用于制备胶态微晶纤维素的改善方法与流程

1.本发明涉及一种用于生产干燥的胶态微晶纤维素(胶态mcc)的新方法，涉及可通过该新方法生产的胶态mcc以及涉及具有新特性的胶态mcc。
背景技术：
：：2.微晶纤维素(mcc)是一种纯化的产品，其通过经由纤维状纤维素的无定形区的选择性水解降解将纤维状纤维素转化成高度结晶的纤维素而生产。用于制备mcc的来源可以是来自纤维植物材料(如木材)或其他纤维素材料(如来自棉绒、茎杆、碎布或废织物的棉)的纤维素浆。mcc产品用作药学片剂中的粘合剂和崩解剂，并且用作药物配制品中的悬浮液。mcc广泛用作粘合剂、胶凝剂、增稠剂、调质剂(texturizer)、稳定剂、乳化剂以及用作食品和饮料应用中的脂肪替代品。此外，mcc产品可用作例如个人护理应用(如化妆品和洁齿剂)中的粘合剂或填充剂，或用作化妆品和洁齿剂中的粘合剂、填充剂、崩解剂或加工助剂，用于工业应用中，如油漆中，用于家用产品(如洗涤剂或漂白片)中，以及用于农业配制品中。3.用于mcc生产的经典方法仍然是最常用的制造方法，其是如例如在us2978446中披露的纯化纤维素的酸水解。4.已经开发了用于制备微晶纤维素的其他方法，如蒸汽爆破(us5769934)、反应性挤出(us6228213)、在用氧气和/或二氧化碳气体加压的反应器中的高温反应(us5543511)。5.在酸水解之后，从反应混合物中分离微晶纤维素以提供湿饼。6.为了生产胶态mcc，对mcc湿饼进行磨碎过程，例如挤出，其将聚集的纤维素微晶基本上细分成更细碎的微晶颗粒。为了防止角化，可以在磨碎之前、期间或之后但在干燥之前添加保护性水胶体，例如亲水性共聚物。保护性水胶体将较小尺寸颗粒之间的氢键或其他吸引力全部或部分地筛除，以便提供可容易地分散的粉末。胶态mcc将典型地形成稳定的悬浮液，其几乎没有分散的固体的沉降，如例如wo2018236965中所述。羧甲基纤维素是用于这些目的的常用水胶体，如例如在us3539365和wo2018031859中所述。藻酸盐、果胶、角叉菜胶可以用作水胶体，如例如在wo2019050598或wo2013085809中所述。胶态mcc产品例如可以商标名和得到。胶态mcc的重要应用是稳定悬浮液，例如固体颗粒在低粘度液体中(例如在饮料如巧克力牛奶中)的悬浮液。在食品应用中，例如在罐装食品、壳稳定的(shell-stable)涂抹酱和沙拉、冷冻甜点、气溶胶浇头、肉、乳制品和烘焙产品中，胶态mcc可以用作脂肪替代品或填充剂，即作为无热量填料或质地改性剂。在药物和个人护理应用(如滴眼剂、软膏、悬浮液和凝胶)中，胶态mcc可以用作流变学或质地改性剂。7.制造胶态mcc的最后一步是干燥mcc-水胶体湿饼。在商业制造中，干燥步骤通常通过喷雾干燥进行[g.thorens，int.j.pharm.[国际药剂学杂志](2015)，490，47-54]。通过改变和控制喷雾干燥条件以便控制团聚程度(粒度分布)和水分含量，获得了所需商业级的mcc或胶态mcc。[g.thorens，int.j.pharm.[国际药剂学杂志](2015)，490，47-54；g.thorens，int.j.pharm.[国际药剂学杂志](2014)，473，64-72)]。然而，喷雾干燥仅可以对具有高水含量的浆料进行，并且因此mcc湿饼必须在喷雾干燥前用水稀释。用于喷雾干燥的mcc的水性浆料典型地由约10％-20％mcc或胶态mcc和80％-90％水组成。因此，mcc或胶态mcc的喷雾干燥由于要蒸发大量的水而与非常高的能量费用相关。此外，喷雾干燥设备非常昂贵。[0008]因此，需要一种用于干燥胶态微晶纤维素湿饼的成本有效的方法。特别地，需要用于以工业规模干燥胶态微晶纤维素湿饼同时保持干燥的胶态微晶纤维素产品的有利特性(如有利的粒度、颗粒形态、堆积密度、流动性、水分含量和粘度)的成本有效的方法。特别地，需要具有有利粘度(如增加的粘度)的胶态mcc。技术实现要素：[0009]在一个方面，本发明涉及一种用于生产研磨干燥的胶态微晶纤维素(mcc)的方法，该方法包括以下步骤：a)提供具有基于潮湿胶态mcc的总重量20％至75％的水分含量的胶态mcc，以及b)在能够组合地进行研磨和干燥的单个装置中研磨干燥该潮湿胶态mcc。[0010]在另一个方面，本发明涉及可通过上述方法生产的胶态微晶纤维素。[0011]在又另一个方面，本发明涉及胶态微晶纤维素，其中所述胶态mcc具有基于包含水分的胶态mcc的总重量小于20重量％的水分含量，并且其中所述胶态微晶纤维素具有至少0.4的比率(初始粘度)∶(24小时粘度)，作为在水中的2重量％分散体在20℃下在2.51s-1的剪切速率下测量。[0012]在另外的方面，本发明涉及根据上述实施例的胶态微晶纤维素在食品或饮料应用中、在药物应用中或在个人护理应用中的用途。[0013]诸位发明人已经发现，基于潮湿胶态mcc的总重量具有20％-75％的水分含量的胶态微晶纤维素可以在单一研磨干燥装置中组合地进行干燥和研磨，以提供研磨干燥的胶态mcc。根据本发明的方法，可以生产研磨干燥的胶态mcc，其具有根据特定最终用途的需要订制的粒度(lefi、difi和/或eqpc)。本发明的方法使得能够控制研磨干燥的胶态mcc的形态，并且能够生产具有在胶态范围内的多种粒度的研磨干燥的胶态mcc。[0014]在本发明的一个方面，可以生产研磨干燥的胶态mcc，与通过传统喷雾干燥具有大约80％-90％的水含量的胶态微晶纤维素浆料制备的胶态微晶纤维素相比，其展现出相当的粒度(lefi、difi和/或eqpc)以及相当的或改善的粘度、堆积密度和/或卡尔指数。特别地，根据本发明方法的胶态微晶纤维素的研磨干燥可以提供研磨干燥的胶态微晶纤维素，其具有与通过传统喷雾干燥具有大约80％-90％的水含量的微晶纤维素浆料制备的对应喷雾干燥的胶态微晶纤维素类似的粒度(lefi、difi和/或eqpc)和水分含量。在本发明的另一个方面，可以生产研磨干燥的胶态mcc，其具有比通过传统喷雾干燥具有大约80％-90％的水含量的胶态微晶纤维素浆料制备的胶态mcc粗糙的颗粒。[0015]在本发明的一个优选的方面，本发明的方法使得能够生产研磨干燥的胶态mcc，该研磨干燥的胶态mcc出人意料地具有改善的、比喷雾干燥的胶态mcc高的粘度，这可能导致胶态mcc的用量降低，即减少例如食品中所需的胶体的量。出人意料地，本发明的方法使得能够生产研磨干燥的胶态mcc，与通过喷雾干燥制备的微晶纤维素相比，该研磨干燥的胶态mcc展现出相当的粒度(lefi、difi和/或eqpc)以及改善的粘度。[0016]与需要将mcc-水胶体湿饼稀释到大约80％-90％的水分含量的胶态mcc的传统喷雾干燥相反，本发明允许干燥mcc-水胶体的未稀释的湿饼。潮湿mcc-水胶体的降低的水含量导致用于干燥的能量消耗降低，即本发明导致用于干燥胶态mcc的显著能量节约。除了降低用于干燥胶态mcc的能量费用之外，实施本发明所需的研磨干燥设备通常比用于干燥胶态mcc的喷雾干燥设备更廉价且更不占空间，导致与传统的喷雾干燥方法相比，实施本发明的资本投资减少。具体实施方式[0017]如本文所用，“聚集的mcc”意指磨碎前的mcc，并且“磨碎的mcc”意指磨碎之后的mcc。[0018]术语“胶态mcc”是本领域已知的，参见例如国际专利申请wo94/24866。“胶态mcc”指示mcc呈这样的细颗粒形式，即其在水性体系中表现为胶体。例如，mcc颗粒可能已经被磨碎到它们足够小以允许mcc颗粒像胶体一样起作用的程度，尤其是在水性体系中。美国专利号6,037,380描述了胶态mcc为微粒微晶纤维素组合物，其可以i)分散形成悬浮液或ii)干燥，并且将所得微粒固体分散在液体介质中以产生悬浮液。在悬浮液中，基本上所有的微晶纤维素颗粒的尺寸都小于1微米，并且即使在离心时也保持胶体状态。在其优选的实施例中，“胶态mcc”意指在mcc与磨碎助剂(如酸或有机盐)和/或与保护性胶体(如一种或多种多糖)的共处理(例如共磨碎)之后的mcc。[0019]术语“磨碎的”和“磨碎”可互换使用，意指通过施加高剪切力有效地将至少一些(如果不是全部)颗粒的尺寸减小的过程。如本文所用的术语“颗粒”尤其包括单独的颗粒以及颗粒簇(通常称为“聚集体”)。[0020]术语“共磨碎”是指对mcc和磨碎助剂(如酸或无机盐)和/或保护性胶体(如一种或多种多糖)的混合物施加高剪切力。可以例如通过共挤出、研磨或捏合获得合适的磨碎条件。[0021]mcc与磨碎助剂(如酸或无机盐)和/或与保护性胶体(如一种或多种多糖)的“共处理”可以例如意指mcc与磨碎助剂(如酸或无机盐)和/或与保护性胶体(如一种或多种多糖)的共磨碎。[0022]微晶纤维素(mcc)是白色、无臭、无味、相对自由流动的结晶粉末。它是通过使如从纤维植物材料作为浆获得的α纤维素经受典型地用矿物酸进行的水解降解而获得的纯化的、部分解聚的纤维素。合适的植物材料包括例如木浆，如漂白的亚硫酸盐和硫酸盐浆、玉米壳、甘蔗渣、稻草、棉花、棉绒、亚麻、粗纤维、苎麻、发酵纤维素等。在酸性水解过程中，纤维素纤丝的无定形区(或次晶区)被选择性水解，而结晶区保持完整，由此获得主要由结晶聚集体(mcc)组成的高度结晶的微粒纤维素。在酸水解期间聚合度(dp，纤维素链中脱水葡萄糖单元的数目)降低，并且水解速率减慢至一定的平衡聚合度(level-offdegreeofpolymerization，lopd)，典型地为200-300。然后将mcc从反应混合物中分离并洗涤以去除降解的副产物。[0023]在洗涤步骤之后，mcc湿饼通常具有基于潮湿mcc的总重量35％至70％、典型地45％至60％的水分含量。优选的洗涤液通常是水、盐水或与水混合的有机溶剂，如异丙醇、乙醇或甲醇的水性混合物。更优选的洗涤液通常是水或盐水。优选地，将在水解、洗涤和任选地冷却之后直接获得的mcc用作本发明的原料。mcc通常在10℃至80℃、优选地15℃至50℃的温度下洗涤。在洗涤和从洗涤液中分离mcc之后，获得溶剂-湿的、优选水-湿的物料。从悬浮液中分离mcc可以以已知的方式进行，如离心。所得的湿物料在本领域中被称作多个名称，包括水解纤维素、水解纤维素湿饼、平衡dp纤维素、微晶纤维素湿饼或简称湿饼。[0024]可以将湿mcc(如mcc湿饼)与亲水性共聚物(如多糖)共处理(如共磨碎)，以形成mcc和亲水性共聚物的混合物。[0025]由此获得的mcc与亲水性共聚物的潮湿混合物(即潮湿胶态mcc)随后在根据本发明的方法的研磨干燥装置中经受研磨干燥以产生研磨干燥的胶态mcc。[0026]可以将mcc与合适的多糖共处理，特别是共磨碎，这些多糖可以是纤维素衍生物，如纤维素醚，例如羧甲基纤维素(cmc)、羟丙基甲基纤维素(hpmc)或甲基纤维素(mc)；或纤维素醚酯；或可以从以下各项中分离的多糖：植物渗出物，如来自例如阿拉伯树胶、茄替胶、刺梧桐树胶、黄蓍胶；植物种子，如淀粉、刺槐豆胶、瓜尔胶；海藻多糖，如琼脂、角叉菜胶、红藻胶和藻酸盐；微生物和/或发酵产物，如葡聚糖、黄原胶、支链淀粉、结冷胶；或果胶。在本发明的一个方面，与mcc共处理的纤维素醚是羧甲基纤维素(cmc)。羧甲基纤维素(cmc)的有用类型包括它们的盐，优选它们的钠盐和钾盐。cmc典型地以其钠盐的形式使用。在本发明的上下文中，术语“cmc”旨在包括羧甲基纤维素和/或cmc盐，如cmc钠或cmc钾。纤维素醚的取代度ds(即羧甲基取代度ds(羧甲基)，也称为羧甲氧基取代度ds(羧甲氧基))是每脱水葡萄糖单元被羧甲基取代的oh基团的平均数。优选类型的cmc具有至少0.5、如至少0.6、如至少0.65的ds。优选类型的cmc具有至多1.2、如至多1.0、如至多0.95的ds。根据astmd1439-03“羧甲基纤维素钠的标准试验方法；醚化度，试验方法b；非水性滴定”测量ds，其如下进行：在沸腾温度下用冰醋酸处理cmc的固体样品释放与羧甲基钠基团等量的乙酸根离子。这些乙酸根离子可以使用高氯酸标准溶液在无水乙酸中作为强碱滴定。通过电位法确定滴定终点。其他羧酸的碱性盐(例如，甘醇酸钠和二甘醇酸二钠)表现类似并且被共滴定。[0027]优选类型的cmc具有至少5mpa.s、如至少10mpa.s、如至少15mpa.s、如至少25mpa.s、如至少30mpa.s的粘度，作为在水中的2重量％溶液测量。优选类型的cmc具有高达6000mpa.s、如高达3100mpa.s、如高达800mpa.s、如高达100mpa.s、如高达80mpa.s的粘度，作为在水中的2重量％溶液在20℃下测量。cmc的粘度作为在水中的2重量％溶液在20℃下且在2.55s-1的剪切速率使用haakevt550粘度测试计根据以下方法测量：制备2重量％的溶液：将196.0g去离子水(减去cmc中的水)置于250ml螺旋盖瓶中。将4g(干重)的cmc添加到表面上。在封闭瓶之后，将其剧烈摇动并置于滚动装置上直至获得澄清溶液(48小时)。然后，允许溶液沉降而不搅拌/滚动过夜。使用haakevt550粘度测试仪在20℃(+/-0.1℃)下且在2.55s-1的剪切速率下分析粘度。使用mvdin传感器和mv杯。将cmc溶液装入杯中，直至到达环。在20℃水浴中对溶液进行预调温。在关闭系统之后，将溶液在没有剪切的情况下调温3分钟，然后开始分析。在2.55s-1下剪切110秒之后，在20秒内取15个数据点并进行平均。[0028]优选类型的cmc钠具有0.65至0.85的ds和30至80mpa*s的粘度，作为在水中的2重量％溶液在20℃下测量。[0029]磨碎可以例如通过挤出或用可以提供有效剪切力的其他机械装置来完成，这些其他机械装置如精制机、行星式混合机、胶体磨、打浆磨、捏合机和碾磨机。[0030]在本发明的方法中，胶态mcc的研磨干燥在能够组合地进行研磨和干燥的单一装置中进行。这种装置在本文中被称为“研磨干燥装置”。在研磨干燥装置中，研磨和干燥组合地进行，优选至少部分地同时进行。研磨干燥装置在功能和设计上明显不同于仅用于干燥材料的装置。例如，输入干燥装置中的能量基本上由热能组成。然而，机械能和热能都被以显著程度输入研磨干燥装置中。如本文所用的术语“机械能”意指使研磨干燥装置运转(例如旋转运动)并保持运转所需的能量，典型地为电能。术语“热能”是由被进料到研磨干燥装置的预热的干燥气体提供的能量。在本发明的方法中，该研磨干燥装置典型地在基于机械能和热能输入的总量的2％至100％、优选地5％至50％、更优选地7％至31％的机械能输入下运转。[0031]可用于本发明方法的研磨干燥装置典型地包括研磨干燥室，该研磨干燥室配备有一个或多个用于潮湿胶态mcc和气体的入口和一个或多个碾磨插入件，如碾磨针、棒、条、板或盘。当研磨干燥室处于运转中并且通过冲击和/或剪切完成胶态mcc的研磨时，碾磨插入件通常处于运动中，优选处于旋转运动中。干燥典型地是用热气体和机械能的组合来完成的。最常使用热空气，但也可以使用热氮气。热气体和潮湿胶态mcc可以经由单独的入口进料到研磨干燥室中，典型地热气体自底部进料，并且潮湿胶态mcc在侧入口处经由连接至研磨干燥室的进料螺杆系统进料。可替代地，可以将潮湿胶态mcc进料到气流中，并且随后经气流进料到研磨干燥室中。根据插入件在研磨干燥室中的位置，可以首先将潮湿胶态mcc部分地干燥，然后将其研磨，或者可以首先将潮湿胶态mcc部分地研磨，然后将其干燥，或者可以同时进行研磨和干燥。然而，研磨和干燥在其中研磨和干燥组合地进行的单一装置中进行是必要的。[0032]潮湿胶态mcc的研磨干燥可以在已知的研磨干燥装置中进行，例如在冲击式研磨机、优选气扫冲击式研磨机、更优选空气吹扫冲击式研磨机中进行，其中使胶态mcc经受冲击和/或剪切应力以及干燥。[0033]研磨干燥的胶态mcc的粒度、颗粒形态、堆积密度和流动性可以通过研磨干燥装置的设计和/或操作来控制和/或调节，如碾磨插入件(如碾磨针、棒、条、板或盘)的类型和数量或研磨干燥室的圆周速度。在给定的研磨干燥室中碾磨插入件的数量越大和/或给定的研磨干燥室的圆周速度越高，研磨干燥的胶态mcc的中值粒度通常越小，如下面进一步描述的中值lefi、difi和eqpc。研磨干燥装置的优选设计和操作将在下面和实例中更详细地描述。[0034]优选的空气吹扫冲击式研磨机是超转子研磨机(阿尔滕堡机械捷克林公司(altenburgermaschinenjaeckering)，德国)、contra-selectorpps(帕格曼机械公司(pallmannmaschinenfabrikgmbh&co.kg)，德国)或turbofinerplm研磨机(帕格曼机械公司，德国)。气体分级研磨机也是有用的空气吹扫(气扫)冲击式研磨机，例如细川阿尔派(hosokawaalpine)空气分级研磨机-zpscircoplex细川密克朗公司(zpscircoplexhosokawamicronltd.)，英国柴郡。其他优选的研磨干燥装置是闪速研磨干燥器；它们可以例如从细川公司以商标drymeister(dmr)商购。其他合适的研磨机和研磨机型干燥机是例如锤磨机、筛型研磨机、针磨机或离心冲击式研磨机、盘磨机或优选分级研磨机。[0035]可以使用空气或氮气进行干燥。在本发明的方法中，进料到研磨干燥装置、更具体地研磨干燥装置的研磨干燥室中的气体典型地具有200℃或更低、优选160℃或更低，且在一些实施例中130℃或更低、如120℃或更低、或甚至110℃或更低的温度。典型地，进料到研磨干燥装置的气体具有50℃或更高、优选60℃或更高、更优选65℃或更高的温度。具有上述温度的气流可以以各种方式产生。在本发明的一个实施例中，可以将具有所需温度的新鲜气流进料到研磨干燥装置中。在本发明的另一个实施例中，将具有所需温度的再循环气流进料到研磨干燥装置中。例如，气流可以从碾磨并干燥的胶态mcc中分离，并且可以将所得的不含固体的气流或其一部分在冷却系统中冷却，例如使用水作为冷却剂。可以将这种所得冷却气流进料到研磨干燥装置中。可替代地，可以例如在天然气燃烧器中再加热全部量的冷却的气体。为了使再加热的气体达到用于进料到研磨干燥装置中的所需温度，在将气流进料到研磨干燥装置中之前，可以将单独的冷气体流与热气流组合。[0036]气体和潮湿胶态mcc流通常经由单独的入口进料到研磨干燥室中，典型地气体自底部进料并且潮湿胶态mcc在侧入口处经由连接至研磨干燥室的进料螺杆系统进料，导致胶态mcc和气体向上流动，同时胶态mcc与研磨干燥室内的一个或多个碾磨插入件(如碾磨针、棒、条、板或盘)接触。可替代地，可以将潮湿胶态mcc进料到气流中，并且随后经气流进料到研磨干燥室中。[0037]在另外的实施例中，可以将溶剂的过热蒸气(如过热蒸汽)或蒸汽/惰性气体混合物或蒸汽/空气混合物用作传热气体和输送气体，如欧洲专利申请ep0954536a1和ep1127910a1中更详细描述的。[0038]在本发明的一个实施例中，提供在研磨干燥装置中以便研磨干燥的湿润的胶态微晶纤维素是通过微晶纤维素与研磨助剂(如酸或有机溶剂)和/或与保护性胶体(如一种或多种多糖)的共磨碎获得的胶态微晶纤维素，所述多糖可以是纤维素衍生物，优选纤维素醚，如羧甲基纤维素(cmc)、羟丙基甲基纤维素(hpmc)或甲基纤维素(mc)；或纤维素醚酯；或可以从以下各项中分离的多糖：植物渗出物，如来自例如阿拉伯树胶、茄替胶、刺梧桐树胶、黄蓍胶；植物种子，如淀粉、刺槐豆胶、瓜尔胶；海藻多糖，如琼脂、角叉菜胶、红藻胶和藻酸盐；微生物和/或发酵产物，如葡聚糖、黄原胶、支链淀粉；或果胶。[0039]在一个优选的实施例中，通过微晶纤维素与多糖、优选纤维素醚、更优选羧甲基纤维素(cmc)、如羧甲基纤维素钠(cmc钠)的共磨碎获得胶态微晶纤维素。[0040]在本发明的一个实施例中，提供在研磨干燥装置中以便研磨干燥的湿润的胶态微晶纤维素是已经与多糖、优选纤维素醚、更优选羧甲基纤维素(cmc)共磨碎的微晶纤维素，其中mcc∶多糖的重量比为70∶30至98∶2，优选地75∶25至95∶5，如78∶22至92∶8，更优选地80∶20至90∶10，如81∶19至90∶10。[0041]在本发明的一个实施例中，该研磨干燥的胶态微晶纤维素包含mcc和羧甲基纤维素(cmc)，如羧甲基纤维素钠(cmc钠)。[0042]在本发明的一个实施例中，该研磨干燥的胶态微晶纤维素包含mcc和羧甲基纤维素(cmc)，其中mcc∶cmc的比率为70∶30至98∶2，优选地75∶25至95∶5，如78∶22至92∶8，更优选地80∶20至90∶10，如81∶19至90∶10。[0043]提供用于研磨干燥的潮湿的胶态微晶纤维素具有基于潮湿胶态mcc的总重量20％至75％、优选地30％至75％、如40％至75％、如45％至75％、更优选地50％至70％、如55％至65％的水分含量。水分含量作为干燥失重进行测量。干燥失重根据usp(美国药典)35《731》‘lossondrying[干燥失重]’测定。[0044]在本发明的一个实施例中，具有如上所披露的水分含量的胶态微晶纤维素直接通speedimageanalysis[使用高速图像分析进行的粒度和形状分析的当前限制]，partec2007。高速图像分析系统可从新帕泰克有限公司(sympatecgmbh)，克劳斯塔尔-采勒费尔德(clausthal-zellerfeld)，德国以动态图像分析(dia)系统qicpictm商购。该系统分析颗粒的形状并考虑颗粒的潜在卷曲。其提供比其他方法更准确的真实粒度的测量值(lefi、difi和eqpc)。动态图像分析(dia)系统qicpictm由witt，w.，u.，list，j.：directimagingofveryfastparticlesopenstheapplicationofpowerful(dry)dispersionfbrsizeandshapecharacterization[非常快速的颗粒的直接成像开启了强有力的(干的)分散体在尺寸和形状表征中的应用]，partec2004，德国纽伦堡”更详细地描述。高速图像分析系统尤其可用于测量颗粒的以下尺寸参数：[0053]颗粒的eqpc(等效投影圆直径)定义为具有与颗粒的投影面积相同面积的圆的直径。eqpc(50，3)是相等投影面积的圆的中值直径，并且定义如下：所有粒度分布(例如eqpc)可以显示并应用为数字(0)、长度(1)、面积(2)或体积(3)分布。eqpc的体积分布被计算为累积分布q3。在相等投影面积值的圆的直径eqpc50,3内的体积分布由逗号之后的数字3表示。反映中值数值的指示50代表颗粒分布的50％的eqpc小于以μm计的该给定值，并且50％大于该给定值。50％eqpc值由图像分析仪软件计算。[0054]根据本发明的方法生产的胶态微晶纤维素通常具有至少10微米、优选至少20微米、更优选至少30微米、如至少40微米或如至少50微米的中值eqpc(eqpc50,3)。根据本发明的方法生产的胶态微晶纤维素通常具有至多400微米、优选至多300微米、更优选至多250微米、如至多200微米、如至多100微米的中值eqpc(eqpc50,3)。[0055]lefi：颗粒长度lefi定义为连接颗粒轮廓内的颗粒末端的最长直接路径。“直接”意指没有环路或分支。出于本发明的目的，中值lefi是基于在给定的微粒胶态微晶纤维素样品中所有颗粒的体积分布。中值lefi意指颗粒分布的50％的lefi小于以μm计的给定值，并且50％大于该给定值。[0056]根据本发明的方法生产的胶态微晶纤维素通常具有至少10微米、优选至少40微米、更优选至少60微米、如至少70微米或如至少80微米的中值lefi。根据本发明的方法生产的胶态微晶纤维素通常具有至多400微米、优选至多300微米、更优选至多200微米、如至多150微米、如至多120微米的中值lefi。[0057]difi：粒径通过将投影面积除以颗粒骨架的分支的所有长度的总和来计算。difi是由动态图像分析(dia)系统qicpictm的软件paqxos自动计算的。为了计算difi，软件paqxos将此方法仅应用于完全在图像帧内的那些粒子。出于本发明的目的，中值difi是基于在给定的微粒胶态微晶纤维素样品中所有颗粒的体积分布。中位difi意指颗粒分布的50％的difi小于以μm计的该给定值，并且50％大于该给定值。[0058]根据本发明的方法生产的胶态微晶纤维素通常具有至少10微米、优选至少20微米、更优选至少25微米、如至少30微米或如至少40微米的中位difi。根据本发明的方法生产的胶态微晶纤维素通常具有至多400微米、优选至多300微米、更优选至多200微米、如至多100微米、如至多80微米、或如至多70微米的中位difi。[0059]如本文所用的堆积密度(bd)定义为所取材料的表观体积与质量的比率，称为未振实堆积密度，以及所取材料的振实体积与质量的比率，称为振实堆积密度。用于测量这些堆积密度的有用程序描述于美国药典24，试验616“bulkdensityandtappeddensity[堆积密度和振实密度]”，美国药典公约公司，马里兰州洛克维尔，1999中。根据本发明的方法生产的胶态微晶纤维素通常具有至少200g/l、优选至少300g/l、更优选至少400g/l且最优选至少500g/l的未振实堆积密度。在本发明的一些实施例中，该胶态微晶纤维素甚至具有至少550g/l、或甚至至少600g/l的未振实堆积密度。根据本发明的方法生产的胶态微晶纤维素通常具有至多2000g/l、优选至多1500g/l、更优选至多1200g/l、如至多1000g/l、如至多900g/l、如至多800g/l的未振实堆积密度。根据本发明的方法生产的胶态微晶纤维素通常具有至少300g/l、优选至少400g/l、更优选至少500g/l、最优选至少600g/l或至少700g/l的振实堆积密度。根据本发明的方法生产的胶态微晶纤维素通常具有至多2000g/l、优选至多1500g/l、更优选至多1200g/l、如至多1000g/l、如至多900g/l的振实堆积密度。[0060]卡尔指数c是粉末可压缩性的指标。其通过公式c＝100*(振实bd-未振实bd)/振实bd计算，其中“振实bd”是粉末的振实堆积密度，并且“未振实bd”是粉末的未振实堆积密度。卡尔指数表示为百分比。卡尔指数在药物科学中经常用作粉末流动性的指标。卡尔指数大于30通常是粉末流动性差的指标。[0061]粘度测量通过流动曲线法进行，其中粘度作为剪切速率的函数来测量。通过将温度为20℃的去离子水添加到8011es型(hgb2wts3型)韦林氏共混器中，制备胶态mcc在水中的2重量％分散体。添加胶态mcc，并且打开韦林氏共混器(低剪切，1级)15秒，随后在2级(高剪切)下剪切2分钟。将分散体转移至恒温在20℃的具有珀尔帖系统(peltiersystem)的physicamcr501流变仪(安东帕物理公司(antonpaarphysica)，德国奥斯特菲尔登)的cc27几何结构(杯+摆锤几何结构)中。进行稳态剪切实验，并且在流动曲线实验中在0.1-1000s-1的剪切速率范围内测量粘度，每十进位测量5个测量点(对数标度)。[0062]确立了两条流动曲线：[0063]在将胶态mcc的分散体添加到几何形状中之后5分钟，进行第一流动曲线的粘度测量(第一流动曲线，用于确定粘度，表示为“粘度”或“初始粘度”)。[0064]在进行第一流动曲线的粘度测量之后，将胶态mcc的分散体在20℃下在不搅拌的情况下保持24小时，之后进行第二流动曲线的粘度测量(第二流动曲线，用于确定“24小时粘度”)。[0065]在本发明的上下文中，“粘度”定义为在2.51s-1的剪切速率下从第一流动曲线读取的粘度。在本发明的上下文中，术语“初始粘度”可以与术语“粘度”互换使用。[0066]在本发明的上下文中，“24小时粘度”定义为在2.51s-1的剪切速率下从第二流动曲线读取的粘度。[0067]在一个优选的实施例中，根据本发明的方法生产的胶态微晶纤维素通常具有至少1000mpa.s、优选至少1500mpa.s、更优选至少2000mpa.s、如至少2500mpa.s、如至少3000mpa.s的粘度，作为在水中的2重量％分散体在20℃下根据流动曲线法在2.51s-1的剪切速率下测量。在一个实施例中，根据本发明的方法生产的胶态微晶纤维素通常具有至多40000mpa.s、优选至多20000mpa.s、更优选至多10000mpa.s的粘度，作为在水中的2重量％分散体在20℃下根据流动曲线法在2.51s-1的剪切速率下测量。在进行本发明的研磨干燥过程之前，优选通过微晶纤维素与多糖、更优选纤维素醚且最优选羧甲基纤维素(cmc)的共磨碎来获得胶态微晶纤维素。[0068]在一个实施例中，根据本发明的方法生产的胶态微晶纤维素具有至少0.28、典型地至少0.30、优选至少0.4、如至少0.6、更优选至少0.8、如0.9、如至少1.0的比率(初始粘度)∶(24小时粘度)，作为在水中的2重量％分散体在20℃下根据流动曲线法在2.51s-1的剪切速率下测量。[0069]在一个实施例中，根据本发明的方法生产的胶态微晶纤维素具有至多3.0、如至多2.8、如至多2.5、优选至多2.4、如至多2.3、如至多2.2、如至多2.0的比率(初始粘度)∶(24小时粘度)，作为在水中的2重量％分散体在20℃下根据流动曲线法在2.51s-1的剪切速率下测量。此胶态微晶纤维素优选具有至少1000mpa.s且至多40000mpa.s的粘度，作为在水中的2重量％分散体在20℃下根据流动曲线法在2.51s-1的剪切速率下测量。更优选地，此胶态微晶纤维素具有如上所指示的优选粘度。[0070]在一个实施例中，根据本发明的方法生产的胶态微晶纤维素包含mcc和羧甲基纤维素(cmc)，其中mcc∶cmc的比率为70∶30至98∶2，优选地75∶25至95∶5，如78∶22至92∶8，更优选地80∶20至90∶10，如81∶19至90∶10，其通常具有至少1000mpa.s、优选至少1500mpa.s、更优选至少2000mpa·s、如至少2500mpa.s、如至少3000mpa.s的粘度，作为在水中的2重量％分散体在20℃下根据流动曲线法在2.51s-1的剪切速率下测量。[0071]在一个实施例中，根据本发明的方法生产的胶态微晶纤维素包含mcc和羧甲基纤维素(cmc)，其中mcc∶cmc的比率为70∶30至98∶2，优选地75∶25至95∶5，如78∶22至92∶8，更优选地80∶20至90∶10，如81∶19至90∶10，其通常具有至多40000mpa.s、优选至多20000mpa.s、更优选至多10000mpa.s的粘度，作为在水中的2重量％分散体在20℃下根据流动曲线法在2.51s-1的剪切速率下测量。[0072]实例[0073]比较例[0074]比较例的胶态mcc由具有11.3％-18.8％cmc的胶体级mcc组成，其通过喷雾干燥大约85％(w/w)水和大约15％(w/w)(具有11.3％-18.8％cmc的胶体级mcc)的浆料获得。其可以商标cl611商购。[0075]实例1-19的通用描述[0076]实例1-19中使用的胶态mcc湿饼材料自具有基于胶态微晶纤维素的总重量55％-56％的水分含量的avicelcl611(具有11.3重量％-18.8重量％cmc钠的胶体级mcc)的商业微晶纤维素制造方法获得。在实例1-12和14中，将胶态mcc湿饼材料手动转移到定位在研磨干燥单元之前的计量容器(以达到连续和稳定进料所需的最低水平)。将湿饼从计量容器经由位于容器底部的进料螺杆连续输送。在第一碾磨级与第二研磨级之间，迫使材料通过穿孔板(d＝14mm的空隙)直接进入ultrarotorii“s”冲击式研磨机(阿尔滕堡机械捷克林公司(altenburgermaschinenjaeckeringgmbh)，德国哈姆)的侧面。该研磨机配备有七个研磨级，这些研磨级是标准研磨棒，并且没有筛子。冲击式研磨机的转子以高达114m/s(或4444rpm＝100％)的圆周速度运转。研磨机旋转速度的变化汇总在表2，实例5-9中。本文使用的具体气流系统是应用氮气作为载气和干燥气体的闭环系统。气体流量的变化汇总在表3，实例10-11中。经由天然气燃烧器和使用冷水作为冷却剂的气体冷却系统控制气流的温度。对于每个实例列出了相应气流的所得气体温度。气体入口温度对粘度的影响汇总在表1，实例1-4中。在研磨干燥步骤之后，通过配备有500μm筛的阿盖尔转鼓筛选机(阿盖尔公司(allgaier)，德国格平根(uhingen))筛分直接收集胶态微晶纤维素样品。基于胶态微晶纤维素的总重量，最终水分含量小于6.3重量％。[0077]干燥的胶态微晶纤维素材料的振实堆积密度(该值在180x振实下测量)和未振实堆积密度使用可从细川密克朗公司，日本大阪购得的细川粉末特性测试仪：型号pt-s测量。[0078]卡尔指数值(以百分比计)计算为“(振实堆积密度-未振实堆积密度)/振实堆积密度·100”。[0079]干燥的胶态微晶纤维素样品的粒度，表示为中值difi(x50)、中值lefi(x50)和中值eqpc(x50)，通过图像分析仪(高速图像分析仪传感器qicpic，新帕泰克有限公司，德国，具有内径为4mm的干燥分散器rodos/l和干燥进料器vibri/l以及软件windox5，5.8.2.1版和m7透镜)测量。[0080]表4-表5实例13、15、16-19披露了配混机对胶态微晶纤维素的粘度的影响。实例12和14在没有配混机且没有分解容器的情况下进行，以便用于比较。在不添加水(表4，实例13，15)或添加水(表5，实例16-19)的情况下，使用具有加热和冷却夹套的可商购的连续配混机捏合胶态mcc湿饼。向配混机夹套供应≤25℃的流体。配混机夹套中的流体用于调节干燥和碾磨之前的湿胶态微晶纤维素材料的温度，并确保在添加水和不添加水的情况下湿饼的充分混合。添加25℃的新鲜水以增加湿饼的水分，以研究水分对粘度的影响，结果汇总在表5，实例16-19中。表4，实例12-15披露了配混机对从商业设备原样接收的湿饼的影响，意味着湿饼仅在配混机中捏合而不添加新鲜水。在表4-表5中，实例13、15、16-19中，捏合的湿饼材料通过崩解单元(桨混合器，购自阿尔滕堡机械捷克林公司(altenburgermaschinenjaeckeringgmbh)，德国哈姆)，然后到达计量容器。将来自计量容器的湿饼如上所述研磨干燥。[0081]实例1-4，表1，气体入口温度的变化(℃)：研磨机流量：2200m3/h；研磨机rpm：2223rpm(a)或4444rpm(b)：固体进料：11-14kg/h(基于研磨干燥之后的干燥固体计算的值)；湿饼水分：56％；没有配混机；没有崩解容器。[0082]表1[0083][0084]实例5-9，表2，研磨机转速的变化(rpm)研磨机rpm50％＝2223rpm；100％＝4444rpm：t气体入口温度：75℃；研磨机流量：2200m3/h：固体进料：11-14kg/h(基于研磨干燥之后的干燥固体计算的值)；湿饼水分：56％；没有配混机；没有崩解容器。[0085]表2[0086][0087][0088]实例10-11，表3，研磨机流量的变化(m3/h)：t气体入口温度：75℃；研磨机rpm＝100％，(研磨机rpm50％＝2223rpm；100％＝4444rpm)；固体进料：11kg/h(基于研磨干燥之后的干燥固体计算的值)；湿饼水分：56％；没有配混机；没有崩解容器。[0089]表3[0090][0091]实例12-15，表4，配混机的变化：t气体入口温度：127(a)/105(b)℃；研磨机流量：2200m3/h；研磨机rpm＝50(a)/100(b)％(研磨机rpm50％＝2223rpm；100％＝4444rpm)；固体进料：11kg/h(基于研磨干燥之后的干燥固体计算的值)；湿饼水分：56％。[0092]表4[0093][0094]实例16-19，表5，湿饼水分的变化(％)t气体入口温度：129℃；(a)或102℃；(b)研磨机流量：2200m3/h；研磨机rpm＝50(a)/100(b)％，(研磨机rpm50％＝2223rpm；100％＝4444rpm)；固体进料：10-11kg/h(基于研磨干燥之后的干燥固体计算的值)在有配混机的情况下运行；具有崩解容器。[0095]表5[0096][0097]表1-表5中披露的结果表明，本发明的方法使得能够生产研磨干燥的胶态微晶纤维素，与对应的喷雾干燥的胶态微晶纤维素相比，其展现出更高的粘度(更高的初始粘度)和更高的24小时粘度，作为在水中的2重量％分散体在20℃下根据流动曲线方法在2.51s-1的剪切速率下测量。[0098]表1-表5中披露的结果说明，与喷雾干燥的胶态mcc在24小时期间的相对粘度变化相比，本发明的研磨干燥的胶态微晶纤维素在24小时期间展现出更小的相对粘度变化，作为在水中的2重量％分散体在20℃下根据流动曲线方法在2.51s-1的剪切速率下测量。因此，喷雾干燥的胶态mcc的相对粘度变化是307％((1910-469)/469*100)；而本发明实例中粘度的相对粘度变化为至多(-)55％((24小时粘度-初始粘度)/初始粘度*100)。这表明本发明的胶态mcc比商业喷雾干燥的胶态mcc更快地达到其最终粘度。类似地，粘度(5分钟之后测量)与24小时粘度的比率说明，与喷雾干燥的胶态mcc在24小时期间的粘度变化相比，本发明的研磨干燥的胶态微晶纤维素在24小时期间展现出更小的粘度变化。因此，比较例(喷雾干燥的胶态mcc)的(初始粘度)∶(24小时粘度)的比率为0.25，而实例1-18的研磨干燥的胶态mcc的(初始粘度)∶(24小时粘度)的比率为1至2.2。[0099]表1-表5中披露的结果说明胶态微晶纤维素的研磨干燥可以提供具有与对应的喷雾干燥的胶态微晶纤维素类似的粒度分布(lefi、difi和eqpc)、振实/未振实堆积密度和水分含量的研磨干燥的胶态微晶纤维素。[0100]另外，表1-表5中披露的结果说明胶态微晶纤维素的研磨干燥可以提供研磨干燥的胶态微晶纤维素，与对应的喷雾干燥的胶态微晶纤维素相比，其具有更高的lefi、difi和eqpc以及更高的振实/未振实堆积密度，同时保持类似的水分含量。[0101]喷雾干燥的胶态微晶纤维素通常通过喷雾干燥具有基于胶态mcc浆料的总重量大约80％至90％的水分含量的胶态mcc浆料获得。根据上述实例制备的胶态微晶纤维素是通过研磨干燥具有大约50％-60％的水分含量的潮湿胶态mcc获得的。因此，与喷雾干燥的胶态mcc相比，如表1-表5中所披露的研磨干燥的胶态mcc以显著减少的水和能量消耗获得。当前第1页12当前第1页12
技术特征：
1.一种用于生产研磨干燥的胶态微晶纤维素(mcc)的方法，所述方法包括以下步骤：a)提供具有基于潮湿胶态mcc的总重量20％至75％的水分含量的胶态mcc；以及b)在能够组合地进行研磨和干燥的单个装置中研磨干燥所述潮湿胶态mcc。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述生产的研磨干燥的胶态微晶纤维素具有基于所述生产的研磨干燥的胶态mcc的总重量小于20重量％的水分含量。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤a)中提供的胶态mcc具有基于所述潮湿胶态mcc的总重量50％至70％的水分含量。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述生产的研磨干燥的胶态微晶纤维素具有至少1000mpa
·
s的粘度，作为在水中的2重量％分散体在20℃下在2.51s-1
的剪切速率下测量。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述生产的研磨干燥的胶态微晶纤维素具有至多400微米的中值等效投影圆直径(eqpc)、至多400微米的中值颗粒长度(lefi)、至多400微米的中值颗粒直径(difi)、或其组合。6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述能够组合地进行研磨和干燥的装置是气扫冲击式研磨机或闪速研磨干燥器。7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，步骤a)中提供的胶态mcc通过微晶纤维素与磨碎助剂或保护性胶体或两者的共处理获得。8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，步骤a)中提供的所述胶态mcc通过微晶纤维素与多糖的共处理获得。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述多糖是羧甲基纤维素(cmc)。10.根据权利要求8或9中任一项所述的方法，其中，重量比mcc∶多糖是70∶30至98∶2。11.一种胶态微晶纤维素，其可通过根据权利要求1至10中任一项所述的方法生产。12.根据权利要求11所述的胶态微晶纤维素，其中，所述胶态微晶纤维素具有至少0.28的比率(初始粘度)∶(24小时粘度)，作为在水中的2重量％分散体在20℃下在2.51s-1
的剪切速率下测量。13.一种胶态微晶纤维素，其中所述胶态微晶纤维素具有基于包含水分的所述胶态微晶纤维素的总重量小于20重量％的水分含量，并且其中所述胶态微晶纤维素具有至少0.4的比率(初始粘度)：(24小时粘度)，作为在水中的2重量％分散体在20℃下在2.51s-1
的剪切速率下测量。14.根据权利要求13所述的胶态微晶纤维素，其具有至少1000mpa
·
s的粘度，作为在水中的2重量％分散体在20℃下在2.51s-1
的剪切速率下测量。15.根据权利要求11至14中任一项所述的胶态微晶纤维素在食品或饮料应用中、在药物应用中或在个人护理应用中的用途。

技术总结
研磨干燥的胶态微晶纤维素(MCC)在包括以下步骤的方法中获得：a)提供具有基于潮湿胶态MCC的总重量20％至75％的水分含量的胶态MCC；以及b)在能够组合地进行研磨和干燥的单个装置中研磨干燥该潮湿胶态MCC。该方法可以提供研磨干燥的胶态微晶纤维素，与对应的喷雾干燥的胶态微晶纤维素相比，其具有类似的粒度分布(LEFI、DIFI和EQPC)、和类似或更高的振实/未振实堆积密度、类似或更低的卡尔指数、类似或更高的粘度以及类似的水分含量。高的粘度以及类似的水分含量。


技术研发人员：O
受保护的技术使用者：营养与生物科学美国1有限责任公司
技术研发日：2022.01.12
技术公布日：2023/9/13