Hexametafosfato de sodio y potasio y metafosfato de potasio con bajo contenido de materiales insolubles.

Un procedimiento para reducir la cantidad de material insoluble en una composición de vidrio de polifosfato con potasio,

en que el procedimiento comprende la inclusión de un aditivo formador de vidrio con boro como materia prima usada para formar una masa fundida que se enfría para formar dicha composición de vidrio de polifosfato con potasio, en que dicho aditivo formador de vidrio con boro se encuentra en una concentración eficaz para reducir la cantidad de material insoluble en agua formado en la masa fundida enfriada de la composición de vidrio de polifosfato con potasio:

en que la composición de vidrio de polifosfato con potasio se representa como que comprende M2O, B2O3 y P2O5;

en que M es al menos K y tiene una concentración de B2O3 de al menos el 0,05% y no superior al 2,00% en peso;

en que la composición de vidrio de polifosfato con potasio tiene una relación molar M/P de al menos 0,90 y no superior a 1,60; y

en que la composición de vidrio de polifosfato con potasio tiene un % molar de M como K de al menos el 50%.

Hexametafosfato de sodio y potasio y metafosfato de potasio con bajo contenido de materiales insolubles

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a composiciones de vidrio de polifosfato con potasio con bajos niveles de compuestos insolubles en agua y a procedimientos para su preparación. La invención se dirige especialmente a polifosfatos que tienen una relación entre potasio y sodio relativamente alta y una cantidad relativamente baja de impurezas insolubles en agua y a procedimientos para su preparación [0002] Las sales de sodio de los derivados del ácido fosfórico, especialmente el hexametafosfato de sodio (SHMP) de calidad alimentaria, pueden usarse para reducir y controlar diversas clases de microorganismos, específicamente aquellos de importancia para la salubridad y el deterioro de alimentos y bebidas durante el procesamiento, el almacenamiento y la distribución. Dado que estas composiciones controlan a los patógenos en condiciones de pH cercanas a la neutralidad con el uso de preparaciones muy diluidas, se reducen los cambios fisicoquímicos (sabor, textura, color, retención de nutrientes) que pueden tener lugar en condiciones muy alcalinas o muy ácidas. Por ejemplo, se han usado sales de sodio de derivados del ácido fosfórico con conservantes para aumentar la potencia de los conservantes, de modo que pueden usarse menores cantidades de los mismos, lo que mejora el sabor (véase, por ejemplo, Calderas (patente de los EE. UU. n° 5.431.940) y Pflaumer (patente de los EE. UU. n° 5.641.532) , que desvelan el uso de polifosfatos con sodio en combinación con conservantes de sorbato en bebidas de zumos diluidos con una dureza del agua relativamente baja) .

A pesar de los beneficios antimicrobianos, la adición de tales sales de sodio a los alimentos y bebidas aumenta su contenido de sodio y los hace inaceptables para los usuarios que requieren un bajo consumo de sodio. El metafosfato de potasio (KMP) , [KPO3]n (también conocido como sal potásica de Kurrol) es un polifosfato cristalino que contiene potasio en lugar de sodio como catión metálico. Dado que las sales de polifosfato de potasio, incluido el KMP, contienen niveles insignificantes de sodio, su uso reduciría sustancialmente la cantidad de sodio añadido a los alimentos. Pero estas composiciones no han sido ampliamente usadas en aplicaciones alimentarias porque son difíciles de disolver en agua y contienen cantidades relativamente grandes de material insoluble. Técnicamente, el KMP es soluble en agua, pero se disuelven tan lentamente que para fines prácticos se considera insoluble en agua. Además, es extremadamente difícil producir KMP como un vidrio o como un material fácil de solubilizar.

Por estas razones, el hexametafosfato de sodio y potasio (SKMP) , que es un análogo del hexametafosfato de sodio con un catión mixto y soluble en agua que presenta una sustitución significativa de sodio por potasio, tiene el potencial de ser una alternativa deseable a ambos, SHMP y KMP, en aplicaciones que impliquen el uso de polifosfatos (por ejemplo, aplicaciones en las que se desea la funcionalidad de un polifosfato soluble de cadena larga, pero sin introducir grandes niveles de sodio) . Henson y col. (patentes de los EE. UU. nos 6.509.050, 6.440.482 y 6.610.340) desvelan el uso de SKMP en productos alimentarios como una alternativa a SHMP. Típicamente, el SKMP comprende una distribución de longitudes de cadena de polifosfato y puede representarse por la fórmula (K, Na) (n+2) O (PO3) n, en la que n designa la longitud media de la cadena de fosfatos. La fórmula anterior ignora componentes menores, incluidos aditivos formadores de vidrio, agua residual, impurezas insolubles en agua (por ejemplo, KPO3) , posibles fosfatos cíclicos y otras impurezas mínimas.

El SKMP sólido es un vidrio (o material amorfo o vítreo) soluble en agua, típicamente preparado por enfriamiento de una masa fundida que contiene fosfatos de sodio y potasio con una relación molar típica entre el catión y el fósforo (relación molar M/P, en que M = metales alcalinos, típicamente Na y K, pero es posible que se incluyan otros metales alcalinos, y P = fósforo) de entre aproximadamente 0, 9 y aproximadamente 1, 6. El vidrio de SKMP preparado por enfriamiento de una masa fundida contiene normalmente una cantidad de impurezas insolubles en agua que típicamente es, principalmente o en su totalidad, KMP. Además, la propensión a la formación de materiales insolubles en un SKMP vítreo aumenta al aumentar la sustitución de sodio por potasio. Por ejemplo, Henson y col. (documento WO 2001000527) desvelan que la formación de materiales insolubles aumenta sustancialmente a medida que la cantidad de potasio relativa a la cantidad total de cationes aumenta por encima del 70-80% molar de M como K (% molar de M como K = 100 x moles de K/ moles de M) y puede depender de la velocidad de enfriamiento. Iler (patente de los EE. UU. n° 2.557.109) describe la preparación de disoluciones acuosas de polifosfatos mixtos por intercambio iónico. Aunque las disoluciones acuosas de polifosfatos mixtos pueden prepararse por intercambio iónico, puede preferirse o desearse la preparación de polifosfatos de potasio solubles en forma sólida mediante un proceso de fusión. Todavía es deseable minimizar adicionalmente la cantidad de sodio presente en el SKMP vítreo.

Dado el estado de la técnica, existe la necesidad de un vidrio de polifosfato soluble en agua con una relativamente alta relación molar entre K y Na que también contenga un nivel relativamente bajo de material insoluble. Un vidrio de polifosfato tal sería especialmente útil como agente antimicrobiano en aplicaciones para alimentos y bebidas. Además, existe la necesidad de un procedimiento para la producción de una composición tal, en particular, para la disminución de la cantidad de contenido insoluble cuando se usa un relativamente alto grado de sustitución de sodio por potasio. Además, es deseable que cualquier procedimiento para la disminución de la cantidad de contenido insoluble sea compatible con las condiciones usadas en la actualidad para la preparación de polifosfatos. Adicionalmente, es preferible que los aditivos sean componentes menores en la composición resultante.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1. De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona una composición de vidrio de polifosfato con potasio, modificado con borato, de acuerdo con la reivindicación 5. De acuerdo con un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona una composición de polifosfato de sodio y potasio (SKMP) según se expone en la reivindicación 10. De acuerdo con un cuarto aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento según se expone en la reivindicación 13.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 ilustra el porcentaje de materiales insolubles en un vidrio de SKMP en un intervalo del 66 al 86% molar de M como K cuando se prepara con un enfriamiento rápido de la masa fundida. Los materiales insolubles, como porcentaje del vidrio de SKMP, aumentan al aumentar el contenido de K, según se mide en % molar de M como K para relaciones molares M/P en el intervalo de 1, 03 a 1, 23.

Las figuras 2A-2B ilustran el porcentaje de materiales insolubles en un vidrio de SKMP en un intervalo de 1, 03 a 1, 23 para la relación molar M/P. El contenido insoluble como porcentaje del vidrio de SKMP disminuye con el aumento de la relación molar M/P. La disminución del contenido insoluble como función de la relación molar M/P es especialmente notable para un SKMP con el 86% molar de M como K o más preparado por enfriamiento rápido de la masa fundida. El enfriamiento rápido de una masa fundida para un SKMP con el 76% molar de M como K resulta en menos de aproximadamente el 1% de contenido insoluble para el intervalo de relación molar M/P de 1, 03 a 1, 23. El enfriamiento rápido de una masa fundida para un SKMP con el 66% molar de M como K resulta en menos de aproximadamente el 0, 1% de contenido insoluble para el intervalo de relación molar M/P de 1, 03 a 1, 23. La disminución del contenido insoluble como función de la relación molar M/P también es especialmente notable para un SKMP con el 76% molar de M como K preparado por enfriamiento lento de una masa fundida.

La figura 3 ilustra el porcentaje de materiales insolubles en un vidrio de SKMP con el 86% molar de M como K preparado por enfriamiento rápido con o sin la adición del 1% en peso de tetraborato de sodio en un intervalo de relaciones molares M/P de 1, 00 a 1, 23. El vidrio de SKMP con el 86% molar de M como K preparado por enfriamiento rápido tiene menos contenido porcentual de materiales... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para reducir la cantidad de material insoluble en una composición de vidrio de polifosfato con potasio, en que el procedimiento comprende la inclusión de un aditivo formador de vidrio con boro como materia prima usada para formar una masa fundida que se enfría para formar dicha composición de vidrio de polifosfato con potasio, en que dicho aditivo formador de vidrio con boro se encuentra en una concentración eficaz para reducir la cantidad de material insoluble en agua formado en la masa fundida enfriada de la composición de vidrio de polifosfato con potasio:

en que la composición de vidrio de polifosfato con potasio se representa como que comprende M2O, B2O3 y P2O5;

en que M es al menos K y tiene una concentración de B2O3 de al menos el 0, 05% y no superior al 2, 00% en peso;

en que la composición de vidrio de polifosfato con potasio tiene una relación molar M/P de al menos 0, 90 y no superior a 1, 60; y

en que la composición de vidrio de polifosfato con potasio tiene un % molar de M como K de al menos el 50%.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en que la composición de vidrio de polifosfato con potasio se representa como compuesta esencialmente de K2O, B2O3 y P2O5.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en que la composición de vidrio de polifosfato con potasio se representa como compuesta esencialmente de (Na, K) 2O, B2O3 y P2O5.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, en que la composición de vidrio de polifosfato con potasio tiene un % molar de M como K no superior al 90%.

5. Una composición de vidrio de polifosfato con potasio modificada con borato, en que dicha composición de vidrio de polifosfato se representa como que comprende M2O, B2O3 y P2O5, en que M es al menos K y tiene un % molar de M como K de al menos el 50%, una concentración de B2O3 de al menos el 0, 05% y no superior al 2, 00% en peso y una relación molar M/P de al menos 0, 90 y no superior a 1, 60.

6. La composición de vidrio de polifosfato con potasio modificada con borato de la reivindicación 5, en que M es al menos K y Na y el % molar de M como K no es superior al 90%.

7. La composición de vidrio de polifosfato con potasio modificada con borato de la reivindicación 5, en que no más del 10% en peso de dicha composición de vidrio de polifosfato es insoluble en agua a temperatura ambiente.

8. La composición de vidrio de polifosfato con potasio modificada con borato de la reivindicación 5, en que M es K y Na.

9. La composición de vidrio de polifosfato con potasio modificada con borato de la reivindicación 5, en que M es

K.

10. Una composición de polifosfato de sodio y potasio (SKMP) , en que la composición de SKMP se representa como que comprende M2O, B2O3 y P2O5, en que M es al menos K y Na y en que la composición de SKMP tiene:

a) una concentración de B2O3 de al menos el 0, 05% y no superior al 5, 00% en peso; b) una relación molar M/P de al menos 0, 90 y no superior a 1, 60; c) un % molar de M como K de al menos el 50%; y d) una concentración de materiales insolubles en agua inferior al 10% en peso.

11. La composición de SKMP de la reivindicación 10, en que el % molar de M como K no es superior al 90%.

12. La composición de SKMP de la reivindicación 10, en que se representa como compuesta esencialmente de (Na, K) 2O, B2O3 y P2O5.

13. Un procedimiento para la formación de una disolución acuosa de polifosfato de sodio y potasio (SKMP) , sustancialmente sin materiales insolubles en agua, en que el procedimiento comprende la disolución de la

composición de SKMP en agua, en que la composición de SKMP se representa como que comprende M2O, B2O3 y P2O5, en que M es al menos K y Na y en que la composición de SKMP tiene: a) una concentración de B2O3 de al menos el 0, 05% y no superior al 5, 00% en peso; b) una relación molar M/P de al menos 0, 90 y no superior a 1, 60; c) un % molar de M como K de al menos el 50%.

14. El procedimiento de la reivindicación 13, en que el % molar de M como K no es superior al 90%.

15. El procedimiento de la reivindicación 13, en que la composición de SKMP se representa como compuesta esencialmente de (Na, K) 2O, B2O3 y P2O5.

16. Una composición alimentaria que comprende una composición de polifosfato de sodio y potasio (SKMP) de acuerdo con la reivindicación 10.

17. La composición alimentaria de la reivindicación 16, en que el % molar de M como K no es superior al 90%.

18. La composición alimentaria de la reivindicación 16, en que el alimento es una carne, un queso procesado o una bebida.

19. Una composición de limpieza que comprende agua y una composición de polifosfato de sodio y potasio (SKMP) de acuerdo con la reivindicación 10.