P r z y k ł a d 3

MFC wytworzono w 1200-galonowym fermentorze z końcową wydajnością 1,49% wag. Brzeczkę potraktowano 350 ppm podchlorynu, a następnie 70 ppm lizozymu I 194 ppm proteazy. Część potraktowanej brzeczki MFC zmieszano z podaną ilością brzeczki gumy ksantanowej (MFC/XG = 4/1, sucha masa) w warunkach intensywnego ścinania i otrzymaną mieszaninę wytrącono następnie z użyciem IPA (85%) otrzymując placek filtracyjny. Placek filtracyjny wysuszono i zmielono jak w przykładzie 1. Sproszkowany preparat wprowadzono następnie do próbki ZWW w ilości około 0,36% wag., z równoczesnym dodaniem 20% wag. KMC i kompozycję mieszano w mieszarce Silverson z szybkością 8000 obrotów/minutę przez 10 minut. Lepkość produktu i granica plastyczności wynosiły odpowiednio 0,635 Pa^s (635 cP) i 0,154 Pa (1,54 dyn/cm²).

P r z y k ł a d 4

MFC wytworzono w 1200-galonowym fermentorze z końcową wydajnością 1,49% wag. Brzeczkę potraktowano 350 ppm podchlorynu, a następnie 70 ppm lizozymu i 194 ppm proteazy. Część potraktowanej brzeczki MFC zmieszano z podaną ilością brzeczki gumy ksantanowej (MFC/XG = 3/1, sucha masa) i otrzymaną mieszaninę wytrącono następnie z użyciem IPA (85%) otrzymując placek filtracyjny. Placek filtracyjny wysuszono następnie i zmielono jak w przykładzie 1. Sproszkowany preparat wprowadzono następnie do próbki ZWW w ilości około 0,36% wag., z równoczesnym dodaniem 10% wag. KMC i kompozycję mieszano w mieszarce Silverson z szybkością 8000 obrotów/minutę przez 10 minut. Lepkość produktu i granica plastyczności wynosiły odpowiednio 1,242 Pa^s (1242 cP) i 0,45 Pa (4,5 dyn/cm²).

P r z y k ł a d 5

MFC wytworzono w 1200-galonowym fermentorze z końcową wydajnością 1,49% wag. Brzeczkę potraktowano 350 ppm podchlorynu, a następnie 70 ppm lizozymu i 194 ppm proteazy. Część potraktowanej brzeczki MFC zmieszano z podaną ilością brzeczki gumy ksantanowej (MFC/XG = 3/1, sucha masa) i otrzymaną mieszaninę wytrącono następnie z użyciem IPA (85%) otrzymując placek filtracyjny. Placek filtracyjny wysuszono następnie i zmielono jak w przykładzie 1. Sproszkowany pre10

PL 214 692 B1 parat wprowadzono następnie do próbki ZWW w ilości około 0,36% wag., z równoczesnym dodaniem 20% wag. KMC i kompozycję mieszano w mieszarce Silverson z szybkością 8000 obrotów/minutę przez 10 minut. Lepkość produktu i granica plastyczności wynosiły odpowiednio 1,242 (1242 cP) i 0,45 Pa (4,5 dyn/cm²).

P r z y k ł a d 6

MFC wytworzono w 1200-galonowym fermentorze z końcową wydajnością 1,49% wag. Brzeczkę potraktowano 350 ppm podchlorynu, a następnie 70 ppm lizozymu i 194 ppm proteazy. Część potraktowanej brzeczki MFC zmieszano z podaną ilością brzeczki gumy ksantanowej (MFC/XG = 3/1, sucha masa) i otrzymaną mieszaninę wytrącono następnie z użyciem IPA (85%) otrzymując placek filtracyjny. Placek filtracyjny wysuszono następnie i zmielono jak w przykładzie 1. Sproszkowany preparat wprowadzono następnie do próbki ZWW w ilości około 0,36% wag., z równoczesnym dodaniem

20% wag. KMC i kompozycję aktywowano następnie z zastosowaniem homogenizatora ekstensjonal₂ nego pod ciśnieniem 1,034 MPa (1500 funtów/cal²) w 2 przejściach. Lepkość produktu i zmierzona ₂ granica plastyczności wynosiły odpowiednio 1,010 Pa^s (1010 cP) i 0,176 Pa (1,76 dyn/cm ).

P r z y k ł a d 7

MFC wytworzono w 1200-galonowym fermentorze z końcową wydajnością 1,93% wag. Brzeczkę potraktowano 350 ppm podchlorynu, a następnie 70 ppm lizozymu i 194 ppm proteazy. Część potraktowanej brzeczki MFC zmieszano z podaną ilością brzeczki gumy ksantanowej (MFC/XG = 3/1, sucha masa) i otrzymaną mieszaninę wytrącono następnie z użyciem IPA (85%) otrzymując placek filtracyjny. Placek filtracyjny wysuszono następnie i zmielono jak w przykładzie 1. Sproszkowany preparat wprowadzono następnie do próbki ZWW w ilości około 0,36% wag., z równoczesnym dodaniem 20% wag. KMC i kompozycję mieszano w mieszarce Silverson z szybkością 8000 obrotów/minutę przez 5 minut. Lepkość produktu i granica plastyczności wynosiły odpowiednio 0,690 Pa-s (690 cP) i 0,219 Pa (2,19 dyn/cm²).

P r z y k ł a d 8

MFC wytworzono w 1200-galonowym fermentorze z końcową wydajnością 1,93% wag. Brzeczkę potraktowano 350 ppm podchlorynu, a następnie 70 ppm lizozymu i 194 ppm proteazy. Część potraktowanej brzeczki MFC zmieszano z podaną ilością brzęczki gumy ksantanowej i roztworu KMC (MFC/XG/KMC = 3/1/1, sucha masa) i otrzymaną mieszaninę wytrącono następnie z użyciem IPA (85%) otrzymując placek filtracyjny. Placek filtracyjny wysuszono następnie i zmielono jak w przykładzie 1. Sproszkowany preparat wprowadzono następnie do próbki ZWW w ilości około 0,36% wag. i kompozycję mieszano w mieszarce Silverson z szybkością 8000 obrotów/minutę przez 5 minut. Lepkość produktu i granica plastyczności wynosiły odpowiednio 1,057 Pa^s (1057 cP) i 0,365 Pa (3,65 dyn/cm²).

P r z y k ł a d 9

MFC wytworzono w 1200-galonowym fermentorze z końcową wydajnością 1,93% wag. Brzeczkę potraktowano 350 ppm podchlorynu, a następnie 70 ppm lizozymu i 194 ppm proteazy. Część potraktowanej brzeczki MFC zmieszano z podaną ilością roztworu pektyny (MFC/pektyna = 6/1, sucha masa) i otrzymaną mieszaninę wytrącono następnie z użyciem IPA (85%) otrzymując placek filtracyjny. Placek filtracyjny wysuszono i zmielono jak w przykładzie 1. Sproszkowany preparat wprowadzono następnie do próbki ZWW w ilości około 0,36% wag., z równoczesnym dodaniem 20% wag. KMC i kompozycję mieszano w mieszarce Silverson z szybkością 8000 obrotów/minutę przez 5 minut. Lepkość produktu i granica plastyczności wynosiły odpowiednio 0,377 Pa^s (377 cP) i 0,106 Pa (1,06 dyn/cm²).

P r z y k ł a d 10

MFC wytworzono w 1200-galonowym fermentorze z końcową wydajnością 1,93% wag. Brzeczkę potraktowano 350 ppm podchlorynu, a następnie 70 ppm lizozymu i 194 ppm proteazy. Część potraktowanej brzeczki MFC zmieszano z podaną ilością roztworu KMC (MFC/KMC = 3/1, sucha masa) i otrzymaną mieszaninę wytrącono następnie z użyciem IPA (85%) otrzymując placek filtracyjny. Placek filtracyjny wysuszono i zmielono jak w przykładzie 1. Sproszkowany preparat wprowadzono następnie do próbki ZWW w ilości około 0,36% wag. i kompozycję mieszano w mieszarce Silverson z szybkością 8000 obrotów/minutę przez 5 minut. Lepkość produktu i granica plastyczności wynosiły odpowiednio 0,432 Pa^s (432 cP) i 0,139 Pa (1,39 dyn/cm²).

P r z y k ł a d 11

MFC wytworzono w 1200-galonowym fermentorze z końcową wydajnością 1,93% wag. Brzeczkę potraktowano 350 ppm podchlorynu, a następnie 70 ppm lizozymu i 194 ppm proteazy. Część poPL 214 692 B1 traktowanej brzeczki MFC zmieszano z podaną ilością roztworów pektyny i KMC (MFC/pektyna/KMC = 6/1/2, sucha masa) i otrzymaną mieszaninę wytrącono następnie z użyciem IPA (85%) otrzymując placek filtracyjny. Placek filtracyjny wysuszono i zmielono jak w przykładzie 1. Sproszkowany preparat wprowadzono następnie do próbki ZWW w ilości około 0,36% wag. i kompozycję mieszano w mieszarce Silverson z szybkością 8000 obrotów/minutę przez 5 minut. Lepkość produktu i granica pla₂ styczności wynosiły odpowiednio 0,552 Pa^s (552 cP) i 0,174 Pa (1,74 dyn/cm ).

P r z y k ł a d 12

MFC wytworzono w 1200-galonowym fermentorze z końcową wydajnością 1,51% wag. Brzeczkę potraktowano 350 ppm podchlorynu, a następnie 70 ppm lizozymu i 350 ppm proteazy, po czym kolejną porcją 350 ppm podchlorynu. Część potraktowanej brzeczki MFC zmieszano z podaną ilością brzeczki gumy ksantanowej (MFC/XG = 2/1, sucha masa), po czym wytrącono z użyciem IPA (85%) oraz wysuszono i zmielono jak w przykładzie 1. Sproszkowany preparat wprowadzono następnie do roztworu ZWW w ilości około 0,2% wag., z równoczesnym dodaniem 10% wag. KMC i kompozycję aktywowano następnie z zastosowaniem homogenizatora ekstensjonalnego pod ciśnieniem ₂

1,034 MPa (1500 funtów/cal²) w 2 przejściach. Lepkość produktu przy 6 obrotach/minutę wynosiła 0,377 Pa^s (377 cP).

P r z y k ł a d 13

MFC wytworzono w 1200-galonowym fermentorze z końcową wydajnością 1,6% wag. Brzeczkę potraktowano 350 ppm podchlorynu, a następnie 70 ppm lizozymu i 350 ppm proteazy, po czym kolejną porcją 350 ppm podchlorynu. Część potraktowanej brzeczki MFC zmieszano z podaną ilością brzeczki gumy ksantanowej (MFC/XG = 2/1, sucha masa), po czym wytrącono z użyciem IPA (85%) oraz wysuszono i zmielono jak w przykładzie 1. Sproszkowany preparat wprowadzono następnie odpowiednio do roztworu wody dejonizowanej, roztworu ZWW i 0,25% roztworu CaCl2, w ilości około

0,2% wag., z równoczesnym dodaniem 10% wag. KMC i kompozycję aktywowano następnie z zasto₂ sowaniem homogenizatora ekstensjonalnego pod ciśnieniem 1,034 MPa (1500 funtów/cal²) w 2 przejściach. Lepkości produktu wynosiły 0,512 Pa^s (512 cP), 0,372 Pa-s (372 cP) i 0, 358 Pa^s (358 cP), odpowiednio w wodzie dejonizowanej, ZWW i 0,25% roztworze CaCl2.

Analogicznie do testu przeprowadzonego w przykładzie 1, w przypadku tych próbek około 20 perełek nylonowych o średnicy 3,2 mm (każda o gęstości około 1,14 g/ml) wrzucono do każdego z roztworów (w wodzie dejonizowanej, ZWW lub 0,25% roztworze CaCl2) i roztwory pozostawiono w temperaturze pokojowej na 24 godziny. Żadna z perełek nie opadła na dno zlewek po upływie tego okresu, co wskazuje na doskonałe długotrwałe właściwości suspendujące.

P r z y k ł a d 14

MFC wytworzono w 1200-galonowym fermentorze z końcową wydajnością 1,51% wag. Brzeczkę potraktowano 350 ppm podchlorynu, a następnie 70 ppm lizozymu i 350 ppm proteazy, po czym kolejną porcją 350 ppm podchlorynu. Część potraktowanej brzeczki MFC zmieszano z podaną ilością brzeczki gumy ksantanowej (MFC/XG = 2/1, sucha masa), po czym wytrącono z użyciem IPA (85%) oraz wysuszono i zmielono jak w przykładzie 1. Sproszkowany preparat wprowadzono następnie do próbki wody dejonizowanej w ilości około 0,2% wag., z równoczesnym dodaniem 10% wag. KMC i kompozycję aktywowano następnie mieszadłem śmigłowym przy 2500 obrotach/minutę przez 10 minut. Lepkość produktu wynosiła 0,185 Pa^s (185 cP).

P r z y k ł a d 15

MFC wytworzono w 1200-galonowym fermentorze z końcową wydajnością 1,4% wag. Brzeczkę potraktowano 350 ppm podchlorynu, a następnie 70 ppm lizozymu i 350 ppm proteazy, po czym kolejną porcją 350 ppm podchlorynu. Część potraktowanej brzeczki MFC zmieszano z podaną ilością brzeczki gumy ksantanowej i roztworu wstępnie uwodnionej KMC (MFC/XG/KMC = 6/3/1, sucha masa), po czym wytrącono z użyciem IPA (85%) oraz wysuszono i zmielono jak w przykładzie 1. Sproszkowany preparat wprowadzono następnie odpowiednio do roztworu ZWW i 0,25% roztworu CaCl2 w ilości około 0,2% wag. i kompozycję aktywowano następnie z zastosowaniem homogenizatora eks₂ tensjonalnego pod ciśnieniem 1,034 MPa (1500 funtów/cal²) w 2 przejściach. Lepkości produktu przy 6 obrotach/minutę wynosiły 0,343 Pa^s (343 cP) i 0,334 Pa^s (334 cP) odpowiednio w ZWW i 0,25% roztworze CaCl2. Około 20 perełek nylonowych o średnicy 3,2 mm (1,14 g/ml) wrzucono do każdego z roztworów (w ZWW lub 0,25% roztworze CaCl2) i roztwory pozostawiono w temperaturze pokojowej na 24 godziny. Żadna z perełek nie opadła na dno zlewek po upływie okresu 24 godzin.

PL 214 692 B1

P r z y k ł a d 16

MFC wytworzono w 1200-galonowym fermentorze z końcową wydajnością 1,6% wag. Brzeczkę potraktowano 350 ppm podchlorynu, a następnie 70 ppm lizozymu i 350 ppm proteazy, po czym kolejną porcją 350 ppm podchlorynu. Część potraktowanej brzeczki MFC zmieszano z podaną ilością roztworów wstępnie hydratyzowanej pektyny i KMC (MFC/pektyna/KMC = 6/3/1, sucha masa), po czym wytrącono z użyciem IPA (85%) oraz wysuszono i zmielono jak w przykładzie 1. Sproszkowany preparat wprowadzono następnie odpowiednio do roztworu ZWW i 0,25% roztworu CaCl2 w ilości około 0,2% wag. i kompozycję aktywowano następnie z zastosowaniem homogenizatora ekstensjo₂ nalnego pod ciśnieniem 1,034 MPa (1500 funtów/cal²) w 2 przejściach. Lepkości produktu przy 6 obrotach/minutę wynosiły 0,306 Pa^s (306 cP) i 0,293 Pa^s (293 cP) odpowiednio w ZWW i 0,25% roztworze CaCl2. Około 20 perełek nylonowych o średnicy 3,2 mm (1,14 g/ml) wrzucono do każdego z roztworów (w ZWW lub 0,25% roztworze CaCl2) i roztwory pozostawiono w temperaturze pokojowej na 24 godziny. Żadna z perełek nie opadła na dno zlewek po upływie okresu 24 godzin.

P r z y k ł a d 17

MFC wytworzono w 1200-galonowym fermentorze z końcową wydajnością 1,6% wag. Brzeczkę potraktowano 350 ppm podchlorynu, a następnie 70 ppm lizozymu i 350 ppm proteazy, po czym kolejną porcją 350 ppm podchlorynu. Część potraktowanej brzeczki MFC zmieszano z podaną ilością roztworu wstępnie uwodnionej KMC (MFC/KMC = 3/1, sucha masa), po czym wytrącono z użyciem IPA (85%) oraz wysuszono i zmielono jak w przykładzie 1. Sproszkowany preparat wprowadzono następnie odpowiednio do roztworu ZWW i 0,25% roztworu CaCl2 w ilości około 0,2% wag. i kompozycję aktywowano następnie z zastosowaniem homogenizatora ekstensjonalnego pod ciśnieniem ₂

1,034 MPa (1500 funtów/cal²) w 2 przejściach. Lepkości produktu przy 6 obrotach/minutę wynosiły 0,206 Pa^s (206 cP) i 0,202 Pa^s (202 cP) odpowiednio w ZWW i 0,25% roztworze CaCl₂. Około 20 perełek nylonowych o średnicy 3,2 mm (1,14 g/ml) wrzucono do każdego z roztworów (w ZWW lub 0,25% roztworze CaCl2) i roztwory pozostawiono w temperaturze pokojowej na 24 godziny. Żadna z perełek nie opadła na dno zlewek po upływie okresu 24 godzin.

P r z y k ł a d 18

MFC wytworzono w 1200-galonowym fermentorze z końcową wydajnością 1,54% wag. Brzeczkę potraktowano 350 ppm podchlorynu, a następnie 70 ppm lizozymu i 350 ppm proteazy, po czym kolejną porcją 350 ppm podchlorynu. Część potraktowanej brzeczki MFC zmieszano z podaną ilością brzeczki gumy diutan (MFC/diutan = 2/1, sucha masa), po czym wytrącono z użyciem IPA (85%) oraz wysuszono i zmielono jak w przykładzie 1. Sproszkowany preparat wprowadzono następnie do roztworu dejonizowanej wody w ilości około 0,2% wag., z równoczesnym dodaniem 10% wag. KMC i kompozycję aktywowano następnie z zastosowaniem homogenizatora ekstensjonalnego pod ciśnie₂ niem 1,034 MPa (1500 funtów/cal²) w 2 przejściach. Lepkość produktu przy 6 obrotach/minutę wynosiła 0,214 Pa-s (214 cP).

Każda próbka zapewniała osiągnięcie doskonałej i wysoce pożądanej modyfikacji lepkości i granicy plastyczności. W odniesieniu do celulozowych produktów bakteryjnych takie wyniki nie były dotychczas osiągalne z użyciem samych celulozowych materiałów bakteryjnych i/lub przy postępowaniu zgodnie z mało złożonymi sposobami.

Claims (31)

1. Preparat zawierający celulozę bakteryjną, znamienny tym, że zawiera siatkę włókien z celulozy bakteryjnej, które są co najmniej częściowo powlekane polimerycznym zagęstnikiem wybranym z grupy obejmującej naładowany eter celulozy lub środek strącający lub dowolne ich mieszaniny, przy czym ten preparat jest współstrącany z użyciem niewodnej cieczy mieszającej się z wodą i wykazuje zdolność nadawania lepkości 0,3 Pa^s (300 cP) i zmierzoną granicę plastyczności 0,1 Pa ₂ (1,0 dyn/cm²) po wprowadzeniu w ilości co najwyżej 0,36% wag. do próbki 500 ml wody i po zastoso₂ waniu co najwyżej 2 przejść pod ciśnieniem 1,034 MPa (1500 funtów/cal²) w homogenizatorze ekstensjonaInym.

2. Preparat według zastrz. 1, znamienny tym, że jako polimeryczny zagęstnik zawiera naładowany eter celulozy.

PL 214 692 B1

3. Preparat według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się naładowany eter celulozy wybrany z grupy obejmującej sól sodową karboksymetylocelulozy, kationową hydroksyetylocelulozę i dowolne ich mieszaniny.

4. Preparat według zastrz. 1, znamienny tym, że jako polimeryczny zagęstnik zawiera środek strącający.

5. Preparat według zastrz. 4, znamienny tym, że stosuje się środek strącający wybrany z grupy obejmującej produkt ksantanowy, pektynę, alginiany, gumę gellan, gumę welan, gumę ramsan, karagen, gumę guar, agar, gumę arabską, gumę ghatti, gumę karaja, gumę tragakantową, gumę z tamaryndowca, gumę ze strąków grochodrzewu i dowolne ich mieszaniny.

6. Preparat według zastrz. 1, znamienny tym, że jako celulozowy produkt bakteryjny zawiera celulozę mikrofibrylowaną.

7. Preparat według zastrz. 6, znamienny tym, że zawiera zarówno naładowany eter celulozy, jak i środek strącający.

8. Preparat według zastrz. 7, znamienny tym, że zawiera środek strącający wybrany z grupy obejmującej produkt ksantanowy, pektynę, alginiany, gumę gellan, gumę welan, gumę diutan, gumę ramsan, karagen, gumę guar, agar, gumę arabską, gumę ghatti, gumę karaja, gumę tragakantową, gumę z tamaryndowca, gumę ze strąków grochodrzewu i dowolne ich mieszaniny.

9. Preparat według zastrz. 8, znamienny tym, że jako naładowany eter celulozy zawiera sól sodową karboksymetyloceluIozy.

10. Preparat według zastrz. 9, znamienny tym, że zawiera środek strącający wybrany z grupy obejmującej ksantan, pektynę, gumę diutan i dowolne ich mieszaniny.

11. Preparat według zastrz. 10, znamienny tym, że jako środek strącający zawiera ksantan.

12. Preparat według zastrz. 11, znamienny tym, że jako środek strącający zawiera pektynę.

13. Preparat według zastrz. 10, znamienny tym, że jako środek strącający zawiera gumę diutan.

14. Preparat według zastrz. 5, znamienny tym, że jako środek strącający zawiera ksantan.

15. Preparat według zastrz. 5, znamienny tym, że jako środek strącający zawiera pektynę.

16. Preparat według zastrz. 5, znamienny tym, że jako środek strącający zawiera gumę diutan.

17. Sposób wytwarzania preparatu zawierającego celulozę bakteryjną zdefiniowanego w zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje etapy, w których

a) dostarcza się celulozowy produkt bakteryjny, zawierający siatkę włókien z celulozy bakteryjnej;

b) ewentualnie poddaje się lizie komórki bakteryjne w celulozowym produkcie bakteryjnym;

c) miesza się ten celulozowy produkt bakteryjny z etapu „a lub „b z polimerycznym zagęstnikiem wybranym z grupy obejmującej naładowany eter celulozy, środek strącający i dowolne ich połączenie, z wytworzeniem powłoki polimerycznego zagęstnika na co najmniej części powierzchni tego celulozowego produktu bakteryjnego; oraz

d) współstrąca się mieszaninę z etapu „c z użyciem niewodnej cieczy mieszającej się z wodą, z odzyskaniem powlekanego celulozowego produktu bakteryjnego.

18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że jako polimeryczny zagęstnik w etapie „c stosuje się naładowany eter celulozy.

19. Sposób według zastrz. 18, znamienny tym, że stosuje się naładowany eter celulozy wybrany z grupy obejmującej sól sodową karboksymetylocelulozy, kationową hydroksyetylocelulozę i dowolne ich mieszaniny.

20. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że jako polimeryczny zagęstnik w etapie „c stosuje się środek strącający.

21. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że stosuje się środek strącający wybrany z grupy obejmującej produkt ksantanowy, pektynę, alginiany, gumę gellan, gumę welan, gumę diutan, gumę ramsan, karagen, gumę guar, agar, gumę arabską, gumę ghatti, gumę karaja, gumę tragakantową, gumę z tamaryndowca, gumę ze strąków grochodrzewu i dowolne ich mieszaniny.

22. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że jako celulozowy produkt bakteryjny stosuje się celulozę mikrofibrylowaną.

23. Sposób według zastrz. 22, znamienny tym, że jako polimeryczny zagęstnik w etapie „c stosuje się naładowany eter celulozy.

24. Sposób według zastrz. 23, znamienny tym, że stosuje się naładowany eter celulozy wybrany z grupy obejmującej sól sodową karboksymetylocelulozy, kationową hydroksyetylocelulozę i dowolne ich mieszaniny.

PL 214 692 B1

25. Sposób według zastrz. 22, znamienny tym, że jako polimeryczny zagęstnik w etapie „c stosuje się środek strącający.

26. Sposób według zastrz. 25, znamienny tym, że stosuje się środek strącający wybrany z grupy obejmującej produkt ksantanowy, pektynę, alginiany, gumę gellan, gumę diutan, gumę welan, gumę ramsan, karagen, gumę guar, agar, gumę arabską, gumę ghatti, gumę karaja, gumę tragakantową, gumę z tamaryndowca, gumę ze strąków grochodrzewu i dowolne ich mieszaniny.

27. Sposób według zastrz. 26, znamienny tym, że stosuje się środek strącający wybrany z grupy obejmującej ksantan, pektynę, gumę diutan i dowolne ich mieszaniny.

28. Sposób wytwarzania preparatu zawierającego celulozę bakteryjną zdefiniowanego w zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje etapy, w których

a) dostarcza się celulozowy produkt bakteryjny, zawierający siatkę włókien z celulozy bakteryjnej;

b) ewentualnie poddaje się lizie komórki bakteryjne w celulozowym produkcie bakteryjnym;

c) miesza się ten powstały celulozowy produkt bakteryjny z etapu „a lub „b z środkiem strącającym wybranym z grupy obejmującej produkt ksantanowy, pektynę, alginiany, gumę gellan, gumę welan, gumę diutan, gumę ramsan, karagen, gumę guar, agar, gumę arabską, gumę ghatti, gumę karaja, gumę tragakantową, gumę z tamaryndowca, gumę ze strąków grochodrzewu i dowolne ich mieszaniny, z wytworzeniem powłoki środka strącającego na co najmniej części powierzchni tego celulozowego produktu bakteryjnego; oraz

d) współstrąca się mieszaninę z etapu „c z użyciem niewodnej cieczy mieszającej się z wodą, z odzyskaniem powlekanego celulozowego produktu bakteryjnego.

29. Sposób według zastrz. 28, znamienny tym, że stosuje się środek strącający wybrany z grupy obejmującej ksantan, pektynę, gumę diutan i dowolne ich mieszaniny.

30. Sposób wytwarzania preparatu zawierającego celulozę bakteryjną zdefiniowanego w zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje etapy, w których

a) dostarcza się celulozowy produkt bakteryjny, zawierający siatkę włókien z celulozy bakteryjnej;

b) miesza się ten celulozowy produkt bakteryjny z środkiem strącającym wybranym z grupy obejmującej produkt ksantanowy, pektynę, alginiany, gumę gellan, gumę welan, gumę diutan, gumę ramsan, karagen, gumę guar, agar, gumę arabską, gumę ghatti, gumę karaja, gumę tragakantową, gumę z tamaryndowca, gumę ze strąków grochodrzewu i dowolne ich mieszaniny z wytworzeniem powłoki środka strącającego na co najmniej części powierzchni tego celulozowego produktu bakteryjnego;

c) współlizuje się mieszaninę z etapu „b w celu usunięcia z niej komórek bakteryjnych; oraz

d) współstrąca się mieszaninę z etapu „c z użyciem niewodnej cieczy mieszającej się z wodą, z odzyskaniem powlekanego celulozowego produktu bakteryjnego.

31. Sposób według zastrz. 30, znamienny tym, że stosuje się środek strącający wybrany z grupy obejmującej ksantan, pektynę, gumę diutan i dowolne ich mieszaniny.