藻酸的解聚的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及藻酸解聚方法和通過該方法獲得的解聚藻酸。
【背景技術】
[0002] 藻酸鹽和藻酸是適用于廣泛分布在褐藻和某些微生物的細胞壁中的天然存在的 親水性多糖的總稱。在為提取形式時，其快速吸水；其能夠吸收自身重量的200-300倍的 水。
[0003] 藻酸鹽用于多種藥物制劑，諸如胃抗反流藥物。藻酸鹽還被用作牙科學、修補學、 人體倒模（lifecasting)的印模制作材料并偶爾用于形成小規模饒鑄的陽模。其也用于食 品行業作為增稠劑和膠凝劑，以及作為膳食纖維。此外，藻酸鹽還用于工業應用，諸如織物 印花、焊條和紙張涂料。藻酸鈣用于不同類型的醫療產品，包括促進愈合并且可在疼痛比常 規敷料輕的情況下移除的燒傷敷料。另外，由于藻酸鹽的生物相容性以及通過諸如鈣的二 價陽離子即可實現簡單的膠凝化，其廣泛用于細胞固定和封裝。
[0004] 對于許多以上用途，諸如胃抗反流藥物和膳食纖維，需要低分子量的藻酸鹽，因為 期望最終產品具有低粘度，即使藻酸鹽在以高濃度劑量提供時。
[0005]目前，生產方法基于中間體（即，藻酸）或成品（即，藻酸鈉）的熱解聚。 [H. K. Holmea, K. Lindmoa, A. Kristiansena, 0. Smidsr0d Thermal depolymerization ofalginate in the solid state,Carbohydr. Polym. 2003,54,431-438](H. K. Holmea、 K. Lindmoa、A. Kristiansena、0. Smidsi*0d,"固態藻酸鹽的熱解聚"，《碳水化合物聚合物》， 2003 年，第 54 卷，第 431-438 頁）。
[0006] KR 20010100250描述了包括以下步驟的方法：將粉化的褐海藻和粉化的海帶懸 浮在水中，將其在室溫下靜置30分鐘，之后用微波處理對該材料進行預處理。
[0007] US 2011/0028708描述了對水中的藻酸材料進行微波處理。
[0008] 然而，仍需要精簡、連續且符合成本效益的方法。
[0009] 此外，常用于藻酸鹽生產的海藻可在某些貯藏條件下或由于季節性而偶爾導致最 終藻酸鹽產品中的微生物計數較高。
[0010] 本發明的目標
[0011] 本發明的實施例的一個目標是提供精簡且符合成本效益的最大程度減少機械或 人工處理的方法。本發明的實施例的另一個目標是提供出于環境原因而在化學品用量較少 的情況下解聚藻酸的方法。本發明的實施例的又一個目標是提供降低最終藻酸鹽產品中的 微生物計數的方法。本發明的實施例的再一個目標是提供還產生除菌解聚藻酸鹽產品的方 法。
【發明內容】
[0012] 本發明人已發現：使用本文所公開的微波處理，得到了有效且快速的藻酸解聚方 法。在一項實驗中，在7分鐘40秒的微波處理后，藻酸的重均分子量從270KDa降到43kDa。 相比之下，在105°C下的傳統烘箱中處理2小時產生了略高的重均分子量，即56kDa。
[0013] 另外，微波處理不需要額外的處理，諸如添加化學品或儲存中間體。相反，其提供 執行連續方法的可能性。
[0014] 此外，微波處理是殺滅藻酸原料中的微生物（如果存在的話）的有效方法。得自 實驗室實驗的結果表明：對樣品進行5分鐘微波處理足以將總平板計數從10 4降到〈100菌 落形成單位（cfu)/g，以及對于嗜溫性孢子而言從104降到〈lOcfu/g。中試規模結果表明： 對樣品進行不到3分鐘的微波處理足以將總平板計數從10 4cfu/g降到〈lOOcfu/g。
[0015] 因此，在第一方面，本發明涉及藻酸解聚方法，所述方法包括以下步驟：
[0016] a)提供藻酸作為用于步驟b的藻酸原料，其中藻酸原料具有0-4. 4范圍內的pH并 且其中藻酸原料的干物質含量在5-100% w/w的范圍內，以及
[0017] b)用微波照射處理所述藻酸原料以得到解聚的藻酸材料。
[0018] 在再一個方面，本發明涉及可通過如本文所述的方法獲得的解聚的藻酸材料。
【具體實施方式】
[0019] 本文公開了藻酸解聚方法，所述方法包括以下步驟：
[0020] a)提供藻酸作為用于步驟b的藻酸原料，其中藻酸原料具有0-4. 4范圍內的pH并 且其中藻酸原料的干物質含量在5-100% w/w的范圍內，以及
[0021] b)用微波照射處理所述藻酸原料以得到解聚的藻酸材料。
[0022] 藻酸鹽和藻酸是由作為單體構造嵌段的1-4連接的0 -D-甘露糖醛酸和a -L-古 羅糖醛酸（鹽；甘露糖醛酸鹽和古羅糖醛酸鹽）構成的直鏈共聚物。單體可出現在連續的 G殘基（G嵌段）、連續的M殘基（M嵌段）或交替的M和G殘基（MG嵌段）的均聚嵌段中。 甘露糖醛酸和古羅糖醛酸的pKa值分別為3. 38和3. 65,這限制了聚甘露糖醛酸和聚古羅糖 醛酸在低pH下在水中的溶解性。具有交替的甘露糖醛酸和古羅糖醛酸殘基（MG)的藻酸鹽 具有最高的酸溶解性。
[0023] 在自然界中，藻酸鹽主要限于海洋褐藻（Phaeophyta)，但類似于得自褐藻的藻酸 鹽的胞外聚合物材料也由土壤細菌諸如棕色固氮菌（Azotobacter vinelandii)和假單胞 菌屬（Pseudomonas)的多個種產生。藻酸鹽作為豐度最高的多糖存在于褐藻中，其占干物 質的多達40%，并占濕海藻重量的2-7%。其作為包含鈉、鈣、鎂和其他多價陽離子的凝膠 而位于細胞間質中。其主要功能是為藻類組織提供結構強度和柔韌性。
[0024] 本發明的方法的原料優選地基于得自海藻的天然藻酸鹽。然而，其也可以基于由 棕色固氮菌和其他微生物產生的藻酸鹽。
[0025] 通常，藻酸鹽的處理由多個步驟構成。在收獲海藻并任選地進行干燥后的第一步 驟可以是研磨和洗滌。之后，開始堿提法，并在多個不同的處理步驟后，產生純的藻酸。藻 酸充當不同藻酸鹽和酯的原料。
[0026] 從生物質中分離藻酸鹽的一種方式是將pH降低到酸殘基的pKa以下。隨著pH降 低，由羧酸結合的鈣和其他陽離子變為與質子交換過的，并且聚合物將作為膠凝化或固體 狀態的藻酸凝聚物沉淀下來。在該純化步驟中，陽離子和鈣的含量在固體/膠凝化材料中 已大大降低。分離的膠凝化/固體材料可通過用堿增大pH而溶解以形成例如藻酸鈉，其隨 后可接受進一步的純化步驟，例如過濾。最終的分離步驟可以按不同的方式進行。其中一 種是將聚合物作為藻酸鈣沉淀下來，然后進行酸洗滌以將水不溶性藻酸鈣轉化成藻酸。另 一種方式是通過添加例如硫酸而使液體藻酸鈉直接作為藻酸沉淀。在兩種情況下，均可將 所得的藻酸用作制備不同藻酸鹽的原料，以及用于共價改性的丙二醇酯。在中和藻酸后，將 藻酸鹽干燥并研磨成所需的粒度。分離最終藻酸鹽的再一種方式是在醇例如乙醇或異丙醇 中沉淀液體藻酸鈉，于是得到例如藻酸鈉的膠凝化/固體狀態。藻酸的鈉、鉀和銨鹽可溶于 水并形成粘性溶液。藻酸和藻酸鈣不溶于水。
[0027] 藻酸原料的說明
[0028] 在本文所公開的方法中所用的原料包含藻酸。
[0029] 在本發明的上下文中，術語"藻酸"意指組成性甘露糖醛酸和古羅糖醛酸完全質 子化到以下限度：其中質子化程度為50%，即它們的pKa值。已測得藻酸鹽的pKa值最 高至 4. 4 [A. Haug, Dissociation of alginic acid, Acta Chem. Scand. 1961, 15, 950-952] (A. Haug，"藻酸的解離"，《斯堪地納維亞化學學報》，1961年，第15卷，第950-952頁）。
[0030] 如上所述，藻酸可通過將pH降低到酸殘基的pKa以下而獲得。這使得能夠從聚合 物中除去鈣、鎂、鐵、鉀和鈉等陽離子。
[0031] 在一個方面，藻酸是膠凝化或固體狀態的藻酸凝聚物的形式。在再一個方 面，藻酸是不溶性的。藻酸的不溶性可通過本領域技術人員已知的任何方法測量， 例如如 "A. Haug, B. Larsen The solubility ofalginate at low pH,Acta Chem. Scand. 1963, 17, 1653-1662"（A. Haug、B. Larsen，"藻酸鹽在低 pH 下的溶解性"，《斯堪地