專利名稱：微團粒組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般而言，本發(fā)明涉及微團粒(micro-cluster)液體和制造與使用它們的方法。本發(fā)明提供了制造微團粒液體的程序及其使用方法。
申請內(nèi)容I.微團粒液體和制造與使用它們的方法II.培養(yǎng)基和制造與使用培養(yǎng)基的方法III.藥物、生物影響(bio-affecting)組合物和身體處理(body-treating)組合物IV.食品或可食用物質(zhì)和飲料；方法、組合物和產(chǎn)品I.微團粒液體和制造與使用它們的方法發(fā)明背景水由單個H2O分子組成，它們通過氫相互結(jié)合形成具有以下五類特征的團粒(cluster)不相連的分子，在一個類似四面體的排列中由五(5)個H2O分子組成的四面氫鍵結(jié)合的分子，以及通過1、2或3個氫鍵結(jié)合連接至團粒的表面相連的分子，(美國專利5,711,950Lorenzen；Lee H.)。這些團?？赏ㄟ^微弱的遠距離Van der Waals(范德華)引力形成由不同數(shù)量微團粒分子組成的較大陣列，以通過一個或多個這種力來組成陣列；(1)偶極-偶極相互作用，即帶有永久偶極矩的兩個分子之間的靜電引力；(2)偶極感應(yīng)偶極相互作用，即一個分子的偶極使相鄰的分子極化；以及(3)由原子中微弱的瞬時偶極產(chǎn)生的分散力。在普通條件下，四面體微團粒不太穩(wěn)定，通過產(chǎn)生London Force(倫敦力)克服Van der Waals排斥力的振動可重新形成較大陣列。當(dāng)這些分子靠近另一個分子時，由于相對位置和兩個水分子的運動，會產(chǎn)生分散力，從而導(dǎo)致原子內(nèi)部分子軌道形狀的單個包膜變形。每個分子阻止由連續(xù)變形而導(dǎo)致不斷增加的反作用力，直至達到倫敦感應(yīng)力(London Inductive Force)生效的接近點。如果這些分子的速率大至足夠使它們相互靠近的距離等于Van derWaals半徑，則可結(jié)合成水分子。
目前，我們需要一種能夠有利地分級分離(fractionate)液體大分子陣列的處理方法。而且，還需要可用于消費、醫(yī)藥和化學(xué)領(lǐng)域加工的更小水分子(例如，微團粒)。
發(fā)明概述發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，通過各種靜電和van der Waal力形成的大分子陣列的液體(例如，水)，可以通過空化而裂解成分級分離或微團粒分子(例如，理論四面體微團粒水)。發(fā)明者們進一步發(fā)現(xiàn)了利用Vander Waals排斥力穩(wěn)定新建微團粒水的方法。該方法是將微團粒水冷卻至所需的密度，其中微團粒水可然后被氧化。在仍冷卻時將微團粒水裝瓶。此外，在微團粒氧化水密度較大(即冷卻狀態(tài)下)時裝滿瓶并加蓋，通過減少在部分裝滿的瓶中可能出現(xiàn)的振動并同時向溶液中溶解的氣體(例如，氧氣)提供分壓，可降低倫敦力，從而在40°F 至70°F的溫度條件下存放時可穩(wěn)定微團粒約6到9個月。
本發(fā)明提供了一種制備微團粒液體(如水)的方法，包括使液體空化以使該液體中溶解的夾帶的氣體形成大量的空化泡；以及使包含大量空化泡的液體經(jīng)受減壓，在此過程中壓力的減小可致使大的液體分子矩陣破裂成較小的液體分子矩陣。在另一實施方案中，液體基本上不含礦物質(zhì)，可以是也基本上不含礦物質(zhì)的水。該實施方案提供了重復(fù)的處理方法，直至水達到140°F(約60℃)左右?？栈梢赃@樣提供對液體施加第一壓力，然后快速減壓至第二壓力以形成空化泡?？墒褂帽脕砑訅?。在一個實施方案中，第一壓力約為55psig到120psig以上。在另一實施方案中，第二壓力約為大氣壓。實施方案可以這樣進行，以使得壓力改變引起大量空化泡破裂或爆裂?？梢詫嵤毫Ω淖儯孕纬山怆x局部原子并以不同結(jié)合角度和強度重新組成原子的等離子體。在另一實施方案中，液體冷卻至約4℃到15℃。其它實施方案包括向微團粒液體中供入氣體，如所述氣體為氧氣。在進一步的實施方案中，供氧時間約為5到15分鐘。在進一步的實施方案中，本發(fā)明提供了制造微團粒液體的方法，包括對液體施加足夠大的壓力；釋放加壓液體以生成連續(xù)的液流；使連續(xù)液流形成多重旋轉(zhuǎn)渦流，其具有部分真空壓力，以使液體中溶解和夾帶的氣體生成大量空化泡；然后對含有大量空化泡的液體減壓，在此過程中大量的空化泡會破裂或爆裂，這可引發(fā)使大液體分子矩陣形成較小液體分子矩陣的沖擊波。在進一步的實施方案中，液體基本上不含礦物質(zhì)，在附加的實施方案中，液體為水，優(yōu)選基本上不含礦物質(zhì)。本發(fā)明提供了重復(fù)的處理方法，直至水達到140°F(約60℃)左右。在另一實施方案中，空化可以這樣提供對液體施加第一壓力，然后快速減壓至第二壓力以形成空化泡。此外，本發(fā)明中的加壓可使用泵來提供。在進一步的實施方案中，第一壓力約為55psig到120psig以上，在另一實施方案中，第二壓力約為大氣壓，包括第二壓力低于5psig的實施方案。實施方案可以這樣進行，以使得壓力改變引起大量空化泡破裂或爆裂。本發(fā)明還提供了微團粒液體，其中壓力改變引起大量空化泡破裂或爆裂。在另一實施方案中，壓力改變形成解離局部原子并以不同結(jié)合角度和強度重新組成原子的等離子體。本發(fā)明還提供了一種方法，其中將液體冷卻至約4℃到15℃。在另一實施方案中，本發(fā)明提供向微團粒液體中供入氣體。優(yōu)選所述氣體為氧氣，特別是供氧時間約為5到15分鐘，更優(yōu)選壓力約為15到20psig。
本發(fā)明還提供了含有按上述步驟制成的微團粒水的組合物。
并且，本發(fā)明的另一方面是具有任何或全部下述屬性的微團粒水傳導(dǎo)性約為3.0到4.0μmhos/cm，在約2650波數(shù)具有主要明顯特征的FTIR分光光度圖，按熱重分析確定的蒸汽壓力約在40℃到70℃之間，17O NMR峰位移相對于反滲透水至少約+30赫茲，優(yōu)選至少約+40赫茲。
本發(fā)明還進一步提供了本發(fā)明的微團粒水的用途，用于諸如通過使細胞與微團粒水接觸來調(diào)節(jié)細胞性能和降低細胞中自由基水平的目的。
此外，本發(fā)明還提供了含有微團粒水(例如，氧化微團粒水)和活性劑(例如，營養(yǎng)劑、藥物等)的給藥系統(tǒng)。
而且，本發(fā)明的微團粒水還可用于通過將織物與微團粒水相接觸來除去織物上的污漬。
附圖和下述說明詳細描述了本發(fā)明的一個或多個實施方案。本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)勢將由說明書和附圖以及由權(quán)利要求書顯而易見。
此處引用的所有出版物、專利和專利申請均特別引入?yún)⒖加糜谒心康摹?br> 附圖簡要說明

圖1顯示水分子和引發(fā)的凈偶極矩。
圖2顯示大水分子陣列。
圖3顯示形成一個四面體形狀的具有5個水分子的微團粒水。
圖4顯示液體形成空化現(xiàn)象的實用裝置示例。本裝置配備有液體入口，然后使液體形成多重旋轉(zhuǎn)渦流，達到約27英寸汞柱的部分真空壓力。液體通過加速管從裝置的A點排出至低于裝置內(nèi)壓力的腔體(例如，約大氣壓)。
圖5顯示RO水(圖5(a))和經(jīng)處理的微團粒水(圖5(b))的FTIR譜。
圖6顯示RO水和氧化的微團粒水的TGA圖。
圖7顯示RO水(圖7(a))、未氧化的微團粒水(圖7(b))和經(jīng)氧化的微團粒水(圖7(c))的NMR譜。
圖8顯示拉曼(Raman)光譜學(xué)裝置的示意圖。
圖9顯示微團粒細胞培養(yǎng)基對巨噬細胞質(zhì)膜的影響。
圖10顯示微團粒細胞培養(yǎng)基對胞內(nèi)pH的影響。
圖11顯示微團粒細胞培養(yǎng)基對293T細胞活力的影響。
圖12a和12b顯示微團粒水對兩種類型人類細胞的生長和轉(zhuǎn)染的影響。
圖13顯示微團粒水對樹突細胞標(biāo)志表達譜的影響。
圖14顯示微團粒水對用微團粒介質(zhì)灌注的腦組織的功能狀態(tài)的影響。
優(yōu)選實施方案說明包括例如酒精、水、燃料及其組合物在內(nèi)的液體均由具有復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)的原子和分子組成。許多這種排列會導(dǎo)致形成在相鄰分子間具有非共價相互作用的共價鍵原子的大分子陣列，這些相鄰的分子依次通過另外的有其它分子的非共價相互作用達到相互影響。盡管這些大陣列比較穩(wěn)定，但是由于其大小而無法將它們理想地用于大多數(shù)應(yīng)用。因此，這就需要通過降低非共價相互作用的數(shù)量來創(chuàng)建并提供較小陣列的液體。這些較小的分子能夠更好地在生化系統(tǒng)內(nèi)滲透和作用。此外，較小的分子陣列可提供所需的新特性。
此處采用的“共價鍵”表示原子間共用電子的化學(xué)鍵。術(shù)語“非共價鍵”或“非共價相互作用”表示原子間不用共電子的化學(xué)鍵或相互作用。此類非共價相互作用包括離子(或電價)鍵(從一個原子到另一個原子的一個或多個電子的轉(zhuǎn)移而形成)、由偶極矩、氫鍵結(jié)合和Van der Waals力產(chǎn)生的相互作用等。Van der Waals力是作用于非極性分子之間或同一分子不同部分之間的微弱的力，從而由于一組中臨時不對稱的電子分配將兩組結(jié)合在一起，這使另一組中相反的極性得到感應(yīng)。當(dāng)組之間的距離小于Van der Waals半徑時，由于其電子云開始相互穿插，它們之間的力會相互排斥。
此處提及的方法適用于許多液體，這種液體包括水、酒精、石油和燃料。水等液體由一個或多個基本元素或原子(例如，氫和氧)組成的分子構(gòu)成。原子間共價鍵的相互作用和分子電荷形成了分子。水分子具有有角或彎曲的圖形。水分子中H-O-H鍵的角度大約為104.5°到105°。水分子的凈偶極矩在圖1中有說明。這種偶極矩形成了允許其它水分子引力的靜電力。Pugliano等人，(Science，2571937，1992)的最近研究提出了水分子間的關(guān)系和復(fù)雜的相互作用。這些研究揭示了氫鍵和雙氧相互作用在建立大的水分子團粒中的關(guān)鍵作用。純凈水結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由相鄰水分子相互作用的多個水分子組成的大陣列(如圖2所示)。例如，這些大陣列由氫鍵形式等非共價相互作用形成，從而形成偶極矩分子。雖然相當(dāng)穩(wěn)定，但是有研究表明這些大分子不利于各種化學(xué)和生物反應(yīng)。因此，在一個實施方案中，本發(fā)明提供了一種形成分級分離或微團粒水的方法，如圖3所述只有約5個水分子。
本發(fā)明為提供了小的微團粒液體(例如，微團粒水分子)、生產(chǎn)分級分離水或微團粒水的制造方法，以及在各種生物狀況處理中的使用方法。
因此，本發(fā)明提供了生產(chǎn)分級分離液體或微團粒液體(例如，水)的方法，包括對起始液體加壓至第一壓力，然后快速降壓至第二壓力，形成導(dǎo)致釋放夾帶的氣體并形成空化泡的部分真空壓力。由空化泡破裂和爆裂提供的熱物理反應(yīng)會導(dǎo)致熱量增加和保持液體大陣列在一起的非共價相互作用破壞中斷。該處理方法可以反復(fù)執(zhí)行，直至獲得分級分離液體所需的物理化學(xué)特征。如果液體為水，則處理方法可反復(fù)執(zhí)行，直至水的溫度達到約140°F(約60℃)。得到的較小或分級分離的液體應(yīng)在可防止重新形成大陣列的條件下冷卻。在此處用法中，“水”或“原料水”包括自來水、天然礦泉水和經(jīng)加工的水如純凈水。
只要空化源適于產(chǎn)生足夠的能量可使大陣列破裂，則該領(lǐng)域任何已知技術(shù)均可用于在液體中形成空化現(xiàn)象?？栈a(chǎn)生的聲能為液體大陣列破裂成較小的液體團粒提供能量。例如，利用聲音換能器可提供所需的空化源。此外，使液體通過帶有壓縮部件的管狀物可引發(fā)空化，這是因為在壓縮之前可形成高壓，并且在通過壓縮部件之后壓力會快速減小。另一實例是使液體以反方向旋轉(zhuǎn)渦流的形式通過液泵。
在一個實施方案中，要分級分離的液體加壓成旋轉(zhuǎn)渦流，可形成在旋轉(zhuǎn)渦流以等于或接近大氣壓力的大小流出錐形噴嘴時達到將夾帶的氣體釋放為空化泡的部分真空壓力的漩渦。這種瞬間加壓和減壓可使形成聲能沖擊波的空化泡破裂和爆裂。這些沖擊波打斷了液體大陣列中的共價鍵和非共價鍵以及微弱的陣列鍵，并形成了由約五(5)個以類似四面體排列的H2O分子組成的微團粒或分級分離液體(如圖3所示)，并給微團粒液體分配了一個電子電荷，從而液體具有了電解質(zhì)特性。微團粒液體不斷循環(huán)，直至形成所需數(shù)量的微團粒液體分子，以達到指定的表面張力和電子電荷，在液體溫度隨時間的流逝升高到指定值后，空化泡會向經(jīng)處理的液體中放出動力熱量。一旦達到所需的表面張力和電子電荷，微團粒液體就開始冷卻直至液體密度增加。所需的表面張力和電子電荷可通過多種方式測量，但最好是通過溫度來檢測。例如，一旦液體達到所需的密度，氣體一般約為4℃到15℃，持續(xù)通入氧氣，在足夠的時間之后，微團粒液體中即可達到所需的氧氣量。然后，將微團粒液體試樣等分裝入容器或瓶中，優(yōu)選充滿至最大溶劑，然后加蓋，在此同時加入氣體的微團粒液體仍然冷卻，以便隨著溫度達到室溫向加氣的微團粒液體提供部分壓力。由于瓶內(nèi)部分壓力升高，這使大量的溶解氣體可保留在溶液中。
本發(fā)明提供了制造微團粒或分級分離水或液體的方法，為便于說明，所描述的液體將用水來表示，雖然任何類型的液體均可替代水。例如，對于原料水，由于相對來說不含礦物質(zhì)，因此優(yōu)選將純凈水或蒸餾水用作原料。然后，將水加入用于加工的食品級不銹鋼儲水池。將原料水加入可提供約55到120psig或以上持續(xù)壓力的液泵，即可形成連續(xù)的水流。然后，使水流流入可形成達到約27英寸汞柱部分真空壓力的多重旋轉(zhuǎn)渦流的適用裝置(參見圖4實例)，從而達到在水中溶解夾帶的氣體的蒸汽壓力。這些氣體形成空化泡，通過多重加速管后排進等于或接近大氣壓力的共用腔體。由空化泡的破裂和爆裂產(chǎn)生的沖擊波通過水的反復(fù)循環(huán)，將水的大陣列打斷成較小的水分子。水循環(huán)使水的溫度不斷升高。由空化泡破裂和爆裂產(chǎn)生的熱量將能量釋放為聲光效應(yīng)，聲光效應(yīng)氣泡的溫度估計在10到100電子伏特之間，或19,743,336個大氣壓力下2,042,033°F。然而，生成的熱量僅有亞微細粒大小，很快被周圍的水迅速吸收，放出動力能。發(fā)明者們已確定將大陣列打斷為較小水分子的操作可利用空化現(xiàn)象的正弦波來達到，并通過監(jiān)控溫度的上升，可以在處理過程中調(diào)節(jié)水的滲透壓和表面張力。發(fā)明者們已確定氧化微團粒水(Penta-hydrateTM)的理想溫度約為140°F(約60℃)。這可以通過使用四股相反的渦流以6度加速管排入等于或接近大氣壓的共用腔體來實現(xiàn)，背壓應(yīng)低于5磅。如上所述，發(fā)明者們還發(fā)現(xiàn)在此處描述的處理方法下，液體會出現(xiàn)熱/溫度的正弦波動。根據(jù)所需的物理化學(xué)特性，重復(fù)處理方法直至正弦曲線達到所需的點，達到該點時，在可抑制大分子陣列形成的條件下收集并冷卻液體。例如(但并非限于此)，發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)按此所述方法處理的水會出現(xiàn)正弦加熱過程。在制造這種水的過程中會形成高負電荷并轉(zhuǎn)移至水。根據(jù)工作壓力和產(chǎn)生的水速率，通過頻率為800周期或以上的疊加正弦波而測得的電壓為-350毫伏到-1伏。發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，溫度中第三個正弦曲線峰值為水的微團粒結(jié)構(gòu)提供了最佳數(shù)值。雖然發(fā)明者們沒有責(zé)任提供操作的機制或理論，但是據(jù)信高負離子產(chǎn)生可充當(dāng)給電子的良好來源，消費時用作抗氧化劑，還可通過對暴露在負電荷靜電場的水分子進行定位穩(wěn)定水微團粒和有助于防止重新形成大陣列。雖然不愿被束縛在特定的理論中，但是根據(jù)FTIR和NMR試驗數(shù)據(jù)，發(fā)明者們認為在空化現(xiàn)象過程中達到的高溫可能在水中會形成解離H2O原子然后以不同的鍵結(jié)合重新形成的等離子體，從而生成了不同的結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到，本發(fā)明的水可采用任何方式進行進一步改進。例如，在形成微團粒水后，按此處描述它可能會被氧化，根據(jù)水的最終用途，可采用已知的現(xiàn)有技術(shù)對其進行進一步的凈化、調(diào)味、蒸餾、輻射處理或其它修飾。
在另一實施方案中，本發(fā)明提供了調(diào)節(jié)組織或?qū)ο蟮募毎阅艿姆椒āＮF粒水(例如，氧化微團粒水)可設(shè)計為輸送系統(tǒng)，以傳輸水合作用、氧化作用、營養(yǎng)、藥物和提高總體細胞性能和交換細胞內(nèi)液體并去除水腫。試驗采用RJL Systems Bio-Electrical ImpedanceAnalyzer型號BIA101 Q Body Composition Analysis SystemTM完成，結(jié)果證明實質(zhì)性的細胞內(nèi)和細胞外水合作用，變化僅需5分鐘。試驗在一名58歲、身高71.5英寸、體重269磅的體形肥胖的男性身上進行。Bio-Electrical Impedance AnalyzerTM讀取的基線數(shù)據(jù)如下所示。
如下述實施例描述，預(yù)計本發(fā)明的微團粒水經(jīng)對象消費會產(chǎn)生有益的影響。對象可以是任何哺乳動物(例如，馬、牛、豬、鼠、貓、犬科動物)，優(yōu)選是人類。微團粒水或氧化微團粒水(Penta-hydrateTM)的劑量將取決于通常修改和調(diào)整的現(xiàn)有技術(shù)中認識到的許多因素。這類因素包括年齡、體重、活動性、脫水狀況、體內(nèi)脂肪等。一般而言，0.5升本發(fā)明的氧化微團粒水即可提供有益結(jié)果。此外按照預(yù)期，本發(fā)明的微團粒水可采用任何現(xiàn)有技術(shù)已知方式施用，包括例如口服和靜脈內(nèi)，單獨或與其它活性劑、化合物和化學(xué)制品混合。發(fā)明者們還預(yù)計，本發(fā)明的水可用于沖洗傷口或外科手術(shù)切口部位。本發(fā)明的水還可用于感染治療，例如，由厭氧菌引起的感染可采用微團粒水(例如，氧化微團粒水)進行有益治療。
在另一實施方案中，本發(fā)明的微團粒水可用于降低自由基水平，從而在細胞中抑制自由基損傷。
在另一實施方案中，本發(fā)明的微團粒水可用于除去棉布等織物上的污漬。
以下實施例用于說明但并不限制本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到以下實施例的等同方案，其包括在本發(fā)明中。
實施例1如何制造微團粒水以下描述為制造微團粒液體方法的一個示例。本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到本發(fā)明包括的可供選擇的等同方案。因此，以下實施例不會限制本發(fā)明，但可用作為了更好地理解本發(fā)明的示范方法。
將325加侖Culligan Water品牌的蒸餾水或在29℃的環(huán)境溫度下5加侖瓶中的純凈水倒入一個帶有可移除頂蓋的316不銹鋼無壓儲水池內(nèi)，以備處理。該儲水池通過可縮小至1英寸NPT的底部進料21/4英寸316不銹鋼導(dǎo)管與配有5微米纖維過濾器的20英寸美國過濾器座相連，該過濾器用于除去水中可能含有的污染物。20英寸過濾器的輸出管道連接至Teel機型1V458316不銹鋼齒輪泵，它通過直接傳動的3HP1740 RPM3相電動機驅(qū)動。齒輪泵1英寸NPT的輸出管道通過1英寸316不銹鋼管連接至空化裝置，該不銹鋼管配備一個用于隔離和pasta壓力計的1英寸不銹鋼球閥。液泵的輸出可向空化裝置產(chǎn)生大小為65psig的持續(xù)壓力。
空化裝置由Teflon制造的不帶葉輪的四個小型反向泵螺旋管組成，安裝在316不銹鋼管座上，由1個壓力為65psig的V458齒輪泵按切線方式提供普通原料水，通過常用于液泵排出口的1/4英寸小孔流入，但在此用于形成旋轉(zhuǎn)渦流的輸入口。進入四個螺旋管的水以360度圓的形式通過帶有3/8英寸出料口的1英寸加速管從液泵吸入口排出，此出料口通常為液泵螺旋管的吸入口，但在此用作本裝置的排放口。四個反向進料螺旋管形成將水旋轉(zhuǎn)360度的渦流，然后以低于中心線5度的角度將水排出，在等于或接近大氣壓力時加速管將水排入普通腔體。該腔體連接至一個1英寸不銹鋼排放管道，它可回料至盛有蒸餾水的325加侖儲水池。至此，水已在裝置中經(jīng)過了一次處理。
上述步驟可不斷重復(fù)，直至由空化泡破裂和爆裂產(chǎn)生的能量(例如，聲能)將其動力熱量傳遞至水中，并且水的溫度達到約60℃。
盡管發(fā)明者們沒有義務(wù)解釋發(fā)明的理論，但他們以解釋方式提供了以下理論，而并未受該理論束縛。發(fā)明者們相信由空化現(xiàn)象產(chǎn)生的聲能抑制了在大陣列中保持五個H2O分子的單個四面體微團粒在一起的靜電鍵，從而降低了其大小并/或在水中產(chǎn)生了局部等離子體，將普通鍵的角度重新組構(gòu)為結(jié)構(gòu)不同的水。
溫度由手持式紅外熱探測器通過不銹鋼溫度計套管進行測量。本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到其它溫度測量方法。一旦溫度達到60℃，液泵電動機即會鎖定，并且水開始冷卻。裝配有5,000英熱空調(diào)設(shè)備的8x8英尺的隔熱房間用于加速冷卻，但并非必需。冷卻時使處理水保持靜止十分重要，盡量不要移動。
雖然冷卻溫度可采用4℃，但15℃已足夠，根據(jù)要冷卻水?dāng)?shù)量的不同，溫度也有所不同。一旦充分冷卻至約4℃到15℃，就可對水進行氧化。
在水冷卻至所需的溫度后，將處理水從325加侖不銹鋼儲水池移至用于氧化的5加侖聚碳酸酯瓶。
氧化處理是在20psig的壓力下通過裝配塑料空氣擴散器的1/4英寸ID塑料管道充入O2氣，該空氣擴散器用于產(chǎn)生細小的氣泡(例如，Lee目錄編號12522)。塑料管穿過5加侖瓶蓋上的螺孔，直達瓶的底部?？諝鈹U散器裝配在管道排放端。氧氣在20psig的流壓下充入，以確?？汕宄吹窖鯕馀萘?。在一個實施方案(Penta-hydrateTM)中，水氧化作用持續(xù)約五分鐘，而在另一實施方案(Penta-hydrateProTM)中，水氧化作用持續(xù)約十分鐘。
在氧化作用結(jié)束后，立即將水裝入500ml PET瓶，裝滿至溢出后使用帶有嵌入式密封墊圈的壓封型塑料蓋封瓶。在一個實施方案中，將一個0.5升的瓶裝滿，因而當(dāng)水的溫度升至室溫時，它將自行增壓，使在部分壓力下溶解的氧氣保持在較大的濃度。此步驟不僅在溶解狀態(tài)下能保持更多的氧氣，而且還可防止在運送過程中水劇烈振動。
實施例2采用本發(fā)明所述方法制備的水新穎獨特，就多種參數(shù)進行表征。
A.傳導(dǎo)性傳導(dǎo)性在USP645程序下測得，該程序指定了具有特殊性質(zhì)的水的傳導(dǎo)性的測量標(biāo)準。除定義了試驗實驗方案之外，USP645還規(guī)定了傳導(dǎo)性測量系統(tǒng)的性能標(biāo)準，以及儀表和傳導(dǎo)率的有效性及校準要求。傳導(dǎo)性試驗由加利福尼亞州Santa Fe Springs市的West CoastAnalytical Service，Inc.執(zhí)行。
傳導(dǎo)性試驗結(jié)果w/O2RO水 微團粒水 微團粒水25℃時的傳導(dǎo)性*(μmhos/cm) 5.55 3.16 3.88*傳導(dǎo)性值為兩次測量的平均數(shù)。
與RO水相比，觀察到微團粒水的傳導(dǎo)性減小稍大于一半。這相當(dāng)重要，它表明微團粒水具有明顯不同的行為，從而相對于未經(jīng)處理的RO水在實質(zhì)上不同。
B.傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線光譜(FTIR)水是IR光譜區(qū)的強吸收劑，經(jīng)FTIR充分表征，在約3000波數(shù)時顯示主要的譜線，與O-H鍵的振動相符合。該光譜線使樣本中氫鍵結(jié)構(gòu)特征性的。將未處理RO樣水(樣本A)和未氧化微團粒樣水(樣本B)分別放在氯化銀盤內(nèi)，在25℃經(jīng)FTIR分析每種液體的膜。FTIR試驗由加利福尼亞州Santa Fe Springs市的West CoastAnalytical Service，Inc.采用Nicolet Impact400DTMbenchtop FTIR執(zhí)行。FTIR光譜如圖5所示。
在比較未氧化微團粒水和RO水的FTIR光譜后，結(jié)果明確表明兩種樣水有多種共同特征，但同時也有明顯差異。對微團粒水觀察到在FTIR光譜中約2650波數(shù)的主要明顯特征(圖5(b))。RO水無此特征(圖5(a))。這表明樣水中鍵的行為不同，其能量相互作用已經(jīng)改變。結(jié)果表明，未經(jīng)氧化的微團粒水在物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)上都不同于RO未處理水。
C.模擬蒸餾由加利福尼亞州Santa Fe Springs市的West Coast AnalyticalService，Inc.對RO水和在未經(jīng)氧化的未氧化微團粒水進行模擬蒸餾。
模擬蒸餾測試結(jié)果RO水 未氧化微團粒水沸點范圍*(℃) 98-100 93.2-100*經(jīng)氣壓校正。
結(jié)果表明，未氧化微團粒樣水中最低沸點餾分的沸騰溫度明顯降低。與RO水的最低沸點餾分98℃的溫度相比，觀察到微團粒水的最低沸點餾分為93.2℃。這表明處理方法已顯著改變了樣水中存在的分子種類的組成結(jié)構(gòu)。請注意較低沸點種類通常較小，這與所有觀察數(shù)據(jù)和微團粒的形成相符。
D.熱重分析在本試驗中，將一滴水滴入dsc樣盤，用以精密激光方式鉆有一針孔的覆蓋密封。樣水溫度每隔5分鐘上升5度，直至達到最終溫度。未氧化微團粒水和RO水同時進行TGA概圖描繪，以便比較。
TGA分析由加利福尼亞州La Canada市的Analytical Products采用TA Instruments Model TFA2950TM執(zhí)行。TGA試驗結(jié)果如圖6顯示。圖中顯示了三種不同樣水的三個試驗結(jié)果。RO樣水已指定為TGA圖表上的“純凈水”。未氧化微團粒水一式兩份，包括Super Pro 1St試驗和Super Pro 2nd試驗。未氧化微團粒水和未處理RO水顯示出顯著較大的重量減輕動力學(xué)現(xiàn)象。顯然，RO幾乎立即開始丟失質(zhì)量，在約40℃開始直到最終溫度。微團粒水直到約70℃時質(zhì)量才開始減輕。這說明與未處理RO水相比，經(jīng)處理水在40℃到70℃之間的蒸汽壓力較大。TGA結(jié)果證明，未氧化微團粒水的蒸汽壓力在達到沸點溫度時較低。這些數(shù)據(jù)再一次表明，與RO水相比，未氧化微團粒水已明顯改變。這些數(shù)據(jù)再次表明，未氧化微團粒水還在75℃到100℃溫度之間顯示出更多特征。這些特征可以說明在模擬蒸餾中觀察到的低沸點餾分。
E.核磁共振(NMR)光譜NMR試驗由加利福尼亞州圣地亞哥市的Expert ChemicalAnalysis，Inc.采用600兆赫Bruker AM500TM儀器執(zhí)行。NMR研究對象為有氧或無氧的微團粒水以及RO水。研究結(jié)果如圖7所示。在17O NMR試驗中對RO水觀察到預(yù)期單峰(圖7(a))。對于無氧微團粒水(圖7(b))，相對于RO水來說，觀察到的單峰位移+54.1赫茲；對于有氧微團粒水(圖7(c))，相對于RO水而言，單峰位移+49.8赫茲。對于微團粒水和RO水觀察到NMR峰的位移。此外，NMR數(shù)據(jù)中有意義的是，與未處理樣水較窄的峰相比，對微團粒樣水觀察到峰增寬。
實施例4-拉曼光譜拉曼光譜對液體結(jié)構(gòu)的變異修飾相當(dāng)敏感，用它來表征和區(qū)分微團粒結(jié)構(gòu)和微團粒分子結(jié)構(gòu)液體。此研究建立在獲得和處理自發(fā)拉曼光譜的基礎(chǔ)之上，可以記錄4℃、19℃、36℃和75℃下液態(tài)水中相變的類型。氫鍵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和每單位體積氫鍵濃度的平均值被確定，導(dǎo)致表征通過不同方法制備的水，特別是區(qū)分和定義通過上述制造微團粒的方法制備的水組合物。
圖8圖示了研究中所用的裝置。光源為1064nm的兩條諧波輸出的Q開關(guān)固態(tài)Nd:YAG激光(加利福尼亞州山景城(MountainView)的Spectra Physics Corp.)，其雙頻率可產(chǎn)生532nm的波長。另一個諧波發(fā)生器由KTP晶體組成，可從亞利桑那州土斯肯(Tuscon)市的Kigre公司購買。第一條諧波為1064nm，其脈沖能量為200mJ、寬度為10ns，重復(fù)率為6Hz。光學(xué)鏡和半透明單元可從新墨西哥州愛伯克奇(Albuquerque)市的CVC Optics公司購買。本光譜儀從日本濱松(Hamamatsu)市購買，其自動瞄準系統(tǒng)從加利福尼亞州科斯拉梅薩(Costa Mesa)市的Newport Corporation購買。電子光學(xué)轉(zhuǎn)換器從德克薩斯州休斯頓(Houston)市的TexasInstruments公司購買。
將水注入單元，作為試驗對象。實驗中研究以下樣水氧化微團粒水、未氧化微團粒水、Millipore(tm)蒸餾水、實驗室制蒸餾水、醫(yī)用級雙蒸注射用水、瓶裝商用反滲透水，以及自來水(未經(jīng)處理)。將由脈沖發(fā)生器、正弦波發(fā)生器和調(diào)焦角狀擴音器產(chǎn)生的強超聲場通入試驗水。激光束射入單元。信號以90°的角度分散進入光譜儀，光譜儀中配有提供2nm/mm分散作用的格柵設(shè)備。拉曼散射光譜由探測器測量。
結(jié)果表明，在聲場中微團粒水的氫鍵網(wǎng)局部結(jié)構(gòu)已改變。特別是，改變符合氧原子間平均距離局部減小至2.80埃，增強以氫鍵結(jié)合的水分子的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的排序幾乎達到六邊形冰，后者中該距離為2.76埃。
與其它樣水相比，含有微團粒水的試樣的團粒溫度高約10℃，這表明微團粒水的平均團粒大小小于其它樣水。而且，微團粒水比其它水顯示出更均勻的團粒大小組成，即更加均質(zhì)的分子團粒結(jié)構(gòu)。
II.培養(yǎng)基及其制造與使用方法本發(fā)明涉及用于生物、農(nóng)業(yè)、制藥、工業(yè)和醫(yī)藥應(yīng)用的培養(yǎng)基組合物。這些組合物中含有微團粒水。制作和使用培養(yǎng)基組合物的方法在本發(fā)明范圍內(nèi)。
綜述和定義除非特別指明，否則本發(fā)明的實踐將采用以下技術(shù)領(lǐng)域中的常規(guī)技術(shù)(1)培養(yǎng)動物細胞、植物細胞及其組織；微生物、亞細胞部分、病毒和噬菌體；(2)分化組織和器官的灌注；(3)生物化學(xué)；(4)分子生物學(xué)；(5)微生物學(xué)；(6)遺傳學(xué)；(7)化學(xué)。這些技術(shù)在文獻中有詳細說明。例如，請參見《動物細胞培養(yǎng)基礎(chǔ)技術(shù)手冊》(Cultureof Animal CellsA Manual of Basic Technique)，第4版，2000年，R.Ian Freshney編著，Wiley Liss Publishing出版；《動物細胞培訓(xùn)》(Animal Cell Culture)，J.W.Pollard和John M.Walker編著；《植物組織培養(yǎng)理論與實踐》(Plant tissue CultureTheoryand Practice)，1983年，Elsevier Press出版；《植物細胞培養(yǎng)次級代謝工業(yè)應(yīng)用》(Plant Cell Culture Secondary MetabolismToward Industrial Application)，F(xiàn)rank DiCosmo和MasanaruMisawa編著，CRC Press出版；《植物組織培養(yǎng)概念和實驗室操作手冊》(Plant Tissue Culture Concept and Laboratory Exercises)，第2版，Robert N.Trigiano和Dennis Gray編著，1999年，CRCPress出版；《植物生物化學(xué)和分子生物學(xué)》(Plant Biochemistry andMolecular Biology)，第2版，Peter J.Lea和Richard C.Leegood編著，1999年，John Wiley and Sons出版；《植物組織培養(yǎng)實驗》(Experiments in Plant Tissue Culture)，Dodds&Roberts編著，第3版；《神經(jīng)細胞培養(yǎng)實踐方法》(Neural Cell CultureAPractical Approach)，163卷，James Cohen和Graham Wilkin編著；由Maniatis等人編著的《分子克隆實驗手冊》(MolecularCloningA Laboratory Manual)；《細胞分子生物學(xué)》(MolecularBiology of The Cell)，Bruce Alberts等人編著，第4版，2002年，Garland Science 出版；《微生物生物技術(shù)》(MicrobialBiotechnology)、《應(yīng)用微生物基礎(chǔ)原理》(Fundamentals of AppliedMicrobiology)，Alexander N.Glazer和Hiroshi Nikaido編著，1995年，W.H.Freeman Co.出版；《制藥生物技術(shù)》(PharmaceuticalBiotechnology)，Daan J.A.Crommelin和Robert D.Sindelar編著，1997年，Harwood Academic Publishers出版。相關(guān)期刊包括《細胞組織研究》(Cell Tissue Research)；《細胞》(Cell)；《科學(xué)》(Science)；《自然》(Nature)；《免疫學(xué)雜志》(Journal ofImmunology)；《胸腺》(Thymus)；《國際細胞克隆雜志》(InternationalJournal of Cell Cloning)；《血液》(Blood)；《雜交瘤》(Hybridoma)。
在本發(fā)明描述中，下列術(shù)語的使用符合以下定義。
此處所用術(shù)語“微團粒培養(yǎng)基”指含有微團粒水的培養(yǎng)基。修飾包括培養(yǎng)基、介質(zhì)、液體、凝膠、組合物、組分或成分的任何含水組合物的形容詞“微團?！敝冈摻M合物中的微團粒水，及其溶解于微團粒水中或與微團粒水混合。
根據(jù)《牛津生物化學(xué)和分子生物學(xué)詞典》(Oxford Dictionary ofBiochemistry and Molecular Biology)(牛津大學(xué)出版社，1997年)的定義，術(shù)語“培養(yǎng)/培養(yǎng)物”指1(a)在營養(yǎng)培養(yǎng)基(即培養(yǎng)基)之中或之上正在生長或處于活性狀態(tài)的細胞、組織片段或者器官的集合；(b)添加了這種有生命的物質(zhì)的任何培養(yǎng)基，無論這類物質(zhì)是否仍然保持活性。2.制備、生長或維持此類培養(yǎng)物的實踐操作或過程。3.生長、維持或制備培養(yǎng)物。
“細胞”是所有活生物體的基本結(jié)構(gòu)單位，由通常用顯微鏡才能看到的微小的原生質(zhì)團組成，內(nèi)含由細胞膜和/或細胞壁與外界隔開的細胞質(zhì)。真核細胞是含有包在核膜中的細胞核的細胞。原核細胞是細胞內(nèi)基因組DNA不包含在核膜中的細胞。
“培養(yǎng)基”指專用于支持培養(yǎng)物生長或維持的任何營養(yǎng)培養(yǎng)基。培養(yǎng)基一般由人工制備，并設(shè)計用于特定類型的細胞、組織或器官。它們一般由柔軟的凝膠(通常稱為固體或半固體培養(yǎng)基)或液體組成，但偶爾也有堅硬的固體。
“組織培養(yǎng)/培養(yǎng)物”指1.在人造條件下，生長或維持動物或植物的組織細胞(細胞培養(yǎng))、整個器官(器官培養(yǎng))或部分器官的技術(shù)或過程；2.任何通過此類技術(shù)生長或維持的有生命物質(zhì)。
“組織”指組成執(zhí)行一種或多種特定功能的任何細胞集合。
“器官”是適應(yīng)和/或特化用于執(zhí)行一種或多種生命功能的多細胞生物體身體的任何部分。
“器官培養(yǎng)”屬于組織培養(yǎng)的范疇，其中一個器官、部分器官或器官原基，在從動物或植物體內(nèi)移除后，在體外維持在營養(yǎng)培養(yǎng)基中，保留其結(jié)構(gòu)和/或功能。
“細胞器”是單細胞生物體或多細胞生物體的個體細胞內(nèi)的任何具體結(jié)構(gòu)，適應(yīng)和/或特化用于執(zhí)行一種或多種生命功能。
“微生物生物技術(shù)”指使用細胞(原核或真核)生產(chǎn)蛋白質(zhì)、重組與合成疫苗、微生物殺蟲劑、酶、多糖與聚酯、乙醇、氨基酸、抗生素；通過微生物(和酶)進行有機合成與降解；環(huán)境應(yīng)用，包括污水和廢水微生物學(xué)；異形生物質(zhì)的微生物降解；在礦物質(zhì)回收和從廢水中除去重金屬過程中使用微生物。微生物生物技術(shù)范圍十分廣泛，以下書籍中有部分介紹《微生物生物技術(shù)》(MicrobialBiotechnology)、《應(yīng)用微生物基礎(chǔ)原理》(Fundamentals of AppliedMicrobiology)，Alexander N.Glazer和Hiroshi Nikaido編著，1995年，W.H.Freeman Co.出版；《制藥生物技術(shù)》(PharmaceuticalBiotechnology)，Daan J.A.Crommelin和Robert D.Sindelar編著，1997年，Harwood Academic Publishers出版。
細胞培養(yǎng)基—基礎(chǔ)原理細胞培養(yǎng)基的基本成分(如下所述)-作為單一成分、預(yù)混成分、干燥或用水配制-可從供應(yīng)商購買(例如，Sigma Chemical、Invitrogen、Biomark、Cambrex、Clonetics，以及更多)。用水配制培養(yǎng)基的方法在現(xiàn)有技術(shù)中廣為人知(《細胞、器官和胚胎的培養(yǎng)基》(Culture Media for Cells，Organs，and Embryos)，CRC Press出版，1977年；《動物細胞培養(yǎng)和培養(yǎng)基的基本資料》(AnimalCellsCulture and MediaEssential Data)，John Wiley&Son出版，1995年；《分子和細胞生物學(xué)細胞培養(yǎng)方法中用于無血清動物細胞培養(yǎng)的培養(yǎng)基、補充劑和基質(zhì)制備方法》(Methods for Preparationof Media，Supplements and Substrata for Serum Free Animal CellCulture in Cell Culture Methods for Molecular and Cell Biology)，第1卷，Wiley-Liss出版，1984年)。本發(fā)明的培養(yǎng)基組合物包含微團粒水。為了列舉細胞培養(yǎng)的各種方法，細胞培養(yǎng)方法與細胞培養(yǎng)基的類型在現(xiàn)有技術(shù)中廣為人知，以下僅作簡要介紹。
細胞培養(yǎng)物的類型原代培養(yǎng)物直接取自切離的正常動物組織。這些組織作為外植體培養(yǎng)或在通過酶的消化作用分離為單細胞懸液后培養(yǎng)。這些培養(yǎng)物起初為異質(zhì)，后來由成纖維細胞支配。一般而言，原代培養(yǎng)物在體外只能持續(xù)一段有限的時間，在此期間原代細胞通常保留許多在體內(nèi)可見的細胞分化特征。
連續(xù)培養(yǎng)物由單細胞類型組成。這些細胞在培養(yǎng)物中可連續(xù)繁殖有限數(shù)目(約50)的細胞分裂或無限繁殖。維持一定的分化程度。要使這些培養(yǎng)物維持較長的時間，必須建立細胞庫。
培養(yǎng)形態(tài)學(xué)細胞培養(yǎng)物或在懸浮液中生長(作為單細胞或小的自由漂浮的凝塊)或作為單層貼壁于組織培養(yǎng)瓶。有時，細胞培養(yǎng)物可能會生長為混有附著細胞和懸浮細胞的半附著細胞。
培養(yǎng)基的類型總體而言，培養(yǎng)的細胞需要無菌環(huán)境、適于生長的營養(yǎng)供應(yīng)和穩(wěn)定的培養(yǎng)環(huán)境，例如，pH值和溫度。如今已經(jīng)開發(fā)了各種指定的基礎(chǔ)培養(yǎng)基類型，可從市場購買。它們已被改良，富含氨基酸、維生素、脂肪酸和脂類。因此，現(xiàn)在可以得到適于支持多種細胞類型生長的培養(yǎng)基。精確的培養(yǎng)基配方通常來源于對每種成分的濃度最佳化。
培養(yǎng)基供應(yīng)商通過產(chǎn)品目錄或其網(wǎng)站向本領(lǐng)域技術(shù)人員分發(fā)制造和使用培養(yǎng)基的文獻。例如，Sigma-Aldrich公司的網(wǎng)站公開了標(biāo)題為《細胞培養(yǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)》(Fundamental Techniques in CellCulture)、《實驗室在線操作手冊(Sigma-Aldrich公司)》(ALaboratory Handbook Online(Sigma-Aldrich Company))，下表列舉了不同培養(yǎng)基的實例及其用法。本領(lǐng)域技術(shù)人員會采用微團粒水代替下述培養(yǎng)基中的全部或部分非微團粒水。
表1培養(yǎng)基的不同類型及其使用平衡鹽溶液PBS、Hanks BSS、Earles鹽DPBS(產(chǎn)品編號D8537/D8662)HBSS(產(chǎn)品編號H9269/H9394)EBSS(產(chǎn)品編號E2888)形成許多復(fù)合培養(yǎng)基的基礎(chǔ)基礎(chǔ)培養(yǎng)基MEM(產(chǎn)品編號M2279)原代培養(yǎng)和二倍體培養(yǎng)。
DMEM(產(chǎn)品編號D5671)含有更高濃度氨基酸和維生素的MEM改良產(chǎn)品。支持包括雜交瘤在內(nèi)的多種細胞類型。
GMEM(產(chǎn)品編號G5154)Glasgows改良MEM，專用于BHK-21細胞復(fù)合培養(yǎng)基RPMI 1640(產(chǎn)品編號R0883)最初來源于人白血病細胞。支持包括雜交瘤在內(nèi)的多種哺乳動物細胞。
Iscoves DMEM(產(chǎn)品編號13390)DMEM的進一步富集改良產(chǎn)品，支持高密度生長Leibovitz L-15(產(chǎn)品編號L5520，液態(tài))專用于無CO2環(huán)境TC100(產(chǎn)品編號T3160)Grace昆蟲培養(yǎng)基(產(chǎn)品編號G8142)Schneider昆蟲培養(yǎng)基(產(chǎn)品編號S0146)專用于培養(yǎng)昆蟲細胞無血清培養(yǎng)基CHO(產(chǎn)品編號C5467)HEK293(產(chǎn)品編號G0791)用于無血清應(yīng)用Ham F10及其衍生物Ham F12(產(chǎn)品編號N4888)DMEM/F12(產(chǎn)品編號D8062)注這些培養(yǎng)基必須補充胰島素、鐵傳遞蛋白和表皮生長因子等其它基因。通常，這些培養(yǎng)基需使用HEPES緩沖昆蟲細胞Sf-900II SFM、SF昆蟲培養(yǎng)基2(產(chǎn)品編號S3902)特別專用于Sf9昆蟲細胞培養(yǎng)基的基本成分包含微團粒水的培養(yǎng)基基本成分的溶液包含在本發(fā)明的組合物范圍之內(nèi)。
無機鹽碳水化合物氨基酸維生素脂肪酸和脂類蛋白質(zhì)和肽血清以下概述了每種成分執(zhí)行的特殊功能無機鹽不僅可以幫助維持細胞的滲透平衡，而且通過供應(yīng)鈉、鉀和鈣離子還有助于調(diào)節(jié)膜電位。所有這些在細胞基質(zhì)中都是需要的，用于細胞粘附或作為酶輔因子。
緩沖體系。大多數(shù)細胞所需的pH值范圍在7.2到7.4之間，嚴密監(jiān)控pH值對達到最佳培養(yǎng)條件至關(guān)重要。有幾種因素可影響此最佳條件。成纖維細胞需要較高的pH(7.4-7.7)值，而持續(xù)轉(zhuǎn)型細胞系則需要較高的酸性條件pH(7.0-7.4)值。建立新的培養(yǎng)并通過以下兩種緩沖系統(tǒng)之一成功達到時，在細胞接種之后立即調(diào)節(jié)pH值特別重要；(i)含有培養(yǎng)基CO3/HCO3的氣態(tài)CO2平衡的“天然”緩沖系統(tǒng)，和(ii)利用稱為HEPES(產(chǎn)品編號H4034)的兩性離子的化學(xué)緩沖。
使用天然碳酸氫鹽/CO2緩沖系統(tǒng)的培養(yǎng)物需要保持在空氣中CO2含量為5-10％的條件下，通常由CO2培養(yǎng)器提供。碳酸氫鹽/CO2不僅成本較低、無毒性，而且還可以為細胞提供其它化學(xué)益處。
HEPES(產(chǎn)品編號H4034)具有出色的緩沖能力，pH值范圍在7.2-7.4之間，但其成本相對比較昂貴，濃度較高時對某些細胞可能產(chǎn)生毒性。HEPES(產(chǎn)品編號H4034)緩沖培養(yǎng)物無需控制氣體環(huán)境。
大多數(shù)商用培養(yǎng)基將酚紅(產(chǎn)品編號P3532/P0290)用作pH值指示劑，從而培養(yǎng)基的pH值狀態(tài)可始終通過顏色來指示。通常，如果顏色變黃(酸性)或變紫(堿性)，則應(yīng)更換或補充培養(yǎng)基。
碳水化合物。能量的主要來源為一般以糖的形式存在的碳水化合物。所用的主要糖類為葡萄糖和半乳糖，但有些培養(yǎng)基也含有麥芽糖或果糖。在某些復(fù)合培養(yǎng)基中，基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的含糖濃度為1g/l到4.5g/l不等。含糖較高的培養(yǎng)基能夠支持范圍更廣泛的各種細胞的生長。
維生素。血清是細胞培養(yǎng)中維生素的重要來源。但是，許多培養(yǎng)基也富含維生素，這使它們更適于范圍更廣的細胞系。維生素是大量輔因子的前體。許多維生素(特別是維生素B群)都是細胞生長和繁殖的必需品，對于某些細胞系來說，維生素B12不可或缺。一些培養(yǎng)基也增加了維生素A和E的含量。常用于培養(yǎng)基中的維生素包括維生素B2、維生素B1和維生素H。
蛋白質(zhì)和肽。它們在無血清培養(yǎng)基中具有特殊的重要性。最常見的蛋白質(zhì)和肽包括白蛋白、鐵傳遞蛋白、纖連蛋白和胎球蛋白，用于替代通過添加血清到培養(yǎng)基中而通常存在的蛋白。
脂肪酸和脂類。與蛋白質(zhì)和肽相似，由于脂肪酸和脂類常出現(xiàn)在血清中，它們在無血清培養(yǎng)基中也具有十分重要的作用。例如，膽固醇和類固醇是特化細胞不可或缺的。
微量元素。微量元素包括鋅、銅、硒和三羧酸中間產(chǎn)物等。硒是解毒劑，有助于除去氧自由基。
從基本成分制造培養(yǎng)基非常耗時，并且在處理過程中有污染的危險。目前大多數(shù)培養(yǎng)基為制備混合粉劑或10x和1x的液體培養(yǎng)基，使用非常方便。常用培養(yǎng)基列于培養(yǎng)基供應(yīng)商的商品目錄中(例如，Sigma-Aldrich生命科學(xué)商品目錄)。
如果購買粉狀或10x培養(yǎng)基的培養(yǎng)基成分，請注意重構(gòu)粉末或稀釋濃縮液體所用的水應(yīng)不含礦物質(zhì)、有機或微生污染物。而且，還必須無熱原(產(chǎn)品編號W3500，水、組織培養(yǎng)級，Sigma-Aldrich)。在大多數(shù)情況下，通過反滲透和萃淋樹脂凈化制備的最終阻抗為16-18Mx的水適用。制備好后，培養(yǎng)基應(yīng)在使用前消毒過濾。顯然，直接從供應(yīng)商購買1x的液體培養(yǎng)基可無需此步驟。在所有的情況下，本發(fā)明的培養(yǎng)基含微團粒水作為組分，優(yōu)選組織培養(yǎng)級。培養(yǎng)基供應(yīng)商(例如，Sigma-Aldrich、Invitrogen、Clonetics)和細胞與細胞培養(yǎng)物供應(yīng)商在產(chǎn)品的包裝套件中一般都提供一種或多種產(chǎn)品(介質(zhì)、介質(zhì)成分和細胞)。本發(fā)明包括試劑盒，其在其自身容器中含有微團粒水，或作為試劑盒中另一容器的成分。
血清。血清是白蛋白、生長因子和生長抑制劑的復(fù)雜混合物，它可能是細胞培養(yǎng)基最重要的成分之一。最常用的血清是胎牛血清。其它類型的血清還包括新生小牛血清和馬血清。血清的質(zhì)量、類型和濃度都可能影響細胞生長，因此，批量監(jiān)控血清觀測其支持細胞生長的能力十分重要。血清還能夠提高培養(yǎng)物的緩沖能力，這對慢速生長細胞或接種密度較低的情況(例如，細胞克隆實驗)非常重要。
含有微團粒水的本發(fā)明的培養(yǎng)基、其制造和使用方法為了本申請的目的可任意歸類為用于以下生物實體范疇。應(yīng)理解此分類不排除所述組合物或其使用方法用于多于一個類別應(yīng)用中。
動物細胞，本身(例如，細胞系等)本發(fā)明的組合物包括1.包含微團粒培養(yǎng)基的組合物，特別是配制用于動物細胞的培養(yǎng)基。
2.包含配制用于動物細胞的微團粒培養(yǎng)基和動物細胞的組合物。
3.包含在下述方法中使用微團粒動物細胞培養(yǎng)基而制備的動物細胞的組合物。
本發(fā)明中配制用于動物細胞的培養(yǎng)基用于1.繁殖、維持或保存動物細胞或其組合物。
2.分離或區(qū)分動物細胞或其組合物。
3.制備含有動物細胞的組合物。
此外，本發(fā)明還涵蓋制備微團粒動物細胞培養(yǎng)基、制備包含微團粒動物細胞培養(yǎng)基和動物細胞的組合物的方法。疫苗是來自此類動物細胞培養(yǎng)物的產(chǎn)品實例。
干細胞本發(fā)明的組合物和方法適用干細胞。胚胎干細胞和種系或組織特異性干細胞是生物醫(yī)學(xué)研究的重要模型，但是在這項快速發(fā)展的領(lǐng)域中，研究材料的可用性和可達性常會受到限制。本發(fā)明的化合物和方法用于擴充、保存胚胎干細胞，以及取自各種菌株和物種的出生后來源的干細胞。(美國研究資源中心(National Center for ResearchResources)；弗吉尼亞州馬納薩斯(Manasas)美國模式菌種收集(American Type Culture Collection))。干細胞也可以取自骨髓、皮下脂肪和網(wǎng)狀真皮凸出區(qū)域。National Stem Cell Resource的產(chǎn)品包括(a)非人類胚胎干細胞、各種物種的種系或組織特異性新生干細胞；可通過凍瓶干冰運送；(b)選定的與干細胞表征和利用相關(guān)的試劑；這包括抗體、核酸探針、cDNA、基因組文庫和用于定向誘變或其它與干細胞用途相關(guān)的質(zhì)粒載體；(c)開發(fā)的標(biāo)準培養(yǎng)基。隨著鑒定和開發(fā)，還可得到鑒定干細胞系和物種之間共同特性的試劑。這包括用于RT-PCR和基于免疫學(xué)的測定的試劑。本發(fā)明包括微團粒培養(yǎng)基和試劑用于干細胞的應(yīng)用，包括干細胞回收。
微生物微生物包括放線菌、單細胞藻類、細菌、真菌(酵母和霉菌)和原生動物。
本發(fā)明的組合物包括1.含有微團粒水的用于微生物的培養(yǎng)基。
2.含有微團粒水和微生物的培養(yǎng)基。
含有微生物的本發(fā)明培養(yǎng)基用于1.繁殖、維持或保存微生物或微生物組合物。
2.制備或分離含有微生物的組合物，包括使用微團粒水或含微團粒水的組合物。
3.分離微生物。
此外，本發(fā)明還涵蓋制備含有微團粒水的培養(yǎng)基，以及制備含有培養(yǎng)基和微生物的組合物的方法。
載體，本身(例如，質(zhì)粒、雜交質(zhì)粒、粘粒、病毒載體、噬菌體載體等)此類生物實體包括可用于將核酸序列或基因引入細胞的自我復(fù)制核酸分子；此類核酸分子被指定為載體，可以質(zhì)粒、雜交質(zhì)粒、粘粒、病毒載體、噬菌體載體等形式存在。
載體或賦形劑可用于細胞的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)染。轉(zhuǎn)化是通過外源DNA的結(jié)合獲取新的遺傳物質(zhì)的過程。轉(zhuǎn)染是使用分離的DNA或RNA將遺傳信息轉(zhuǎn)移到細胞的過程。
質(zhì)粒是獨立復(fù)制的圓形的染色體外DNA元件。雜交質(zhì)粒是已打開的移接了另一種有機體DNA并重新組合的質(zhì)粒。粘粒是包含Lambda噬菌體“cos”位點的質(zhì)粒。
病毒載體(例如，SV40等)是專用于將外源DNA引入寄主細胞的植物或動物病毒。噬菌體載體(例如，Lambda噬菌體等)是專用于將外源DNA引入寄主細胞的細菌病毒。
病毒或噬菌體此類生物實體包括屬于微生物的病毒或噬菌體，它們(a)由核糖核酸或脫氧核糖核酸的核酸核心外圍蛋白質(zhì)殼組成，和(b)能夠獨立進入宿主微生物，以及(c)需要具有核糖核酸或脫氧核糖核酸以復(fù)制的宿主微生物。
本發(fā)明的組合物包括1.配制用于病毒或噬菌體的微團粒培養(yǎng)基的組合物。
2.配制用于病毒或噬菌體的微團粒培養(yǎng)基的組合物，該組合物包含病毒或噬菌體。
含有病毒或噬菌體的本發(fā)明培養(yǎng)基用于1.制備或繁殖病毒或噬菌體。
2.純化病毒或噬菌體。
3.制造病毒亞單位。
繁殖受與病毒增殖相關(guān)程序的限制，與改變了病毒基因型的人造遺傳物質(zhì)無關(guān)。此類遺傳物質(zhì)的人工改造過程用于基因突變、細胞融合或基因修飾，包括(1)使動物細胞、植物細胞或微生物產(chǎn)生基因突變，(2)融合動物、植物或微生物細胞，(3)通過在基因中人工誘發(fā)結(jié)構(gòu)改變或結(jié)合外源遺傳物質(zhì)，使動物細胞、植物細胞或微生物的基因型產(chǎn)生穩(wěn)定、可遺傳的更改，或者(4)通過結(jié)合外源遺傳物質(zhì)，使動物細胞、植物細胞或微生物的基因型產(chǎn)生暫時變化。
基因突變可以是由環(huán)境因素或DNA復(fù)制錯誤而導(dǎo)致的自然的細胞DNA改變，也可以由物理或化學(xué)條件引發(fā)。所含的基因突變過程有在未結(jié)合外源DNA的情況下，動物細胞、植物細胞或微生物DNA的指定或隨意變化的產(chǎn)生過程。應(yīng)該注意，通過技術(shù)方式將外源遺傳物質(zhì)結(jié)合到細胞或微生物，或者細胞或微生物中遺傳物質(zhì)的重新排列不屬于基因突變。
對于采用在細胞或微生物外改變克隆DNA的方法而產(chǎn)生的體外誘變不屬于基因突變。外源遺傳物質(zhì)可能含有通過化學(xué)方法合成或改變的基因。受結(jié)合外源遺傳物質(zhì)影響的暫時變化會表現(xiàn)出由所述遺傳物質(zhì)編碼的一個或多個表型特征。暫時變化是一種短暫、短期的變化。產(chǎn)生了受核酸分子(如反義核酸)影響的非基因編碼改變的方法不屬于基因突變。
這些組合物和方法可用于所有類型(即動物、植物等)的病毒。
植物細胞或細胞系，本身(例如，轉(zhuǎn)基因、突變體等)此類生物實體包括植物細胞或細胞系本身，其可以是轉(zhuǎn)基因的、突變體或其它獲得植物細胞的方法的產(chǎn)品。
本發(fā)明的組合物包括1.包含微團粒水和配制用于植物細胞或細胞系的培養(yǎng)基的組合物。
2.包含微團粒水和配制用于植物細胞或細胞系的培養(yǎng)基和植物細胞的組合物。
含有植物細胞或細胞系的本發(fā)明培養(yǎng)基用于1.體外繁殖2.維持或保存植物細胞或細胞系。
3.分離或分開植物細胞。
4.無論有無基因型變化，使植物細胞再生為組織、植物部分或植物本身。(新西蘭Total Lab Systems，Ltd.；例如，《組織培養(yǎng)商用蘭花繁殖栽培方法》(Commercial Propagation of Orchids inTissue CultureSeed Flasking Methods)?！短m花培育手冊基本知識》(Orchid Manual Basics)，Kay S.Greisen編著，2000年，美國蘭花協(xié)會(American Orchid Society)出版；《植物組織培養(yǎng)實驗方案》(Plant Tissue Culture Protocols)，可從Sigma-AldrichCo.網(wǎng)站和商品目錄中獲取)。
亞細胞部分應(yīng)理解，本發(fā)明的組合物包括配制用于微生物、動物細胞和植物的亞細胞部分(如線粒體、微粒體、葉綠體等細胞器)的培養(yǎng)基。此類培養(yǎng)基用于分離或處理亞細胞部分。本發(fā)明還包括這些培養(yǎng)基的制造方法。
用于分化組織或器官的培養(yǎng)基本發(fā)明涵蓋適用于包括血液在內(nèi)的分化組織或器官的微團粒培養(yǎng)基。此類培養(yǎng)基用于維持分化組織或器官，即在營養(yǎng)培養(yǎng)基或生命維持培養(yǎng)基中保持生存狀態(tài)。
維持包括保存器官在制造隨后可回收的產(chǎn)物(例如，激素)或展示活性(例如，激素的合成)的條件下。
因此，本發(fā)明包括通過連續(xù)灌注液體或本發(fā)明組合物用以維持分化組織或器官的以微團粒水配制的灌注介質(zhì)。美國專利4,879,283、4,873,230和4,798,824(此處列為參考)中介紹了灌注和維持器官的溶液。D’Alessandro AM、Kalayog 1uM、Sollinger HW、Pirsch JD、Southard JH、Belzer FO編著?！恫捎猛箍敌谴髮W(xué)溶液的器官保存當(dāng)前狀態(tài)》(Current status of organ preservation withUniversity of Wisconsin solution)。Arch Pathol LabMed.1991；115(3)306-310；Viaspan(r)是一種器官灌注和維持溶液，由Barr Laboratories，Inc.生產(chǎn)，用于器官和組織移植和活性保存。
本發(fā)明的組合物包括配制用于冷凍分化組織或器官的組合物，以及通過冷凍方法用于維持分化組織或器官過程中的組合物。
本發(fā)明的組合物包括配制用于維持血液或精液處于生理活性狀態(tài)的組合物，以及為體外血液細胞分離或處理方法而配制的組合物。此外，本發(fā)明還包括用于人工受精的組合物。
應(yīng)理解，本發(fā)明的微團粒組合物包括生理溶液或含水培養(yǎng)基，它們可能不含營養(yǎng)成分，但仍具有pH值、緩沖能力、滲透壓摩爾濃度、傳導(dǎo)性、無菌性等特征，且單獨或共同用于其它生理溶液以維持活性細胞、組織、器官和有機體。生理溶液的范例包括但不限于林格(Ringer)溶液、鹽溶液、緩沖溶液。這些溶液公知且常用于處理生物材料，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見。
使用微團粒培養(yǎng)基刺激生長或活性微團粒水對細胞活力的影響通過細胞膜完整性的測定，進行一項研究來確定微團粒水對細胞活力的影響。
使巨噬細胞接受由微團粒水配制的生長培養(yǎng)基和由雙蒸水(DDW)配制的生長培養(yǎng)基。
巨噬細胞取自小鼠。將2ml的Hanks溶液(10mM HEPES，pH7.2)注射入死鼠的腹膜內(nèi)。然后，收集含有巨噬細胞的溶液。使用Hanks平衡鹽溶液，將細胞濃度調(diào)節(jié)為106個細胞/毫升。
一般而言，將20微升試樣量的細胞懸液放置到玻璃蓋片上，在濕艙內(nèi)溫育45分鐘，然后用Hanks溶液冼去附著在玻璃表面的細胞。
使用溴化乙錠(EthBr，Sigma)和二乙酰基熒光素(FDA，Sigma)對細胞進行雙重染色測定，以確定細胞膜的完整性。所用的染色溶液含有5微克/毫升的EthBr和5微克/毫升的FDA。計數(shù)細胞膜損壞的細胞數(shù)量。此方法以EthBr進入細胞膜損壞的細胞的能力為基礎(chǔ)。EthBr能與DNA結(jié)合。EthBr與DNA結(jié)合后，發(fā)出明亮的紅色熒光。FDA能輕松滲透細胞膜，并在結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)化為具有明亮綠色熒光的熒光素。因而，熒光素會聚積在質(zhì)膜完整的細胞上，而對于細胞膜損壞了的細胞，熒光素可輕易離開細胞。五分鐘后即可得出雙重染色結(jié)果，可以觀察到質(zhì)膜未受影響的細胞呈綠色熒光。質(zhì)膜損壞的細胞呈紅色熒光。
在第一階段的實驗中，在含有EthBr和FDA的培養(yǎng)基中對巨噬細胞溫育15分鐘。然后徹底將它們洗凈，除去細胞外培養(yǎng)基中的游離染劑。然后，將生長培養(yǎng)基更換為以DDW或微團粒水制備的199培養(yǎng)基(199粉劑培養(yǎng)基一俄羅斯，Paneko)。計數(shù)死亡細胞。
在實驗的第二階段，在以DDW或微團粒水制備的199細胞培養(yǎng)基中對細胞溫育230分鐘。然后對細胞大致染色，即可確定死亡細胞的數(shù)量。
圖9為在以DDW或微團粒水制備的199細胞培養(yǎng)基中溫育后質(zhì)膜損壞的巨噬細胞的數(shù)量評估。在不同199細胞培養(yǎng)基中分別溫育15分鐘和240分鐘之后，可用質(zhì)膜損壞細胞的百分比P％來表示數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，與以微團粒水制備的培養(yǎng)基相比，以雙蒸水制備的細胞培養(yǎng)基中細胞膜損壞的細胞數(shù)量要高出2.6倍。這說明，與以DDW配制的細胞培養(yǎng)基的效果相比，以微團粒水配制的細胞培養(yǎng)基延長或增加了細胞的壽命。換句話說，與以DDW制備的細胞培養(yǎng)基相比，以微團粒水制備的細胞培養(yǎng)基可抑制細胞質(zhì)膜的損壞。
微團粒水對細胞內(nèi)pH值的影響進行一項研究來確定微團粒水對細胞內(nèi)pH值的影響。按上述步驟取得老鼠巨噬細胞。在以DDW或微團粒水制備的199培養(yǎng)基中溫育15分鐘和240分鐘之后，確定這些細胞的細胞內(nèi)pH值。
巨噬細胞的細胞內(nèi)pH值以微量光電比色法為基礎(chǔ)，采用熒光激發(fā)和發(fā)射改進系統(tǒng)的熒光顯微鏡(LUMAM13，LOMO，俄羅斯)進行測定。
熒光激發(fā)通過一個藍色的最大lambda＝435nm的光電二極管執(zhí)行。熒光通過分別具有l(wèi)ambda1＝520nm，lambda2＝567nm的干擾濾光片的雙通道系統(tǒng)在兩條不同波長時同時進行測量。
熒光激發(fā)和同步發(fā)射測量由內(nèi)置微控制器(LA-70M4)執(zhí)行。
在用作pH值指示劑的熒光FDA(5微克/毫升)中對巨噬細胞溫育15分鐘。與染料溫育后，在周圍的培養(yǎng)基中將細胞上的染劑洗凈。然后，將細胞放入小型培養(yǎng)皿的培養(yǎng)基中，并用水浸物鏡(x40)觀察。pH值標(biāo)定曲線可顯示出離子狀態(tài)的范圍。
首先將細胞在FDA染液中溫育15分鐘并在周圍介質(zhì)中洗凈染劑，然后放入以DDW或微團粒水制備的199培養(yǎng)基中。細胞內(nèi)pH值的動態(tài)測量不應(yīng)少于30次顯微鏡觀察，應(yīng)重復(fù)三次。細胞應(yīng)至少溫育230分鐘。圖10例示了在更換為以DDW或微團粒水制備的199培養(yǎng)基后巨噬細胞中細胞內(nèi)pH值變化的動態(tài)(delta pHi)。x軸為更換細胞培養(yǎng)基后以秒為單位的時間。Y軸為細胞內(nèi)pH值(delta pHi)的變化?？梢钥闯?，在199-DDW標(biāo)準培養(yǎng)基和199微團粒水中細胞內(nèi)pH值都約為7.15。在199微團粒水中溫育15分鐘之后，pH值升高0.16單位。在199-DDW培養(yǎng)基中同樣溫育15分鐘之后，巨噬細胞無明顯改變。230分鐘之后，根據(jù)觀測，在199微團粒水中溫育的細胞的細胞內(nèi)pH值升高0.43。在199-DDW中溫育的細胞的細胞內(nèi)pH值的升高可忽略不計。結(jié)論表明，通過使細胞與以微團粒水(而非“普通”水)制備的培養(yǎng)基相接觸，細胞的細胞內(nèi)pH值會升高。
另一組采用以199培養(yǎng)基和10％牛血清溫育的豬胚胎腎細胞進行實驗，結(jié)果證實，與以普通水制備的生長培養(yǎng)基相比，以微團粒水制備的生長培養(yǎng)基可使細胞內(nèi)pH值升高并增強細胞活力。
微團粒水對兩種人體細胞生長和轉(zhuǎn)染的影響進行一系列實驗來確定微團粒水對以該水制備的培養(yǎng)基中細胞的生長和轉(zhuǎn)染的影響。
實驗采用人上皮細胞(293T)和人樹突細胞。在從加利福尼亞州圣地亞哥(San Diego)市的AquaPhotonics，Inc.購買的微團粒水中稀釋10x濃縮的DMEM培養(yǎng)基(馬里蘭州蓋瑟斯堡(Gaithersburg)市的Life Technologies公司)。向細胞中補充10％胎牛血清(FCS)。
在同時進行的另一個實驗中，用不含微團粒水制備的標(biāo)準DMEM培養(yǎng)基溫育細胞。
在第0、3、6和9天，采用0.4％臺盼藍(Life Technologies)對細胞染色，以確定培養(yǎng)物的活力。
在培養(yǎng)的第1天，采用磷酸鈣沉淀法(加利福尼亞州卡爾斯巴德(Carlsbad)市的Invitrogen公司)通過HIV分子克隆(對GFP編碼)對293T細胞進行轉(zhuǎn)染。在另一組用于對照的實驗中，在標(biāo)準DMEM培養(yǎng)基中培養(yǎng)的293T細胞通過相同的HIV分子克隆進行轉(zhuǎn)染。第二天，即可從HIV轉(zhuǎn)染培養(yǎng)物和通過ELISA檢測HIV Gag p24中收集上層清液。要找到該方法靈敏范圍的最佳稀釋度，可通過10倍稀釋采用滴定法測量。
然后，用收獲的病毒感染樹突細胞(DC)的原代培養(yǎng)物。將兩種DC培養(yǎng)物維持在以濃縮DMEM與10倍稀釋制備的培養(yǎng)基中，一種培養(yǎng)物(用于實驗)以微團粒水稀釋DMEM，另一種培養(yǎng)物(用于對照)以普通水稀釋。在感染HIV后第5天，通過對GFP陽性DC的評分，可監(jiān)控到單細胞水平的感染。
結(jié)果A.如圖11所示，存活能力試驗證實，與以普通水制備的細胞培養(yǎng)基相比，作為培養(yǎng)基制備溶劑的微團粒水在培養(yǎng)的第9天時使293T細胞的存活能力提高了70％。
B.與對照培養(yǎng)物相比，采用在3log點滴定取自各培養(yǎng)物的上清液時，實驗培養(yǎng)物中轉(zhuǎn)染293T細胞培養(yǎng)物中HIV的復(fù)制高出三倍(圖12a)。
C.在以微團粒水制備的DMEM培養(yǎng)基中培養(yǎng)DC，以及將DC暴露于從在以微團粒水制備的DMEM中培養(yǎng)的293T細胞收獲的HIV，都極大地增強了DC對HIV的“容許性”(圖12b)(與對照培養(yǎng)基中3.7％的數(shù)據(jù)相比，實驗培養(yǎng)基中35％的DC受到感染)。
這些實驗證明，在轉(zhuǎn)化的細胞系、病毒和原代細胞中，在培養(yǎng)基中將普通水替換為微團粒水可對這些生物實體產(chǎn)生生物效應(yīng)。細胞生存能力增強了2到3倍；HIV復(fù)制以及細胞系和原代細胞培養(yǎng)物中的體外復(fù)制率都有提升。
微團粒水對特征性的樹突細胞標(biāo)志的表達譜的影響此研究的目的是監(jiān)控在以去離子水制備的培養(yǎng)基和以微團粒水制備的培養(yǎng)基中特征性DC標(biāo)志表達譜之間的差別。
實驗設(shè)計和結(jié)果。在以去離子水或微團粒水稀釋至終濃度的由10倍濃縮MEM(馬里蘭州蓋瑟斯堡(Gaithersburg)市的Life-Technologies公司)制備的培養(yǎng)基中培養(yǎng)DC。向兩種培養(yǎng)基中補充細胞因子IL-4和GM-CSF(20ng/ml)。根據(jù)標(biāo)準實驗方案(Sallusto等，1994年)生成DC，在分化的第6天記錄表型并培養(yǎng)。分別在第30和69天用相同的單克隆抗體重復(fù)表型測定。表面標(biāo)志表達水平采用FACscan讀取器(加利福尼亞州Bekton-Dickenson)的流式細胞儀測定。
細胞表面標(biāo)志的說明1.DC-SIGN-M.W.～44K，細胞特異性ICAM-3受體附帶了有關(guān)樹突細胞中DC-SIGN的功能的論文。
2.CD4-主要HIV gp120受體，MW～55K。CD4是HIV包膜蛋白的錨定位置。
3.CD1a-是專業(yè)抗原呈遞細胞中MHC復(fù)合體的類似物，負責(zé)呈遞和處理脂質(zhì)抗原(非標(biāo)準抗原呈遞系統(tǒng))。
4.CD80-為T細胞增殖的誘發(fā)提供來自抗原呈遞細胞(如DC)的信號2的協(xié)同刺激分子。
5.CD83-樹突細胞(DC)的成熟標(biāo)志6.CXCR4和CCR5-炎癥趨化因子受體7.MHC-II-II型主要組織相容性復(fù)合體。呈遞外源加工蛋白的表位。
如圖12所示，在以微團粒水作為溶劑的制備培養(yǎng)基中長時間培養(yǎng)期間，觀察到CD83標(biāo)志的表達方式發(fā)生了實質(zhì)性變化。CD83是DC成熟的主要指示劑。在第60天表達低水平CD83和顯示典型結(jié)構(gòu)(在懸浮液中生長)的DC并未成熟，在功能上準備接受外來抗原。一般來說，在分化的前兩周，DC會在體外(在標(biāo)準培養(yǎng)基中)表現(xiàn)出這種表型。進一步在標(biāo)準培養(yǎng)基中培養(yǎng)后，導(dǎo)致自發(fā)成熟和很可能通過凋亡介導(dǎo)的細胞死亡。在試驗性表型實驗中，檢測出微團粒水(i)保存了未成熟DC表型，和(ii)使DC生存超過2.5個月。通過對DC細胞表面其它標(biāo)志表達(最重要的是DC-SIGN和MHC II)的分析，顯示表型保存。根據(jù)標(biāo)準和微團粒培養(yǎng)基中DC之間標(biāo)志表達的相似性，該分析說明微團粒培養(yǎng)基令人滿意地維持了未成熟DC典型的功能。DC的存活時間超過了2.5個月，而之前采用標(biāo)準培養(yǎng)基配方從未觀察到這個現(xiàn)象。初步結(jié)果證實，微團粒水呈現(xiàn)了反映在DC細胞表面標(biāo)志調(diào)制中的生物活性。
總結(jié)1.微團粒水完全可用作精細組織培養(yǎng)實驗的溶劑。
2.使細胞與微團粒水相接觸改變了細胞的生物活性，這反映在CD83標(biāo)志的調(diào)制和體外DC生命期的延長上。
在圖13中，水平軸反映了細胞表面不同受體類型。垂直軸代表反應(yīng)(與特定受體相結(jié)合的標(biāo)記單克隆抗體的熒光強度百分比)。細胞由相應(yīng)的單克隆抗體染色，信號與同種型對照(ISO百分比～1.1％)相比。
在圖13中，灰色欄代表對照培養(yǎng)基中培養(yǎng)6天后的測量值。黑色欄代表在對照培養(yǎng)基中培養(yǎng)30天后的測量值。白色欄表示在微團粒培養(yǎng)基中培養(yǎng)60天后的測量值。由于細胞培養(yǎng)已于早期凋亡，因此沒有在普通水中60天得到的數(shù)據(jù)。與在標(biāo)準培養(yǎng)基中幾乎完全死亡的細胞相反，在微結(jié)構(gòu)培養(yǎng)基中大量存活的細胞在60天時即顯示了未成熟DC的形態(tài)學(xué)以及相應(yīng)的細胞表面標(biāo)志模式。采用微團粒培養(yǎng)基，細胞生存能力得以提高。
微團粒水對灌注在以雙蒸水和微團粒水制備的人造腦脊液中的腦組織的功能狀態(tài)的影響。
該研究的目的是測量各種類型的水對腦組織功能狀態(tài)的影響。試驗方法為記錄海馬神經(jīng)元細胞的活性所致灌注液中腦切片的感應(yīng)電信號。根據(jù)文獻記錄，以人造腦脊液灌注300-450μm海馬的大鼠腦切片的制備技術(shù)允許腦組織維持其功能狀態(tài)約6-8小時。
采用的方法是通過記錄對電流外加脈沖的電神經(jīng)元反應(yīng)來試驗?zāi)X組織的功能狀態(tài).神經(jīng)元反應(yīng)對灌注介質(zhì)的特性非常敏感。軸突群的刺激反映了位于測量電極區(qū)的突觸后細胞膜電位的變化。信號的振幅視刺激軸突和突觸后神經(jīng)元之間突觸連接的效能而定，同時也視突觸后神經(jīng)元本身的興奮性而定。腦組織功能活動的下降是神經(jīng)元對電流外加脈沖反應(yīng)降低的結(jié)果。這與概括振幅的下降直接相關(guān)。
該方法的主要優(yōu)勢在于極易進入樣本中腦組織的細胞外空間，可直接使用所需濃度的化學(xué)物質(zhì)。而且，沒有會延長測量時間的呼吸作用、心臟跳動和動物運動的干擾；在沒有麻醉、體液和激素的影響下極易控制實驗條件。而且，在電生理學(xué)部分結(jié)束之后，使用試驗組織快速進行生化和結(jié)構(gòu)分析相對較容易。
腦組織切片存活能力的要求。要維持分離腦切片的生存能力，應(yīng)使用與腦細胞內(nèi)介質(zhì)鹽組成相似的人造液體。但是，腦脊液的組成會根據(jù)特定實驗的不同而有所不同。
使用葡萄糖作為液體中的能量底物層。液體的pH值由碳酸氫鹽緩沖劑控制。滲透壓的范圍為294-311mosm/l。溶液由carbogen氣(由95％的氧氣和5％的CO2組成的混合氣體)氧化。溫度范圍保持在22℃到33℃。因為切片沒有普通的毛細血管血流，但由于培養(yǎng)基和整個組織切片之間的氧氣、底物和代謝物的擴散，物質(zhì)仍然可以交換。因此，切片必須盡可能薄，以便允許物質(zhì)通過樣本完全擴散。根據(jù)計算切片厚度的實驗公式，最大值應(yīng)約為600微米，并視氧化過程的強度而定。在分離過程中，厚度為100微米的表面層切片細胞會損壞。錐體細胞大約為相同大小，因此切片的深度應(yīng)至少為300微米。
實驗應(yīng)在1月齡Wistar大鼠的腦組織切片上進行。用乙醚麻醉。將鼠腦分離，然后放入以雙蒸水制備的冷人造腦脊(AC)液中。AC液組成(mM)NaCl-130、KCl-3.5、NaH2*PO4-1.2、MgCl2-1.3、CaCl2-2.0、NaHCO3-25.0和葡萄糖。將Carbogen混合氣持續(xù)通入溶液。使用振動切片機切除400微米的海馬狀突起切片。
然后，將切片放入含AC液的溫育箱中，溫度保持在22-25℃。在溫育箱放置1小時后，將切片單獨轉(zhuǎn)移至AC液流速為3-5ml/min的試驗箱。通過位于Shaffer比較機(神經(jīng)纖維，海馬狀突起CAl區(qū)的結(jié)束刺激突觸)的雙極鎢電極(200mm)傳送刺激電脈沖(100msec，100-400mA)。感應(yīng)電位是對裝配/總體刺激的電子回應(yīng)，通過充滿AC液(電阻為0.5-1.0mW)的玻璃微電極記錄在海馬的CA1區(qū)。
共執(zhí)行兩組實驗。在兩組實驗中，均將標(biāo)準AC液(A)用作信號的初始100％水平。在第一組實驗中，將AC液更換為含有相同鹽組成和雙蒸水的溶液(溶液B)。在第二組實驗中，用微團粒水替換溶液B中的雙蒸水(溶液C)。
使所用的灌注系統(tǒng)可連續(xù)向試驗箱中供應(yīng)溶液。在1分鐘內(nèi)，用體積為2ml的溶液完全更換培養(yǎng)箱中另一種溶液。感應(yīng)回應(yīng)的振幅為比較特性。要測量功率參數(shù)最大振幅為30-40％的感應(yīng)負單相回應(yīng)，選擇刺激時長和位置。試驗以10次單脈沖為一組，間隔時間為10msec。每隔2至10分鐘發(fā)射一組脈沖。記錄的信號通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器數(shù)字化并保存以備分析。最終使用Excel和Origin軟件處理數(shù)據(jù)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析采用配對t檢驗進行。P＜0.05的值被認為有統(tǒng)計學(xué)顯著性。
結(jié)果。Shaffer對并器在CA1區(qū)受到刺激，感應(yīng)回應(yīng)在0.5-4msec后和從4-6msec記錄。
圖14顯示了從大鼠海馬測量的局部電位對灌注液類型的依賴性。水平軸表示實驗開始后的時間。垂直軸為電子信號的振幅(％相對于標(biāo)準AC液中測量的信號)。將腦切片放于流動的標(biāo)準AC液(A)、以蒸餾水制備的液體(B)或以微團粒水制備的液體(C)中。箭頭表示用微團粒水制備的試驗培養(yǎng)基更換標(biāo)準的AC液。結(jié)果取七只大鼠的14個切片的平均值。
在第一組實驗中，感應(yīng)回應(yīng)振幅的動態(tài)數(shù)據(jù)在用雙蒸水制備液替換標(biāo)準AC液后記錄。溶液更換后，可立即觀察到感應(yīng)回應(yīng)振幅升高，最大值為第5分鐘的128.2％(圖14)。振幅會穩(wěn)步下降，在一小時后，振幅降至初始值的僅31.7％。
在第二組實驗中，采用微團粒水代替雙蒸水。用微團粒水制備液替換標(biāo)準液后，感應(yīng)回應(yīng)的振幅會立即劇烈升高，1-3分鐘后達到最大值135.2％。隨后，振幅輕微降低，在1小時后降至102％，2小時后降至94.8％。
實驗結(jié)果表明，用微團粒水制備液替代標(biāo)準AC液，在實驗誤差內(nèi)，不影響感應(yīng)回應(yīng)的初始振幅持續(xù)2小時。用雙蒸水制備液替代標(biāo)準AC液導(dǎo)致1小時后振幅降低至31.7％(P＜0.005)。
使用微團粒水時，研究在2小時后結(jié)束，因為試驗設(shè)備中已無溶液。鼠腦組織可繼續(xù)存活的時間應(yīng)有待進一步研究。在研究結(jié)束時，微團粒水中的組織的平均振幅仍有94.8％。
因此，本發(fā)明的方法包括，通過使細胞與本發(fā)明的微團粒水或微團粒培養(yǎng)基組合物接觸一段足夠的時間，刺激或調(diào)節(jié)細胞的生長或活性。本方法可用于使用微團粒培養(yǎng)基來增強來源于動物細胞、植物細胞或微生物培養(yǎng)或細胞器培養(yǎng)的化合物或產(chǎn)品的合成。一般而言，通過此類方法合成化合物或產(chǎn)品包括原材料中并不存在的組合物或化合物的制備。
上述實施例表明，本發(fā)明的組合物在調(diào)節(jié)細胞代謝或生理學(xué)的方法中有用。這類活性的實例包括但不限于，改變或調(diào)節(jié)所述細胞的分化狀態(tài)、細胞對營養(yǎng)物質(zhì)的代謝能力、細胞周期同步或缺乏，及其對特定化合物的抗性或敏感性、細胞內(nèi)pH值的變化。使用本發(fā)明組合物的其它方法可用于在培養(yǎng)基中培養(yǎng)細胞，其促進正常細胞生長和分裂。
生物加工技術(shù)；通過微生物處理的工業(yè)產(chǎn)品形成本發(fā)明的微團粒水和微團粒組合物一般用于小型、中型和大型工藝處理的生物加工技術(shù)，以及生產(chǎn)方法和產(chǎn)品回收或分離、接種和培養(yǎng)基制備、培養(yǎng)和下游處理中。
工業(yè)/制藥微生物學(xué)/生物技術(shù)有賴于含水組合物，制備和使用它們的方法以及以小、中、大/巨大分子形式存在的最終產(chǎn)品(《微生物生物技術(shù)》(Microbial Biotechnology)、《應(yīng)用微生物學(xué)基本原理》(Fundamentals of Applied Microbiology)，Alexander N.Glazer和Hiroshi Nikaido編著，1995年，W.H.Freeman Co.；《制藥生物技術(shù)》(Pharmaceutical Biotechnology)，Daan J.A.Crommelin和Robert D.Sindelar編著，1997年，Harwood Academic Publishers出版)。細胞培養(yǎng)在含有適宜液體生長培養(yǎng)基的器皿中進行。生產(chǎn)型規(guī)模的培養(yǎng)通常在生物反應(yīng)器中進行，它是用于微生物或酶生長或繁殖、利用微生物或酶合成組合物或化合物的裝置(同前，Crommelin，第3章；第250頁Glazer)。因此，本發(fā)明包括如此處所述的生物加工技術(shù)中在生物反應(yīng)器中微團粒組合物的應(yīng)用。
本發(fā)明的組合物包括用微團粒組合物部分或完全替代本領(lǐng)域技術(shù)人員迄今采用的含水組合物。本發(fā)明還包括以微團粒組合物生產(chǎn)的新型中間體或最終產(chǎn)品，以及使用它們的方法。
需要采用微生物/動物細胞/植物細胞生物技術(shù)的某些主要產(chǎn)品包括，發(fā)酵果汁和燒酒、奶酪、抗體、工業(yè)酒精、高果糖糖漿和氨基酸、面包酵母、類固醇、維生素、檸檬酸、酶、激素、生長因子、疫苗和多糖膠。
因此，本發(fā)明包括微團粒組合物及其在以下方面的應(yīng)用1.在細菌中生產(chǎn)蛋白質(zhì)2.在酵母中生產(chǎn)蛋白質(zhì)3.生產(chǎn)重組和合成疫苗4.生產(chǎn)微生物殺蟲劑5.生產(chǎn)酶6.生產(chǎn)微生物多糖和聚酯7.生產(chǎn)乙醇8.生產(chǎn)氨基酸9.生產(chǎn)抗生素10.通過酶和微生物進行有機合成和降解11.包括污水和廢水微生物學(xué)的環(huán)境應(yīng)用；異形生物質(zhì)的微生物降解；微生物用于礦物質(zhì)回收，和從廢水中除去重金屬。
微團粒水對突變率的影響微團粒水在細胞遺傳水平影響的研究采用計數(shù)人外周血淋巴細胞中染色體畸變和姐妹染色單體互換(SCE)的方法進行。此外，通過對一、二、三個復(fù)制周期后細胞數(shù)量的計數(shù)的方法，在細胞培養(yǎng)中人淋巴細胞整個細胞周期過程期間進行分析。
對人淋巴細胞培養(yǎng)中染色體畸變頻率的分析是環(huán)境因素誘變活性研究中應(yīng)用的主要試驗之一，并已由世界衛(wèi)生組織(WHO)批準(《人體染色體畸變的分析方法》(Methods for the analysis of humanchromosome aberrations)，Buckton K.E.和Evans H.J.編著，日內(nèi)瓦WHO，1973年，第66頁)。
SCE頻率的確定也是用于評估誘變性的標(biāo)準試驗之一。此方法對評估化合物的誘變性具有特異性和高靈敏性(《姐妹染色單體互換》(Sister Chromatid Exchanges)，第A和B部分。編著者Tice R.R.和Hollander A.Plenum Press，紐約，倫敦，1984年)。
確定人體淋巴細胞培養(yǎng)物中SCE頻率的步驟可特異性評估細胞培養(yǎng)過程中突現(xiàn)的SCE的數(shù)目(Bochkov R.P.，Chebotarev A.N.，Platonova V.I.，Debova G.A.發(fā)明認證編號1,175,165。USSR發(fā)明與發(fā)現(xiàn)政府委員會，1985年)。
SCE的標(biāo)本分析與一、二、三個復(fù)制周期后中期數(shù)目評估平行完成。從中可以確定直至細胞固定時細胞分裂的平均數(shù)量和細胞周期的持續(xù)時間(Vedenkov V.G.，Bochkov N.P.，Volkov I.K.，UrubkovA.R.，Chebotarev A.N.，Mathematical model of determinationnumber of cells passing different number of divisions inculture.Proceeding of Academy of Sciences of USSR，v.274，No1，p186-189，1984)。
誘變性的評估以比較培養(yǎng)在微團粒水和標(biāo)準去離子水制備的細胞培養(yǎng)基中的人淋巴細胞中姐妹染色單體互換和染色體畸變的頻率為基礎(chǔ)。
材料和方法實驗用血采自一名58歲男性和兩名26與61歲的女性。外周血的分裂淋巴細胞培養(yǎng)物采用干RPMI 1640(Gibco)細胞培養(yǎng)基制備。細胞培養(yǎng)基干粉與25mM/ml的碳酸氫鈉(Serva)和24mM/ml的HEPES(Serva)混合，然后將其溶解在去離子水(18Mohm/cm)(對照實驗)或微團粒水中。然后，使細胞培養(yǎng)基溶液通過孔徑為0.22米的膜濾器進行除菌。
按以下步驟準備細胞培養(yǎng)物將1ml肝素化靜脈血滴入無菌塑料試管，然后加入0.015ml植物血球凝集素P(Beckon&Dickinson)、8ml RPMI1640培養(yǎng)基(控制實驗或含微團粒水)和1ml胎牛血清(Biowest)。搖晃試管，然后將其放置在溫度為37℃的溫育箱中。在固定前2小時加入秋水仙素(Calbiochem)，最終濃度為0.5μg/ml。
細胞在培養(yǎng)48小時后固定，計數(shù)染色體畸變。在培養(yǎng)48小時后加入5-溴脫氧尿苷(高至10μg/ml終濃度)，確定細胞中的SCE。隨后，在80小時后固定細胞。
在離心旋轉(zhuǎn)(以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速率旋轉(zhuǎn)10分鐘)后細胞固定前加入10ml 0.55％氯化鉀(37℃)溶液，倒出上層清液。然后，使細胞重新懸浮并在溫育箱中擱置10分鐘。溫育的細胞采用甲醇和冰醋酸(3∶1)的混合液固定，冷卻至-10℃。將細胞放置到冷卻濕玻璃片上，加熱，在染色前在室溫下擱置至少24小時。
采用天青曙紅對玻璃片上的樣本染色，以計數(shù)染色體畸變。標(biāo)本在染色后可確定SCE頻率，按照Chebotarev A.N.、Selezneva T.G.、Platonova V.I.編著的《姐妹染色單體鑒別染色法的修改方法》(Modified method of differential staining of sisterchromatids)，實驗生物學(xué)和醫(yī)學(xué)公告。V85，第2期，第242-243頁，1978年。
學(xué)生t檢驗用于確定每個細胞SCE平均數(shù)的差異。要評估畸變頻率的差異，需要在聯(lián)合表格分析中應(yīng)用2×2大小的卡方檢驗。在不同數(shù)目DNA復(fù)制后評估有絲分裂中的變化時采用同一標(biāo)準，但僅用于3×2大小的表格。
實驗結(jié)果姐妹染色單體互換對每一個體進行兩組測量。在每組中，準備兩份標(biāo)本，分析25個中期。分析表明，SCE的中數(shù)頻率對兩份標(biāo)本沒有不同。而且，組中SCE的平均數(shù)沒有顯著不同。表1顯示了SCE測量的結(jié)果。
表1每個細胞的平均SCE數(shù)
表1對所有個體所示數(shù)據(jù)表明，與標(biāo)準去離子水相比，將微團粒水用作干培養(yǎng)基RPMI 1640的溶劑時，每個細胞的SCE平均數(shù)較低。第2位供者P＜0.01，該差異為統(tǒng)計學(xué)顯著的。在整個組中，該統(tǒng)計學(xué)差異甚至更高，水平為P＜0.001。從而，SCE分析揭示了使用微團粒水作為溶劑抑制了培養(yǎng)細胞的突變頻率，與標(biāo)準去離子水相比，導(dǎo)致細胞培養(yǎng)損傷量較少。
分裂的平均數(shù)帶有均勻染色姐妹染色單體的分裂中期與第一次有絲分裂相關(guān)。帶有一個黑色和一個明亮(arlequin染色體)染色單體的分裂中期與第二次有絲分裂相關(guān)。在這些細胞中，一半染色體物質(zhì)為亮色，另一半為黑色。僅1/4染色體物質(zhì)黑色和3/4亮色的細胞與第三次有絲分裂相關(guān)。
平均有絲分裂數(shù)計算公式(∑ni·i)/(∑ni)考慮到每次分裂后細胞數(shù)量成倍增加，細胞分裂平均數(shù)計算公式(∑i·ni/2i-1)/(∑ni/2i-1)在上述公式中，i為有絲分裂次數(shù)，ni為第i次有絲分裂的細胞數(shù)。表2顯示了細胞中不同有絲分裂比例的結(jié)果。
表2第1、2和3次有絲分裂的數(shù)目
表2表明，僅對第一位供者，以微團粒水制備的培養(yǎng)基中的細胞比以標(biāo)準水制備的培養(yǎng)基中細胞的分裂速度更快。但總體而言，對實驗組該影響并不顯著。根據(jù)5-溴脫氧尿苷存在的時間(32小時)，在此期間其可摻入DNA，使染色體物質(zhì)染色更亮，可以確定整個細胞周期過程的平均時間。這需要32/1.51＝21.2小時，與文獻記錄中找到的數(shù)據(jù)相符。
染色體畸變與SCE分析相似，染色體畸變的分析對每位供者分2組進行實驗。在每個組中，對去離子水和微團粒水分別分析300次分裂中期。從其中一位61歲的女性供者未獲得數(shù)據(jù)。分析表明，對于兩組實驗和兩位個體，對每種水類型，染色體畸變頻率沒有差異。因此，將兩組實驗的數(shù)據(jù)綜合起來觀察。表3顯示了染色體畸變頻率的數(shù)據(jù)。
表3染色體畸變的頻率
表3顯示，使用微團粒水時，對于58歲男性和26歲的女性，畸變分裂中期的頻率都顯著得到抑制或降低。對于分析的個體作為整體而言，與標(biāo)準去離子水相比，對于微團粒水畸變分裂中期頻率的統(tǒng)計學(xué)顯著性較小。
因此，本研究表明，(1)采用去離子水和微團粒水，并未觀察到細胞周期持續(xù)時間的差異；(2)微團粒水中姐妹染色單體互換頻率在統(tǒng)計學(xué)上較低；以及(3)微團粒水中染色體畸變頻率也較低。與標(biāo)準去離子水相比，使用微團粒水導(dǎo)致較低誘變效應(yīng)。
如較低姐妹染色單體互換頻率和染色體畸變所證實，與標(biāo)準去離子水相比，微團粒水抑制了細胞培養(yǎng)中的突變頻率，并對遺傳物質(zhì)具有穩(wěn)定效果。此處所用術(shù)語“遺傳物質(zhì)”指DNA分子、DNA片段、一組DNA分子或許多DNA分子片段上的一個基因、一部分基因、一組基因或許多基因的片段。遺傳物質(zhì)也可能指從一小段DNA到生物體整個基因組的任何物質(zhì)。因此，采用本發(fā)明的方法可抑制遺傳物質(zhì)突變的頻率，該方法包括在含有足量可抑制突變頻率的微團粒水的培養(yǎng)基中對細胞培養(yǎng)足夠時間的步驟。突變頻率相對于細胞培養(yǎng)中的細胞、組織中的細胞、器官培養(yǎng)中的細胞或體內(nèi)細胞等生物實體而言。根據(jù)上述詳細說明，細胞包括動物細胞、微生物和植物細胞。有效的體內(nèi)或原位細胞培養(yǎng)需施用足量的微團粒水或含有微團粒水的培養(yǎng)基給多細胞生物體的對象動物或植物。微團粒水也會抑制載體、病毒或噬菌體和亞細胞部分等生物實體中的遺傳物質(zhì)的突變。應(yīng)該明白，微團粒水對突變的抑制作用是通過在微團粒水中培養(yǎng)或溫育任何所述生物實體而實現(xiàn)。
本發(fā)明還可抑制誘變劑存在下的突變頻率。突變頻率相對于細胞培養(yǎng)中的細胞、組織中的細胞、器官培養(yǎng)中的細胞或體內(nèi)細胞等生物實體而言。根據(jù)上述詳細說明，細胞包括動物細胞、微生物和植物細胞。微團粒水也會抑制如載體、病毒或噬菌體等生物實體中的遺傳物質(zhì)的突變。
體外抑制誘發(fā)誘變要確定人體淋巴細胞中染色體畸變的頻率，在細胞固定前24小時以三種不同的劑量向細胞培養(yǎng)基中加入絲裂霉素C(誘變劑)?？刂萍毎惶砑诱T變劑。有4種實驗設(shè)置。突變在DNA合成前發(fā)生。要確定DNA合成后染色體畸變，以三種不同的濃度向淋巴細胞培養(yǎng)基中添加Dioxydine?？偣灿?6種設(shè)置控制實驗，不含誘變劑+3種不同濃度的絲裂霉素C，控制實驗+3種不同濃度的Dioxydine，微團粒水+3種不同濃度的絲裂霉素C，以及Penta水+3種不同濃度的Dioxydine。為每種設(shè)置分析100次分裂中期，或使用1600個細胞。在固定前24小時按三種不同劑量加入絲裂霉素C，以確定姐妹染色單體互換(SCE)的頻率。但是，誘變劑的濃度應(yīng)低于染色體畸變，以及不含誘變劑的控制實驗。對于標(biāo)準水和微團粒水，分別有4種設(shè)置，因此共有8種不同的設(shè)置。在每種設(shè)置中分析25次分裂中期，總共有200個細胞。研究結(jié)果表明，微團粒水抑制了誘變劑存在下的突變頻率。
體內(nèi)抑制誘發(fā)突變計數(shù)鼠骨髓中的染色體畸變，每種設(shè)置分析100個細胞。用標(biāo)準水(對照)和微團粒水喂養(yǎng)小鼠15天。在處死動物前24小時和細胞固定前，注射入絲裂霉素C(3劑量+不含誘變劑的對照水)。在處死和細胞固定前2小時，注射Dioxydine(3劑量+對照水)。每組6只小鼠；總共有96只小鼠或9600個細胞。研究結(jié)果表明，微團粒水在體內(nèi)抑制了誘變劑存在下的突變頻率。III.藥物、生物影響和身體處理組合物綜述和定義除非有另外指示，本發(fā)明的實踐將采用以下領(lǐng)域技術(shù)人員技能范圍內(nèi)的常規(guī)技術(shù)(1)有機和物理化學(xué)；(2)生物化學(xué)；(3)分子生物學(xué)；(4)藥理學(xué)；(5)藥理治療學(xué)；(6)生理學(xué)；(7)毒理學(xué)；(8)微生物學(xué)；(9)內(nèi)科醫(yī)學(xué)和診斷學(xué)。這些技術(shù)在文獻中有詳細說明。例如，請參見Maniatis等編著，《分子克隆實驗手冊》(MolecularCloningA Laboratory Manual)；《制藥生物技術(shù)》(PharmaceuticalBiotechnology)，Daan J.A.Crommelin和Robert D.Sindelar編著，1997年，Harwood Academic Publishers出版；Goodman&Gilman的《治療的藥理學(xué)基礎(chǔ)》(The Pharmacological Basis ofTherapeutics)，Joel G.Hardman、Lee E.Limbird，第十版，2001年，McGraw Hill出版；《基礎(chǔ)與臨床藥理學(xué)》(Basic&ClinicalPharmacology)，Bernard G.Katzung，第八版，2001年，McGraw Hill出版；《制藥劑型和給藥系統(tǒng)》(Pharmaceutical Dosage Forms andDrug Delivery Systems)，Howard C.Ansel、Loyd V.Allen，Jr.、Nicholas G.Popovich，第七版，1999年，Lippincott、William&Wilkins出版；《哈里森內(nèi)科醫(yī)學(xué)原理》(Harrison′s Principles ofInternal Medicine)，Eugene Braunwald M.D.(編輯)、Anthony S.Fauci M.D.(編輯)、Dennis L.Kasper M.D.(編輯)、Stephen L.Hauser M.D.(編輯)、Dan L.Longo M.D.(編輯)、J.Larry JamesonM.D.(編輯)。
在本發(fā)明描述中，下列術(shù)語的使用符合以下定義。
術(shù)語“藥物”指用于診斷、減輕、治療、治愈或預(yù)防人體或其它動物疾病的化學(xué)活性劑。術(shù)語“藥物”的同義詞有“生物影響劑”和“身體處理劑”。從廣義上來說，藥物是通過化學(xué)過程對生物系統(tǒng)產(chǎn)生影響的物質(zhì)。這些物質(zhì)可以是給藥至活體使對患者內(nèi)的某個過程達到有效治療效果或?qū)Ω腥净颊叩募纳x中的調(diào)節(jié)過程產(chǎn)生毒性作用的化學(xué)藥品質(zhì)。應(yīng)理解，生物性質(zhì)表達在活體的細胞、組織或器官中。這些活性劑、物質(zhì)或藥物是本發(fā)明微團粒組合物的主題。術(shù)語“藥物活性”、“藥物性質(zhì)”和“活性成分”也指藥物對活組織或活體產(chǎn)生的作用。
術(shù)語“生物影響”和“身體處理”包括一般定義的，特別是按美國專利商標(biāo)局中美國分類手冊，美國專利分類所述之分類定義及示例或?qū)嵤┓桨?，?24類(此處所述相關(guān)分類)藥物、生物影響和身體處理組合物，在此引作參考。根據(jù)第424類(按此處所述)的進一步定義和實例，術(shù)語和短語“輔劑或載體組合物”、“發(fā)酵物”、“植物與動物提取物或體液或含有植物或動物細胞結(jié)構(gòu)的材料”可用作生物影響或身體處理組合物。本發(fā)明組合物根據(jù)特定的結(jié)構(gòu)(例如，分層藥片、膠囊)定義和分類。本發(fā)明組合物的使用方法以及制備組合物的方法在第424類中具體體現(xiàn)。
藥物源自植物或動物，作為微生物生長的副產(chǎn)品，通過化學(xué)合成、對現(xiàn)存化學(xué)活性劑的分子修飾。
藥物來源新藥可能從各種自然動物、植物或微生物來源發(fā)現(xiàn)，或在實驗室合成。植物材料用作藥物儲庫。動物是藥物的來源，可取自其組織或通過其生物處理而得。作為非限制實例，甲狀腺提取物、胰島素和垂體激素等激素物質(zhì)取自牛、羊和豬的內(nèi)分泌腺。妊娠期母馬的尿液中含有大量雌激素。發(fā)酵物是細菌或酵母、霉菌或真菌等單細胞植物中存在的微生物的組合物或來源于此，現(xiàn)已廣為人知(Glazer和Nikaido，《微生物生物技術(shù)》(Microbial Biotechnology)、《應(yīng)用微生物基礎(chǔ)原理》(Fundamentals of Applied Microbiology)，2001年，W.H.Freeman and Company出版)。
題目“醫(yī)學(xué)藥理學(xué)”指用于預(yù)防、診斷和治療疾病的物質(zhì)的科學(xué)。
本發(fā)明的藥用和診斷組合物還包括生物技術(shù)產(chǎn)品(參考《制藥劑型和給藥系統(tǒng)》(Pharmaceutical Dosage Forms and Drug DeliverySystems)，Howard C.Ansel、Loyd V.Allen，Jr.、Nicholas G.Popovich，第七版，1999年，Lippincott、William&Wilkins出版，見第18章)。
術(shù)語“前藥”指在施用后需要代謝生物轉(zhuǎn)化以產(chǎn)生所需藥物活性成分的化合物。
此處所用術(shù)語“微團粒組合物”指含有微團粒水的組合物。修飾生物影響劑、身體處理劑、輔劑或載體的組合物或其成分的形容詞“微團?！敝附M合物中的微團粒水，即其溶解于、混合或以其它方式結(jié)合微團粒水。
“細胞”是所有活生物體的基本結(jié)構(gòu)單位，由通常用顯微鏡才能看到的微小的原生質(zhì)團組成，內(nèi)含由細胞膜和/或細胞壁與外界隔開的細胞質(zhì)。真核細胞是含有包含在核膜中的細胞核的細胞。原核細胞是基因組DNA不包含在細胞內(nèi)核膜中的細胞。
“組織”指組成執(zhí)行一種或多種特定功能的細胞集合。
“器官”是適應(yīng)和/或特化用于執(zhí)行一種或多種生命功能的多細胞有機生物體身體的任何部分。
本發(fā)明的組合物本發(fā)明的組合物為微團粒水組合物。這些組合物包含微團粒水和一種或多種選自生物影響劑、身體處理劑以及輔劑或載體組合物中一種或多種的活性劑。
發(fā)明概述此處所述之微團粒水組合物包含一種或多種選自生物影響劑、身體處理劑以及輔劑或載體組合物中一種或多種的活性劑。身體處理劑的生物特性包括(a)預(yù)防、減輕、治療或治愈活體的異常和病理狀況；(b)維持、提升、降低、限制或破壞生理機體功能；(c)通過體內(nèi)試驗診斷生理情況或狀態(tài)；(d)通過吸引、致殘、抑制、殺死、修飾、排斥或阻礙動物或微生物來控制或保護環(huán)境或活體。身體處理劑可選自用于防臭、保護、裝飾或整飾身體的活性劑。
本發(fā)明成分的劑型可以是液體、軟膏、霜劑、凝膠、分散體、粉劑、顆粒、膠囊、片劑，以及透皮給藥裝置。在任何一種情況下，這些組合物均可以是藥用組合物。
此處公開了使用本發(fā)明組合物的方法，這些方法包括將所述組合物施用于活體的步驟，或?qū)⑦@些組合物體外施用于細胞、組織和器官。
另一方面，本發(fā)明還提供了制備組合物的方法，這些方法包括將微團粒水和一種或多種選自生物影響劑、身體處理劑以及輔劑或載體組合物中一種或多種的活性劑合并組合的步驟。
配方基本原理含有藥物或身體處理劑的每種特定的藥物產(chǎn)品都有其獨特的配方。除了活性治療成分以外，藥物配方還包含許多非治療或制藥成分。通過使用，配方達到其獨特的成分和物理性質(zhì)。制藥成分包括填充劑、增稠劑、溶劑、懸浮劑、片劑包衣與崩解劑、穩(wěn)定劑、抗菌防腐劑、調(diào)味劑、著色劑和增甜劑等物質(zhì)。
配方中所有的成分都應(yīng)在物理和化學(xué)性質(zhì)上相容，包括活性治療劑、制藥成分和包裝材料。
制藥成分定義和類型要將藥物制成劑型或藥用組合物，需要制藥成分，本領(lǐng)域中也稱為輔劑或載體。例如，在配制藥用溶液的過程中，使用一種或多種溶劑溶解藥物、使用調(diào)味劑和增甜劑調(diào)節(jié)藥品的味道、添加著色劑提高藥品的美觀度、添加防腐劑可防止微生物生長，添加抗氧化劑和螯合劑等穩(wěn)定劑可防止藥物分解。在配制片劑的過程中，通常會添加稀釋劑或填充劑可增加藥品體積、粘合劑可使粉狀藥物和藥用物質(zhì)粘合、抗粘劑或滑潤劑有助于使片劑加工過程更加順利、崩解劑可促進片劑在投藥后崩解、包衣可提高藥物的穩(wěn)定性，或控制崩解劑可增強外觀。由于利用了藥物的基本成分，軟膏劑、霜劑和栓劑為其特性特征。因此對于每種劑型，藥物成分形成了產(chǎn)品的主要特征，以及物理形態(tài)、結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、味道和總體外形。
眾所周知，制藥成分有許多主要類別。為不再贅述，有關(guān)類別和實例的詳情，請參考專題論文《制藥劑型和給藥系統(tǒng)》(PharmaceuticalDosage Forms and Drug Delivery Systems)，Howard C.Ansel、LoydV.Allen，Jr.、Nicholas G.Popovich，第七版，1999年，Lippincott、William&Wilkins出版。特別請注意第3章一劑型設(shè)計制藥和配方注意事項。此參考內(nèi)容中的表3.3提供了制藥成分的非限制示例及其范例。本發(fā)明的微團粒成分包括制藥成分和/或賦形劑的含水組合物。
讀者還應(yīng)注意，《制藥賦形劑手冊》(Handbook of PharmaceuticalExcipients)中包含講述了200多種用于制藥劑型配制的賦形劑的專著。每篇專著中包含的資料有非專利、化學(xué)和商業(yè)名稱；實驗和化學(xué)公式與分子量；制藥規(guī)格和化學(xué)與物理性質(zhì)；與其它實驗材料和藥物的不相容性和相互作用；管制狀態(tài)；以及在制藥配方或技術(shù)中的應(yīng)用。
劑型除微團粒組合物的液體劑型以外，本發(fā)明的微團粒組合物涉及含有微團粒水的非液體劑型(如下所述)。參見《制藥劑型和給藥系統(tǒng)》(Pharmaceutical Dosage Forms and Drug Delivery Systems)，HowardC.Ansel、Loyd V.Allen，Jr.、Nicholas G.Popovich，第七版，1999年，Lippincott、William & Wilkins出版。
固體劑型和改進釋放給藥系統(tǒng)粉末和顆粒膠囊和片劑改進釋放劑型和給藥系統(tǒng)半固體和透皮給藥系統(tǒng)軟膏劑、霜劑和凝膠透皮給藥系統(tǒng)藥用植入物栓劑和植入物液態(tài)劑型通常包括溶液和分散系統(tǒng)。無菌劑型和給藥系統(tǒng)包括胃腸外劑型、生物制劑、眼用溶液和懸浮液。
新型與高級劑型、給藥系統(tǒng)和裝置包括用于診斷和治療的放射性藥品和脂質(zhì)體。
如上所述，本發(fā)明還涵蓋由機械、電子和計算機組件組成的一般用于注射用藥的微團粒組合物給藥系統(tǒng)。將微團粒組合物給藥至活體中的方法包括使用機械、電子或計算機組件的步驟，也包含在本發(fā)明范圍之列。這些醫(yī)療裝置輔助成分的實例含有包括電離子透入療法、超聲透入療法、透析、植入泵、氟碳推進泵、靜脈注射控量器和輸液泵在內(nèi)的給藥系統(tǒng)(參見第19章，Ansel)。投藥至血管系統(tǒng)的普通給藥系統(tǒng)包括注射用注射器、針頭或裝置，在裝置和/或身體或組織間輸送液體的導(dǎo)管、液體組合物容器或輸液管。
含有微團粒水的注射用溶劑和賦形劑大型注射劑制造商最常用的溶劑是符合USP標(biāo)準的注射用水。注射劑優(yōu)選采用含水賦形劑，在生產(chǎn)可注射產(chǎn)品中使用水。微團粒水實例包括符合USP標(biāo)準的純凈水、符合USP標(biāo)準的無菌注射用水、符合USP標(biāo)準的抑菌注射用水。
符合US標(biāo)準的氯化鈉注射液、符合USP標(biāo)準的抑菌氯化鈉注射液、符合USP標(biāo)準的林格氏注射液，以及符合USP標(biāo)準的乳酸化林格氏注射液。
生物影響劑和身體處理劑本發(fā)明的微團粒組合物包括生物影響劑和身體處理劑的組合物?！吧镉绊憚焙汀吧眢w處理劑”是可能具有下述生物或藥物特性的物質(zhì)。這些活性劑、物質(zhì)或藥物是本發(fā)明微團粒組合物的組分。應(yīng)理解，生物特性活體的細胞、組織或器官上表達。此處所用的這些生物或藥物特性的術(shù)語與標(biāo)準醫(yī)學(xué)詞典(例如，《道蘭氏醫(yī)學(xué)詞典》(Dorland′s Medical Dictionary))和專題論文中的用法一致(例如，《治療的藥理學(xué)基礎(chǔ)》(The Pharmacological Basis ofTherapeutics)，Joel G.Hardman、Lee E.Limbird，第十版，2001年，McGraw Hill出版；《基礎(chǔ)與臨床藥理學(xué)》(Basic&ClinicalPharmacology)，Bernard G.Katzung，第八版，2001年，McGraw Hill出版；《制藥劑型和給藥系統(tǒng)》(Pharmaceutical Dosage Forms andDrug Delivery Systems)，Howard C.Ansel、Loyd V.Allen，Jr.、Nicholas G.Popovich，第七版，1999年，Lippincott、William&Wilkins出版。)雖然身體處理劑可能有藥物效應(yīng)，但用于本發(fā)明目的的“身體處理劑”的首要含義指局部施用于活體并用于防臭、保護、裝飾或整飾身體的活性劑。
概括而言，生物影響劑和身體處理劑的生物特性包括a.預(yù)防、減輕、治療或治愈活體的異常和病理狀況；b.維持、提升、降低、限制或破壞生理機體功能；c.通過體內(nèi)試驗診斷生理情況或狀態(tài)；d.通過吸引、致殘、抑制、殺死、修飾、排斥或阻礙動物或微生物來控制或保護環(huán)境或活體。
身體處理劑包括但不限于，牙膏；局部用太陽或輻射遮蔽或曬黑制劑；修甲或修腳組合物、活發(fā)或活膚漂白劑；活膚著色劑(例如，唇膏)；抗汗劑或汗液除臭劑；活發(fā)或頭皮護理組合物；包含固體合成有機聚合物的身體局部用制劑(例如，皮膚化妝品)。
生物影響劑的治療分類以下藥物分類(非限定性的)源于Goodman&Gilman的《治療的藥理學(xué)基礎(chǔ)》(The Pharmacological.Basis of Therapeutics)，Joel G.Hardman、Lee E.Limbird，第十版，2001年，McGraw Hill出版，為本文主題在此引作參考。本發(fā)明的微團粒組合物包含具有一種或多種以下醫(yī)藥活性的藥物。
作用于突觸和神經(jīng)效應(yīng)器接頭部位的藥物這些藥劑影響自主神經(jīng)系統(tǒng)和軀體運動神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)傳遞。包括有毒蕈堿性受體激動劑和拮抗劑抗膽堿酯酶劑；作用于神經(jīng)肌肉接頭和自主神經(jīng)節(jié)的藥劑；兒茶酚胺、擬交感神經(jīng)藥物，和腎上腺素能受體拮抗劑；5-羥色胺(血清素)受體激動劑和拮抗劑。
作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的藥物這包括全身麻醉劑和局部麻醉劑；治療氣體(氧氣、二氧化碳、一氧化氮和氦氣)；催眠藥和鎮(zhèn)靜劑；乙醇；治療憂郁癥、焦慮性障礙、精神病、躁狂等精神疾病的藥物；治療癲癇癥的藥物；治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病的藥物；類鴉片止痛藥；治療藥物成癮和藥物濫用的藥物。
自身活性物質(zhì)；炎癥藥物療法這包括組胺、血管舒緩激肽及其拮抗劑；脂質(zhì)衍生自身活性物質(zhì)類花生酸和血小板激活因子；解熱鎮(zhèn)痛劑和抗炎劑以及痛風(fēng)治療中采用的藥物；哮喘治療中采用的藥物。
影響腎臟和心血管功能的藥物這包括利尿劑；后葉加壓素和其它作用于腎臟水留存的藥物；腎素和血管緊張素；治療心肌缺血的藥物；抗高血壓藥和治療高血壓的藥物；治療心力衰竭的藥物；抗心律失常劑；治療高膽固醇血癥和血脂異常的藥物。
影響胃腸功能的藥物這包括胃酸度控制劑和治療胃潰瘍與胃食管反流病的藥物；胃腸道蠕動促進劑和用于腸易激綜合征的藥劑；用于腹瀉、便秘和炎性腸病的藥劑；用于膽道和胰腺疾病的藥劑。
寄生蟲感染的化學(xué)療法這包括用于瘧疾、阿米巴病、賈第蟲病、滴蟲病、錐蟲病、利什曼病等原蟲感染化學(xué)療法以及治療腸蟲病的藥劑；微生物疾病的化學(xué)療法這包括磺胺類藥、甲氧芐氨嘧啶-磺胺甲基異惡唑、喹諾酮等抗微生物劑和治療尿路感染的藥劑；青霉素、頭孢菌素和其它β內(nèi)酰胺抗生素；氨基糖苷類藥；蛋白合成抑制劑；在肺結(jié)核、鳥型結(jié)核復(fù)合菌感染疾病和麻風(fēng)病化學(xué)療法中使用的藥物。此外，還包括抗真菌劑、抗病毒劑和抗逆轉(zhuǎn)錄病毒劑。
腫瘤性疾病的化學(xué)療法這包括烷化劑、氮芥、氮丙啶和甲基三聚氰胺類藥物；烷基磺酸鹽；亞硝基脲；葉酸類似物；嘧啶類似物；長春堿、紫杉醇、表鬼臼脂素等天然藥物；喜樹堿類似物；更生霉素、道諾霉素、阿霉素、黃膽素等抗生素；博來霉素、絲裂霉素；鉑配位絡(luò)合物；羥基脲；丙卡巴肼；腎上腺皮質(zhì)類固醇類；氨魯米特和其它芳香酶抑制劑；抗雌激素藥(例如，三苯氧胺)；促性腺激素釋放激素類似物；抗雄激素藥；白介素、粒細胞集落刺激因子、粒細胞/巨噬細胞集落刺激因子等生物反應(yīng)修飾劑；單克隆抗體。
用于免疫調(diào)節(jié)的藥物這包括免疫抑制劑、耐受原和免疫刺激劑。此類藥物包括基于從免疫球蛋白到純化抗體組合物到單克隆抗體組合物的抗體組合物的疫苗。
作用于血液和造血器官的藥物這包括生長因子、礦物質(zhì)和維生素等造血劑；抗凝劑、溶栓劑和抗血小板藥物。
激素和激素拮抗劑這包括垂體激素及其下丘腦釋放因子；甲狀腺和抗甲狀腺藥物；雌激素和孕激素；雄激素；促腎上腺皮質(zhì)激素；腎上腺皮質(zhì)類固醇類及其合成類似物；腎上腺皮質(zhì)激素合成和作用抑制劑；胰島素、口服降血糖藥；作用于鈣化和骨質(zhì)疏松的藥劑鈣、磷酸鹽、甲狀旁腺激素、維生素D、降鈣素。
維生素這包括水溶性維生素復(fù)合維生素B和抗壞血酸；脂溶性維生素維生素A、K和E。
治療皮膚疾病的藥劑；眼科疾病治療劑施用本發(fā)明組合物的途徑對于施用至活體的本發(fā)明的微團粒組合物，根據(jù)組合物是用于局部或全身效應(yīng)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可利用和選擇不同的投藥途徑。本發(fā)明的方法包括根據(jù)上述醫(yī)學(xué)或治療活動使用用于治療或診斷目的的本發(fā)明組合物。方法包括通過口服、舌下、胃腸外、皮膚表面(局部)、透皮、結(jié)膜、眼內(nèi)、鼻內(nèi)、耳部、呼吸道內(nèi)、直腸、陰道、尿道等途徑施用或輸送藥物組合物的步驟。根據(jù)普通和?？漆t(yī)學(xué)標(biāo)準教科書中描述的方法和標(biāo)準，治療和診斷領(lǐng)域的技術(shù)人員可以找到施用本發(fā)明組合物的指南。
體外給藥。可供選擇地，本發(fā)明微團粒組合物的生物特性可施用于并表達在離體細胞、組織和器官上。評估、篩選和處理培養(yǎng)的哺乳動物細胞、組織和器官是基因治療、干細胞治療(例如，臍血干細胞移植)、移接或移植細胞/組織(例如，造血組織)、腫瘤醫(yī)學(xué)(例如，宿主/移植物/腫瘤相互作用)和生殖醫(yī)學(xué)(例如，胚胎培養(yǎng))中的常用方案(《自血和骨髓移植x第十屆國際研討會摘要》(AutologousBlood and Marrow Transplantation XProceedings of the TenthInternational Symposium)，編輯Karel A.Dicke和ArmandKeating，2001年5月；《血液述評》(Bloodline Reviews)；《血液和骨髓移植述評》(Blood and Marrow Transplantation Reviews)；《體外細胞治療》(Ex Vivo Cell Therapy)，Klaus Schindhelm和Robert Nordon編著)。體外治療的目的是取代、修復(fù)或增強受損組織或器官的生物功能。體外過程包括從患者或供者收集細胞，體外操作以提高收獲細胞的治療潛能，和隨后靜脈內(nèi)輸液。
制備本發(fā)明組合物的方法制備本發(fā)明微團粒組合物的方法包括將一種或多種生物影響劑、身體處理劑、輔劑或載體組合物與微團粒水組合或配制的步驟。有關(guān)制備本發(fā)明組合物的指南，本領(lǐng)域技術(shù)人員可參見化學(xué)、臨床化學(xué)、藥物化學(xué)、藥理學(xué)、配方學(xué)的標(biāo)準專題論文。
診斷組合物本發(fā)明的組合物包括診斷組合物(《Mosby診斷與實驗室試驗手冊》(Mosby′s Manual of Diagnostic and Laboratory Tests)，Kathleen Deska Pagana、Timothy James Pagana編著)；本發(fā)明方法包括在活體中進行的(即體內(nèi)診斷或體內(nèi)試驗)或在體外或離體進行的診斷技術(shù)中使用微團粒診斷組合物。用于診斷放射學(xué)方法的含有對比劑的微團粒組合物也包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)。診斷試劑和其制備方法(Sigma Aldrich Co.；Worthington Biochemical Corporation；Wako Chemicals USA)及使用方法在本領(lǐng)域廣為人知。本發(fā)明包括含有微團粒組合物的試劑盒。
IV.食品或可食用材料及飲料加工、組合物和制品綜述和定義除非另有陳述，本發(fā)明使用本領(lǐng)域技能范圍內(nèi)的常規(guī)食品技術(shù)、食品化學(xué)、食品加工、有機和生物化學(xué)技術(shù)。在文獻資料中詳細介紹了用于食品和飲料的技術(shù)。例如，請參見Potter，N.N.和Hotchkiss，J.H.編著的《食品科學(xué)》(Food Science)，第五版，1998年，AspenPublishers出版；Belitz，H.D.和Grosch，W.編著的《食品化學(xué)》(Food Chemistry)，第二版，1999年，Springer出版；T.P.Coultate編著的《食品成分化學(xué)》(The Chemistry of Its Components)，第四版，2002年，Royal Society of Chemistry出版；Owen R.Fennema編著的《食品化學(xué)》(Food Chemistry)，第三版，1996年，MarcelDekker，Inc.出版；David S.Reid編輯的《食品ISOPOW6中水的特性》(The Properties of Water in Foods ISOPOW6)，1998年；Shafiur Rahman編著的《食品特性手冊》(Food PropertiesHandbook)，1995年，Culinary and Hospitality IndustryPublications Services出版；Brennan，J.G.、Butters，J.R.等編著，1990年，《食品工程操作》(Food Engineering Operations)，Chapman and Hall出版；Heldman，D.R.和Hartel，R.W.編著，1997年，《食品加工的原理》(Principles of Food Processing)，Chapman and Hall出版；《農(nóng)業(yè)、食品和生物工程百科全書》(Encyclopedia of Agricultural，F(xiàn)ood，and BiologicalEngineering)，2003年，編輯者Dennis R.Heldman，Marcel Dekker，Inc.出版；《食品結(jié)構(gòu)-建立與評估》(Food Structure-Creationand Evaluation)，1987年，J.R.Mitchell和J.M.V.Blanshard編著，Woodhead Publishing Ltd.出版；《無定形食品和制藥系統(tǒng)》(Amorphous Food and Pharmaceutical Systems)，2002年，H.Levine編輯，RSC Publlshers出版；Ruan，Roger和Chen，Paul L.編著的《食品與生物材料中的水》(Water in Foods and BiologicalMaterials)、《核磁共振方法》(A Nuclear Magnetic ResonanceApproach)，1998年，Culinary and Hospitality IndustryPubl.Services出版；Jose M.Aguilera和Stanley，David W.編著的《食品加工和工程的微結(jié)構(gòu)原理》(Microstructural Principlesof Food Processing and Engineering)，第二版，2000年，Culinaryand Hospitality Industry Publ.Services出版；《食品超大分子的功能特性》(Functional Properties of Food Macromolecules)，編輯J.R.Mitchell和D.A.Ledward，1986年，Elsevier AppliedScience Publ.出版；Roos，Y.H.編著的《食品中的階段轉(zhuǎn)化》(PhaseTransitions in Foods)，1995年，Academic Press出版?？梢詮挠⒏裉m的American Technical Publishers，Ltd.，Hitchin，Herts.，SG40SX處找到種類眾多的食品科學(xué)和技術(shù)參考書。http//www.s bu.a c.uk/water/在線詳盡地介紹了水的結(jié)構(gòu)和行為，包括水在食物分子水合作用中的作用。此處引用的參考文獻或?qū)＠囊肟勺鳛檠a充本發(fā)明公開內(nèi)容相關(guān)的教導(dǎo)。
本發(fā)明涉及已與結(jié)構(gòu)化水(structured water)發(fā)生水合作用的食品或可食材料和飲料。一方面，本發(fā)明包括含有結(jié)構(gòu)化水的食品或可食材料和飲料，和參與制備結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)的食品的結(jié)構(gòu)成份或添加劑。
另一方面，本發(fā)明包括在食品或飲料加工中使用結(jié)構(gòu)化水，包括通過將結(jié)構(gòu)化水與至少一種食品加工體系的成分或產(chǎn)品發(fā)生接觸，而水合食品加工體系的步驟。
本發(fā)明涉及使用結(jié)構(gòu)化水和結(jié)構(gòu)組合物來處理或完成食品材料。特別是本發(fā)明包括在水起的各種作用中使用結(jié)構(gòu)化水的方法，包括但不限于下表中列出的這些作用表-水在食品和飲料中的作用
正如下列從Fennema編著的《Food Science》第三版翻印出的表格所提出的一樣，對水-溶質(zhì)相互作用類型的分類進一步表征結(jié)構(gòu)化水在食品加工中的溶質(zhì)水合作用。
表3水-溶質(zhì)相互作用類型的分類
a大約12-25kJ/mol。
b但是比共價單鍵強度弱很多。
cR是烷基。
d疏水相互作用是熵驅(qū)動的，而偶極-離子和偶極-偶極的相互作用是焓驅(qū)動的。
本發(fā)明總的提供任何物理形式的結(jié)構(gòu)化產(chǎn)品和組合物，它用于通過人類或動物的口腔全部或部分被消費。另外，本發(fā)明還包括以任何物理形式存在的結(jié)構(gòu)化水。
本發(fā)明可以用于食品工程、食品化學(xué)和食品生物學(xué)領(lǐng)域。
食品工程包括食品制造、加工、包裝和儲藏。類似于水的作用，結(jié)構(gòu)化水及其組合物和包括此處介紹的結(jié)構(gòu)化水水合方法的加工食品的方法可適用于擠壓中的流體機械和混合學(xué)、面團流變學(xué)、混合調(diào)味品的預(yù)擴散、了解擠壓中的膨脹機理、食品的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)、烘焙和微波加工、混合烘焙中的熱量和質(zhì)量的同步傳遞、薄膜技術(shù)以及冷凍過程中的冰晶大小控制、熱氣噴射沖擊烘焙、通過加工食品促進健康、食品廢料和副食品利用、為確保微生物安全改進包裝和智能包裝。
食品化學(xué)應(yīng)用化學(xué)技術(shù)、概念和定律來確定食品中分子的種類和數(shù)量，其在制造和儲存過程中的物理屬性和化學(xué)變化。結(jié)構(gòu)化水及其組合物和包括此處介紹的水合方法的加工食品的方法適應(yīng)范圍廣泛，從分析食品組成至測量非晶質(zhì)固體的分子流動性；脂類、碳水化合物和蛋白質(zhì)的化學(xué)變化，加工技術(shù)，例如噴出、控制抗微生物劑或冰晶核蛋白；光譜、機械和熱技術(shù)如何定性非結(jié)晶質(zhì)、非晶體、固體的物理屬性，從而改變其化學(xué)和物理屬性，甚至貯藏期限和穩(wěn)定性。
定義對各種出現(xiàn)在本文所述專利性主題類別中，但并未包括在下列的詞匯表中的“技術(shù)”術(shù)語的含義，與通常公認或常用的相同。
術(shù)語“水”、“結(jié)構(gòu)化水”和“微團粒水”可互換使用?！敖Y(jié)構(gòu)化”發(fā)明的主題和范圍由術(shù)語“水”在此其應(yīng)用上下文衍生的含義告知并類似(美國專利號6,521,248)。
使用的術(shù)語“食物/食品”和“可食用”同義，此處可以交換使用。
食品加工系統(tǒng)中使用的每種成分或添加劑，無論是天然存在的產(chǎn)品還是合成生產(chǎn)的產(chǎn)品，作為可食組合物的一部分，或處理可食組合物，或被披露或聲稱為可食，將被認為是可食用的。
食品或可食材料包括在類別426中廣泛定義的飲料。舉例來說，但不限于此，子類590包括飲用的液體或添加含水材料形成飲用的液體的濃縮物。包括子類569(形成泡沫的飲料)和580(含乳飲料)。子類592包括主題中含乙醇的產(chǎn)品。從美國專利和商標(biāo)局獲取的美國專利分類手冊中可以找到每個分類中的飲料列表及其定義和涉及主題范圍的分類。
含有結(jié)構(gòu)化水的組合物在此處稱為“微團粒組合物”。形容詞“微團?！毙揎棻硎窘M合物(例如，物質(zhì)、添加劑、成分)的名詞，表明修改的組合物中含有微團粒水，作為至少部分由結(jié)構(gòu)化水進行水合的結(jié)果。縮寫詞MCW表示結(jié)構(gòu)化水。
一方面，食品加工體系包括將食品材料或配料中的固有結(jié)構(gòu)分解成各不相同的程度，因而涉及到食品的所有方面-食品的化學(xué)和物理特性以及其成分、食品的加工和生產(chǎn)、食品的包裝和銷售，其代表食品加工體系中的組成成分。食品質(zhì)量-質(zhì)地、散發(fā)的香味、營養(yǎng)成分可利用度、水分移動和微生物生長-受到食品內(nèi)結(jié)構(gòu)形成、穩(wěn)定性和分解的影響和決定。食品加工系統(tǒng)中使用的每種成分或添加劑，無論是天然存在的產(chǎn)品還是人工合成的產(chǎn)品，作為可食組合物的一部分，或處理可食的組合物，或被披露或聲稱為可食用，將被認為是可食用的。食品加工包括將原材料和配料轉(zhuǎn)換成消費食品或可食產(chǎn)品。食品加工包括所有將原材料或動物材料變化或轉(zhuǎn)化成安全、可食和更美味的食品的所有操作。食品加工的另一個目標(biāo)是改進存儲或保存限期。
食品加工中的水合化學(xué)本發(fā)明涉及在食品加工中使用結(jié)構(gòu)化水。與碳水化合物、脂類和蛋白質(zhì)相組合的水，是食品主要成分之一。因此，本發(fā)明涉及在食品加工體系中實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化水與碳水化合物、脂類和蛋白質(zhì)結(jié)合的方法。
水的水合特性部分依靠它的簇集(水結(jié)構(gòu)和行為，包括水在食品分子水合作用中的作用，在http//www.sbu.ac.uk/water/上有詳盡的在線說明；同時在David S.Reid編輯的《食品ISOPOW6中水的特性》(The Properties of Water in Foods ISOPOW6)中也有說明)。結(jié)構(gòu)化水對生物大分子(特別是蛋白質(zhì)和核酸)的水合特性決定其三維結(jié)構(gòu)，從而決定其在溶液中的功能。
在食品加工中使用結(jié)構(gòu)化水可改善質(zhì)地、混合和流動特性以及功能。MCW也涉及許多與其它食品成分的相互作用。這些相互作用可能有助于攪亂分子，使其處于無定形狀態(tài)，例如，低水分食品。在無定形食品體系中，玻璃轉(zhuǎn)化是特征性的溫度范圍，超過該范圍剛硬的材料軟化并開始表現(xiàn)出強韌的特性。這種變化是一種溫度、時間(或頻率)和組成依賴性的物理狀態(tài)從“玻璃狀”機械性固體至“橡膠狀”粘性流體的材料特定變化。
MCW使無定形材料塑化，增強結(jié)晶化。MCW的塑化作用引起分子流動性增加，有助于排列分子，并可能增強酶促反應(yīng)。MCW的效用是影響無定形食品體系中酶促反應(yīng)速度的一個因素。MCW可顯著塑化食品材料。增加MCW的量，材料的水活性也會更高。增塑劑用于提高聚合物的柔軟性和可加工性，同對也可以減小粘性。
酶促反應(yīng)通常造成低水分食品中的有害變化。這種變化的速度是與物理狀態(tài)的變化相關(guān)，例如玻璃轉(zhuǎn)化。以普通形式和結(jié)構(gòu)化形式的水是最重要的食品材料增塑劑。水和其它增塑劑也會影響酶促反應(yīng)的速度。即使減小了水分含量，包括碳水化合物(例如糖)的食品體系也十分容易受到結(jié)晶化的影響。結(jié)晶化過程中，吸收的水排到食品材料中，使食品體系中的水分含量發(fā)生變化，可能會影響酶促反應(yīng)的速度。水作為增塑劑的作用，以及作為食品質(zhì)構(gòu)功能影響酶促反應(yīng)的速度是維持低水分食品體系的質(zhì)量和保存限期的重要因素。
食品體系的物理狀態(tài)取決于水和其它增塑劑的量以及涉及所有成分的分子相互作用類型。
“水結(jié)合”和“水合”是指水以各種韌度與親水或疏水物質(zhì)結(jié)合的趨勢。親水溶質(zhì)(例如有親水性的溶質(zhì)或結(jié)構(gòu))與水相互作用的強度比水-水相互作用更強或相當(dāng)，而疏水溶質(zhì)(例如有疏水性的溶質(zhì)或結(jié)構(gòu))僅與水微弱相互作用，其強度遠低于水-水相互作用。
本領(lǐng)域公知有關(guān)確定分子種類(包括食品)水合作用和水合對食品質(zhì)量影響的方法(Shafiur Rahman編著的《食品特性手冊》(FoodProperties Handbook)，1995年，Culinary and HospitalityIndustry Publications Services出版)。
水爭奪分子內(nèi)和分子間氫鍵的氫鍵結(jié)合位點，是碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂類構(gòu)象的主要決定因素。
水對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用水合作用對于蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)和活性十分重要。實際上，在缺水的情況下酶缺乏活性。在溶液中，它們具有構(gòu)象靈活性，包括各式各樣的水合狀態(tài)，這在結(jié)晶或不含水環(huán)境中無法見到。這些狀態(tài)之間的平衡視其微環(huán)境中水活性而定；例如水與蛋白質(zhì)水合的自由度。因此，強反應(yīng)性水(例如含有許多弱彎曲和/或斷裂氫鍵的高密度水)有利于需要較強水合作用的蛋白質(zhì)構(gòu)象，較低活性水(例如，含有許多強的分子內(nèi)含水氫鍵的低密度水)相對有利于‘干燥劑’構(gòu)象。
蛋白質(zhì)的折疊取決于控制某些多糖中的接合區(qū)形成的相同因素；即低密度水(LDW)和驅(qū)動這種基團形成疏水核心的疏水表面之間的不相容性。此外，水作為滑潤劑像釋放必需的氫鍵一樣進行變化。水分子可以橋聯(lián)羰基氧原子和不同肽鍵的氨質(zhì)子，從而促進肽氫鍵的構(gòu)成和分離。蛋白質(zhì)中的內(nèi)部分子運動是生物活性使然，它十分依賴受水合強度決定的塑化程度。因此，內(nèi)部水能夠使蛋白質(zhì)發(fā)生折疊，并且通過協(xié)作的蛋白質(zhì)鏈的相互作用最終擠出時從疏水中央核心中排出。顯示出酶周圍的平衡位置對于平衡柔性和剛性的酶活性很重要。
由于受到熵減少的不利影響，和水形成很大表面積的無極性基，使得蛋白質(zhì)折疊受到疏水作用的驅(qū)動。在蛋白質(zhì)變性過程中，水不僅對于蛋白質(zhì)的正確折疊很重要，而且對維持該結(jié)構(gòu)也十分重要。折疊或解折疊的自由能變化是由于蛋白質(zhì)折疊/解折疊和水合變化的聯(lián)合效應(yīng)。
肽和蛋白質(zhì)在泡沫、凝膠、乳化、香味前體物質(zhì)、香味化合物中起作用并作為酶使用。這些特性來自于氨基酸和蛋白質(zhì)的物理化學(xué)特性。如上所述，蛋白質(zhì)的水合作用對蛋白質(zhì)的功能起著重要作用，包括蛋白質(zhì)結(jié)合食物成分、膠凝、膨脹、面團制作、乳化和發(fā)泡。酶的催化活性和酶反應(yīng)的控制需要具備蛋白質(zhì)水合作用和含水微環(huán)境方面的知識。對食品加工十分重要的酶包括氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶和連接酶。水活性在調(diào)節(jié)酶反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。
即使在低水分食品中，盡管水活性很低，但是酶仍然會出現(xiàn)變化。由于發(fā)生這些反應(yīng)，從而使產(chǎn)品存儲的穩(wěn)定性降低。水在食品體系中起著不同的作用(1)水可作為第二種底物。眾所周知，多種相互作用對決定蛋白質(zhì)功能特性的立體結(jié)構(gòu)起著穩(wěn)定作用，這些作用包括極性基團間以及極性基團和水之間的氫鍵，蛋白質(zhì)分子周圍與水結(jié)構(gòu)有關(guān)的氫鍵；(2)作為分裂氫鍵從而改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)；(3)作為促進反應(yīng)物擴散的溶解媒介。
概括來說，酶的活性視水與酶、水與底物以及水與基質(zhì)之間的相互作用而定。同時也可能包括基質(zhì)與底物和基質(zhì)與酶之間的相互作用。
最后，在低水分體系中進行催化酶反應(yīng)需要一定數(shù)量的水，以促進反應(yīng)的遷移性和擴散性。根據(jù)酶的特點以及底物的溶解性和分子大小，可以改變水的數(shù)量。
酶促反應(yīng)包括酶和底物的相互反應(yīng)，此時，水通常既作為溶劑，又作為第二種底物。蔗糖的水解需要轉(zhuǎn)化酶與蔗糖的水解性鍵接觸。如果是脫水系統(tǒng)，必須加水以恢復(fù)酶的活性。因此，成分必須具備遷移性。水應(yīng)通過系統(tǒng)進行擴散，酶可以施加一定的遷移性以接近水解性鍵，或者底物需要移至酶的活性點。酶促反應(yīng)的速度應(yīng)取決于運動速度，而這視系統(tǒng)基質(zhì)結(jié)構(gòu)而定。例如已證明在粘彈性液體中存在多糖，會導(dǎo)致多糖鏈交織，并限制水分子的擴散。
在水受限的系統(tǒng)中，可認為遷移性受到限制。酶的活性將視其對底物的緊密度而定。因此，應(yīng)以這種方式分布酶，以便它在底物的周圍有效?；ト苄圆钜矔档头磻?yīng)速度，因為它會降低分子間的相互作用。組成、結(jié)構(gòu)和包括含水量、溫度和pH值的環(huán)境條件決定系統(tǒng)的物理狀態(tài)和動態(tài)特性。
Whitaker(《食品科學(xué)的酶學(xué)原理》(Principles of Enzymologyfor the Food Sciences)，1994年，第二版，Marcel Dekker，Inc.出版；Fennema，O.R.編著的《食品化學(xué)》(Food Chemistry)第7章，第三版，1996年，Marcel Dekker，Inc.出版)說明了水對酶活性的作用。水在所有的酶催化反應(yīng)中至少起四個重要的作用(1)折疊蛋白質(zhì)，(2)作為底物和酶的轉(zhuǎn)運介質(zhì)，(3)蛋白質(zhì)的水合作用和(4)酶活性位點中質(zhì)子移變基團的電離作用。
核酸水合作用水合作用對核酸的構(gòu)象和效用十分重要。由于相當(dāng)擴散的電子分布，使得磷酸基團周圍保持更大和更強的水合作用，而堿基由于其更定向的氫鍵結(jié)合能力，其周圍的水合作用更有序和更持久。由于DNA的結(jié)構(gòu)規(guī)則，以協(xié)作方式沿大溝和小溝中的雙螺旋保持水合水。這種水合作用的協(xié)作特性有助于雙螺旋的退火和解旋。
核酸有許多基團可與水氫鍵結(jié)合，由于額外氧原子(即核糖02′)和未配對的堿基位點，RNA比DNA具有更大程度的水合。在DNA中，堿基參與氫鍵配對。然而即使這些基團，除了氫鍵結(jié)合的環(huán)氮原子(嘧啶N3和嘌呤N1)外，也能夠進一步氫鍵結(jié)合連接到大溝或小溝中的水。此類溶劑相互作用對水合環(huán)境十分重要，因此它在核酸周圍的識別直接有助于DNA構(gòu)象。
水活性水活性在食品科學(xué)和技術(shù)中已經(jīng)成為極其有用的工具。它在有關(guān)水分動態(tài)轉(zhuǎn)移和微生物生長區(qū)域作圖、物理變化和化學(xué)反應(yīng)時十分有用。在食品加工系統(tǒng)中控制水活性對于達到所需的食品穩(wěn)定性以及預(yù)測產(chǎn)品的保存限期十分關(guān)鍵。
水活性，aw，是水在材料中的特性。在1970年代中期，水活性成為控制食品變質(zhì)的主要因素，主要是用于水分減少、干燥食品、藥物和生物系統(tǒng)。據(jù)研究，變質(zhì)的一般方式，即物理和物理化學(xué)變化、微生物生長、含水物和脂質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，都受到水的熱力效應(yīng)以及系統(tǒng)的總含水量的影響。兩個系統(tǒng)之間水的化學(xué)勢不同，這會導(dǎo)致水分交換，超出一定的化學(xué)勢，像系統(tǒng)的分子量一樣，當(dāng)出現(xiàn)足夠多的水時，會導(dǎo)致物理和化學(xué)反應(yīng)。
從功能和感官角度而言重要的食品或生物產(chǎn)品的物理結(jié)構(gòu)，經(jīng)常由于水分增加或丟失導(dǎo)致水活性變化而改變。例如，粉料結(jié)塊是由于糖類和低聚糖的無定形晶體狀轉(zhuǎn)移的結(jié)果，這在水活性增加超過玻璃轉(zhuǎn)化點時出現(xiàn)。這種結(jié)塊影響粉料溶解或自由流動，狀態(tài)轉(zhuǎn)變可導(dǎo)致?lián)]發(fā)減量或密封脂類的氧化。如果水份增加導(dǎo)致水活性升高到一個極限，再次超過玻璃轉(zhuǎn)化，則餅干、干點心，例如炸土豆片和谷類早餐就會不松脆。相反，由于缺少水的關(guān)系，水活性減小，葡萄干和其它干果會變硬。因此，谷類早餐中的葡萄干或其它干果上包有糖衣，以減慢水分的損失率或使用甘油減少水活性，從而防止水分損失。這些措施抑制葡萄干剩余的水分轉(zhuǎn)移到谷類中，因此，保持谷類的脆性和果料的柔軟性在擺在人們面前的化學(xué)潛在驅(qū)動力。終于，像aw增長一樣，由于橡膠態(tài)的快速發(fā)展，使得包裝膜對氧和水蒸發(fā)的滲透性大大提高。
如同物理化學(xué)現(xiàn)象，微生物的生產(chǎn)和死亡也受到水活性的影響。經(jīng)再三證明，每種微生物都有一種臨界的水活性，低于它就無法生長。例如，寄生曲霉在低于一定的水活性時不生長，而來自該微生物的黃曲霉素(一種強力毒素)產(chǎn)生在稍高水活性以下會受到抑制。為了終止生長或毒素生產(chǎn)，就必須終止微生物細胞中的主要酶促反應(yīng)。因此，降低水活性來抑制這些生物化學(xué)反應(yīng)，這樣可以在總體上依次限制微生物的機能。對于孢子來說，水活性越低，抗熱殺性就越強。
微生物穩(wěn)定的干食品通常被定義為水活性低于某一規(guī)定水平的食品，在該水平以下無已知的微生物可以生長。
水活性已被證明可以影響許多化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)。除了脂類氧化反應(yīng)，其在水活性很低時速度隨水活性的減小而增大外，其它化學(xué)反應(yīng)速度通常都隨水活性的增大而增大。
當(dāng)水與溶質(zhì)和表面相互作用時，不能進行其它的水合作用。術(shù)語‘水活性’描述了材料水合作用可利用的平衡量水；單位數(shù)值表示純凈水，而零表示完全沒有水分子。它與食品化學(xué)和保存息息相關(guān)。
水活性的變化可能會引起水在食品成分中遷移。含有不同水活性的宏觀或微觀不同水活性的含水池的食品，將傾向于發(fā)生時間和溫度依賴性的水從水活性高的區(qū)域向水活性低的區(qū)域的遷移，這是常用于鹽制魚和干酪的有用特性，但其它情況下，可能具有災(zāi)難性的感官結(jié)果。水活性的這種變化可能會導(dǎo)致水在食品成分中的遷移。水活性較低的食物趨向于獲取水分，而那些水活性較高的食物趨向于失去水分。
由于水活性低可防止微生物生長(延長保存限期)，引起質(zhì)地特征例如松脆性發(fā)生顯著變化和改變化學(xué)反應(yīng)(增加疏水親脂反應(yīng)，但降低親水限制水?dāng)U散的反應(yīng))的速度，因此食品業(yè)中控制水活性(而不是含水量)十分重要。
在食品工藝中可以用術(shù)語水活性來確定游離水分。水活性被定義為在放有食品的封閉室中的水蒸汽壓力與相同溫度下飽和水蒸汽壓力的比率。水活性指示發(fā)現(xiàn)非結(jié)合水因此可作為溶劑或參與破壞性的化學(xué)和微生物反應(yīng)的程度。
極易腐壞的食品aw＞0.95。低于aw＝0.91時，多數(shù)細菌的生長受到限制；同樣，低于aw＝0.87時，多數(shù)酵母菌停止生長，低于aw＞0.80時，多數(shù)霉菌停止生長。微生物生長的絕對極限大約是aw＝0.6。當(dāng)需要產(chǎn)生aw＜0.96的溶質(zhì)濃度很高(通常＞1摩爾)時，溶質(zhì)(含水量低時的表面相互作用)會在有效應(yīng)用aw知識范圍內(nèi)控制水的結(jié)構(gòu)化。
許多食品儲藏加工嘗試通過降低微生物對水的利用度，從而達到消除腐壞的目的。減少游離水分或非結(jié)合水的數(shù)量，也可以減少其它不必要的化學(xué)變化，可用于處理儲藏的食品。用于減少食品中非結(jié)合水的量的方法包括各種技術(shù)，例如濃縮、脫水和冰凍。這些加工方法通常需要密集的能量消耗，不具有經(jīng)濟效益。
通過控制水活性可以成功地實現(xiàn)食品的穩(wěn)定性，預(yù)測水分在多成分食品體系之間的轉(zhuǎn)移，預(yù)測水汽通過食品包裝的轉(zhuǎn)移以及預(yù)測混合成分包括溶解類型的最終水活性。
分子流動性。分子流動性(Mm)是最近在食品科學(xué)中發(fā)展的一種方法，用于說明通過冷凍和烘干如何改變食品的儲藏穩(wěn)定性，是水活性(aw)概念的一種備選和補充方法。
大多食品材料不能形成晶體結(jié)構(gòu)。要成為晶體，溶液中的分子必須放置一個現(xiàn)有的晶格，有點像七巧板，它僅可以同一個方向放置。分子在溶液中旋轉(zhuǎn)和彎曲，但是在所有水分離開和活動停止前，必須確保他們形成晶體要足夠快。在相對較慢的小分子晶體進行烘干操作時，有可能形成大晶體的蔗糖和鹽。但是，移動緩慢的大分子或快速的烘干操作無法為晶體的形成提供足夠的時間，實際上，大多數(shù)情況下無法形成晶體。相反，溶液變得很粘，最后變得像橡膠。如果去除更多水分，橡膠變得越來越粘，直至到達某一臨界點，完全停止移動，材料可視為一種玻璃。玻璃狀和橡膠狀的材料被描述為非晶質(zhì)固體。冷凍被視為與烘干極為相似的過程。水結(jié)晶成純冰，它不進行食品材料的溶解。當(dāng)食品冷凍成冰形式時，將食品存放在日益脫水的環(huán)境中。
在所有情況下，主要的參數(shù)是分子移動性-分子移動的能力。分子移動性隨著溫度(分子熱能越多，移動越快)和小分子濃度(通常水作為分子級滑潤劑或增塑劑)而增加。烘干步驟減少了含水量，同時也降低了溶質(zhì)的分子移動性。而且冷凍也減少了含水量(冰晶形式)，另外冷卻減少食品分子的熱能，因而降低了它們的移動性。
材料的分子移動性與其粘性成反比(如果液體越稠，分子移動性越差)，粘性影響擴散受限反應(yīng)的速度。如果兩個分子間發(fā)生反應(yīng)，分子首先必須碰撞，具備足夠的熱能后克服活化能障，進行反應(yīng)。
兩種將食品處理成玻璃狀態(tài)的技術(shù)方法是冷凍和烘干。分子移動性是了解水在食品變質(zhì)中所起作用的一種新奇方法，是對aw方法的有益補充。一般來說，在擴散受限反應(yīng)、冷凍食品和物理變化中使用分子移動性分析會比較好，理解松脆性和粘性也更為適合，而aw則更適合烘干的食品和非擴散受限加工。下表中列出了一些取決于分子移動性的食品特性和行為特性表7受分子移動性決定的一些食品性質(zhì)和行為特性(包含無定形區(qū)產(chǎn)品中的擴散限制變化)
玻璃轉(zhuǎn)化和水活性橡膠和玻璃狀態(tài)的物理性質(zhì)和食品穩(wěn)定性相變和態(tài)變。相變是材料的狀態(tài)發(fā)生變化，發(fā)生在定義明確的變化溫度-熔化(固態(tài)到液態(tài))-結(jié)晶(液態(tài)到固態(tài))-汽化(液態(tài)到氣態(tài))-濃縮(氣態(tài)到液態(tài))。許多材料，包括食品都是非結(jié)晶體，但卻可以表現(xiàn)出固體或液體的特性。非結(jié)晶材料是非晶態(tài)材料，例如其分子是隨機排列的。非晶態(tài)材料通常是過度冷卻的液體或固體。過度冷卻的液體通常稱為“橡膠”，固定通常稱為“玻璃”。超過一定的溫度范圍，就會發(fā)生過度冷卻的液體和固體狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化被稱為“玻璃轉(zhuǎn)化”。
玻璃轉(zhuǎn)化在無機和有機非晶態(tài)材料中較為典型，包括這種作為糖和蛋白質(zhì)的食品成分。在超過玻璃轉(zhuǎn)化的溫度范圍時，許多材料的特性會發(fā)生變化。
水塑化。水在生物和食品系統(tǒng)中是最重要的溶劑、分散介質(zhì)和增塑劑。在玻璃轉(zhuǎn)化的溫度范圍的塑化及其調(diào)制作用是合成聚合物技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，在這當(dāng)中，增塑劑被定義為并入聚合體的材料，以增加材料的可加工性、柔性或易擴展性。塑化作用通常取決于有關(guān)水的質(zhì)量、體積或摩爾份數(shù)的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。增加含水量的同時降低玻璃轉(zhuǎn)化溫度，可以觀察到水塑化過程，這樣也可以提高了轉(zhuǎn)化的可檢測性。碳水化合物和蛋白質(zhì)都可由水顯著塑化，例如水作為軟化劑，抑制玻璃轉(zhuǎn)化的溫度。水的玻璃轉(zhuǎn)化溫度約為-135℃，例如固體非晶態(tài)水。在含水量高時，玻璃轉(zhuǎn)化接近水的溫度。在超過轉(zhuǎn)化溫度范圍時，玻璃轉(zhuǎn)化的可檢測性通常隨著增大含水量-減小轉(zhuǎn)化寬度-增大熱容量變化而增加。
食品中的玻璃轉(zhuǎn)化。
了解玻璃轉(zhuǎn)化及其與物理化學(xué)變化的關(guān)系對于預(yù)測加工、配送和儲藏過程中食品的狀態(tài)和行為十分重要。
玻璃轉(zhuǎn)化曲線是了解食品物理變化的重要因素。舉例來說，在谷類食品加工系統(tǒng)中，認識到谷類系統(tǒng)中的質(zhì)地變化可以與玻璃轉(zhuǎn)化相關(guān)，知道谷類食品的狀態(tài)圖，然后控制加工和環(huán)境條件，以便獲得食品的所需狀態(tài)，同時在配送和儲藏過程中得以保留很重要。
脫脂食品固體的非晶態(tài)在低水分和冷凍食品中很典型。典型的非結(jié)晶、玻璃狀或橡膠狀食品是-干的果實和蔬菜-壓縮點心和早餐谷類-硬的冰糖-易流動粉末-冷凍食品中的凍縮固體。食品材料的玻璃轉(zhuǎn)化可以從熱容量變化、從機械性質(zhì)變化和從介電性質(zhì)變化中觀察。玻璃轉(zhuǎn)化的溫度范圍取決于食品材料-分子量小的食品成分，例如糖，在超過溫度范圍約20℃時展現(xiàn)了清晰的玻璃轉(zhuǎn)化-分子量大的食品成分，例如蛋白質(zhì)和淀粉，其表現(xiàn)的玻璃轉(zhuǎn)化很寬廣。
玻璃轉(zhuǎn)化溫度范圍是每種材料的特定屬性。
碳水化合物。糖具有清晰的玻璃轉(zhuǎn)化。糖的玻璃轉(zhuǎn)化溫度隨著分子量的增大而升高。
蛋白質(zhì)。非晶形蛋白質(zhì)是重要的結(jié)構(gòu)生物聚合物。非晶形蛋白質(zhì)是谷類食品重要的結(jié)構(gòu)成分，例如面包中的麥麩。由于熱容量的變化和轉(zhuǎn)化廣度較小，因而蛋白質(zhì)的玻璃轉(zhuǎn)化通常很難以通過量熱法確定。
冷凍材料。冷凍過程中結(jié)冰會導(dǎo)致溶質(zhì)的冷凍收縮。冷凍收縮的程序取決于溶質(zhì)和溫度。低溫情況下，冷凍收縮的溶質(zhì)和未凍的水變成玻璃狀，例如材料包含晶體冰狀態(tài)和非晶態(tài)、玻璃狀溶質(zhì)狀態(tài)。某些溶質(zhì)可以晶化，例如NaCl溶液-冷凍收縮的糖和食品通常變化玻璃化。極有可能，冷凍收縮溶液在初濃度時表現(xiàn)的玻璃轉(zhuǎn)化取決于溫度因素，高于此溫度，冰熔化有一個開始溫度。
在定義含水量和化學(xué)反應(yīng)速度之間的關(guān)系時，高分子科學(xué)提供了玻璃轉(zhuǎn)化和水活性的理論，解釋食品系統(tǒng)的質(zhì)地特性和在食品加工和儲藏過程發(fā)生的變化，例如粘性、結(jié)團、軟化和硬化。食品是類脂、多糖、糖、蛋白質(zhì)等構(gòu)成的復(fù)雜混合體，存在于各個不同的狀態(tài)。在影響玻璃轉(zhuǎn)化的含水量上可能部分不同。
舉例來說，如果非晶態(tài)材料以玻璃狀態(tài)存在，則它會很硬且易碎，例如對于谷類來說，其代表易碎產(chǎn)品。在橡膠狀態(tài)中，這種材料是軟的且很有彈性，對于油炸小吃或谷物來說，其代表未烘透的不良狀態(tài)。
因此，玻璃轉(zhuǎn)化理論提供了一個更加清晰的方法，以理解當(dāng)含水量增加時，松脆的谷類或點心的物理和質(zhì)地變化。質(zhì)地是許多谷類食品的重要感官特征，缺少必要的質(zhì)地會有損產(chǎn)品質(zhì)量和減少保存限期。如果水活性超出界限，則精鹽蘇打餅干、爆米花、膨化玉米卷、膨化米餅和馬鈴薯片的松脆性就不足。松脆性是淀粉分子間鍵的特征，當(dāng)出現(xiàn)少量水時，就形成小的結(jié)晶狀區(qū)域。這些區(qū)域需用力拆分，從而為食品提供松脆的質(zhì)地。超過一定的水活性，水可能中斷這些鍵，允許淀粉分子在咀嚼時互相滑過。干的谷類點心的松脆感覺是由咀嚼時發(fā)生的聲音引起的，它隨水活性的增強而減少。從玻璃狀態(tài)到橡膠狀態(tài)的轉(zhuǎn)化能很好地解釋松脆性的消失。
結(jié)塊是與玻璃轉(zhuǎn)化相關(guān)的另一個特征。當(dāng)糖在溶液中且是干縮狀態(tài)時，它處于非結(jié)晶玻璃狀態(tài)，粉粒自由流動。達到足夠高的水分或溫度時，材料進入橡膠狀態(tài)。在橡膠狀態(tài)中，干的非結(jié)晶糖易于迅速晶化，這是由于超過一定的溫度，擴散速度增大，某種條件導(dǎo)致出現(xiàn)令人討厭的結(jié)塊，從而抑制自動流動。結(jié)塊遵循由水汽弄濕粒子步驟的特性。
配料的選擇和增塑劑的級別，例如水和其它分子量小的成分會影響食品的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。一般來說，當(dāng)同源系列中的聚合體分子量增大時，玻璃轉(zhuǎn)化溫度也升高。增加增塑劑可降低玻璃轉(zhuǎn)化的溫度。
水對食品系統(tǒng)中擴散的作用許多食品加工的操作方法和儲藏食品的穩(wěn)定性受到食品系統(tǒng)的擴散特性的影響，它們包括食品本身、包裝內(nèi)的直接環(huán)境以及用于食品的任何屏障(包裝或涂層)。含水量和“水活性”顯著影響這些擴散特性，通過對食品塑化和/或?qū)酆衔锇b，影響成分的玻璃轉(zhuǎn)化溫度，有時水也會作為內(nèi)部轉(zhuǎn)運介質(zhì)。
此處所用的術(shù)語“添加劑”是指物質(zhì)或物質(zhì)混合物，主要用于其營養(yǎng)價值以外的目的，并以相對少量加到食品中以(1)產(chǎn)生或改善所需的特性(2)或抑制不需要的特性和(3)成為食品的一部分或是過渡性的。(與下面的成分相比，其在某些情況下可以是添加劑)。
此處所用的術(shù)語“基礎(chǔ)成分”是指組合物的主要成分(除添加的水外)，被認為是基本部分，人們通常通過它來確定組合物。通常，基礎(chǔ)成分構(gòu)成了組合物的主要部分，例如巧克力奶-奶是基礎(chǔ)成分。在給出多數(shù)成分百分比的情況下，即構(gòu)成整個組合物(添加的水除外)50％的成分被認為是基礎(chǔ)成分?？梢酝ㄟ^對類似成分求和來確定50％，例如乳糖、乳清和乳脂都是乳衍生物。
“碳水化合物”是指一種化合物，其單體單元包含至少五個碳原子，及其反應(yīng)產(chǎn)物，其中碳水化合物單元的碳架未受到破壞。對應(yīng)于碳水化合物的醇和酸，例如山梨醇抗壞血酸或甘露糖酸，不被視為是碳水化合物。
術(shù)語“干”是指完全無水或相對無水的產(chǎn)品，在正常的環(huán)境條件下包括這樣的特性，但不必要具有每種特性，如自由流動，觸感干、不粘、無粘著力、顆粒、粉末、小塊、薄片、面粉、粗粉、微粒、球粒、細碎等。
術(shù)語“酵素”是指能夠引起或改變發(fā)酵的任何酶或任何活性有機體。
術(shù)語“成分”是指構(gòu)成食品的混合物的組成部分(通常是主要組成)。
成分或添加劑不包括包裝材料、容器、紙制品等，或任何其它被視為不適合食用的材料。但是，在某些情況下，添加劑可以是成分。
“分離的甘油三酯脂肪或油”是指沒有任何其源自的植物或動物組織的脂肪或油(如下定義)。
“包裝”是指由可食材料被固體材料全封閉、包圍或完全環(huán)繞的商業(yè)組合體。
“組織”是指包含一定量的最初動物或植物的材料(相對于提取物，它被認為缺乏原始的細胞結(jié)構(gòu))。本術(shù)語中包括經(jīng)過切碎、切割、搗碎、研磨、碾壓、切片等處理的材料。
“甘油三酯脂肪或油”是指甘油和高級脂肪酸的酯類(例如，包含至少7個碳的未斷裂鏈的一元羧酸與羰基鍵合)，其中三個可用的甘油羥基官能團被相同或不同的脂肪一元羧酸酯化。甘油三酯是天然脂肪和油類的主要成分。
本發(fā)明包括根據(jù)水可如下分類的食品或可食用產(chǎn)品表I根據(jù)含水量和適宜物理化學(xué)方法類型對食品分類
以下論述介紹了食品科學(xué)領(lǐng)域技術(shù)人員用于配制食品和成分所使用的物理化學(xué)原理。
膠體和流變學(xué)膠體是一秒鐘內(nèi)一個相(分散相)、連續(xù)相的小粒子的擴散情況。膠體在食品中廣泛存在。膠體的研究實質(zhì)上是對分散相表面之間以及連續(xù)相和分散相之間物理相互作用的研究。流變學(xué)是對變形時材料的研究。
許多食品是膠體且特性復(fù)雜，帶有連續(xù)相，以真溶液的形式存在，有多個分散相。牛奶有包含水溶液中多糖、電解質(zhì)類和蛋白質(zhì)的連續(xù)相和包含液態(tài)脂和固態(tài)蛋白質(zhì)的分散相。表 膠體類型
乳狀液和表面活性。
乳狀液是分散相和連續(xù)相都是液體的膠體，是最常用的食品膠體類型。在這種食品中，通常包括油相和水相以及這兩種類型●水包油(o/w)乳狀液，分散相是油●油包水(w/o)乳狀液，分散相是油。
乳狀液中的相可通過稱作相變換的方法進行交換。食品中相變換的常見實例是黃油制造，其通過濃縮和攪拌在內(nèi)的加工方法將乳脂轉(zhuǎn)化成黃油。一旦獲得足夠的油濃度，攪拌可將乳脂的水包油乳狀液轉(zhuǎn)化成黃油的油包水乳狀液。在加工過程中，通過消除更多作為酪乳的水相，進一步增強油的濃度。概括來說，濃縮決定更穩(wěn)定的形式。
乳化劑和穩(wěn)定劑形成乳狀液的過程通常包括劇烈攪動，以便將油打碎成小滴。添加乳化劑有助于乳狀液的形成，通過減小界面張力加速打碎過程，因此乳化劑通常是表面活性劑。常用的乳化劑包括洗滌劑、甘油一硬脂酸和卵磷酯。
一旦形成乳狀液，就必須維持，這就是穩(wěn)定劑的作用。乳化劑能起穩(wěn)定的作用是由于分子親水部分之間發(fā)生靜電相互作用。但是這還不足夠，仍需要添加穩(wěn)定劑。通過在系統(tǒng)中添加或提供高分子可以實現(xiàn)穩(wěn)定性。它們可能有兩個作用。
它們在油珠表面上形成一個層，防止油珠匯合，從而形成位阻障礙。不溶解的蛋白質(zhì)，例如牛奶中的酪蛋白，經(jīng)常履行此功能。
它們可以溶解到連續(xù)相中，增強粘性。例如，食品中的多糖經(jīng)常用于此用途。只要添加少量的多糖膠，例如黃原膠和鹿角菜膠，就可以大幅度增強粘性。
膠體的分解包括粒子受引力的影響聚集在一起，形成更大的粒子。根據(jù)本加工方法的精確特性，本加工方法有不同的術(shù)語。
●凝聚是粒子的松散結(jié)合，它相對容易破裂，相再分散●凝結(jié)是更強結(jié)合的粒子集合。因為粒子間的引力比凝聚強很多，因此凝結(jié)的分散相不容易再分散。
●聚結(jié)是在粒子合并形成單個更大的粒子。
前兩個定義稍微有些寬松，這兩個術(shù)語有時可互換使用。一般來說，如果發(fā)生總的表面自由能下降的結(jié)果時使用凝聚。
聚結(jié)聚結(jié)是合并兩個粒子形成單個較大的粒子。主要的區(qū)別是絮凝體和凝結(jié)粒子保留獨特的特征，但聚結(jié)的情況卻不是這樣。
聚結(jié)可以帶有液體和固體粒子，但通常是帶液體粒子。這個加工方法包括稀釋粒子間的連續(xù)相薄膜，直至排出所有連續(xù)相，兩個粒子合并為止。
奧斯特瓦爾德熟化如果分散相具有任何連續(xù)相中明顯的可溶性，可能會發(fā)生被稱作奧斯特瓦爾德熟化的現(xiàn)象。由于受表面張力的影響，小粒子的可溶性通常較大粒子強。因而，大粒子趨向以損害小粒子來成長。如果加工過程足夠快，膠體會不穩(wěn)定。另一方面，對本加工過程進行控制十分有利于感光乳劑的生成。在冷凍食品中，在長期儲藏過程中，因為大的冰結(jié)晶體趨向以損害小粒子而成長，造成組織破壞，引起食品變質(zhì)。
凝膠凝膠是在分散相中的粒子間相互作用足夠強，可以形成剛性網(wǎng)狀物時形成。在這種情況下，膠體相當(dāng)于固體，以此彈性地緩解剪應(yīng)力的反應(yīng)。實際上，凝膠由填充整個系統(tǒng)的連續(xù)絮凝物組成。
就基于高分子的凝膠來說，存在對其它分子有吸引的分子區(qū)域-經(jīng)常以氫鍵的形式或通過某種離子穩(wěn)定性的形式。同樣基于絮凝物的凝膠，結(jié)果是特性如固體的三維網(wǎng)狀物。
凝膠的膨脹構(gòu)成凝膠的3-D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成導(dǎo)致連續(xù)相被捕獲在凝膠中。許多情況下，溶液中的連續(xù)相和絮狀物網(wǎng)擔(dān)當(dāng)半滲透膜。結(jié)果，發(fā)生滲透作用，凝膠膨脹。通過外部壓力可抵消膨脹趨勢，所需的壓力被稱為膨脹壓力。它可以達到很高的值。例如，將木楔敲進巖石并浸濕木頭可引起足夠的膨脹壓力以使巖石裂開。
水膠體水膠體是蔬菜、動物、微生物或合成來源的親水聚合物，通常包含許多羥基，可以是高分子電解質(zhì)。它們天然存在或加入以控制含水食品的功能特性。在這些特性中，最重要的是粘性(包括稠化和凝膠化)和水結(jié)合，但是其它許多特性也十分顯著，包括乳狀液穩(wěn)定性、防止冰重結(jié)晶和感官特征。
食品是十分復(fù)雜的材料，它與水膠體的多因素功能性一起導(dǎo)致需要幾種不同的水膠體，其中最重要的是藻酸鹽、阿拉伯木聚糖、卡拉膠，羧甲纖維素、纖維素、凝膠、貝它葡聚糖、瓜爾豆膠、阿拉伯膠、刺槐豆膠、果膠、淀粉、黃原膠。
每種水膠體都是由類似的混合物組成，但不是完全相同，分子和不同來源、制備方法、熱處理和食品環(huán)境(例如鹽含量、pH值和溫度)都會影響它們所表現(xiàn)的物理特性。描述水膠體時經(jīng)常會介紹理想化的結(jié)構(gòu)，但應(yīng)記住，它們是帶結(jié)構(gòu)的自然產(chǎn)品(或衍生物)，受到隨機酶反應(yīng)的影響，并不完全依賴遺傳密碼。它們由不同分子量的分子混合體構(gòu)成，沒有一個分子與任何其它分子在構(gòu)象上相同，或甚至在結(jié)構(gòu)上也不相同(纖維素除外)。
水膠體混合物表現(xiàn)出這樣一種最近才有的非添加劑特征的復(fù)雜性，這些可解釋成一門科學(xué)，而非工藝。在與水結(jié)構(gòu)的水膠體混合物給合的多糖結(jié)構(gòu)功能知識方面潛力巨大。必須仔細檢查每種應(yīng)用的特殊參數(shù)，注意所需的影響(例如質(zhì)地、流動性、腐蝕、含水量、穩(wěn)定性、粘性、凝聚性、適應(yīng)性、彈性、延伸性、加工時間、加工精度)以及注意水膠體的類型、來源、等級和結(jié)構(gòu)非均性。
所有水膠體與水相互作用，降低其擴散性和穩(wěn)定性。一般來說，中性水膠體可溶性較低，而高分子電解質(zhì)的可溶性較高。通過直接氫鍵或水結(jié)構(gòu)或在大量但包含分子間或分子內(nèi)空隙中可以控制這樣的水。水膠體和水的相互反應(yīng)取決于氫鍵結(jié)合，因此，水團簇的形成同樣取決于溫度和壓力。同樣的情況，熵損耗和焓獲取之間存在逆平衡，但這個過程受到動力學(xué)控制，可能無法獲得最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)。水膠體在溶液中可以展示范圍廣泛的構(gòu)象，因為隨聚合鏈一起的鏈接可以在勢能景觀谷中相對自由地旋轉(zhuǎn)。較大、結(jié)構(gòu)較稠的水膠體的表面基本上靜止，可促使周圍水廣泛結(jié)構(gòu)化。水結(jié)合影響質(zhì)地和過程特性，防止脫水收縮，具有重大的經(jīng)濟價值。特別是，水膠體可提供增加其它食品成分靈活性(塑化)的水。它們也可以影響冰晶的形成和生長，因此在冷凍食品的質(zhì)地上可以發(fā)揮特別的影響。某些水膠體，例如刺槐豆膠和黃原膠，在冷凍解冰時可能形成更強的凝膠，由于冷凍時水被去除(成冰)，造成強迫結(jié)合。
水膠體常常可以顯著地影響水的自重流動特性，多數(shù)水膠體用于增強粘性(參見流變學(xué))，通過防止沉淀、相分離、泡沫崩潰和結(jié)晶化來提高食品的穩(wěn)定性。粘性通常隨濃度、溫度和剪應(yīng)變速度的變化而變化，從某種復(fù)雜意義上說，取決于水膠體和其它存在的材料。水膠體的混合物可協(xié)同增強粘性或?qū)剐缘販p弱粘性。
許多水膠體也是凝膠，可控制多種質(zhì)地特性。凝膠是顯示似固體特性的含液態(tài)水網(wǎng)狀物，其特性強度取決于濃度，硬度和脆性取決于水膠體所具有的結(jié)構(gòu)。水膠體顯示彈性和粘性特性，當(dāng)纏繞的聚合物不能及時解開以允許流動時出現(xiàn)彈性。水膠體混合物可以相互協(xié)同作用，結(jié)合沉淀物、凝膠或形成不相容兩相系統(tǒng)；這樣的相限制影響粘性和彈性。水膠體有相當(dāng)多的用途，可以用于許多其它方面，包括(a)高溫時的偽塑性制作(剪應(yīng)力下的流動性)，通過冷卻濃縮使混合和加工更加容易，(b)冷卻凝膠化后的加熱液化，(c)加熱凝膠化使結(jié)構(gòu)更加緊固(熱凝膠化)，(d)多相系統(tǒng)，包括膜層的加工和穩(wěn)定作用。
這些水膠體的特性是由其結(jié)構(gòu)特征和與水相互作用的方式?jīng)Q定。例如●當(dāng)分子內(nèi)或分子間的氫鍵對水的氫鍵(有時鹽形成)有足夠的吸引，可克服熵值時水膠體成膠化。通常，水膠體在疏水性和親水性之間顯示出微妙的平衡性。在更高濃度時擴大的水膠體逐漸混亂，相似的分子在缺少氫鍵的情況下能互相纏繞(形成螺旋狀交匯區(qū))，但是通過降低構(gòu)象異質(zhì)性和盡量減少與水聯(lián)系的疏水表面，從而為在別的地方更積極、更有利地使用而釋放它。在這種情況下，需要形成最小數(shù)量的鏈接(例如如果是螺旋狀接合區(qū)，通常需要復(fù)雜螺旋)，克服熵效應(yīng)和形成穩(wěn)定的鏈接。此時，接合區(qū)隨著時間的變化緩慢生長，相互反應(yīng)會除去水分，可能發(fā)生脫水收縮作用(如在某些果醬和果凍中)。
●多糖水膠體主要通過增強粘性來穩(wěn)定乳狀液，也可以作為乳化劑，據(jù)報導(dǎo)，其乳化能力主要由伴隨(污染或內(nèi)在的)蛋白質(zhì)部分所致。特別是，只要適當(dāng)?shù)膒H值和離子強度狀態(tài)繼續(xù)，離子水膠體和蛋白質(zhì)之間的靜電相互作用就會引起顯著的乳化作用，從而大大提高穩(wěn)定性。蛋白質(zhì)的變性可能提高乳化能力和穩(wěn)定性。
●由于阻礙結(jié)晶、但有助溶解的結(jié)構(gòu)非均性原因，水膠體混合物在高濃度時可防止自行聚集。水膠體可與其它有助脂肪乳化的食品成分相合，穩(wěn)定牛奶蛋白質(zhì)分子團或影響谷蛋白的粘性。
●水膠體的顆粒大小及其分布是與水合速度和乳化能力相關(guān)的重要參數(shù)。
●帶負電的水膠體改變其結(jié)構(gòu)特性的反離子類型和濃度(包括pH值和離子強度作用)；例如，在酸度高時，電荷消失，分子擴展變少。
●物理特性可取決于濃度受到熱力學(xué)或動力學(xué)(加工記錄和環(huán)境)的控制。特別是這些特性可隨時間以無變化方式或擺動方式改變。
●不同的水膠體偏好低密度或高密度水，而其它水膠體則顯示出對兩種情況的兼容性。因為更多分子內(nèi)氫鍵形成，因此水膠體變得更加疏水，這會改變水的局部結(jié)構(gòu)?；旌纤z體喜歡不同的環(huán)境產(chǎn)物排除體積憭，對相互的有效濃度有影響，從而影響流變學(xué)。
●在玻璃狀態(tài)，構(gòu)象變化是嚴格抑制的，但水膠體保留的水可作為塑化劑(允許分子運動)，通過破壞分子間的氫鍵，顯著降低玻璃轉(zhuǎn)化的溫度。
樹膠和淀粉控制濕度行為了解食品中水的相互作用機制，以及如何應(yīng)用多糖類，例如樹膠和淀粉控制這些相互作用，使設(shè)計者采取措施提高產(chǎn)品質(zhì)量和延長保存期限。
這種典型的實例是焙烤產(chǎn)品的生面團。在這里，水不僅是激活化學(xué)反應(yīng)和/或酵母菌發(fā)酵的溶劑，同時也是允許谷蛋白生長的加工助劑，可形成混合、粘結(jié)塊(生面團)，之后可對它定形并焙烤。淀粉和樹膠本身是聚合物成分，需要水作為塑化劑來激活。
樹膠和淀粉是由分子直鏈組成的多糖。樹膠在該鏈末端有一個官能團，而淀粉在該鏈上有各種分支。精確的構(gòu)造視材料的來源而有所變化。
在不改變的形狀中，雙方的吸收水在溶液中膨脹，并作為溫和的增粘劑。受到熱和/或機械作用的激活，膠和淀粉粒子都重新組織。這是兩種物質(zhì)開始表現(xiàn)不同的地方。水合膠分子相互之間具有親和力，可以形成凝膠。另一方面，淀粉繼續(xù)作為具有增強增稠性能的單個分子。各種膠和淀粉的行為方式不同，對基本材料的修飾使得甚至更多的變化成為可能(例如預(yù)糊化淀粉和冷膨脹凝膠)。
調(diào)味劑成分。
水活性代表重要的變量，影響許多調(diào)味劑成分化學(xué)反應(yīng)的速度。在復(fù)雜的含水系統(tǒng)中，食品基質(zhì)的構(gòu)成方式對于風(fēng)味呈現(xiàn)和調(diào)味劑感官指標(biāo)相當(dāng)重要。
在含水食品系統(tǒng)中，多糖和蛋白質(zhì)通常是決定食品結(jié)構(gòu)的主要成分。當(dāng)出現(xiàn)其它較小的分子，例如芳香族化合物時，為了便于觀察結(jié)果，這些大分子成分的水合作用相當(dāng)重要。在食品系統(tǒng)中包含揮發(fā)性化合物的方式將決定風(fēng)味呈現(xiàn)，并因此決定為消費者提供的調(diào)味劑感官指標(biāo)和產(chǎn)品的外形。
包括調(diào)味劑成分的物理化學(xué)反應(yīng)-無論是調(diào)味劑之間，還是調(diào)味劑和食品的非調(diào)味成分以及環(huán)境之間-被寬泛地定義為“調(diào)味劑相互反應(yīng)”。這些相互反應(yīng)影響食品中調(diào)味劑的質(zhì)量、數(shù)量、穩(wěn)定性和最終的感官指標(biāo)。調(diào)味劑主要是味道和氣味的合成，并伴有外觀和質(zhì)地，包含食品的感官接受標(biāo)準。
術(shù)語“人造調(diào)味劑”是指那些添加到食品或由自然界中不存在的化合物組成的調(diào)味劑。天然存在的調(diào)味劑，或者那些通過加熱、陳化或發(fā)酵形成的調(diào)味劑稱為“天然調(diào)味劑”。對于合成添加到食品中的天然調(diào)味劑，采用標(biāo)簽“與天然相同的”調(diào)味劑。
水果調(diào)味劑是為特定的用途制造和合成的。產(chǎn)品設(shè)計者的目的是在化學(xué)反應(yīng)的食品環(huán)境中選擇效果最好的調(diào)味劑。要成功實現(xiàn)這個目標(biāo)，必須了解調(diào)味劑的相互作用。
物理和化學(xué)調(diào)味劑相互作用在食品的生長、收割、加工、儲藏和消費過程中持續(xù)發(fā)生。相互作用是由于各種類型的化學(xué)鍵的原因共價鍵、氫鍵、疏水鍵和包含配合物的構(gòu)成。調(diào)味劑相互作用最常測量的物理方面是鍵合、分配和釋放。鍵合是指將調(diào)味劑的揮發(fā)性和非揮發(fā)性成分吸收到食品基質(zhì)的成分上。分配描述了調(diào)味劑在與食品和包裝相關(guān)的含水、液態(tài)或氣態(tài)相中的分布情況。人類的感官接受器對調(diào)味劑有效的這個點稱為“釋放”。對調(diào)味劑釋放時間的優(yōu)化取決于產(chǎn)品，因為將食品咀嚼完全，需要較長的時間，而飲料在嘴中只需停留幾秒鐘。
根據(jù)調(diào)味劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)和脂肪酸的鏈長度，調(diào)味劑可在油和水相之間區(qū)分出它們的不同。在脂肪減少的食品中，調(diào)味劑釋放受到這種分配的影響，因為含水系統(tǒng)比脂質(zhì)系統(tǒng)中的食用香料擁有更高平衡的蒸汽壓力。揮發(fā)物從含水系統(tǒng)中釋放得更快并消散，導(dǎo)致人類感覺器官的調(diào)味劑感官影響較少。
蛋白質(zhì)自身擁有極少的香味，但特別是在熱變性的情況下，它們結(jié)合若干揮發(fā)性的調(diào)味劑成分。由于疏水性相互作用和氫鍵的結(jié)合是可逆的，象在酮，碳氫化合物和基于醇的調(diào)味劑的情況下。共價結(jié)合通常是不可逆的，例如希夫氏堿的形成(乙醛和氨基)。影響蛋白質(zhì)結(jié)合到揮發(fā)物的某些因素是溫度、pH值、濃度和水的存在。根據(jù)熱處理的長度和程度，蛋白質(zhì)可以結(jié)合更多或更少的調(diào)味劑成分。在乳品蛋白質(zhì)中，幾種調(diào)味劑成分，例如香草醛、苯甲醛和右旋烯，在包含乳清蛋白質(zhì)或酪蛋白酸鈉的溶液中，減少多達50％。蛋白質(zhì)調(diào)味劑結(jié)合可減少與合意調(diào)味劑的影響，將不合意調(diào)味劑帶給感覺受體。最廣泛研究的證實的蛋白質(zhì)調(diào)味劑相互作用是臭味與大豆蛋白的結(jié)合。
碳水化合物具有幾個重要的增強口味功能。其功能范圍廣泛，可用作增甜劑；褐變反應(yīng)參與劑；脂肪替代劑；增粘劑；以及調(diào)味包圍劑。糖通過含水體系中的物理相互作用以及干燥成分中的化學(xué)化合用作調(diào)味料的載體。分子較大的碳水化合物(如淀粉和環(huán)糊精)的結(jié)構(gòu)能夠形成作為類似調(diào)味料化合物、疏水化學(xué)內(nèi)含機制的疏水區(qū)域。適合這些疏水區(qū)域的調(diào)味劑分子稱為“賓分子”。由于在淀粉與賓分子之間未發(fā)生除疏水吸引以外的化學(xué)反應(yīng)，因此這些相互作用高度可逆。這種相互作用形成了調(diào)味劑分子包圍的基礎(chǔ)。
多糖、特別是水膠體和膠凝劑不同程度地結(jié)合調(diào)味劑成分。當(dāng)調(diào)味劑的濃度保持恒定時，多糖的水平會增加，芳香感和口感降低，結(jié)果變得更有粘性。例如，當(dāng)瓜爾膠或羧甲基纖維素溶液的粘性增強時，蔗糖的甜度會降低。
碳水化合物也會改變芳香族化合物的揮發(fā)性。與水溶液中的調(diào)味劑化合物相比時，添加單糖和二糖會增加揮發(fā)性，添加多糖會降低揮發(fā)性。碳水化合物對揮發(fā)性的影響在使用脂肪替代劑的食品體系特別重要，這是因為當(dāng)油脂含量較低時，由于含有疏水調(diào)味劑化合物的碳水化合物之間相互作用較弱，揮發(fā)物釋放的速度更快。
食物基質(zhì)通常由蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪組成，因此與調(diào)味劑的相互作用常在兩種或以上的化合物之間發(fā)生。美拉德反應(yīng)(也稱為非酶性褐變)中還原糖與氨基酸發(fā)生反應(yīng)，可生成芳香的揮發(fā)物和褐變產(chǎn)品，從而在食品熱處理過程中形成調(diào)味劑，如巧克力、咖啡、烤肉、面包食品和焦糖。由這些反應(yīng)形成的調(diào)味劑的數(shù)量和類型視可用于參加反應(yīng)的氨基酸的數(shù)量和種類而定。結(jié)合油脂氧化反應(yīng)，美拉德反應(yīng)在羰基化合物(來自糖或油脂的分解)與胺類或硫醇類物質(zhì)加熱發(fā)生反應(yīng)后會生成調(diào)味劑化合物。合成食品基質(zhì)中的調(diào)味劑反應(yīng)很少單獨發(fā)生，并受反應(yīng)物、中間產(chǎn)品和其它反應(yīng)產(chǎn)品的影響。
調(diào)味劑和包裝的相互作用由三種因素導(dǎo)致包裝或食品成分的移動；氣體、水和有機物蒸氣滲入包裝；以及陽光直射。
防止調(diào)味劑減少或降解的相互作用包括將加工影響(熱量、pH值)；環(huán)境因素(蒸氣、氧氣)；以及與食品基質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)降至最低。
調(diào)味劑口感與從食品體系釋放(保留)香味的方式有關(guān)。調(diào)味劑釋放視食品中調(diào)味劑化合物的特性和濃度，以及由食品中主要成分與調(diào)味劑化合物間的反應(yīng)導(dǎo)致的口感而定。食品成分與結(jié)構(gòu)的因素(如出現(xiàn)超大分子)及飲食方法決定了口感和調(diào)味劑釋放的程度。在確定加工過程中調(diào)味劑的相對保持或加工、存放和食用過程中特定化合物的選擇性釋放時，與主要食品成分相關(guān)的調(diào)味劑化合物的化合特性、它們在不同階段的分配比率，以及食品基質(zhì)的結(jié)構(gòu)組織的知識對食品調(diào)味的實踐相當(dāng)重要。
主要機制可能出現(xiàn)在調(diào)味劑釋放過程中，(i)芳香分子的特異性結(jié)合以及(ii)這些分子在基質(zhì)中的包埋。某些芳香分子可能會與蛋白質(zhì)或多糖發(fā)生特異性結(jié)合。此外，由于蛋白質(zhì)和多糖會對香味通過食品進入空氣造成影響，從而會影響香味的釋放。因此在復(fù)合含水體系中，食品基質(zhì)構(gòu)造的方式對調(diào)味劑釋放及其口感相當(dāng)重要。
食品體系中可能存在不同的控制調(diào)味劑釋放的機制。受到體系粘性影響的擴散現(xiàn)象、與大分子成分之一的非特異性結(jié)合或特異性結(jié)合可能是食品基質(zhì)中調(diào)味劑分子的相互作用。
食品加工概述食品加工是一個概括性術(shù)語，它指用于人類消費的食品和飲料以及動物用制備食品生產(chǎn)的所有活動。該行業(yè)由標(biāo)準行業(yè)分類(SIC)20定義為食品和同類產(chǎn)品。
食品加工傾向于將食品原料或成分中的固有結(jié)構(gòu)細分為不同的部分，因此它涉及到食品的各個方面—食品及其組成的化學(xué)和物理特性、食品的加工和生產(chǎn)、食品的包裝和營銷，這些都是食品加工系統(tǒng)的組成部分。食品質(zhì)量—質(zhì)地、口味、營養(yǎng)有效性、水分遷移和微生物生長-受食品的構(gòu)成、穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)分類的影響，并由它們確定。
食品加工涉及將原料和成分轉(zhuǎn)換為消費者食品或可食用的產(chǎn)品。食品加工包括將未經(jīng)過加工的植物或動物原料改變或轉(zhuǎn)化成安全、可食用和更美味的食品的所有行為。提高存放或保存期是食品加工的另一個目標(biāo)。
食品加工的目的是生產(chǎn)可提供均衡飲食成分、無污染、在顏色、口味和質(zhì)地方面吸引消費者的食品。
食品加工也驅(qū)動一系列的調(diào)味品化學(xué)反應(yīng)，口感也依賴于調(diào)味化合物在食用過程中的釋放程度。食品的結(jié)構(gòu)、機械和物理化學(xué)特性和調(diào)味劑口感與加工過程中調(diào)味化合物形成之間的關(guān)系在部分程度上由水合作用決定。
食品加工操作涉及到一種或多種環(huán)境溫度處理、機械加工、高溫處理、低溫處理、發(fā)酵過程，以及各種后加工步驟。
環(huán)境溫度處理包括清洗和分類、去皮；粉碎、斬切和碾磨；混合、融合和成形。這些通常是后續(xù)操作的準備工作。
物理分離包括濾清、離心過濾；榨擠和提??；薄膜分離。這些通常涉及從原料獲取特定的部分。
高溫處理有兩個主要目的通過加熱殺菌和消毒使食品達到安全標(biāo)準；將食品烹熟，可改變調(diào)料、質(zhì)地、營養(yǎng)性。每個處理過程都可以同時實現(xiàn)兩種功能。高溫處理包括消毒滅菌和巴氏殺菌；燙漂；烘焙和烘烤；油炸；微波和紅外線加熱。
燙漂的目的是作為脫水、消毒滅菌、冷凍的預(yù)處理。熱量足以使酶失去活性，但無法烹制食品，處理不足與過處理的結(jié)果一樣差。
烘焙和烘烤基本相同，是在熱空氣中干燥加熱。烘焙通常用于面團產(chǎn)品。烘烤通常指肉類、堅果和蔬菜。使加工物質(zhì)的表面進行顏色和味道的化學(xué)變化。加熱有營養(yǎng)方面的作用，使食物比較容易食用和消化，但在這個過程中可能造成維生素的丟失。
油炸是用熱油烹飪。其目的是改善食品的食用質(zhì)量(口味、質(zhì)地)。油炸的效果與烘焙相似。由于熱油與食品直接接觸，油炸通常比烘烤或烘焙更快。
微波和紅外線加熱利用電磁輻射。微波加熱使用短波長輻射。波形頻率與水分子自然振動頻率相符。紅外線是僅超出光譜可見光區(qū)域的輻射。能量視溫度、表面特性、形狀而定。
低溫處理可使微生物生長減緩，但無法殺死微生物。在一定程度上，溫度越低，保存期越長。低于-10℃時，所有微生物都停止生長，但某些殘留的酶仍然保持活性。因此，冷卻和冷凍的主要功能是存放和延長保存期。
發(fā)酵具有很多作用，包括保存、提高營養(yǎng)質(zhì)量、提高消化性、對健康有益。發(fā)酵食品有許多品種，包括奶制品、發(fā)酵的肉類與蔬菜、飲料、面包等。
后處理加工包括包裝和存放。這些操作的目的包括保護、展示、延長存放期。為了延長保存期，現(xiàn)正不斷改進空氣環(huán)境，一般是降低氧氣含量而提高含氮量。
包裝材料主要的包裝材料包括金屬、紙和紙板、玻璃，以及聚合物。廣泛用于食品包裝的金屬有鋼鐵(常見于罐頭鐵皮)，以及用于飲料罐、箔容器、氣溶膠罐等三種主要食品應(yīng)用的鋁。
罐頭制造生產(chǎn)的罐頭主要有兩種形式。三片式罐頭，包括卷攏金屬片、焊接的側(cè)縫和兩個單獨的封頭。兩片式罐頭，側(cè)面與一端由平板構(gòu)成，沒有接縫。封頭由雙封層密封，完全由機械制造。罐頭內(nèi)部通常涂有“搪瓷”，防止污染食品。
紙和紙板可使用各種級別的紙。牛皮紙較硬，常用作紙袋。植物羊皮紙是經(jīng)過酸特殊處理的紙張，質(zhì)地更加緊密、平滑。雞皮紙比牛皮紙輕軟，常用作紙袋和糖果包裝紙。防油紙由雞皮紙制造，其紙纖維已徹底改變，質(zhì)地更加緊密?？梢苑烙?。棉紙是柔軟有彈性的紙，起保護作用。
無菌包裝無菌包裝是在對食品消毒后在防止再污染的無菌條件下裝入無菌容器的過程。它與容器和食品分開消毒的包裝內(nèi)消毒不同。
無菌處理處理次數(shù)較少意味著食品加工次數(shù)較少，這可以減少維生素與口味的損失。由于包裝無需加熱，因此可以廣泛選用包裝。但是，在包裝過程中必須確保無菌。無菌處理可使食品在常溫下延長保存期，提高食品質(zhì)量。
用于食品包裝的聚合物聚合物是基于源自小分子的重復(fù)單元的大分子。它們可以是天然的(例如，多糖)，也可以人工合成。它們具有各種特性，可用于食品包裝。聚合物的例子有聚乙烯、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯、對苯二腈(PET)、聚碳酸酯、聚酰胺(尼龍)、纖維素(醋酸纖維素、玻璃紙)。
聚合物可以劃分為加熱融化的熱塑性物質(zhì)；也可以劃分為加熱分解的熱固性物質(zhì)。
食品中的單元操作蒸發(fā)蒸發(fā)是通過加熱使水蒸發(fā)而濃縮液體的過程。在食品加工中采用蒸發(fā)有多種用途■通常在干燥等其它某些程序前對食品預(yù)濃縮，或降低運輸成本■通過減少水分活性等操作改善保存質(zhì)量，例如制果醬。
■生產(chǎn)具有原汁原味的食品，例如，煉乳、果汁。
蒸發(fā)的熱量通常由冷凝蒸汽提供。因此，這個處理過程包括將潛熱從蒸汽傳輸?shù)秸舭l(fā)水。食品蒸發(fā)通常在真空下執(zhí)行。這可以降低液體的沸點溫度，從而減少對食品的熱損傷。因此，需要在蒸發(fā)中短暫停留一段時間。最普遍的蒸發(fā)類型為薄膜型，向試管外部提供蒸汽，液體通過一組試管的內(nèi)表面在薄膜中擴散。共有兩種類型的薄膜式蒸發(fā)器，升膜和降膜。這需要高度濃縮，然后采用多效蒸發(fā)。這包括在幾個階段中通過在用作下一階段加熱蒸汽的步驟中產(chǎn)生的水汽來執(zhí)行蒸發(fā)操作。這可節(jié)省大量蒸汽。
干燥食品的干燥或脫水為除去食品中的水分，以將水分含量減低至非常低的水平(通常低于5％wt)。對食品進行干燥的目的是延長保存期，方法將水分活性幾乎降至零從而抑制微生物生長和酶的活性。一般的干燥過程是對食品加熱，經(jīng)過這個步驟之后，食品通常無法恢復(fù)，例如無酶褐變以及維生素降解與蛋白質(zhì)變性。除非仔細控制處理條件，否則干燥可能會對食品的營養(yǎng)價值造成嚴重的負面影響。
干燥過程干燥通常是在空氣中對固體加熱，使水分蒸發(fā)到空氣中。干燥過程可能需要記錄水分含量與時間的圖表。水分含量最終降至某個恒定值。這稱為平衡含水量。
干燥機制當(dāng)固體材料完全被一層水覆蓋時出現(xiàn)恒速干燥。
干燥是從水層表面蒸發(fā)，速率純粹由干燥空氣的溫度和水分含量控制。當(dāng)蒸發(fā)了足量的水分后，水層不再覆蓋在固體的表面，此時水分會從固體內(nèi)部擴散移出，然后才能從固體表面蒸發(fā)。在這樣的情況下，隨著內(nèi)部含水量的降低，水分擴散至表面的速度也會降低，從而蒸發(fā)速率也隨之減小。
干燥速率和時間在恒速階段，干燥速率由表面蒸發(fā)控制，而后者是熱轉(zhuǎn)移至濕固體表面的速度的函數(shù)。
提取固液提取或浸取是分離兩種固體的過程，方法是將固體混合物與一種固體可溶解而另一種固體不能溶解的溶劑接觸。這種方法廣泛用于回收植物油，也用于速溶茶和速溶咖啡以及脫除咖啡中的咖啡因。提取可以分批執(zhí)行，也可以連續(xù)執(zhí)行。最普遍的方法是通過與溶劑提取和吸收相似的方式使用連續(xù)逆流提取。
食品添加劑和食品結(jié)構(gòu)食品中這些“次要的”添加成分在使食品可口并具吸引力中是重要的，但通常不具有營養(yǎng)價值。雖然食品中可能天然存在這些添加劑，但是通常還是要將它們添加到食品中，以保證得到控制及穩(wěn)定的特性。添加劑可影響食品的流變性與質(zhì)地、膠體特性、顏色(包括食品的褐變)和品味。
食品添加劑本身通常不作為食品而消費，也不作為食品的典型成分而消費。將添加劑摻入到食品中，以某些方式可改變食品的特性(包括加工特性)。應(yīng)將食品添加劑和食品污染物區(qū)分開來。
污染物是出現(xiàn)在食品中、無法完全除去(由于化學(xué)或成本原因)的不合要求的物質(zhì)。另一方面，添加劑是特地加入有特殊用途的物質(zhì)。
食品添加劑用于以下目的1.保持食品的營養(yǎng)質(zhì)量。
2.提高食品保存質(zhì)量或穩(wěn)定性，減少損失。
3.以誠信的方法使食品更加吸引消費者。
4.在食品加工中提供重要輔助功能。
眾所周知，目前有許多生產(chǎn)商非法使用添加劑欺騙消費者，隱瞞使用不合格成分或非法加工和處理技術(shù)的事實。
食品添加劑的主要類別包括
天然與合成添加劑實際從植物或動物來源分離(使用其廣義)或出現(xiàn)在植物或動物提取物中的添加劑可稱為天然添加劑。如果某種添加劑與自然界中的某種化學(xué)物在化學(xué)性質(zhì)上完全相同但實際是通過化學(xué)方式合成的，可稱為與天然相同。合成添加劑不存在于自然界中，必須采用發(fā)酵或其它生物技術(shù)方法人工合成。
本發(fā)明包含以下主題，如美國專利分類手冊426類中所述。對其中規(guī)定的類別、定義和實例的理解按照分類定義(以及相關(guān)化合物、方法和產(chǎn)品分類系)和其中分類的可取得專利的主題如美國專利分類手冊426類中所述，其在此引為參考。
A.結(jié)構(gòu)化(微團粒)可食用產(chǎn)品或組合物1.傳統(tǒng)上被視為食品的產(chǎn)品或組合物，以及含有傳統(tǒng)上被視為食品的天然原料(即植物或動物組織)的產(chǎn)品或組合物；如牛奶、奶酪、蘋果、面包、生面、熏肉、威士忌等)。
2.已知具有或被披露具有營養(yǎng)作用的產(chǎn)品或組合物。
3.公開或被稱為可食用，或?qū)χT如上述(1)或(2)的可食用產(chǎn)品或另一種可食用產(chǎn)品進行完善、修飾、處理或與其聯(lián)合使用，從而成為可食用組合物或產(chǎn)品的一部分或?qū)⒉豢墒承问睫D(zhuǎn)換為可食形式的產(chǎn)品或組合物。
4.本身可食用，或用于制備食品或可食用材料適宜的產(chǎn)品或組合物的酶的混合物。
5.用于制造含有可增強或完善腸道消化作用的活性微生物的食品或組合物中涉及的產(chǎn)品或組合物，例如，嗜酸乳桿菌奶等。
6.具有結(jié)構(gòu)特征的可食用產(chǎn)品或組合物。
7.用于增強營養(yǎng)的復(fù)合無機元素或礦物質(zhì)。
8.可食餌料。
B.與非食物材料相結(jié)合的可食性食物產(chǎn)品，其通常為1.上述A的產(chǎn)品或組合物與包裝結(jié)構(gòu)、不可食外包裝、內(nèi)襯或基底、浸劑袋等相結(jié)合。
2.與不可食材料相組合物的具有(A.1-3)相同功能的化合物。
3.包裝內(nèi)可飲用的水。
4.口香糖和口香糖膠基本身。
C.調(diào)味與增甜組合物1.其中至少一種成分不為碳水化合物型物質(zhì)的調(diào)味組合物。
2.其中至少一種成分為非碳水化合物型物質(zhì)的增甜組合物。
D.將上述A-C的產(chǎn)品或組合物通過口腔提供給動物的方法。
F.將與上述A-C的組合物或產(chǎn)品具有相同功能的化合物通過口腔提供給動物的方法。
G.結(jié)合屠宰操作用完善從活動物制備的食品的產(chǎn)品、化合物或酵素處理該活體動物的方法，或從活體動物取出食物產(chǎn)品然后處理取出的食品的方法，或在屠宰操作后進行操作。
H.制備處理或完善A-C的產(chǎn)品或組合物的方法。
I.專用干制備食品并且無專門與食品裝置協(xié)作的結(jié)構(gòu)的單次使用浸漬容器或貯器。
J.處理或完善食品材料的組合物和使用方法。
本發(fā)明所屬領(lǐng)域讀者明白，前述優(yōu)選實施方案細節(jié)的描述不以任何方式理解為限制本發(fā)明。讀者明白可以實施落在本發(fā)明范圍之內(nèi)的其它實施方案，這由以下權(quán)利要求及其合法等同方案確定。
權(quán)利要求
1.含有微團粒水的培養(yǎng)基。
2.含有微團粒水的介質(zhì)。
3.含有微團粒水的培養(yǎng)物。
4.制備培養(yǎng)基的方法，包括溶解或混合營養(yǎng)物質(zhì)與微團粒水的步驟。
5.制備介質(zhì)的方法，包括溶解或混合一種或多種選自無機鹽、礦物質(zhì)、碳水化合物、氨基酸、維生素、脂肪酸和脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和肽類以及血清的介質(zhì)成分的步驟。
6.制備培養(yǎng)物的方法，包括將細胞、組織、器官、亞細胞部分、病毒、噬菌體或載體與含有微團粒水的培養(yǎng)基接觸的步驟。
7.含有微團粒水的培養(yǎng)基在細胞培養(yǎng)中的應(yīng)用。
8.含有微團粒水的介質(zhì)在細胞培養(yǎng)中的應(yīng)用。
9.含有微團粒水的培養(yǎng)物在細胞培養(yǎng)中的應(yīng)用。
10.含有微團粒水的培養(yǎng)基、含有微團粒水的培養(yǎng)物以及含有微團粒水的介質(zhì)中的一種或多種在微生物生物技術(shù)中的應(yīng)用。
11.增強細胞生存力的方法，包括在含有微團粒水的培養(yǎng)基、含有微團粒水的培養(yǎng)物以及含有微團粒水的介質(zhì)中的一種或多種中培養(yǎng)所述細胞的步驟。
12.增強細胞、組織或器官可存活性的方法，包括將所述細胞、組織或器官與含有微團粒水的培養(yǎng)基、含有微團粒水的培養(yǎng)物以及含有微團粒水的介質(zhì)中的一種或多種一起培養(yǎng)的步驟。
13.含有微團粒水的培養(yǎng)基、含有微團粒水的培養(yǎng)物以及含有微團粒水的介質(zhì)中的一種或多種在器官、組織或細胞移植中的應(yīng)用。
14.含有微團粒水的培養(yǎng)基、含有微團粒水的培養(yǎng)物以及含有微團粒水的介質(zhì)中的一種或多種在轉(zhuǎn)染中的應(yīng)用。
15.含有微團粒水的培養(yǎng)基、含有微團粒水的培養(yǎng)物以及含有微團粒水的介質(zhì)中的一種或多種在收獲干細胞中的應(yīng)用。
16.含有微團粒水的培養(yǎng)基、含有微團粒水的培養(yǎng)物以及含有微團粒水的介質(zhì)中的一種或多種在干細胞生物學(xué)或克隆中的應(yīng)用。
17.試劑盒，包括含有微團粒水的培養(yǎng)基、含有微團粒水的培養(yǎng)物以及含有微團粒水的介質(zhì)中的一種或多種。
18.抑制遺傳物質(zhì)突變頻率的方法，所述方法包括將所述遺傳物質(zhì)與含有微團粒水的介質(zhì)一起培養(yǎng)的步驟，其中所述遺傳物質(zhì)位于生物實體中。
19.微團粒水，其包含一種或多種選自生物影響劑、身體處理劑以及輔劑或載體組合物中一種或多種的活性劑。
20.權(quán)利要求19的組合物，其中所述生物影響劑選自具有選自以下的生物特性的一組活性劑a.預(yù)防、減輕、治療或治愈活體的異常和病理狀況；b.維持、提升、降低、限制或破壞生理機體功能；c.通過體內(nèi)試驗診斷生理情況或狀態(tài)；d.通過吸引、致殘、抑制、殺死、修飾、排斥或阻礙動物或微生物來控制或保護環(huán)境或活體。
21.權(quán)利要求19的組合物，其中所述身體處理劑選自旨在用于除臭、保護、裝飾或整飾身體的活性劑。
22.權(quán)利要求19的組合物，其中所述生物影響劑或所述身體處理劑選自發(fā)酵物、植物和動物提取物、體液或含有植物或動物細胞結(jié)構(gòu)的材料。
23.權(quán)利要求19的組合物，其劑型選自液體、軟膏、霜劑、凝膠、分散體、粉劑、顆粒、膠囊、片劑以及透皮給藥裝置。
24.權(quán)利要求19的組合物，其為藥用組合物。
25.權(quán)利要求19的組合物，其中所述生物影響劑或身體處理劑選自作用于突觸和神經(jīng)效應(yīng)器接頭部位的藥物；作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的藥物；治療炎癥的自身活性物質(zhì)或藥物；影響腎臟和心血管功能的藥物；影響胃腸功能的藥物；用于寄生蟲感染的化學(xué)治療藥物；用于微生物疾病的化學(xué)治療藥物；用于腫瘤性疾病的化學(xué)治療藥物；用于免疫調(diào)節(jié)的藥物；作用于血液和造血器官的藥物；激素和激素拮抗劑；維生素；用于治療皮膚病的藥劑；以及用于眼科疾病治療的藥劑。
26.權(quán)利要求19的組合物，還包含給藥系統(tǒng)。
27.使用權(quán)利要求19的組合物的方法，包括將所述組合物施用于活體或離體施用于細胞、組織或器官的步驟。
28.權(quán)利要求27的方法，其中施用步驟包括使用給藥系統(tǒng)。
29.權(quán)利要求27的方法，其中所述方法為診斷方法。
30.制備權(quán)利要求19的組合物的方法，其包括將微團粒水與一種或多種選自生物影響劑、身體處理劑以及輔劑或載體組合物中一種或多種的活性劑相組合的步驟。
31.水化食品加工系統(tǒng)中至少一種成分和產(chǎn)品的方法，所述方法包括將足量的微團粒水與至少一種所述成分和產(chǎn)品接觸足夠時間的步驟，從而形成至少一種微團粒成分和微團粒產(chǎn)品。
32.權(quán)利要求31的方法，其中所述產(chǎn)品選自(a)可食用產(chǎn)品或組合物，(b)包含微團粒水與非食物性材料組合而成的可食用食物產(chǎn)品，(c)調(diào)味組合物，和(d)增甜組合物。
33.權(quán)利要求31的方法，其中所述成分包括一種或多種選自以下組中一種或多種的成分氨基酸、肽類、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、碳水化合物、芳香物質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)，以及食品添加劑。
34.權(quán)利要求32的方法，其中所述可食用產(chǎn)品為由經(jīng)過微團粒成分和/或微團粒產(chǎn)品處理的活體動物制造的食品，所述處理步驟進一步與選自以下的步驟相結(jié)合a.屠宰操作b.從活體動物取出食物產(chǎn)品，然后處理取出的食物，和c.屠宰操作，然后對屠宰產(chǎn)品進行后處理。
35.含有微團粒水的可食用產(chǎn)品或組合物。
36.權(quán)利要求35的可食用產(chǎn)品或組合物，其還包含非食物性材料。
37.含有微團粒水的調(diào)味組合物。
38.含有微團粒水的增甜組合物。
39.通過口腔向動物或人類施用微團粒食物產(chǎn)品或組合物的方法，所述方法包括向人類或動物喂以含有微團粒水的食物產(chǎn)品或組合物的步驟。
40.權(quán)利要求39的方法，其中所述微團粒產(chǎn)品或組合物選自(a)含有微團粒水的可食用產(chǎn)品或組合物，(b)含有微團粒水與非食物性材料組合而成的可食用食物產(chǎn)品，(c)含有微團粒水的調(diào)味組合物，和(d)含有微團粒水的增甜組合物。
全文摘要
微團粒液體，制造與使用方法。含有微團粒水的培養(yǎng)基和培養(yǎng)物；微團粒培養(yǎng)基和培養(yǎng)物用于細胞、組織和器官維持及生長的應(yīng)用；在微生物生物技術(shù)中的應(yīng)用。生物影響劑、身體處理劑，以及輔劑或載體的微團粒水組合物，其藥用和診斷組合物。使用所述組合物的方法，包括體外給藥至細胞、組織或器官，或體內(nèi)給藥至活體；以及制造所述組合物的方法。使用微團粒水在食品加工系統(tǒng)中對食品及其成分進行水合作用的方法。含有微團粒水的可食用食品、成分、調(diào)味和增甜組合物。
文檔編號A61K47/00GK1791431SQ200480013521
公開日2006年6月21日 申請日期2004年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月20日
發(fā)明者W·D·小霍洛韋, M·A·霍洛韋, N·坦科維奇, E·巴拉諾夫 申請人:水光子學(xué)公司