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JP2019516550A - カフェイン吸着材料、カフェイン吸着システム、脱カフェインシステム、及び溶液からカフェインを除去する関連方法 - Google Patents

カフェイン吸着材料、カフェイン吸着システム、脱カフェインシステム、及び溶液からカフェインを除去する関連方法 Download PDF

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Abstract

溶液からカフェインを除去するのに適する、カフェイン吸着材料、カフェイン吸着システム、及び脱カフェインシステム;溶液からカフェインを除去する方法;並びにカフェイン吸着材料を製造する方法が記載される。

Description

関連出願への相互参照
本出願は、2016年5月19日に出願された米国出願第62/339073号の利益を主張し、その全体が、参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
カフェイン入り飲料を含めたカフェイン入りの溶液からカフェインを除去するために、いくつかの既知の脱カフェイン(decaffeination)技術が使用できる。現行の脱カフェイン方法は通常、例えば焙煎やコーヒー飲料の調製の前に、生のコーヒー豆で行われる。このような従来の脱カフェイン方法は、完了するのに8〜10時間を要することがある。
したがって、現在、溶液からカフェインを素早く経済的に除去するための適切な材料及び方法に対する、満たされていないニーズが存在する。
米国特許第4331694号 欧州特許出願第19950203394号
本概要は、選抜された概念を簡単な形で紹介するために提供されるものであり、これらの概念については、以下の「発明を実施するための形態」において更に説明される。本概要は、特許請求される主題の重要な特徴の特定を意図するものでもなく、特許請求される主題の範囲を決定する補助としての使用を意図するものでもない。
本発明は、カフェイン吸着材料、カフェイン吸着システム、及び溶液からカフェインを除去するのに適する脱カフェインシステム;溶液からカフェインを除去するための方法;並びにカフェイン吸着材料を製造する方法を提供する。
一態様において、本発明は、カフェイン吸着材料を提供する。一実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とを一般に含む。
第2の態様において、本発明は、カフェイン吸着システムを提供する。一実施形態において、カフェイン吸着システムは、多孔質容器と、多孔質容器内に配置されたカフェイン吸着材料とを一般に含む。特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、本明細書に記載のカフェイン吸着材料のいずれかに一致する。一実施形態において、多孔質容器は、紙バッグ、布バッグ、絹バッグ、プラスチックバッグ、金属ティーボール(tea ball)、織布バッグ、及び不織布バッグから選択され得る。
第3の態様において、本発明は、溶液からカフェインを除去する方法を提供する。一実施形態において、この方法は、カフェインを吸着することにより、溶液からカフェインを除去するのに十分な時間及び条件下で、溶液をカフェイン吸着材料に接触させることを一般に含む。特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、本明細書に記載のカフェイン吸着材料のいずれかに一致する。特定の実施形態において、溶液は、飲料であり得る。特定の実施形態にいて、飲料は、コーヒー、紅茶、緑茶、ウーロン茶、白茶、プーアール茶、ダークティ、ハーブティ、花茶、チャイ、抹茶(macha)、栄養(energy)ドリンク、アルコールベースのドリンク、マテ、ソーダ、及びココアから選択され得る。
第4の態様において、本発明は、カフェイン含有固体、並びに架橋ポリマー及び架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤を含むカフェイン吸着材料を一般に含む脱カフェインシステムを提供する。一実施形態において、カフェイン含有固体は、コーヒー粉砕物(coffee grounds)、インスタントコーヒー(coffee crystals)、コーヒー粉末(powder)、茶葉、及び茶粉末から選択され得る。
一実施形態において、架橋ポリマーは、架橋ヒドロゲルであり得る。
一実施形態において、架橋ポリマーは架橋多糖を含む。特定の実施形態において、架橋多糖は、セルロース、デンプン、グリコーゲン、キトサン、デキストラン、アルギネート、寒天、カラギナン、ローカストビーンガム(locust bean gum)、グアーガム、及びペクチンから選択され得る。
一実施形態において、架橋ポリマーは、架橋タンパク質又はポリペプチドを含む。特定の実施形態において、架橋タンパク質又はポリペプチドは、フィブロイン、エラスチンシルク(elastin silk)、コラーゲン、ケラチン、及びゼラチンから選択され得る。
一実施形態において、架橋ポリマーは、ポリマーと架橋体(crosslink)とを含み、ここで、架橋体は、多価イオンである。特定の実施形態において、多価イオンは、カルシウム、マグネシウム、マンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケル、亜鉛、バリウム、セレン、クロム、及びモリブデンの多価イオンから選択される多価金属イオンであり得る。一実施形態において、架橋体:ポリマーの質量:質量比は、1超:100であり得る。
一実施形態において、カフェイン吸着材料は、約100nmと約10mmの間の最小直径を有する。一実施形態において、カフェイン吸着材料は、ビーズ、紐(string)、卵形、及び平板(plate)から選択される形状であり得る。
一実施形態において、カフェイン吸着剤は、クレイ粒子である。特定の実施形態において、クレイ粒子は、ラポナイト、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、ヘクトライト、サポナイト、ソーコナイト(sauconite)、セピオライト、及びこれらの組合せから選択される材料を含む。
一実施形態において、カフェイン吸着剤は、分子インプリントポリマー(molecular imprinted polymer)、ゼオライト、イオン交換樹脂、及び活性炭から選択される。一実施形態において、カフェイン吸着剤は活性炭であり得るが、ここで、活性炭には、スクロース及びギ酸が担持され得る。
一実施形態において、架橋ポリマーのカフェイン吸着剤に対する比は、約50:1と約1:50の間であり得る。
一実施形態において、カフェイン吸着材料は、150℃以下の温度で、熱安定性であり得る。一実施形態において、カフェイン吸着材料は、約pH2と約pH10の間で、pH-安定性であり得る。
本発明の上記態様及び付随する多くの利点については、これらが、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照することによってよりよく理解されるようになれば、より容易に認識されるであろう。
本開示の一態様によるカフェイン吸着システムの代表的実施形態の斜視図である。 本開示の一態様によるカフェイン吸着システムの代表的実施形態の斜視図である。 本開示の一態様によるカフェイン吸着材料の代表的実施形態の側面図である。 本開示の一態様によるカフェイン吸着材料の代表的実施形態の側面図である。 本開示の一態様によるカフェイン吸着材料の代表的実施形態を製造するのに有用なシステムの部分横断面の側面図である。 本開示の一態様によるカフェイン吸着材料の代表的実施形態を製造するのに有用なシステムの部分横断面の側面図である。
例示的実施形態について例示し、記載してきたが、それらに対して、本発明の精神及び範囲から逸脱することになく、様々な変更を成し得ることが理解されるであろう。
本発明は、カフェイン吸着材料、カフェイン吸着システム、及び溶液からカフェインを除去するのに適する脱カフェインシステム;溶液からカフェインを除去するための方法;並びにカフェイン吸着材料を製造する方法を提供する。
カフェイン吸着材料
一態様において、本発明は、カフェイン吸着材料を提供する。
一実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマー材料と、架橋ポリマー材料に結び付いたカフェイン吸着剤とを含む。本明細書で使用される場合、架橋ポリマーは、ポリマーと、そのポリマーの一部を、そのポリマー自体に又は別のポリマーに連結する架橋体とを含む。
架橋ポリマー材料は、有利には、カフェイン吸着剤に結び付けられている。このため、カフェイン吸着材料がカフェイン含有溶液と接触している時、少なくとも一部のカフェインはカフェイン吸着剤により吸着され、それにより溶液から除去される。更に、カフェイン吸着材料が、使用者によって消費されなければ、使用者は、溶液から除去されたカフェインを摂取しない。
一実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーを含み、ここで、架橋ポリマーは多孔質である。一実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーを含み、ここで、架橋ポリマーは水浸透性である。このような多孔質及び/又は水浸透性の架橋ポリマーは、カフェイン吸着材料の中をカフェイン含有溶液が拡散することを可能にし、それにより材料の表面又は表面近くだけでなく、カフェイン吸着材料の全体に渡ってのカフェインの吸着が促進される。カフェイン吸着材料の全体に渡るカフェイン含有溶液のこのような物質移動を可能にすることによって、カフェインは、カフェイン含有溶液から、架橋コポリマーが多孔質及び/又は水浸透性でない場合より効率的に除去できる。更に、特定の実施形態において、架橋ポリマー材料は、親水性であり、それによりカフェイン吸着材料の全体に渡る水性カフェイン含有溶液の物質移動が更に促進される。
さらなる実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーを含み、ここで、架橋ポリマーは多糖である。一実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーを含み、ここで、架橋ポリマーは、セルロース、デンプン、グリコーゲン、キトサン、デキストラン、アルギネート、寒天、カラギナン、ローカストビーンガム、グアーガム、及びペクチンから選択される。一実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーを含み、ここで、架橋ポリマーは、アルギネートである。架橋多糖は、一般に親水性であるという利点を有し、それにより本明細書において更に説明されているように、水溶液の拡散が可能となる。
一実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーを含み、ここで、架橋ポリマーは、タンパク質又はポリペプチドである。一実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーを含み、ここで、架橋ポリマーは、フィブロイン、エラスチンシルク、コラーゲン、ケラチン、及びゼラチンから選択される。架橋多糖と同じく、多くの架橋ポリペプチドは、親水性であり、架橋ポリペプチドの全体に渡る水溶液の拡散を可能にする。
特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーを含み、ここで、架橋ポリマーは生体適合性である。本明細書において更に説明されているように、カフェイン吸着材料は、カフェイン含有溶液、例えば人々によって消費される飲料から、カフェインを吸着し、それによりカフェインを除去するのに適している。本明細書に開示のカフェイン吸着材料には、生体適合性、さもなければ無毒の材料を使用することが、このような材料は、有害な化学物質を、例えば消費される飲料中に、浸出しないであろうという理由で、好ましい。特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、可食性である。このため、カフェイン吸着材料のいくらかが消費されれば、このような場合、それを消費する人は、そうすることで、害されないであろう。
上記のように、本発明は、架橋ポリマーを含むカフェイン吸着材料を提供する。架橋ポリマーは、架橋体によって、共有結合で、又は非共有結合で、連結されている。本明細書で使用される場合、「架橋体」は、高分子における小領域(ここから少なくとも4本の鎖が伸びている)であり、存在する高分子の部位若しくは基が関与する反応、又は存在する高分子間の相互作用によって生成される。特定の実施形態において、小領域は、原子か、又は、原子団か、又は、結合、原子団、若しくはオリゴマー鎖によって結ばれた多数の分岐点かである。特定の実施形態において、架橋体は、共有結合構造体である。しかし、この用語はまた、より弱い化学的相互作用、例えばイオン結合、水素結合、ファンデルワールス相互作用、クリスタリット部分、並びに物理的相互作用及び絡み合い等の部位を表すためにも使用される。
架橋は、有利には、架橋ポリマーが、カフェイン吸着剤をカプセル封入する、さもなければ収容することを可能にする構造的剛性を与えるが、それでも尚カフェインがポリマーの全体に渡って拡散することを可能にする。上記のように、カフェイン吸着剤を架橋ポリマー内に収容することによって、カフェイン吸着材料は、溶液からカフェインを除去できる。
一実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーを含み、ここで、架橋ポリマーはポリマーと架橋体を含み、架橋体は多価イオンである。特定の実施形態において、多価イオンは、2価、3価、及び4価のイオンから選択される。特定の実施形態において、多価イオンは、多価金属イオンである。特定の実施形態において、多価金属イオンは、カルシウム、マグネシウム、マンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケル、亜鉛、バリウム、セレン、クロム、及びモリブデンの多価イオンから選択される。仮説には拘束されないが、多価イオンは、2つ以上のポリマー鎖又は同一の鎖上のカルボニル及び他の部分と配位結合し、それにより2つ以上のカルボニル又は他の部分をつなぐと考えられる。したがって、多価金属イオンは、1つのポリマー鎖のカルボニル及び第2のポリマー鎖の第2のカルボニル部分と配位結合し、それによりポリマー鎖を架橋できる。
一実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とを含み、ここで、架橋ポリマーは、ポリマーと架橋体を含み、架橋体:ポリマーの質量:質量の比は、1超:100である。上記のように、架橋は、カフェイン吸着材料に構造的剛性を与える。以下に実施例において記載されるように、例えば、架橋体:ポリマーの質量:質量の比が1超:100である実施形態において、このような架橋は、カフェイン吸着剤をカプセル封入するのに十分な構造的剛性を与えるが、それでも尚カフェイン含有溶液の拡散を可能にする。例えば、一実施形態では、架橋ポリマーは、0.01gのCaCl2と1gのアルギン酸ナトリウムの反応生成物である。特定の実施形態において、架橋ポリマーは、ポリマーと過剰の架橋体との反応生成物である。
一実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とを含み、ここで、カフェイン吸着材料は、水溶液に不溶である、又は部分的にのみ可溶である。特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、約60℃と約100℃の間の温度を有する水溶液に、不溶である、又は部分的にのみ可溶である。特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、飲料、例えばコーヒーに、不溶である、又は部分的にのみ可溶である。このような実施形態において、水性飲料からカフェインが除去されれば、不溶性カフェイン吸着材料はそこから除去でき、人が、カフェイン吸着材料まで消費することなく、飲料を消費することを可能にする。
一実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とを含み、ここで、架橋ポリマーは、架橋ヒドロゲルである。本明細書で使用される場合、「ヒドロゲル」は、ポリマーの化学的及び/又は物理的架橋によって生成される、親水性の3次元膨潤性マトリックスである。特定の実施形態において、本明細書に記載のヒドロゲルは、液体媒体に分散し、水和した架橋親水性ポリマーを含む。特定の実施形態において、ヒドロゲルは、ヒドロコロイド及び粘弾性流体から選択される。特定の実施形態において、本明細書に記載のヒドロゲルは、液体媒体に分散していない、水和した架橋親水性ポリマーを含む。
一実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とを含み、ここで、カフェイン吸着材料は、乾燥されているか、さもなければ脱水されている。乾燥されているか、さもなければ脱水されているカフェイン吸着材料は、それらが、それらの水和した対応物よりも一般に軽く、小さいため、輸送コストを減らし、貯蔵の要件を最小限度に抑えるという理由で、特定の実施形態において有利である。更に、以下の実施例において示されるように、乾燥されているか、さもなければ脱水されているこのようなカフェイン吸着材料は、例えばカフェイン含有溶液中で水和でき、カフェインを吸着するのに適している。
特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、約100nmと約10mmの間の最小直径又は特徴寸法サイズ(feature size)を有する。図3及び図4に示されるように、カフェイン吸着材料40は、架橋ポリマー60と、架橋ポリマー60に結び付いたカフェイン吸着剤80とを含む。更に、カフェイン吸着材料40は、最小直径又は特徴寸法サイズXを有する。
比較的小さい直径又は特徴寸法サイズを有することによって、カフェイン吸着材料は、その表面に渡るカフェイン含有溶液の拡散を可能にし、それにより、カフェイン吸着材料とカフェイン含有溶液との間の接触面積は、より大きな特徴寸法を有する塊状材料よりも拡大される。このため、一実施形態において、カフェイン吸着材料は、図3に示されるように、ビーズ状である。このような特定の実施形態において、カフェイン吸着ビーズは、約100nmと約10mmの間の最小直径又は特徴寸法サイズXを有する、球状、又は概ね球状に形作られる。別の実施形態において、カフェイン吸着材料は、図4に示されるように、紐又は繊維状である。このような特定の実施形態において、紐は、細長い構造を有し、約100nmと約10mmの間の最小直径又は特徴寸法Xを有する。一実施形態において、紐は、約100nmと約10mmの間の最小直径又は特徴寸法を有し、10mmより大きい他の特徴寸法を有する。例えば、一実施形態において、紐は、約100nmと約10mmの間の最小直径又は特徴寸法、及び、約1mmと約200mmの間の長さを有する。本明細書において更に説明されているように、ビーズと紐のどちらも、フローフォーカシング(flow-focusing)法により製造するのに適しており、このため、生産性の高い方法により製造できる。
一実施形態において、カフェイン吸着材料は、卵形を有する。一実施形態において、卵形のカフェイン吸着材料は、約100nmと約10mmの間の最小直径又は特徴寸法サイズを有する。
一実施形態において、カフェイン吸着材料は、平板の形を有する。一実施形態において、平板状のカフェイン吸着材料は、約100nmと約10mmの間の最小直径又は特徴寸法サイズを有する。
カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とを含む。一実施形態において、カフェイン吸着剤は、架橋ポリマーに、共有結合している。一実施形態において、カフェイン吸着剤は、例えば、静電力、水素結合、ファンデルワールス力、及び他の非共有結合により、架橋ポリマーに、非共有結合で連結されている。一実施形態において、カフェイン吸着剤は、架橋ポリマー内に、物理的に収容されているか、さもなければ、配置されている。
特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とを含み、ここで、カフェイン吸着剤は、クレイ粒子である。本明細書で用いられる場合、「クレイ粒子」は、1種又は複数のクレイ鉱物を含む細粒状の岩石又は土壌材料である。本明細書で用いられる場合、「クレイ鉱物」は、ケイ酸塩鉱物類の鉱物を表す。特定の実施形態において、少なくとも50%の材料が、<2μmのストークス径(Stokes diameter)を有する。特定の実施形態において、クレイ粒子は、ラポナイト、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、ヘクトライト、サポナイト、ソーコナイト、セピオライト、及びこれらの組合せから選択される材料を含む。特定の実施形態において、クレイ粒子はベントナイトを含む。特定の実施形態において、鉱物表面に、引き寄せられた及び/又は配位結合したカチオンは、他のカチオンによって置き換えられ、それによりそれらをホモイオン性にする。クレイ鉱物は、また、無毒で、堆肥にでき、他の化合物と一般に反応せず、高価でない。以下の実施例において示されるように、クレイ粒子は、カフェイン含有溶液からカフェインを吸着するのに有効であるため、カフェインが架橋ポリマー内に収容されている時にカフェイン含有溶液からカフェインを除去する。
特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とを含み、ここで、カフェイン吸着剤は活性炭である。本明細書で使用される場合、「活性炭」は、小さく低体積の細孔(pore)を有する炭素化合物の形態を表す。このような、小さく低体積の細孔は、活性炭が、吸着又は化学反応に利用できる表面積を増やすことを可能にすると考えられる。特定の実施形態において、活性炭は、約500と約1,500m2/gの間の表面積を有する。特定の実施形態において、活性炭は、マイクロポア、メソポア、及びマクロポアから選択される細孔を含む。以下の実施例において示されるように、活性炭は、カフェイン含有溶液からカフェインを吸着するのに有効であるため、カフェインが架橋ポリマー内に収容されている時にカフェイン含有溶液からカフェインを除去する。
特定の実施形態において、活性炭は、その材料が存在しなければ溶液から糖を吸着するであろう、活性炭におけるある部位を占める材料を含む。特定の実施形態において、この材料は、糖及び酸から選択される。特定の実施形態において、糖はスクロースである。特定の実施形態において、酸は、無機酸及び有機酸から選択される。特定の実施形態において、酸はギ酸である。それが存在しなければ溶液から糖を吸着するであろう、活性炭におけるある部位を占める材料を担持する活性炭は、カフェイン含有溶液からのカフェインの吸着においてより大きな選択性を有する。
特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とを含み、ここで、カフェイン吸着剤はゼオライトである。本明細書で使用される場合、「ゼオライト」は、多孔質であるアルミノケイ酸塩鉱物を表す。特定の実施形態において、細孔径(pore size)は、約1ナノメートルと約1オングストロームの間である。特定の実施形態において、ゼオライトは、アルカリ又はアルカリ土類金属と共に、アルミニウム、酸素、及びケイ素から構築された、比較的隙間の多い3次元結晶構造を有する。特定の実施形態において、このような金属には、ナトリウム、カリウム、及びマグネシウムが含まれる。以下の実施例において示されるように、ゼオライトは、カフェイン含有溶液からカフェインを吸着するのに有効であるため、カフェインが架橋ポリマー内に収容されている時にカフェイン含有溶液からカフェインを除去する。
特定の実施形態において、ゼオライトは、結晶性ゼオライトYである。特定の実施形態において、ゼオライトは、約4.5から約35のSiO2:Al2O3モル比を有するアルミノケイ酸塩ゼオライトである。特定の実施形態において、ゼオライトは、結晶性ゼオライトYである。特定の実施形態において、ゼオライトは、約4.5から約9のSiO2:Al2O3モル比を有するアルミノケイ酸塩ゼオライトである。特定の実施形態において、ゼオライトは、本質的にゼオライトYのX線粉末回折パターンを有する。適切な例示的ゼオライトの記述は、例えば、Izodの米国特許第4331694号に見出すことができ、ゼオライトに関するその内容は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。特定の実施形態において、ゼオライトは、0.070以下のイオン交換容量を有する。特定の実施形態において、ゼオライトは、約24.20から約24.45オングストロームの単位格子寸法(a0)を有する。特定の実施形態において、ゼオライトは、少なくとも350m2/グラムの表面積(B-E-T)を有する。特定の実施形態において、ゼオライトは、25℃で、水蒸気に対する収着容量を有する。特定の実施形態において、ゼオライトは、5.00質量パーセント未満の、0.10のp/p0値を有する。特定の実施形態において、ゼオライトは、0.40質量パーセント以下の残留ブタノール試験値を有する。
特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とを含み、ここで、カフェイン吸着剤は、イオン交換樹脂である。本明細書で使用される場合、「イオン交換樹脂」は、周囲の溶液から反対電荷のイオンを引き寄せることができる、正又は負に荷電した部位を含む任意の有機化合物を表す。特定の実施形態において、イオン交換樹脂は多孔質固体材料を含む。特定の実施形態において、イオン交換樹脂が溶液と接触している時、イオン交換樹脂は、溶液の少なくとも一部を吸収して、膨潤する。更に、特定の実施形態において、イオン交換樹脂は、溶液から成分を、特にイオン交換樹脂自体とは反対の電荷を有するものを吸着する。特定の実施形態において、イオン交換樹脂は、特にカフェイン分子を引き寄せ、吸着するように構成された電荷を有するように、修飾されるか、さもなければ調整される。
特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とを含み、ここで、カフェイン吸着剤は、分子インプリントポリマーである。特定の実施形態において、分子インプリントポリマーは、食品用途に適するカフェインインプリントポリマーであり、これは、カフェイン含有溶液からカフェインを選択的に除去する。一実施形態において、分子インプリントポリマーは、1995年12月7日に出願された欧州特許出願第19950203394号に記載されたカフェインインプリントポリマーであり、この出願は、その全体が参照によってここに組み込まれる。
特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とを含み、ここで、架橋ポリマーのカフェイン吸着材料に対する比は、約50:1と約1:50の間にある。特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とを含み、ここで、架橋ポリマーのカフェイン吸着材料に対する比は、約6:1と約1:3の間にある。特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とを含み、ここで、架橋ポリマーのカフェイン吸着材料に対する比は、約1:1と約1:10の間にある。特定の実施形態において、架橋ポリマーのカフェイン吸着材料に対する比は、約1:1と約1:4の間にある。
本明細書において更に説明されているように、カフェイン吸着材料は、カフェイン含有溶液からカフェインを吸着するのに有用である。多くのカフェイン含有溶液、例えばカフェイン入りの飲料が、供され、熱い又は暖かい内に消費される。このため、特定の実施形態において、本明細書に記載のカフェイン吸着材料は、カフェイン入り飲料が供され、消費される温度範囲で、熱安定性である。本明細書で使用される場合、「熱安定性」は、関係する高い温度で、溶解すること、分割されること、さもなければ、その化学的又は物理的構造における不可逆的な変化を受けることのない化合物又は材料を表す。特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とを含み、少なくとも約150℃の温度で熱安定性である。特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、少なくとも約100℃の温度で熱安定性である。
特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、ある範囲のpHレベルで、pH-安定性である。本明細書で使用される場合、「pH-安定性」は、関係する高い又は低いpHで、溶解すること、分割されること、さもなければ、その化学的又は物理的構造における不可逆的な変化を受けることのない化合物又は材料を表す。カフェイン含有溶液、例えばカフェイン入り飲料は、多くの場合、関係する高い又は低いpHレベルを有する。例えば、コーヒーは、通常、約3と約6の間の、関係する低いpHを有する。特定の実施形態において、架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とを含むカフェイン吸着材料は、約pH2と約pH10の間で、pH-安定性である。特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、約pH3と約pH6の間で、pH-安定性である。このようなpH-安定性は、カフェイン吸着材料が酸性又は塩基性溶液中で溶解しない又は分割されないので、カフェイン吸着材料内に、吸着された全てのカフェインを保持するという理由で、利点がある。カフェイン吸着材料に保持されるカフェインと共に、カフェイン吸着材料を、溶液、例えば飲料から取り出すことができ、それにより溶液からカフェインは除去される。
一実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤からなる。
一実施形態において、カフェイン吸着材料は、架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とから本質的になる。
カフェイン吸着システム
第2の態様において、本発明は、カフェイン吸着システムを提供する。
一実施形態において、カフェイン吸着システムは、多孔質容器と、多孔質容器内に配置されたカフェイン吸着材料とを含む。特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、本明細書に記載のカフェイン吸着材料のいずれかに一致する。
一実施形態において、カフェイン吸着システムは、多孔質容器と、多孔質容器内に配置されたカフェイン吸着材料とを含み、ここで、多孔質容器は、カフェイン吸着材料の最小寸法又は特徴寸法より小さい最小寸法又は特徴寸法を有する細孔を含む。図1を見ると、カフェイン吸着システム10が示されている。図1に示されているように、多孔質容器20は、多数の細孔24、及び多孔質容器20内に配置されたカフェイン吸着材料40を含む。カフェイン吸着材料40は、架橋ポリマー60と、架橋ポリマー60に結び付いたカフェイン吸着剤80とを含む。
このようなカフェイン吸着システム10は、有利には、多孔質容器20内に配置されたカフェイン吸着材料40を保持し続け、それにより溶液、例えば飲料から、カフェイン吸着材料と、吸着された全てのカフェインとを分離する。特定の実施形態において、多孔質容器20の細孔24の径は、約100nmから約10mmより小さく、ここで、カフェイン吸着材料の最小の特徴寸法は約100nmから約10mmの間である。
多孔質容器は、流体の流れを可能にするように構成された細孔を有する如何なる容器であってもよい。特定の実施形態において、多孔質容器は、織物、例えば、絹織物若しくは布バッグ又はサシェ(sachet)を含む。特定の実施形態において、多孔質容器は、多孔質不織材、例えば、紙のティーバッグ又はサシェ(図1に示される)を含む。特定の実施形態において、多孔質容器は、多孔質不織材容器を含む。特定の実施形態において、多孔質不織材容器は、含む。特定の実施形態において、多孔質容器は、含む。特定の実施形態において、多孔質容器は、多数の穴を有する金属ティーボールである。特定の実施形態において、多孔質容器は、フレンチプレス型コーヒープレスであり、その中で、カフェイン吸着材料は、フレンチプレス型コーヒープレスの底の濾別された部分に含まれる。特定の実施形態において、多孔質容器は、パーコレーター又は他のコーヒーメーカーに嵌め込まれ、コーヒー溶液からコーヒー粉砕物を濾別するように構成される。図2に示されるように、カフェイン吸着システム10は、コーヒーを調製し、濾過するのに適するコーヒーフィルターの形状の多孔質容器20を含む。多孔質容器20は、コーヒー粉砕物を保持するための円錐形壁面22と、多孔質容器20内に配置されたカフェイン吸着材料40とを含む。カフェイン吸着材料40は、架橋ポリマー60と、架橋ポリマー60に結び付いたカフェイン吸着剤80とを含む。
特定の実施形態において、多孔質容器は、溶液からカフェイン吸着システムを回収するための取っ手を含む。特定の実施形態において、取っ手は紐である。
特定の実施形態において、多孔質容器は、例えば、8オンス、12オンス、16オンス、20オンス、又はより大きいカップにおけるコーヒーのカフェインの全て、又は大部分を吸着するのに適する量のカフェイン吸着材料を含むように構成される。特定の実施形態において、多孔質容器は、例えば1ポットのコーヒーにおけるカフェインの全て、又は大部分を吸着するのに適する量のカフェイン吸着材料を含むように構成される。特定の実施形態において、多孔質容器は、例えば1サモワール(samovar)のコーヒーにおけるカフェインの全て、又は大部分を吸着するのに適する量のカフェイン吸着材料を含むように構成される。一実施形態において、多孔質容器は、より小さな容器にボトル詰めするのに適する大量のコーヒーを、工業的に淹れるのに使用される溶液を収容するように構成される。
溶液からカフェインを除去する方法
別の態様において、本発明は、溶液からカフェインを除去する方法を提供する。
一実施形態において、上記方法は、溶液を、カフェイン吸着材料に、カフェインを吸着するのに十分な時間及び条件下に、接触させ、それにより溶液からカフェインを除去することを、一般に含む。特定の実施形態において、カフェイン吸着材料は、本明細書に記載のカフェイン吸着材料に一致する。
特定の実施形態において、方法は、カフェインの全て又は一部が、カフェイン吸着材料に一旦吸着されたら、溶液からカフェイン吸着材料を取り出すことを、更に含む。そうすることで、カフェインは、溶液から全体として除去される。除去は、本明細書に記載のカフェイン吸着材料を含むカフェイン吸着システムを、溶液から取り出すことを含み得る。
本態様の方法は、溶液を、カフェイン吸着材料に、カフェインを吸着するのに十分な時間及び条件下に、接触させることを含む。条件は、カフェイン吸着材料に、カフェインを吸着するのに十分な何らかの条件を含む。本開示の教示及び当業者の知識を考慮すると、このような条件は、当業者には明らかであろう。条件パラメータは、溶液の温度、及びカフェイン含有溶液の濃度、カフェイン吸着材料の濃度等を含む。同様に、本開示の教示を考慮すれば、溶液をカフェイン吸着材料にどれぐらい長く接触させるかは、当業者によって理解されるであろう。
本明細書において開示されているように、カフェインの吸着は、例えば、UV-可視分光法及びHPLCにより測定できる。
特定の実施形態において、方法は、溶液を、カフェイン吸着材料に、カフェインを吸着する十分な時間及び条件下に、接触させ、それにより溶液からカフェインを除去することを含み、ここで、この時間は、約1分と約60分の間である。一実施形態において、時間は、約2分と約30分の間である。一実施形態において、時間は、約3分と約10分の間である。
一実施形態において、本発明の方法は、溶液を、カフェイン吸着材料に、カフェインを吸着するのに十分な時間及び条件下に、接触させ、それにより溶液からカフェインを除去することを含み、ここで、溶液は飲料である。一実施形態において、飲料はコーヒーである。一実施形態において、飲料は、コーヒー、紅茶、緑茶、ウーロン茶、白茶、プーアール茶、ダークティ、ハーブティ、花茶、チャイ、抹茶、栄養ドリンク、アルコールベースのドリンク、マテ、ソーダ、及びココアから選択される。
特定の実施形態において、溶液は、カフェイン吸着材料と接触している時、約60℃と約110℃の間にある。特定の実施形態において、溶液は、カフェイン吸着材料と接触している時、例えば、コーヒー又は茶のような飲料が淹れられている時、約90℃と約100℃の間にある。特定の実施形態において、溶液は、カフェイン吸着材料と接触している時、例えば、冷水抽出物又はコールドプレスコーヒーを淹れている時、約20℃と約40℃の間にある。
一実施形態において、溶液は、約8オンスと約20オンスの間の体積を有する。一実施形態において、溶液は、例えば、約8オンス、約12オンス、約16オンス、約20オンス、又はこれを超える体積を有する。一実施形態において、溶液は、1人だけによって消費されるように構成されている。一実施形態において、溶液は、1ポットのコーヒーである。一実施形態において、溶液は、1サモワールのコーヒーである。一実施形態において、溶液は、カフェイン入りの大量の溶液、例えば、より小さな容器にボトル詰めするのに適する、大量のコーヒーを工業的に淹れるのに使用されるものである。
脱カフェインシステム
別の態様において、本発明は、カフェイン含有固体とカフェイン吸着材料を含む、脱カフェインシステムを提供する。
一実施形態において、カフェイン含有材料は、コーヒー粉砕物を含む。一実施形態において、カフェイン含有材料は、茶葉を含む。一実施形態において、カフェイン含有材料は、インスタントコーヒーを含む。一実施形態において、カフェイン含有材料は、コーヒー粉末を含む。一実施形態において、カフェイン含有材料は、茶粉末を含む。
一実施形態において、カフェイン吸着材料は、本明細書に開示のカフェイン吸着材料のいずれかである。
カフェイン吸着材料を製造する方法
別の態様において、本発明は、カフェイン吸着材料を製造する方法を提供する。一実施形態において、この態様の方法は、カフェイン吸着剤及びポリマーを含む溶液又は懸濁液を、ポリマーを架橋するように構成された架橋体に接触させることを含む。
一実施形態において、カフェイン吸着剤は、クレイ粒子である。一実施形態において、クレイは、クレイ分散体を生じるように処理される。一実施形態において、クレイ分散体は、クレイ粒子を含むクレイ分散体となるように、超音波及び/又はミキサーにより処理される。一実施形態において、クレイ分散体は、汚染物質、例えば石英を除去するために、分画される。一実施形態において、クレイは、クレイ粒子の面をホモイオン性にするために、濃い塩溶液により処理される。
一実施形態において、カフェイン吸着材料を製造する方法は、滴下添加を含む。図6に示されているように、一実施形態において、滴下添加は、カフェイン吸着剤及びポリマーを含む溶液又は懸濁液の液滴を、ポリマーを架橋するように構成された架橋体を含む溶液に導入することを含む。カフェイン吸着剤及びポリマーを含む溶液又は懸濁液の液滴が、架橋体を含む溶液に接触する時、ポリマーは架橋ポリマーになり、それにより架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とを含むカフェイン吸着材料のビーズとなる。
一実施形態において、カフェイン吸着剤及びポリマーを含む溶液又は懸濁液の液滴は、溶液又は懸濁液を液滴の形で放出できる開口部を有する注射器又は他のデバイスにより生成される。以下の実施例において示されるように、より小さい針ゲージ又は開口部は、より小さいカフェイン吸着材料を与える。一実施形態において、針は、6〜34ゲージの針である。
平板状のカフェイン吸着材料を製造するためには、外力、例えばローラーが、ビーズを平たくするために使用される。卵形のカフェイン吸着材料を製造するためには、ポリマー/カフェイン吸着剤の溶液の粘度が、比較的高いレベルにある。それが、針を出て、架橋体溶液に入る時、その形状は保持され、それにより卵形のカフェイン吸着材料を生じる。
一実施形態において、ビーズは、高剪断ミキサーに導入され、それは、ビーズを分割して、より小さいビーズにする。本明細書において更に説明されているように、より小さいビーズは、より多くの表面積を有し、これは、通常、より速いカフェイン吸着速度につながる。
一実施形態において、溶液又は懸濁液は、アルギン酸及びベントナイトクレイ粒子を含み、架橋体は、2価のカルシウムイオンである。
フローフォーカシングは、流体力学的特性を用いて、液滴又は泡を生成する方法である。それは、様々な径の液滴又は泡を生成するために使用できる。基本的な作業は、分散相(絞り込まれる(focused)、又はコア流体)を連続相流体(絞り込む、又はシース流体)により取り囲むこと、それにより両方の流体が押し出されるオリフィスの近傍に液滴を生じることを含む。
フローフォーカシングデバイスは、絞り込む連続流体の供給により加圧される圧力チャンバを含む。内部で、1つ又は複数の絞り込まれる流体が、圧力チャンバを外部とつなぐ小さなオリフィスの前に先端が開いているキャピラリーフィードチューブを通して射出される。絞り込む流体の流れが、オリフィスを通ってチャンバを出て行く定常的なマイクロ又はナノ-ジェットを生じる尖頭(cusp)へと、流体メニスカスを形作る。ジェットのサイズは、出口オリフィスよりずっと小さいので、如何なる接触(これは、望ましくない付着又は反応につながり得る)も排除される。キャピラリーの不安定性が、定常ジェットを、均一な液滴又は泡に分割する。
本明細書に開示されているのは、様々なサイズのビーズ及び紐を生成するのに適する同心流システムである。本明細書において更に説明されているように、使用において、それは、溶液の相対流速を制御することによって、例えば、球、細長い球体、楕円を含む形状を有する大小の粒子、及び紐を生成できる。図5に示されるように、ポリマーとカフェイン吸着剤を含む、絞り込まれる流体が、キャピラリーフィードを通して射出される。架橋体を含む絞り込む流体は、共軸で、絞り込まれる流体を取り囲む。稼働中に、ポリマーは、架橋体によって架橋され、それにより架橋ポリマーと、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤とを含むカフェイン吸着材料の紐を生成する。絞り込む流体の流速が、絞り込まれる流体の流速に対して増大するにつれて、得られる紐は短くなる。
以下の実施例は、本発明を例示する目的で記載され、本発明を限定しない。
(実施例1)
アルギン酸ビーズにクレイ鉱物を含む代表的なカフェイン吸着材料の、滴下添加による調製
モンモリロナイトリッチのクレイ鉱物であるベントナイトを、水と混合して、0.1〜10%w/wの分散体とした。ベントナイト分散体を、超音波により更に処理して、剥離させた。この処理は、凝集体を壊し、より完全なクレイの分散を可能にする。
クレイは、鉱物汚染物質、例えば石英を除去するために分画される。クレイは、遠心され、上澄みが取り除かれる。
クレイ粒子の面は、塩化カルシウム、塩化カリウム、又は望まれるカチオン、好ましくは低い水和エネルギーを有するカチオンを有する他の任意の塩の高濃度溶液を添加することによって、ホモイオン性にされる。次に、クレイは、遠心され、上澄みは、抽出され、このプロセスは、カチオン溶液の新たなバッチにより繰り返されてもよい。この工程に続いて、クレイは、クレイ懸濁液に荷電粒子の存在を明白に示すものがなくなるまで、数回、脱イオン水を用いて洗われる。この処理は、カフェインに対する良好な吸着剤である、クレイの能力を高めるのに有用である。
クレイ鉱物は、また、例えば、表面積及び/又は選択性及び/又は使い易さを更に増大させるために、塩酸又はリン酸のような無機酸により、酸処理されてもよいと想定されている。
アルギン酸は、0.5〜4%w/vの範囲で、脱イオン水に溶かされ、空気の泡を含まない均一な懸濁液が得られるまで、攪拌される。
クレイスラリーは、アルギン酸溶液と十分に混合される。クレイが浸出することを防ぐのに適する組合せは、質量で6:1から1:3のクレイ:アルギン酸の範囲であり得る。
混成混合物は、0.1〜5MのCaCl2溶液に滴下して導入され、それによりビーズを生成する。生成したビーズは、アルギネートビーズの凝集を避けるために連続的に撹拌され、0.5〜2時間、硬化させる。CaCl2溶液の適量は、添加されるクレイ/アルギン酸の体積の2〜3倍である。
ビーズは、6〜34ゲージの針と注射器で生成できる。例えば、大きなビーズを高剪断ミキサーに落とすことによって、より小さい粒径が生成され得る。この処理は、表面積を、従って吸着速度を増すのに、有用である。
生成したビーズは、ビーズにおける過剰のカルシウムイオンを無くするために、水で数回、すすぎ洗いされる。ビーズは、例えば、ペーパータオル、加熱ランプ、食品乾燥器(dehydrator)、又は他の類似の方法で、十分に乾燥される。更に、使用前に、ビーズが凍結され、凍結乾燥されることも可能であり得る。これは、それらの径及び質量を低下させ、フィルターデバイスに、より多くが詰め込まれることを可能にする。
(実施例2)
アルギン酸ビーズに活性炭を含む代表的なカフェイン吸着材料の、滴下添加による調製
活性炭は、カフェインへのより大きな選択性を達成するために、水中で、糖及びギ酸、又は類似の化合物を予め担持させる。スクロース/酸は、コーヒー抽出物から糖を通常吸着するであろう、カーボンにおけるある部位を占める。
アルギン酸は、0.5〜4%w/vの範囲で、脱イオン性に溶かされ、空気の泡を含まない均一な懸濁液が得られるまで、攪拌される。予め担持されたカーボンは、アルギン酸溶液と十分に混合される。カーボンが浸出することを防ぐのに適する組合せは、質量で1:1から1:4の活性炭:アルギン酸の範囲であり得る。
混成混合物は、0.1〜5MのCaCl2溶液に滴下して導入される。生成したビーズは、アルギネートビーズの凝集を避けるために連続的に撹拌され、0.5〜2時間、硬化させる。CaCl2溶液の適量は、添加されるカーボン/アルギン酸の体積の2〜3倍である。
ビーズは、6〜34ゲージの針と注射器で生成できる。例えば、大きなビーズを高剪断ミキサーに落とすことによって、より小さい粒径が生成され得る。この処理は、表面積を、従って吸着速度を増すのに、有用である。
生成されたビーズは、ビーズにおける過剰のカルシウムイオンを無くするために、水で数回、すすぎ洗いされる。ビーズは、例えば、ペーパータオル、加熱ランプ、食品乾燥器、又は他の類似の方法で、十分に乾燥される。更に、使用前に、ビーズが凍結され、凍結乾燥されることも可能であり得る。これは、それらの径を低下させ、フィルターデバイスに、より多くが詰め込まれることを可能にする。
(実施例3)
代表的なカフェイン吸着材料の、フローフォーカシング法による調製
5質量%のベントナイトクレイを、95質量%の水と混合する。懸濁液を、20分間、超音波処理する。1.5質量%のアルギネートを、98.5質量%の水と混合する。ベントナイトとアルギネートの両方を、水に分散させた後、ベントナイト懸濁液及びアルギネート溶液を一緒に混合する(A/B溶液)。0.2MのCaCl2溶液を調製する。A/B溶液を、サージタンクに入れる。サージタンクは、蠕動運動ポンプからのパルス投入を平滑化するのに有用である。サージタンクがほぼ一杯である時に、A/B溶液が18ゲージの針から出てくる直前に、別の電源及びコントローラが使用されて、CaCl2溶液を、同心流である部分に流す。A/B溶液が針から出てきて、CaCl2溶液に接触する時、アルギネートは架橋し、懸濁されたベントナイトを含む又は取り込んだヒドロゲル構造を生成する。同心流である部分内で、CaCl2溶液は、A/B溶液より、ずっと速い速度で流れており、その結果、CaCl2溶液の剪断応力が、A/B溶液のストリップを、紐へと、又は、相対的な流速に応じて、ビーズへと分割するであろう。相対的な流速を制御することによって、紐の長さは制御できる。流速における違いが大きい程、紐は短くなるであろう。
(実施例4)
カフェイン吸着材料による代表的なカフェイン吸着のUV-可視測定
0.5mg/mLのカフェイン水溶液を調製した。代表的なカフェイン吸着材料を、カフェイン溶液に入れ、溶液を撹拌する。試験体を、特定の時点で取り出す。試験体は、1:100に希釈する。希釈された試験体を、UV-可視分光計で測定し、273nmでの吸光度を記録する。
(実施例5)
カフェイン吸着材料によるカフェイン吸着のHPLC測定
カフェイン吸着材料を、上記のように、調製する。それらの乾燥質量を記録する。
コーヒー又は他のカフェイン含有溶液を調製する。カフェイン吸着材料を、コーヒーに入れ、攪拌する。試験体を特定の時点で取り出し、1:10で希釈する。希釈された試験体を、0.45ミクロンPTFE膜ルアーロック(luer lock)フィルターデバイスで濾過する。希釈された試料を、HPLCバイアルに入れ、HPLC装置で流す。
試料は、既知のカフェイン濃度(0.2、0.4、0.6、0.8、及び1.0mg/mL)の溶液と比較した。
カラムの条件は次の通りであった:
- カラム:Agilent ZORBAX Eclipse Plus C18、4.6mm×150mm、(5μm)
- 検出器:UV、273nm
- 移動相:水/メタノール(25/75体積%)
- 流量:0.70mL/分
- 温度:45℃
- 注入体積:10μL
- 運転時間:15分
(実施例6)
様々なカフェイン吸着剤によるカフェインの吸着
このデータは、カフェインを除去するためにカプセル封入された吸着剤として様々な材料を使用するためのカフェイン吸着効率を示す。試験された材料は、ベントナイト、カーボン、及びラポナイトであり、粒径はナノメートルからマイクロメートルまで様々である。表1-3に示されるように、15.0質量%の材料:溶液の比で、ベントナイトの紐は、1.57ミリグラム/(1ミリリットルのカフェイン入り溶液)から、10分後に、100パーセントのカフェインを除去できる。表1-1に示されるように、24.1質量%の材料:溶液の比で、カーボンビーズは、0.311ミリグラム/(1ミリリットルのカフェイン入り溶液)から、30分後に、98.5パーセントのカフェインを除去できる。表1-2に示されたように、19.6質量%の材料:溶液の比で、ラポナイトビーズは、0.625ミリグラム/(1ミリリットルのカフェイン入り溶液)から、20分後に、74.2パーセントのカフェインを除去できる。
Figure 2019516550
このデータから、架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤は、たった数分で、70%を超えるカフェイン吸着効率を例示する。これらの結果は、ヒドロゲル構造体が、カフェイン入り溶液にとって高度に浸透性であり、カフェイン入り溶液が構造体を出入りする時、吸着剤がカフェイン分子を吸着することを可能にすることを例示する。
(実施例7)
乾燥したカフェイン吸着剤料によるカフェインの吸着
2:1のアルギネート:ベントナイト、及び1:3のアルギネート:ベントナイトを含むカフェイン吸着材料を、上記のように調製した。次いで、2:1及び3:1のアルギネート:ベントナイトのカフェイン吸着材料を、凍結乾燥した。
更に、1:1のアルギネート:ベントナイト、及び1:3のアルギネート:ベントナイトを含むカフェイン吸着材料を、前記のように調製した。1:1及び1:3のアルギネート:ベントナイトのカフェイン吸着材料を、空気乾燥した。
凍結乾燥したカフェイン吸着材料、及び空気乾燥してカフェイン吸着材料を、カフェイン溶液で元に戻した。
表2-1から2-4に要約されたデータは、乾燥したヒドロゲル吸着剤-カプセル封入材料は、カフェインを吸着するであろうことを示す。凍結乾燥した2:1のアルギネート:ベントナイトビーズでは、その材料は、1質量%の材料:溶液の比を用いると、0.132ミリグラム/(1ミリリットルのカフェイン入り溶液)から、5分後に、38.8パーセントのカフェインを除去できる。空気乾燥した1:1のアルギネート:ベントナイトビーズでは、その材料は、1質量%の材料:溶液の比を用いると、0.132ミリグラム/(1ミリリットルのカフェイン入り溶液)から、5分後に、26.1パーセントのカフェインを除去できる。データは、凍結乾燥した試料は、空気乾燥した試料に比べて、より大きなカフェイン吸着効率を有する傾向があることを示す。
Figure 2019516550
(実施例8)
代表的なカフェイン吸着材料のビーズ径の、カフェイン吸着への影響
ビーズの形状のカフェイン吸着材料を、本明細書において更に説明されているように、滴下添加を用い、調製した。同じ材料の3つの構成物を、ビーズの直径が、2.9±0.2mm、3.1±0.3mm、及び5.0±0.7mmである3つの異なる径に製造した。0.85パーセントのアルギネート、3.4パーセントのベントナイト、及び95.75パーセントの水の同じ組成で、同じ条件で、50質量パーセントの材料:カフェイン入り溶液の比を用い、試験した。表3-1から3-3に要約されているように、データは、ビーズが大きい程、カフェインの吸着では、材料の効率は劣ることを示す。2.9±0.2mmのビーズは、91.9パーセントのカフェインを除去できる。3.1±0.3mmのビーズは、92.8パーセントのカフェインを除去できる。また、5.0±0.7mmのビーズは、84.2パーセントのカフェインを除去できる。
Figure 2019516550
2つの小さい方のビーズ径である、2.9±0.2mm及び3.1±0.3mmは、類似のカフェイン吸着を示し、5.0±0.7mmの大きいビーズ径は、同じ時間経過後の、カフェイン吸着のかなりの低下を示す。より大きいビーズのカフェイン吸着の低下は、それらのより小さい表面:体積の比のためであり、これは、結果として、材料とカフェイン入り溶液との間の接触表面を少なくする。これらの結果は、材料の形状及びサイズが、カフェイン減少効率に重要な役割を果たすことを例示する。特に、大きな表面:体積の比は、カフェイン吸着を増大させる。
(実施例9)
カフェイン吸着剤の担持の、カフェイン吸着への影響
様々な比の、カフェイン吸着剤:架橋ポリマーを有するカフェイン吸着材料を、本明細書に記載されたように調製した。
データは、表4-1から4-2に要約され、より高担持のカフェイン吸着剤を有するカフェイン吸着材料は、所定のカフェイン入り溶液で、材料が高容量に達するまでは、より大きな速度でカフェインを吸着する傾向がある。データは、同じ濃度のカフェイン入り溶液で、同じ条件で試験された2つの材料を示す。1つのカフェイン吸着材料は、1質量部のアルギネートに対して3質量部のベントナイトの組成を有し、他の1つは、1質量部のアルギネートに対して6質量部のベントナイトの組成を有する。表4-1及び4-2に示されるように、1質量部のアルギネートに対して6質量部のベントナイトの組成を有する材料は、より速い吸着速度及びより大きな吸着容量を有する。
Figure 2019516550
(実施例10)
様々なカフェイン含有飲料における代表的なカフェイン吸着材料によるカフェイン吸着
カフェイン吸着材料を、本明細書に記載されたように調製し、様々なカフェイン含有飲料に入れた。
表5-1から5-3に要約されているように、データは、カフェイン吸着材料は、コーヒー、茶、脱炭酸ソーダ中で機能して、カフェインを吸着することを示す。
Figure 2019516550
本発明の好ましい実施形態が例示され、説明されたが、様々な変更が、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、それらに成され得ることが理解されるであろう。
排他的所有権又は特権が請求される本発明の実施形態が、以下に規定される。
10 カフェイン吸着システム
20 多孔質容器
22 円錐形壁面
24 細孔
40 カフェイン吸着材料
60 架橋ポリマー
80 カフェイン吸着剤

Claims (25)

  1. 溶液を、
    架橋ポリマー、及び
    前記架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤
    を含むカフェイン吸着材料に、
    カフェインを吸着することにより、前記溶液からカフェインを除去するのに十分な時間及び条件下で、接触させる工程を含む、
    溶液からカフェインを除去する方法。
  2. 前記溶液が飲料である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記飲料が、コーヒー、紅茶、緑茶、ウーロン茶、白茶、プーアール茶、ダークティ、ハーブティ、花茶、チャイ、抹茶、栄養ドリンク、アルコールベースのドリンク、マテ、ソーダ、及びココアから選択される、請求項2に記載の方法。
  4. 架橋ポリマー、及び
    前記架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤
    を含む、カフェイン吸着材料。
  5. 前記架橋ポリマーが架橋ヒドロゲルである、請求項4に記載のカフェイン吸着材料。
  6. 前記架橋ポリマーが架橋多糖を含む、請求項4又は5に記載のカフェイン吸着材料。
  7. 前記架橋多糖が、セルロース、デンプン、グリコーゲン、キトサン、デキストラン、アルギネート、寒天、カラギナン、ローカストビーンガム、グアーガム、及びペクチンから選択される、請求項6に記載のカフェイン吸着材料。
  8. 前記架橋ポリマーが、架橋タンパク質又はポリペプチドを含む、請求項4又は5に記載のカフェイン吸着材料。
  9. 前記架橋タンパク質又はポリペプチドが、フィブロイン、エラスチンシルク、コラーゲン、ケラチン、及びゼラチンから選択される、請求項8に記載のカフェイン吸着材料。
  10. 前記架橋ポリマーが、ポリマー及び架橋体を含み、前記架橋体が多価イオンである、請求項4から9のいずれか一項に記載のカフェイン吸着材料。
  11. 前記多価イオンが、カルシウム、マグネシウム、マンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケル、亜鉛、バリウム、セレン、クロム、及びモリブデンの多価イオンから選択される多価金属イオンである、請求項10に記載のカフェイン吸着材料。
  12. 前記架橋体:ポリマーの質量:質量の比が、1超:100である、請求項10に記載のカフェイン吸着材料。
  13. 約100nmと約10mmの間の最小直径を有する、請求項4から12のいずれか一項に記載のカフェイン吸着材料。
  14. ビーズ、紐、卵形、及び平板から選択される形状である、請求項4から13のいずれか一項に記載のカフェイン吸着材料。
  15. 前記カフェイン吸着剤がクレイ粒子である、請求項4から14のいずれか一項に記載のカフェイン吸着材料。
  16. 前記クレイ粒子が、ラポナイト、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、ヘクトライト、サポナイト、ソーコナイト、セピオライト、及びこれらの組合せから選択される材料を含む、請求項15に記載のカフェイン吸着材料。
  17. 前記カフェイン吸着剤が、分子インプリントポリマー、ゼオライト、イオン交換樹脂、及び活性炭から選択される、請求項4から14のいずれか一項に記載のカフェイン吸着材料。
  18. 前記カフェイン吸着剤が活性炭であり、前記活性炭に糖及び酸が担持されている、請求項4から14のいずれか一項に記載のカフェイン吸着材料。
  19. 前記架橋ポリマーのカフェイン吸着剤に対する比が、約50:1と約1:50の間である、請求項4から18のいずれか一項に記載のカフェイン吸着材料。
  20. 150℃以下の温度で、熱安定性である、請求項4から19のいずれか一項に記載のカフェイン吸着材料。
  21. 約pH2と約pH10の間で、pH-安定性である、請求項4から20のいずれか一項に記載のカフェイン吸着材料。
  22. 多孔質容器、及び
    前記多孔質容器内に配置されたカフェイン吸着材料
    を含み、前記カフェイン吸着材料が、
    架橋ポリマー、及び
    前記架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤
    を含む、カフェイン吸着システム。
  23. 前記多孔質容器が、紙バッグ、布バッグ、絹バッグ、プラスチックバッグ、金属ティーボール、織布バッグ、及び不織布バッグから選択される、請求項22に記載のカフェイン吸着システム。
  24. カフェイン含有固体、並びに
    架橋ポリマー、及び
    前記架橋ポリマーに結び付いたカフェイン吸着剤
    を含むカフェイン吸着材料
    を含む、脱カフェインシステム。
  25. 前記カフェイン含有固体が、コーヒー粉砕物、インスタントコーヒー、コーヒー粉末、茶葉、及び茶粉末から選択される、請求項24に記載の脱カフェインシステム。
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