Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines kariostatischen Mittels, insbesondere in Form einer Zahnpaste, eines Zahnpulvers, eines flüssigen Zahnpflegemittels oder Mundwassers sowie eines Lebensmittels.
Das erfindungsgemäss hergestellte kariostatische Mittel dient insbesondere dazu, die Wirkung kariogener Nahrungsmittel auf die Zähne zu verhindern. Der Begriff kariogene Nahrungsmittel , welcher hier verwendet wird, bezeichnet im allgemeinen ein Lebensmittel, das aus einem Kohlenhydrat hergestellt ist oder dieses enthält.
Einige Faktoren, die den kariogenen Effekt betreffen, sind in der Zahnheilkunde allgemein anerkannt und akzeptiert worden. Unter diesen sind folgende die Hauptfaktoren: 1. Bakterien, welche Säuren erzeugen (z. B. Bakterien der
Art Lacto-bacillus, welche Milchsäure erzeugen), sind bei vorherrschender Zahnkaries in grosser Anzahl in der
Mundhöhle vorhanden.
2. Teilchen kariogener Nahrungsmittel, die auf die Zahn oberfläche einwirken, sorgen für ein günstiges Substrat zur Säurebildung in der Mundhöhle.
3. In der Mundhöhle gebildete Säuren greifen einige der wesentlichen Bestandteile der Zähne, insbesondere Hydr oxyapatit (ein Kalziumphosphat, das den Grossteil des
Zahnschmelzes bildet), an und lösen sie auf, wobei sie die
Zähne für Erosion und Karies anfälliger machen.
Der kariogene Effekt der in der Mundhöhle gebildeten Säuren ergibt sich aus dem direkten und gewöhnlich fortgesetzten Kontakt zwischen den Säuren und der Zahnoberfläche. Die Autoritäten auf diesem Gebiet stimmen hinsichtlich des genauen Mechanismus des kariogenen Effektes nicht vollständig überein, aber es ist bekannt, dass diese Säuren im Mund oder in vitro eine Erweichung und Erosion des Zahnschmelzes verursachen - ein destruktiver Prozess, der ein Vorläufer der Zahnkaries ist.
Es ist ebenfalls bekannt, dass der kariogene Effekt dieser Säuren bei Anwesenheit gewisser Substanzen, welche hier als kariostatische Substanzen bezeichnet werden, verhindert wird. Einige kariostatische Effekte, die in der Zahnheilkunde anerkannt worden sind, sind folgende: 1. Lösungen, die bestimmte lösliche anorganische Phosphate, z. B. Natrium- oder Ammoniumphosphat, enthalten, ver hindern Säureangriffe.
2. Metastabile Lösungen, die sowohl gelöstes Kalzium als auch Phosphat enthalten, härten einen durch Säure er weichten menschlichen Zahnschmelz wieder; Fluorid be schleunigt diesen Prozess.
Diese kariostatischen Effekte sind dafür bekannt, dass sie im Mund oder in vitro stattfinden und, während der Mechanismus ungewiss ist, vollzieht sich dort offenkundig eine lokale physikalisch-chemische Reaktion, an der die kariostatische Substanz und die Zahnoberfläche beteiligt sind. Aus diesem Grunde kann die grösstmögliche Verhinderung der Zahnkaries dann erwartet werden, wenn kariostatische Substanzen gleichzeitig mit den kariogenen Substanzen der Zahnoberfläche zugeführt werden.
Idealerweise sollten daher kariostatische Substanzen kariogenen Nahrungsmitteln einverleibt werden, um am richtigen Ort zur richtigen Zeit gegenwärtig zu sein und den kariogenen Effekt am erfolgreichsten zu verhindern. Nichtsdestoweniger ist offensichtlich, dass die kariostatischen Substanzen, da ja eine zeitliche Verzögerung zwischen der Aufbringung der kariogenen Nahrungsmittel auf die Zähne, der Säurebildung in der Mundhöhle und dem Einsetzen des kariogenen Effektes vorhanden ist, ebenfalls wirkungsvoll sein sollten (obgleich mit geringerem als dem grösstmöglichen Nutzen), wenn sie den Zähnen in Zahnpasten und anderen nichtkariogenen Trägersubstanzen zugeführt werden.
Die meisten der bekannten kariostatischen Substanzen können für die Einverleibung in Nahrungsmittel nicht in Betracht gezogen werden. So haben Fluoride einen bekannten kariostatischen Effekt, sind aber im allgemeinen toxisch, und ihr Konzentrationsgrad in Nahrungsmitteln muss genau und sorgfältig kontrolliert werden. Die Toxizität der Fluoride ist wieder ein Grund, warum die Fluoridierung von Trinkwasser welche auf einen praktisch unendlich kleinen Fluoridgehalt hinausläuft (1 ppm) - keine allgemeine Annahme erfahren hat. Die löslichen Phosphate von u. a. Natrium, Ammonium und Magnesium wiederum sind wegen ihres starken und eigentümlichen Geschmackes nicht zufriedenstellend. Es ergibt sich, dass die geschmacklichen Eigenschaften abträglich beeinflusst werden, wenn diese Verbindungen in Nahrungsmitteln in kariostatisch wirksamen Konzentrationen vorhanden sind.
Gleichfalls haben stabile Formen von Kalziumphosphat die unter gewissen Bedingungen möglicherweise wirksam sind - zwei Nachteile, welche geeignet sind, deren erfolgreiche Verwendung in Lebensmitteln zu verhindern: 1. haben sie, wie z. B. Natriumphosphat, einen unangeneh men Geschmack, 2. sind sie in Wasser unter physiologischen Bedingungen des pH-Wertes nur geringfügig löslich.
Rohe Kohlehydrate beinhalten oft Kalzium und Phosphor in Form einer Assoziation von sowohl organischen als auch anorganischen Kalziumphosphaten. Zum Beispiel enthalten Zuckerrohrhalme und Zuckerrüben etwa 0,15 Gew. % Kalzium und etwa 0,15 Gew. % Phosphor (die Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht der Saccharose, die sie enthalten). Der Grossteil dieses Kalziums und Phosphors ist wasserlöslich, und etwa ein Drittel des Phosphors liegt in Form organischer Phosphate vor.
Mehr als 95% der jeweils natürlich vorkommenden Kalzium- und Phosphorkomponenten werden im allgemeinen während der Herstellung von raffiniertem Zucker entfernt.
Ähnlich hohe Prozentsätze an Kalzium und Phosphor gehen üblicherweise während der Veredelung von Weizen zu Weissmehl verloren. Veredelte Kohlehydrate werden im allgemeinen für kariogener angesehen als unverarbeitete Kohlehydrate, und ein Grund dafür liegt möglicherweise im Verlust von Kalzium und Phosphor, welcher während des Raffinationsprozesses auftritt.
Es wurde nunmehr gefunden, dass kariostatisches Kalzium und Phosphat durch eine komplexe Verbindung von Kalziumzuckerphosphaten und anorganischem Kalziumphosphat zur Verfügung gestellt werden können, die einige Eigenheiten aufweist, die sich von denen der Einzelkomponenten merklich unterscheiden. Diese komplexen Verbindungen sind löslich, ungiftig und schmackhaft und können kariogenen oder ungiftigen Trägersubstanzen einverleibt werden, ohne das Aroma oder andere Eigenschaften der Trägersubstanz merkbar zu beeinflussen. Wenn die komplexe Verbindung raffinierten Kohlehydratnahrungsmitteln zugesetzt wird, reichert sie diese Nahrungsmittel mit Kalzium und Phosphor in einer löslichen, geschmacklosen Form an, die derjenigen ähnlich ist, in der diese Elemente in rohen Kohlehydraten vorkommen.
Zu komplexen Verbindungen im Sinne der vorliegenden Verbindungen führende Assoziationen in wässrigen Lösungen, ionisierte Arten eingeschlossen, können von relativ einfacher Komplexbildung bis zu komplizierteren ionischen Wechselwirkungen reichen, wie sie in komplexer Coacervation und komplexer Flocculation vorkommen. Diese letzteren Wechselwirkungsphänomena sind bis jetzt nur in geringem Ausmass bekannt, aber man glaubt, dass sie in hohem Grad von Faktoren, wie pH, Konzentrationen der wechselwirksamen Stoffe (sowohl absolut als auch relativ), der Ionenstärke und der Eigentümlichkeit der Wechselwirkung abhängen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher auf ein Verfahren zur Herstellung eines kariostatischen Mittels, insbesondere in Form einer Zahnpaste, eines Zahnpulvers, eines flüssigen Zahnpflegemittels oder Mundwassers sowie eines Lebensmittels, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man als wirksame Komponente eine kariostatische Substanz verwendet, welche eine komplexe Assoziation aus den Komponenten (a) und (b) darstellt, wobei Komponente (a) aus einem oder mehreren Kalziumzuckerphosphaten besteht und Komponente (b) ein anorganisches Kalziumphosphat ist und wobei die Assoziation derart ist, dass mindestens 2 Gew. % der Komponente (b), bezogen auf das Gewicht der Komponente (a), in Wasser unter Umgebungsbedingungen löslich sind, wenn die Summe des gelösten Kalziumzuckerphosphates und des anorganischen Kalziumphosphates 5 Teile pro 100 Gewichtsteile Wasser übersteigt.
Die erfindungsgemäss verwendeten komplexen Verbin dungen können mit Trägersubstanzen innig vermischt werden, welche kariogen oder nichtkariogen sein können, wie beispielsweise Zahnpasten, Zahnpulver, flüssige Zahnpflegemittel, Mundwasser, Tabletten, Lutschpastillen, Nahrungsmittel oder Getränke.
Kalziumzuckerphosphate sind bekannte Verbindungen, deren Herstellung unter anderen von Neuberg in der deutschen Patentschrift Nr. 247 809 beschrieben wurde. Für Vergleichszwecke mit den komplexen Produkten, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt wurden, wurde ein Kalziumsaccharosephosphatprodukt mittels der Phos phorylierungsmethode, die in dieser deutschen Patentschrift beschrieben ist, hergestellt, und es wird im folgenden darauf als Produkt (A) Bezug genommen.
Bei Anwendung üblicher Verfahren wurde gefunden, dass die Teilanalyse einer bestimmten Menge von Produkt (A) wie folgt war (die Prozentangaben beziehen sich auf das Trockengewicht des Produktes):
Kalzium 8,1 %
Gesamtphosphor 6,8 % anorganischer Phosphor 0,05 %
Das Produkt enthält so nur etwa 0,25 % des Trockengewichtes eines anorganischen Kalziumphosphats. Es ist in Wasser leicht löslich, und die Lösung ist in fast allen Konzentrationen stabil.
Wenn Polyhydroxyverbindungen, wie Zucker, phosphoryliert werden, kann jede oder eine Anzahl der Hydroxylgruppen wahrscheinlich verestert werden und - wie im folgenden gezeigt wird - ist die Saccharosephosphatkomponente des Produktes (A) ausserordentlich komplex.
Zonenelektrophorese (Papier) ist ein wichtiges Verfahren, welches angewendet wurde, um die Identifizierung sowohl der Komponenten des Produktes (A) als auch der gemäss der vorliegenden Erfindung verwendeten komplexen kariostatischen Substanzen zu unterstützen. Das Verfahren kann mit einer Vielzahl von Puffern, pH-Werten, Konzentrationen und Spannungsgradienten durchgeführt werden. Die relative Beweglichkeit der verschiedenen Komponenten hängt von diesen Parametern ab, und typische Bedingungen, welche für zweckmässig gefunden wurden, sind folgende:
Puffer 5 % Pyridin, 0,5 % Eisessig in Wasser, pH = 6,0
Papier Whatman Nr. 54
Spannungsgradient 16 Volt/cm
Laufzeit 2-21/2 Stunden
Die Lokalisierung der Komponenten am Papier nach dem
Trocknen wird zweckmässig durch Anwendung eines Ammo niummolybdatreagens angezeigt, das in Gegenwart von Phos phat eine Blaufärbung ergibt.
Die Fig. 1 und 2 der Zeichnung zeigen vergleichbare elektrophoretische Muster, wenn eine Anzahl von verschiedenen Produkten - Produkt (A) und einige komplexe Produkte (X), (Y) und (Z), welche im folgenden beschrieben werden - der Elektrophorese in gleichen Mengen (bei Anwendung der obigen Bedingungen) unterworfen wird. Es zeigt sich, dass jedes Produkt ein charakteristisches Muster von elektrophoretischen Banden besitzt, welches dazu dient, es von den anderen Produkten zu unterscheiden.
Die Methoden, welche zur Charakterisierung der verschiedenen Banden angewendet wurden, umfassen die herkömmliche Analyse, Chromatographie, Infrarotspektrophotometrie, Neutronenaktivierungsanalyse, die Bestimmung der Formelgewichte und die Bestimmung der Natur der anorganischen Phosphate, die sich ergeben, wenn die Substanzen bei 8000 C kalziniert werden, mittels Röntgenstrahlenbeugung.
Solcherart wurde nachgewiesen, dass die Banden, die in der Zeichnung mit 1 bis 4 numeriert sind, in allen Fällen für verschiedene Saccharosephosphatkomponenten typisch sind. Die allgemeine Bestätigung dieser Tatsache ergibt sich durch Eluierung dieser Banden von der elektrophoretischen Trennung, gefolgt durch kontrollierte Hydrolyse in wässeriger Lösung (durch Säuren, Alkalien oder Enzyme), um freies anorganisches Phosphat und die freien Zucker oder deren Hydrolyseprodukte zu erhalten.
Die detaillierten Bestimmungen, die an den Saccharosephosphatkomponenten durchgeführt wurden, lassen vermuten, dass für das besondere Produkt (A) die vier Banden 1 bis 4 von den folgenden Arten des Saccharosephosphats, das in besonderen Verhältnissen vorhanden ist, herzustammen scheinen.
Die Bande 1 stammt von etwa 2% des Gesamttrockengewichtes des Produktes und scheint aus Disaccharosephosphatanionen der Type
EMI2.1
zu bestehen, worin R das Saccharosemolekül weniger einer Hydroxylgruppe bedeutet.
Die Bande 2 stammt aus etwa 64% des Gesamttrockengewichtes des Produktes und scheint aus Saccharosemonophosphatanionen der Type
EMI2.2
zu bestehen, wobei R wieder das Saccharosemolekül weniger einer Hydroxylgruppe bedeutet. Die Saccharosemonophosphatanionen scheinen an die Stelle der Glukose-2-Stellung des Saccharosemoleküls zu treten.
Die Bande 3 stammt aus etwa 20% des Gesamttrockengewichtes des Produktes und scheint aus einer Mischung der zwei Saccharosephosphatanionen zu bestehen, wobei eines davon ein Saccharosemonophosphatanion ähnlich der Type (II) und das andere ein zyklisches Saccharosemonophosphatanion der Type
EMI2.3
ist, wobei R' das Saccharosemolekül weniger zwei Hydroxylgruppen bedeutet.
Die Bande 4 stammt aus etwa 14% des Gesamttrockengewichtes des Produktes und scheint aus Saccharosemonophosphatanionen ähnlich der Type (II) zu bestehen. In diesem Falle scheint die Phosphatgruppe an die Stelle der Fruktose-6 Stellung des Saccharosemoleküls zu treten.
Es versteht sich, dass diese Banden sich nicht notwendigerweise auf die einfachen reinen Verbindungen beziehen.
Beispielsweise können sie in einigen Fällen aus mehreren isomeren Saccharosephosphaten bestehen. Die Komplexizität des Phosphorylierungsproduktes hat eine vollständige Identifizierung der Molekularstruktur jeder Komponente verhindert.
Methoden, um spezifische einzelne Zuckerphosphate herzustellen, sind bekannt, sind jedoch zu teuer, um kommerziell angewendet werden zu können. Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass die selektive Veresterung von Zuckern nur möglich ist, wenn besondere Methoden angewendet werden, z. B. Methoden, die die Verwendung von Enzymen oder die Reaktion von substituierten Phosphorylchloriden mit Zuckermolekülen, die geschützte Hydroxylgruppen in entsprechenden Stellungen tragen, umfassen.
Es ist bekannt, dass anorganische Kalziumorthophosphate entweder in Wasser relativ unlöslich sind oder sich darin inkongruent lösen (d. h. die Lösung ist von einer Reaktion begleitet). Ein Beispiel für inkongruente Lösung ist durch Monokalziumphosphat gegeben, das sich in Wasser löst, aber dann einer Hydrolyse unterliegt, wobei sich das weniger lösliche Dikalziumphosphat bildet. Im allgemeinen wurde gefunden, dass längere Behandlung jedes Kalziumorthophosphates mit einem Überschuss an Wasser zur Bildung eines unlöslichen Apatits führt.
Anderseits ist bekannt, dass Kalziumzuckerphosphate eine vergleichsweise hohe Löslichkeit in Wasser besitzen.
Diese hohe Löslichkeit ist wahrscheinlich auf die hydrophile Natur des Zuckeranteils zurückzuführen, die den Phosphatgruppen anhaftet. Allgemein kann gesagt werden, dass, je höher das Verhältnis von Hydroxyl zu Phosphat im Zuckermolekül ist, desto höher die Wasserlöslichkeit des Salzes ist. Zum Beispiel sind die Kalziumsalze der Saccharosemonophosphate in Wasser ausserordentlich löslich, die Grenze ihrer Löslichkeit ist offensichtlich nur durch den sehr grossen Viskositätsanstieg, der bei hohen Konzentrationen (z. B. Lösungen, die mehr als etwa 250 g Salz pro 100 g Wasser enthalten) vorkommt, gezogen. Die Kalziumsalze der Glukosemonophosphate sind ebenfalls in Wasser leicht löslich, jedoch etwas weniger gut als die Salze der Saccharosemonophosphate. Jedoch sind die Kalziumsalze der Hexosediphosphate, z. B. Fruktose-1,6-diphosphat, erheblich weniger löslich.
Wenn ein Produkt, das im wesentlichen aus Kalziumsaccharosephosphaten besteht, durch Zerkleinerung innig mit einem anorganischen Kalziumphosphat vermischt wird, zeigt das entstandene Material ein Löslichkeitsverhalten in Wasser, das sich nicht merklich von den bekannten Verhaltensweisen der Komponenten unterscheidet. Die Kalziumsaccharosephosphatkomponente löst sich auf, und die anorganische Kalziumphosphatkomponente bleibt entweder ungelöst oder löst sich anfänglich, um schliesslich ausgefällt zu werden.
Das anorganische Kalziumphosphat kann durch Ansäuern dieser wässerigen Mischung gelöst werden, aber es wurde überraschenderweise gefunden, dass - wenn die Konzentrationen der beiden Komponenten innerhalb der weiter oben definierten Grenzen liegen - sorgfältige Neutralisation der angesäuerten Mischung nicht die Ausfällung des anorganischen Kalziumphosphates zur Folge hat. Es wurde auch gefunden, dass die Ausfällung sogar dann nicht stattfindet, wenn der pH-Wert mehr als 7 beträgt. Diese neutralisierten Lösungen sind bei Konzentrationen der Kalziumsaccharosephosphate, die etwa 5 Gew. % Wasser übersteigen, und bei Konzentrationen des anorganischen Kalziumphosphats innerhalb des Bereiches von etwa 2 bis 25 Gew. %, bezogen auf das Gewicht der Kalziumsaccharosephosphate, für lange Zeiträume stabil.
Dieses Ergebnis ist unerwartet, da bekannt ist, dass anorganisches Kalziumphosphat in neutralen und alkalischen Lösungen ausgefällt wird.
Verdünnung der Lösung kann die langsame Ausfällung des anorgrganischen Kalziumphosphates verbunden mit einigen Kalziumsaccharosephosphaten bewirken. Das ausgefällte Material ist in hohem Grad dispergiert und im wesentlichen amorph; in Abhängigkeit von den Konzentrationsfaktoren kann es ein Öl oder eine viskose trübe Lösung bilden. Rekonzentration der Lösung löst den Niederschlag wieder.
Die oben beschriebene neutralisierte Lösung enthält eine gemäss der Erfindung verwendbare kariostatische Substanz, nämlich eine komplexe Assoziation von Kalziumsaccharosephosphaten und üblicherweise wasserunlöslichem anorganischem Kalziumphosphat. Neutralisierte Lösungen, die komplexe Assoziationen von anorganischem Kalziumphosphat und anderen Kalziumzuckerphosphaten (z. B. Kalziumglucosephosphaten) enthalten, können auf ähnliche Weise hergestellt werden.
So wurde allgemein gefunden, dass die beschriebenen komplexen Assoziationen durch eine Methode, welche hier als Ansäuerungsmethode bezeichnet wird, gebildet werden können, die den Verfahrensschritt des Zusetzens einer geeigneten Base zu einer angesäuerten wässrigen Lösung, die ein Zuckerphosphat und ein anorganisches Phosphat enthält, einschliesst. Das Kalziumkation kann entweder durch die Base oder durch die angesäuerte Lösung geliefert werden.
Es zeigt sich, dass die Natur dieser komplexen Assoziation derart ist, dass die anorganische Phosphatkomponente bei hohen Konzentrationen der Zuckerphosphatkomponente in Wasser löslicher ist als bei niedrigen Konzentrationen. Vergleichende Studien haben ebenfalls gezeigt, dass die anorganische Komponente in Gegenwart von einigen Kalziumzuckerphosphaten (z. B. wenn der Zucker Saccharose ist) löslicher ist als in Gegenwart einer gleichen Gewichtsmenge einiger anderer Kalziumzuckerphosphate (z. B. wenn der Zucker Glukose ist).
Dies sind die Gründe, warum bei Definition der gemäss der Erfindung verwendbaren kariostatischen Substanzen die Löslichkeit der Komponente (b) wenigstens auf den Fall bezogen worden ist, bei welchem das insgesamt gelöste Phosphat 5 Teile pro 100 Gewichtsteile Wasser übersteigt. Nur einige der komplexen Assoziationen, die von der Natur des Zuckerphosphates oder der Zuckerphosphatmischung abhängig sind, sind dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens 2 Gew. % der Komponente (b), bezogen auf das Gewicht der Komponente (a), in Wasser unter Umgebungsbedingungen löslich sind, wenn das Total des gelösten Phosphates in der Lösung 5 Teile pro 100 Gewichtsteile Wasser nicht übersteigt; alle komplexen Assoziationen entsprechen allerdings der angegebenen Bedingung.
Im allgemeinen kann keine endgültige obere Grenze für das Gewichtsverhältnis der Komponente (b), die in Wasser unter Umgebungsbedingungen löslich ist, wenn die Summe des gelösten Kalziumzuckerphosphates und des anorganischen Kalziumphosphates 5 Teile pro 100 Gewichtsteile Wasser übersteigen, bestimmt werden; gewöhnlich übersteigt das Verhältnis der gelösten Komponente (b) nicht 25 Gew. %, bezogen auf das Gewicht der gelösten Komponente (a).
Das von der Konzentration abhängige Löslichkeitsverhalten der beschriebenen komplexen Assoziationen bringt offensichtlich komplexe Wechselwirkungen zwischen den Ionenarten mit sich.
Es sei darauf hingewiesen, dass die beschriebenen komplexen Assoziationen durch einige Methoden (z. B. doppelte Umsetzungsreaktionen in Lösung) nicht hergestellt werden können, welche andernfalls durch die bestehende Kenntnis der individuellen Eigenheiten der Komponenten vorgezogen werden würden. So kann die Ausfällung des anorganischen Kalziumphosphats (in alkalischer Lösung) durch Lösen eines Zuckerphosphatsalzes in Wasser und gleichzeitiges tropfenweises Zusetzen von getrennten wässerigen Lösungen unter heftigem Rühren, welche Lösungen folgende Bestandteile enthalten: 1. ein lösliches anorganisches Phosphatsalz, 2. ein lösliches anorganisches Nichtphosphatsalz von Kalzium, nicht vermieden werden.
Die Ausfällung des anorganischen Kalziumphosphats (in alkalischer Lösung) kann auch nicht vermieden werden durch Lösung des Zuckerphosphatsalzes eines Kations in Wasser, dessen anorganisches Phosphat (z. B.
Natrium, Kalium, Ammonium) gewöhnlich in Wasser löslich ist, zusammen mit dem entsprechenden löslichen anorganischen Phosphatsalz, und tropfenweises Zusetzen einer wässrigen Lösung unter heftigem Rühren, welche Lösung ein lösliches anorganisches Nichtphosphatsalz von Kalzium enthält.
In einer der Ansäuerungsmethode alternativen Methode wurde gefunden, dass die beschriebenen komplexen Assoziationen durch Phosphorylierung eines Zuckers unter geeigneten Bedingungen in Anwesenheit einer geeigneten Kalziumbase gebildet werden können. Eine herkömmliche und wirtschaftliche Methode umfasst die Schritte, Zucker mit Wasser und einer anorganischen Kalziumoxyverbindung aus der Gruppe Kalziumoxyd, Kalziumhydroxyd und Kalziumkarbonat, zu mischen, die Mischung bei niedriger Temperatur mit Phosphoroxychlorid zu phosphorylieren und die beschriebene komplexe Assoziation aus der Reaktionsmischung wiederzugewinnen; der Zucker, die anorganische Kalziumoxyverbindung und das Phosphoroxychlorid werden hierbei in Molverhältnissen von etwa 1:2,5:1 verwendet.
Bei der Phosphorylierung von Zuckern gemäss dem letzteren Verfahren wurde gefunden, dass das Verhältnis des anorganischen Phosphats im Produkt während der Herstellung durch Veränderung der folgenden Faktoren kontrolliert werden kann: Konzentrationen und Zusatzverhältnisse der
Reaktionskomponenten, Reaktionstemperatur, Agitationsgrad und Verfahren zur Wiedergewinnung des Produktes. Zum
Beispiel führt bei Phosphorylierung der Saccharose in wässeri ger Lösung in Gegenwart von Kalk durch Phosphoroxychlorid, gelöst in Trichloräthylen, die Kontrolle der Variablen auf folgende Weise zu einem Ansteigen des Verhältnisses von anorganischem Phosphat im Produkt:
1. Konzentrationsanstieg des Phosphoroxychlorids in Tri chloräthylen,
2. zunehmendes Zusatzverhältnis von Phosphoroxychlorid in Trichloräthylen während der Reaktion,
3.
Anstieg der Reaktionstemperatur zwischen 0 und 25" C,
4. Abnahme des Agitationsgrades während der Reaktion.
Im folgenden werden besondere Beispiele dieser Methode zur Herstellung von drei Produkten, die hier als (X), (Y) und (Z) bezeichnet werden, angegeben, welche komplexe
Assoziationen von Kalziumzuckerphosphaten und anorgani schem Kalziumphosphat, die gemäss der vorliegenden Erfin dung als kariostatische Substanzen verwendbar sind, enthal ten. Wie aus der Herstellung von (X) und (Y) ersichtlich, kann das Verhältnis des anorganischen Phosphats im Produkt auch durch Variierung des Verfahrens zur Wiedergewinnung aus der Reaktionsmischung verändert werden.
Präparation 1
Produkt (X)
Eine Lösung aus 127 kg Saccharose in 63,5 1 Wasser wurde mit 295 1 Wasser und 68 kg gelöschtem Kalk in einem Reaktionskessel gemischt. Zusätzliches Wasser wurde zugesetzt, um das Volumen auf 591 1 zu bringen. Die Lösung wurde auf 5" C abgekühlt und bei dieser Temperatur während 8 Stunden gehalten, während welcher Zeit 54,5 kg Phosphoroxychlorid, gelöst in 54,5 kg Trichloräthylen, unter heftigem Rühren stufenweise zugesetzt wurden. Als die Reaktion beendet war, wurde die Mischung zentrifugiert, um suspendierte Feststoffe und Trichloräthylen zu entfernen, und dann in einen Glasbehälter gepumpt, wo 20001 denaturierter absoluter Alkohol unter Rühren zugesetzt wurden, um ein Rohprodukt, welches eine komplexe Assoziation von Kalziumsaccharosephosphaten und anorganischem Kalziumphosphat enthält, auszufällen.
Der erhaltene Niederschlag wurde abgetrennt und viermal mit 80%igem Äthanol ausgelaugt, ehe er in einer Zentrifuge gesammelt und zu einem feinen weissen Pulver, dem Endprodukt, getrocknet wurde.
Bei Anwendung herkömmlicher Verfahren wurde gefunden, dass die Teilanalyse einer besonderen Charge des Produktes (X) wie folgt war (Prozentsätze beziehen sich auf das Trockengewicht des Produktes):
Kalzium 12,5%
Gesamtphosphor 9,3 % anorganischer Phosphor 2,8 %
Gewichtsverlust beim Trocknen 11,0%
Gewichtsverlust beim Glühen 63,0%
Das Produkt ist eine komplexe Assoziation von Kalziumsaccharosephosphaten und löslich gemachtem anorganischem Kalziumphosphat zusammen mit geringeren Bestandteilen, welche für die Reaktion charakteristisch sind (z. B. Spuren von Kalziumchlorid).
Durch Verfahren, welche im vorhergehenden angegeben wurden, zeigte sich, dass dieses Produkt im wesentlichen aus den folgenden Komponenten in annähernd den angegebenen Verhältnissen besteht (Gew. %, bezogen auf das Trockengewicht des Produktes): 85 % im wesentlichen amorphe Kalziumsalze mehrerer Saccharosephosphate, 15% anorganisches Kalziumphosphat, das im festen Zustand im wesentlichen als ein amorphes Trikalziumorthophosphat vorliegt, Spuren von freier Saccharose und Kalziumchlorid.
Im Hinblick auf die Fig. 1 oder 2 ist ersichtlich, dass das
Produkt (X) an fünf elektrophoretischen Banden kenntlich ist. Von diesen ist die Bande 5, die sich am schnellsten bewegende und entspricht dem anorganischen Phosphat. Es zeigt sich, dass die verbleibenden Banden 1 bis 4 je aus den vorher beschriebenen Saccharosephosphatanionentypen bestehen und aus folgenden Prozentsätzen des Gesamttrockengewichtes des Produktes stammen: Bande 1 - etwa 5 %, Bande 2 - etwa 35 %, Bande 3 - etwa 10%, Bande 4 - etwa 35 %.
Das Produkt ist in Wasser leicht löslich, und stabile viskose Lösungen können hergestellt werden, die soviel wie 70 Gew. % gelöste Feststoffe enthalten. Diese Lösungen enthalten etwa 19 Gew. % gelöstes anorganisches Kalziumphosphat (bezogen auf das Gewicht der anwesenden Kalziumsaccharosephosphate) und haben pH-Werte von mehr als 7.
Wenn die Lösungen mit Wasser auf weniger als etwa 10 Teile gesamt gelöste Phosphate pro 100 Gewichtsteile Wasser verdünnt werden, können unlösliche Stoffe, die aus anorganischem Kalziumphosphat in Verbindung mit einigen Kalziumsaccharosephosphaten bestehen, langsam ausgefällt werden. Die Form und Zusammensetzung des ausgefällten Materials, die Menge der Ausfällung und das Verhältnis der Ausfällung sind alle abhängig u. a. von der Konzentration der Lösung.
Präparation 2
Produkt (Y)
Dieses Produkt wurde durch ein modifiziertes Phosphorylierungsverfahren, wie es für das Produkt (X) beschrieben wurde, hergestellt. Anstelle der Ausfällung des Reaktionsproduktes nach Zentrifugieren der Reaktionsmischung wurde eine dem in der Reaktionsmischung verbleibenden freien Chlorid äquivalente Menge Dinatriumhydrogenphosphat zugesetzt. Die so erhaltene Lösung wurde dann zur Trockene eingedampft.
Bei Anwendung herkömmlicher Techniken wurde gefunden, dass die Teilanalyse einer bestimmten Charge des Produktes (Y) wie folgt war (die Prozentsätze beziehen sich auf das Trockengewicht des Produktes):
Kalzium 10,5%
Gesamtphosphor 8,6% anorganischer Phosphor 5,7%
Es zeigte sich (durch vorher beschriebene Verfahren), dass das Produkt (Y) im wesentlichen aus den folgenden Komponenten in annähernd den angegebenen Verhältnissen besteht (Gewichtsprozentsätze, bezogen auf das Trockengewicht des Produkts): 35 % Kalziumsaccharosephosphate, 29 % Trikalziumphosphat, 17 % freie Saccharose und 19% Natriumchlorid.
Etwa 57 % dieses Produktes sind in Wasser bei einem Gesamtgewichtsverhältnis der Feststoffe zu Wasser von 1 :5 löslich. Die zwei Phasen haben die folgende annähernde Zusammensetzung: % löslich % unlöslich Kalziumsaccharosephosphate 18,9 15,7 Trikalziumphosphat 1,5 27,3 freie Saccharose 17,4 Natriumchlorid 19,2
Total 57 43
Etwa 8 % Trikalziumphosphat, bezogen auf das Gewicht der löslichen Kalziumsaccharosephosphate, sind in Wasser bei einer Konzentration von etwa 4% gesamtlöslicher anorganischer und Saccharose-Phosphate löslich.
Hinsichtlich der Fig. 1 zeigt sich, dass das Produkt (Y) im wesentlichen an fünf elektrophoretischen Banden, 1 bis 5, kenntlich ist. Diese Analyse ist ähnlich den elektrophoretischen Banden 1 bis 5 für Produkt (X). In der Zeichnung für Produkt (Y) entspricht die schwache Bande unter Bande 1 der freien Saccharose.
Präparation 3
Produkt (Z)
90 g Glukose wurden in 1,5 1 Wasser gelöst, und hernach wurden 92,5 g Kalziumhydroxyd der Lösung zugesetzt. Die Mischung wurde sodann auf 0 C abgekühlt und auf dieser Temperatur gehalten, wobei stufenweise unter heftiger Bewegung 46 ml Phosphoroxychlorid, gelöst in 75 ml Trichlor äthylen, zugesetzt wurden. Die Reaktionsmischung wurde dann eine Stunde lang gerührt, ehe sie zwecks Entfernung etwaigen ungelösten Materials zentrifugiert wurde. Die so erhaltene Flüssigkeit wurde dann auf annähernd 40 % Feststoffe konzentriert und das Reaktionsprodukt durch Zusatz von Äthanol bis zu einer Konzentration von etwa 90 Gew. %, bezogen auf das Gewicht der Flüssigkeit, ausgefällt. Das Produkt wurde viermal unter ähnlichen Bedingungen isoliert, wiedergelöst und wiederausgefällt, um lösliche Verunreinigungen zu entfernen (z.
B. Kalziumchlorid).
Bei Anwendung herkömmlicher Techniken wurde gefunden, dass die Teilanalyse einer bestimmten Charge des Produktes (Z) wie folgt war (Prozentsätze beziehen sich auf das Trockengewicht des Produktes):
Kalzium 10,7%
Gesamtphosphor 11,5% anorganischer Phosphor 1,32%
Das Produkt enthält im wesentlichen eine komplexe Assoziation von Kalziumglukosephosphaten und löslich gemachtem anorganischem Kalziumphosphat.
Es zeigte sich (durch vorher beschriebene Verfahren), dass diese Assoziation im wesentlichen aus den folgenden Komponenten in annähernd den gegebenen Verhältnissen besteht (Prozentsätze beziehen sich auf das Trockengewicht des Produktes): 90 % im wesentlichen amorphe Kalziumsalze von mehreren Glukosephosphaten und 7% anorganisches Kalziumphosphat, das in festem Zustand im wesentlichen als ein amorphes Trikalziumorthophosphat vorliegt.
Die Fig. 2 der Zeichnung zeigt vergleichbare elektrophoretische Muster für die Produkte (X) und (Z). Die Muster sind verschieden, zeigen aber beide dieselbe sich am schnellsten bewegende Bande des anorganischen Phosphats, identifiziert als Bande 4' für (Z).
Im Falle des Produktes (Z) kann durch Anwendung von früher in Verbindung mit Saccharosephosphaten erwähnten
Techniken gezeigt werden, dass die verbleibenden Banden
1' bis 3' den Glukosephosphatkomponenten entsprechen.
Es zeigt sich, dass die grössere Gruppe der im Produkt anwesenden (und der Bande 2' entsprechend) Glukosephosphate aus Glukosemonophosphaten zusammengesetzt ist.
Das Produkt (Z) löst sich in Wasser vollständig, vorausgesetzt, dass die erhaltene Lösung hinreichend konzentriert ist (z. B. 50 Gew. % Gesamtfeststoffe). Die Lösung enthält etwa 8% der anorganischen Kalziumphosphatkomponente, bezogen auf das Gewicht der anwesenden Kalziumglukosephosphate und besitzt einen pH-Wert von etwa 7. Wenn die Lösung auf etwa 1 Gewichtsteil gesamtgelöster Phosphate pro 100 Gewichtsteile Wasser verdünnt wird, wird sie äusserst schnell wolkig infolge der Ausfällung von feindispersem unlöslichem Material.
Bei der Herstellung der oben beschriebenen kariostatischen Substanzen stammt die Zuckerphosphatkomponente aus Saccharose oder Glukose. Es versteht sich jedoch, dass genau vergleichbare Methoden angewendet werden können, um kariostatische Substanzen, die Kalziumzuckerphosphate enthalten, welche von anderen Zuckern stammen, z. B.Arabinose, Ribose, Xylose, Fruktose, Galaktose, Laktose, Maltose, Raffinose oder Mischungen hievon, herzustellen.
Nachweis der kariostatischen Wirkung
Bei Experimenten, die zur vorliegenden Erfindung führten, wurde ein umfassendes Forschungsprogramm durchgeführt, um das kariostatische Verhalten von (u. a.) Kalziumzuckerphosphaten und komplexen Verbindungen von Kalziumzukkerphosphaten und anorganischem Kalziumphosphat zu untersuchen.
In diesem Programm sind Experimente inbegriffen, die die Wirkung dieser Substanzen auf 1. die Löslichkeit und das Löslichkeitsverhältnis von Hydroxy apatit und Zahnschmelz, 2. die Erweichung und Wiederhärtung des Zahnschmelzes, 3. das Auftreten der Zahnkaries bei Ratten, erstens wenn die Substanzen in einer Zahnpaste auf die Zähne aufge bracht wurden, und zweitens wenn die Substanzen in
Nahrungsmitteln verabreicht wurden, ermittelten.
Einige der aus diesen Laboratoriumsversuchen erhaltenen Ergebnisse werden im nachstehenden angegeben.
Der kariogene Effekt besteht letztlich in der Dekalzifikation des Zahnschmelzes durch Lösung des Hydroxyapatits in der Zahnoberfläche. So kann von jeder Verbindung, von der nachgewiesen werden kann, dass sie diesen Lösungsprozess verhindert, ebenso nachgewiesen werden, dass sie prophylaktische kariostatische Aktivität besitzt.
Versuch 1
Die Auflösung von Hydroxyapatitpellets in einer Lösung mit einem pH von 4,0 (Kaliumazetatpuffer) unter ständigem Rühren wurde sowohl in Gegenwart als auch in Abwesenheit von verschiedenen Zuckerphosphatanionen untersucht. Kaliumzuckerphosphate, die frei von anorganischem Phosphat waren, wurden in allen Fällen verwendet, so dass die tatsächliche Wirkung des Anions, abgesehen von der Verhinderung der Auflösung, die bekanntlich von Kalzium- und Phosphationen bewirkt wird, beobachtet werden konnte.
Die Gegenwart dieser verschiedenen Kaliumzuckerphosphate in der Lösung verminderte den Auflösungsanteil von Hydroxyapatit um die bezüglichen Faktoren, die in Tabelle 1 angegeben sind.
Tabelle 1
Zusatz* Faktor Kein Zusatz 1,00 Dikaliumglukose-6-phosphat 1,75 Dikaliumglukose-1-phosphat 1,75 Tetrakaliumfruktose-1,6-diphosphat 2,00 Dikaliumsaccharosephosphat 2,54 * in einer Konzentration von 1,0 X 10-2 molar vorliegend
Das Einsetzen der Zahnkaries wird durch Dekalzifikation des Zahnschmelzes unter der Oberfläche angezeigt. Diese Dekalzifikation vermindert die Härte der Zahnoberfläche, wie durch herkömmliche Härtetests (z. B. das Knoop-Ver fahren) gemessen wurde. So könnte jede Verbindung, von der sich zeigt, dass sie ein Material in den dekalzifizierten erweichten Zahnschmelz einlagert, und so den Zahnschmelz wieder härtet, sehr gut sowohl prophylaktische als auch hei lende kariostatische Aktivität besitzen.
Versuch 2
Wenn das Produkt (X) in einer Konzentration von 0,5 Gew. % einem wässerigen Testmittel, welches Milchsäure enthält, einverleibt wird, verhindert es bedeutend die Erweichung des geglätteten Zahnschmelzes bei einem derart niedrigen pH-Wert von 3,8.
Versuch 3
Wenn polierter Zahnschmelz 6 Stunden lang in eine Lösung mit einem pH-Wert von 4,5 (Kalziumacetatpuffer) eingetaucht wurde, zeigte sich eine Erweichung bis zu 140 KHZ Einheiten (Knoopsche Härtezahl). In ähnlichen Lösungen, die 0,05 % und 0,5 Gew. % des Produktes (X) enthielten, waren die entsprechenden Erweichungsgrade nach 6 Stunden 52 bzw. 20 KHZ-Einheiten.
Versuch 4
Stücke von poliertem Zahnschmelz wurden zuerst durch Eintauchen in eine Lösung mit einem pH von 4,5 (Kaliumacetatpuffer) erweicht und dann in Aufschlämmungen eingetaucht, die Dispersionen einer herkömmlichen Zahnpaste in Wasser, denen eine Vielzahl von Zusätzen einverleibt war, enthielten (Dispersionsfaktor: 1 g Zahnpaste in 5 ml Wasser).
Die Zahnpaste enthielt die folgenden Bestandteile (Gewichtsteile): dibasisches Kalziumphosphat 40
Glycerin 16
Sorbitsirup 10
Tragantgummi 1,0
Saccharin (löslich) 0,1
Natriumlaurylsulfat 1,0
Methyl-p.hydroxybenzoat 0,1
Wasser auf 100 Gewichtsteile
Die Tabelle 2 gibt die Beschaffenheit des Zusatzes, die Härte der bezüglichen Zahnschmelzstücke nach der Erweichung, den Grad dieser vorhergehenden Erweichung und den Grad der Wiedererhärtung nach dem Eintauchen in die Aufschlämmung an. Die Härtezahlen werden in dieser Beschreibung durchwegs in KHZ-Einheiten angegeben.
Tabelle 2
Zusatz* Härte nach Erweichung Abnahme der Härte Bereich des Härteanstieges Kein Zusatz 206 133 +2 bis +7 10 % Kalziumnitrat 201 121 -1 bis +6 10 % Dinatriuiaihydrogenphosphat 188 129 +3 bis +6 10 % Dikaliumsaccharosephosphate 183 112 +2 bis +6 10 % Kalziumsaccharosephosphate 199 127 +9 bis +20
5 % Produkt (X) 219 128 +9 bis +15 10 % Produkt (X) 213 126 +16 bis +26 20 % Produkt (X) 214 121 +28 bis +35 20 % Produkt (Y) 183 150 +15 bis +32 ' * Die Konzentration des Zusatzes wird als Gewichtsprozentsatz der
Zahnpaste ausgedrückt.
Versuch 5
Stücke von poliertem Zahnschmelz wurden wie in Beispiel 4 behandelt und der Wiedererhärtungsgrad für drei verschiedene Konzentrationen eines Zusatzes, der aus Produkt (X) bestand, bestimmt.
Die Tabelle 3 gibt die Konzentrationen des Zusatzes in den drei Aufschlämmungen (1), (2) und (3), die Härte der bezüglichen Zahnschmelzstücke nach der Erweichung und den Grad der vorhergehenden Erweichung an.
Tabelle 3
Produkt (X), Härte nach Abnahme der Härte
Konzentration der Erweichung in der
Aufschlämmung* (1) 5% 213 140 (2) 10 % 235 100 (3) 20% 215 130 * Die Konzentration des Produktes (X) ist in einem Gewichtsprozentsatz der Zahnpaste ausgedrückt.
Die Tabelle 4 gibt den Grad der Wiedererhärtung an, welcher nach verschiedenen Perioden des Eintauchens in die bezüglichen Aufschlämmungen auftrat. Es wurde bemerkt, dass in allen Fällen während kurzer Zeitperioden bedeutende Wiedererhärtungsgrade erreicht wurden.
Tabelle 4
Härtezuwachs im Zeitintenall (min) Aufschlämmung 1 2 3 4 5 6 8 9 10 12 15 (1) - - 8 - - 13 - 11 - 14 12 (2) - 6 - 13 - 16 22 - 19 - 21 (3) 8 12 28 34 35 - - - - - 35
Versuch 6
Wenn polierter Zahnschmelz, der zuerst durch Eintauchen in eine Lösung mit einem pH von 4,5 (Kaliumacetatpuffer) erweicht worden war, in wässerige Lösungen, die das Produkt (X) oder das Produkt (Z) in verschiedenen Konzentrationen innerhalb des Bereiches von 1 bis 20 Gew. % enthielten, eingetaucht wurde, zeigte sich, dass er in allen Fällen wiedererhärtet.
Die Tabelle 5 gibt die Beschaffenheit des Zusatzes, die Härte der bezüglichen Zahnschmelzstücke nach dem Erweichen, den Grad dieser vorhergehenden Erweichung und das Ausmass der nachfolgenden Wiedererhärtung an.
Tabelle 5
Zusatz Härte nach Erweichung Abnahme der Härte Bereich des Härtezuwachses Produkt (X) 20 X 213 100 +30 bis +40
10% 214 97 +20bis+30
5% 231 91 +20bis+30
2% 223 106 +15 bis+25
1% 229 112 +l5bis+25 Produkt (Z) 20% 219 108 +lObis+25
2% 261 59 +lObis+25
Versuch 7
Es wurde gefunden, dass der Zahnschmelz sich wiedererhärtet, wenn ein menschlicher Zahn, dessen Schmelz durch die Wirkung von Milchsäure geringfügig erweicht worden war.
6 Tage lang in eine Lösung von 1 Gew. % des Produktes (X) in Speichel eingetaucht wurde. Speichel härtete den erweichten Zahn in Abwesenheit des Produktes (X) nicht wieder.
Versuch 8
Stücke polierten Zahnschmelzes wurden wie in Beispiel 4 behandelt mit der Ausnahme, dass die Aufschlämmungen, die ausgewählte Zusätze enthielten, mit Speichel (einer Zusammensetzung, die von vier Menschen stammte) anstelle von Wasser aufbereitet wurden.
Einzelheiten über den Zusatz und die Härtebestimmungen sind in Tabelle 6 angegeben.
Tabelle 6
Zusatz* Härte nach Erweichung Abnahme der Härte Bereich des Härtezuwachses Kein Zusatz 220 115 +6 bis +8 10 % Kalziumnitrat 231 117 +16 bis +23 10 % Dinatriumhydrogenphosphat 163 158 +10 bis +20 10 % Dikaliumhydrogenphosphat 190 136 0 bis +4 10 % Produkt (X) 197 114 +32 bis +37 * Die Konzentration des Zusatzes ist als Gewichtsprozentsatz der Zahnpaste angegeben.
Versuch 9
Stücke eines nichterweichten polierten Zahnschmelzes wurden mit drei Materialien gebürstet (elektrische Zahnbürste):
1. destilliertem Wasser, 2. einer Lösung, die aus 20 Gew. % Produkt (X) in destillier tem Wasser bestand, 3. einer Aufschlämmung, die aus einer Dispersion von 1 g einer herkömmlichen Zahnpaste in 5 ml destilliertem
Wasser, dem das Produkt (X) einverleibt war, bestand.
Der Anteil des Produktes (X) in der Aufschlämmung betrug 20 Gew. %, bezogen auf das Gewicht der Zahnpaste, und die Zahnpaste war die gleiche wie die in Beispiel 4 beschriebene.
Die Tabelle 7 gibt die anfängliche Härte des Zahnschmelzes, den Härtezuwachs nach den verschiedenen Bürstperioden und den beobachteten Umfang des Härtezuwachses an.
Tabelle 7 Material anfängliche Härte Härtezuwachs im Zeitintervall Bereich des Härtezuwachses (min)
2 4 6
1 357 +2 +6 -8 -8 bis +6
2 323 +20 +10 +24 +10 bis +25
3 313 +42 +31 +42 +30 bis +40
Die Wirkung der Zuckerphosphate auf die Dekalzifikation und Wiedererhärtung des Zahnschmelzes (die durch obige Experimente demonstriert wurde) deutet darauf hin, dass das Auftreten von Karies bei kariesanfälligen Ratten entweder durch das Bürsten der Zähne mit einem Zahnputzmittel, dem die beschriebenen komplexen Assoziationen gemäss der vorliegenden Erfindung einverleibt sind, oder durch Fütterung der Ratten mit einem Nahrungsmittel, dem derartige komplexe Assoziationen einverleibt sind, eingeschränkt werden dürfte. Die Beispiele 10 und 11 veranschaulichen die Richtigkeit dieser Hypothese.
Versuch 10
Es zeigte sich, dass eine auf die Zähne von Ratten gebürstete Zahnpaste, die 10 Gew. % des Produktes (X) enthielt, eine Herabsetzung der Stärke der Karies um 27 %, verglichen mit einer Kontrollzahnpaste, die diese Substanz nicht enthielt (die herkömmliche Zahnpastenformel ist in Beispiel 4 beschrieben), bewirkte.
Versuch 11
Eine Osborne-Mendel-Art von Ratten (diese sind für Zahnkaries anfällig, wenn sie mit einer Nahrung, die reich an raffinierten Kohlehydraten ist, gefüttert werden) wurde verwendet, um die Wirksamkeit dieser kariostatischen Substanzen darauf zu prüfen, inwieweit sie das Auftreten der Karies, wenn sie in verschiedenen Konzentrationen der Nahrung zugesetzt werden, vermindern.
Die Grundnahrung hatte einen hohen Anteil an raffiniertem Kohlehydrat, sie besass jedoch einen adäquaten Phosphoranteil im Hinblick auf die Nahrhaftigkeit und bestand aus folgenden Komponenten (Gewichtsteile):
Zucker (Saccharose) 59
Magermilchpulver 27
Vollweizenmehl 6
Alphalpha 3
Leberpulver 4
Alle Komponenten der Nahrung waren frei von bemerkenswerten Mengen Fluorid. Als diese Nahrung über einen Zeitraum von etwa 6 Wochen an Kontrollgruppen von Ratten verfüttert wurde, entstand bei den Tieren Karies. Den Testgruppen der Ratten wurde diese Grundnahrung jedoch mit einem Zusatz verschiedener Mengen von kariostatischen Substanzen aus Produkt (A), Produkt (X) und Produkt (Y) eingegeben.
Die Tabelle 8 zeigt die Ergebnisse von drei Testserien (jede verglichen mit der gleichen Kontrollgruppe), die mit dem angegebenen, der Nahrung einverleibten Zusatz (1 Gew. Wo der Gesamtnahrung) durchgeführt wurden.
Tabelle 8
Zusatz Verminderung der Verminderung der
Karies bei glatter gesamten Karies
Oberfläche Produkt (A) 89 25 Produkt (X) 65 21 Produkt (Y) 58 29
Es zeigte sich, dass alle Zusätze unter diesen Bedingungen bei Ratten kariostatisch waren, wobei die Wirkung auf Karies bei glatter Oberfläche grösser war als auf Karies, die bei nicht oder schwer zugänglichen Oberflächen auftrat.
Andere kariostatische Substanzen, die durch in vitro-Experimente (etwa wie in Versuch 2) oder durch in vivo-Experimente (etwa wie in Versuch 11) getestet wurden, enthalten Kalziumzuckerphosphate und die beschriebenen komplexen Assoziationen von Kalziumzuckerphosphaten und anorganischem Kalziumphosphat, wobei der Zuckeranteil von einem Zucker stammt, der folgender Gruppe angehört: Fruktose, Glukose, Maltose und Laktose. Alle diese Substanzen zeigten einen Hemmeffekt, entweder im Hinblick auf den Angriff der Milchsäure auf menschlichen Zahnschmelz oder im Hinblick auf das Auftreten von Zahnkaries bei kariesanfälligen Ratten.
Die Beschaffenheit der Zahnkaries ist so, dass es nicht möglich ist, die relative Wirksamkeit all dieser Substanzen quantitativ vorherzusagen, während anderseits die beschriebenen Experimente auf deren Nützlichkeit bei der Verhinderung der Zahnkaries bei Menschen hindeuten.
Es wurde durch Laboratoriumsexperimente gezeigt, dass wenigstens drei mögliche kariostatische Mechanismen wirksam werden könnten, wenn Stoffzusammensetzungen, die die beschriebenen erfindungsgemäss verwendeten komplexen Assoziationen enthalten, in vivo auf menschliche Zähne angewendet werden. Diese sind: 1. die Verhinderung der Lösung des Hydroxyapatits vom
Zahnschmelz, welche in Gegenwart von Kalziumionen und anorganischen Phosphationen (allgemeiner Ionen effekt) auftritt, 2. unter entsprechenden Bedingungen die Ausfällung von
Kalziumionen und Phosphationen am Hydroxyapatit des
Zahnschmelzes, wobei er gehärtet wird, 3. die Absorption der Zuckerphosphatanionen am Hydroxy apatit des Zahnschmelzes, wobei der Verlust von Kalzium ionen und anorganischen Phosphationen unter sauren Be dingungen verhindert wird.
Die relative Wichtigkeit dieser drei Effekte und deren Bedeutung hinsichtlich der Zahnkaries bei Menschen kann man - bei diesem Stand - nur mutmassen. Es ist jedoch offensichtlich, dass die Mechanismen 1, 2 und 3 alle möglich sind, wenn die fraglichen kariostatischen Substanzen die beschriebenen komplexen Assoziationen gemäss der vorliegenden Erfindung sind. Anderseits, wenn die kariostatischen Substanzen Kalziumzuckerphosphate an sich sind, sind die einzigen wirksamen und auch möglichen Mechanismen die Mechanismen 1 (zum Teil) und 3. Aus diesem Grunde haben die beschriebenen komplexen Assoziationen wahrscheinlich eine höhere kariostatische Aktivität bei Menschen als Zuckerphosphate an sich.
Versuch 12
Das Produkt (X) wurde bis zu 5 Gew.% der in Beispiel 4 beschriebenen Zahnpaste einverleibt, und diese wurde in einem ausgedehnten Versuch an Schulkindern gegenüber einer Kontrollzahnpaste, der der Zusatz nicht einverleibt war, getestet. Es wurde gefunden, dass das Verhältnis der ange faulten, fehlenden oder gefüllten Zahnoberflächen bei Kin dern, die die Zahnpaste mit dem Produkt (X) verwendeten, erheblich geringer war als das Verhältnis bei Kindern, die die
Kontrollzahnpaste verwendeten (die Unterschiede zwischen den Test- und Kontrollgruppen waren statistisch bedeutsam bei einem Niveau von 0,1%).
Die kariostatischen Substanzen können mit kariogenen
Trägersubstanzen auf jede herkömmliche Weise (als Fest stoffe oder als Lösung), die vorzugsweise sicherstellt, dass deren Verteilung so einheitlich wie möglich ist, vereinigt werden.
Die Substanzen können mit Nahrungsmittelträgern derart vereinigt werden, dass sie den Rohmaterialien, aus denen das Nahrungsmittel hergestellt ist, einverleibt werden oder dass sie dem Halbfabrikat oder Endprodukt einverleibt wer den. Sie können direkt Zucker, Mehl und Getreide (z. B.
Mais, Weizen, Reis, Hafer, Gerste, Soja) und verschiedenen
Mischungen (z. B. Brot- und Kuchenmischungen) einverleibt werden, welche dann zur Herstellung von Endprodukten mit kariostatischen Eigenschaften (z. B. Brot oder Kuchen) verwendet werden können. Sie können ebenso direkt ver schiedenartigem Konfekt, Zuckerwaren, Getränken, Sirup arten, Dosennahrungsmitteln, Eiscreme, Gelatine od. dgl.
einverleibt werden.
Vorzugsweise liegt die Konzentration der Substanzen in
Nahrungsmitteln im Bereich von 0,1 bis 6,0 Gew. %, bezogen auf das Nahrungsmittel. Höhere Konzentrationen als diese in Nahrungsmitteln, welche als Teil der normalen Nahrung konsumiert werden, sind zum Schutz gegen Zahnkaries nicht notwendig.
Die folgenden Beispiele erläutern die Einverleibung des beschriebenen Produktes (X) in eine Vielzahl von kario genen Trägersubstanzen. Andere kariostatische Substanzen gemäss der vorliegenden Erfindung können auf ähnliche
Weise denselben Trägersubstanzen einverleibt werden, und vergleichbare Verfahren können für die Einverleibung solcher
Substanzen in alternative Trägersubstanzen verwendet wer den.
Beispiel 1
Zucker
Zuckerkristalle wurden mit dem Produkt (X) überzogen, um eine Zusammensetzung, die 1 Gew. % des Komplexes ent hielt, zu ergeben.
Dies wurde durch verschiedene Vorgangsweisen erreicht, wie:
1. Aufsprühen einer Lösung des Produktes (X) in Wasser auf die Zuckerkristalle in einem Rotationstrockner, 2. Besprühen der Kristalle mit einer wässerigen Lösung des
Produktes (X), ehe sie im Verlaufe der Zuckerherstel lung von den Zentrifugen entnommen werden,
3. Vermischen von trockenem Zucker und Produkt (X) unter schwacher Wasserbesprühung.
Beispiel 2
Getreide
Ein Nährmittel aus Getreide corn flakes (Maisflocken) wurde mit einer Lösung des Produktes (X) in Wasser besprüht. Die Flocken wurden sodann zu einem Endprodukt, welches 1 % des Produktes (X) enthielt, getrocknet.
Beispiel 3
Brot
2 Gew. % des Produktes (X) wurden zu Mehl während des Mischens der Bestandteile für die Herstellung von Brot zugesetzt und das Brot dann auf übliche Weise weiterverarbeitet.
Bei der Herstellung von kariogenen Zahnpflegemitteln und Mundwassern, die innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung liegen, kann die ausgewählte kariostatische Substanz auf jede geeignete Weise der Trägersubstanz einverleibt werden, und zwar in Abhängigkeit davon, ob ein Pulver, eine Paste oder ein flüssiges Präparat hergestellt werden soll. Geeignete andere Bestandteile (z. B. oberflächenaktive Mittel, Bindemittel, Schleifmittel, Aromastoffe und andere Exzipienten) können ebenfalls in den Träger einverleibt werden, um die erwünschte Form des Zahnpflegemittels oder Mundwassers zu erhalten.
Die Menge der kariostatischen Substanz, die gewöhnlich in nichtkariogenen Trägern verwendet wird, ist im allgemeinen so, dass die Konzentration nicht weniger als 1 Gew. % der gesamten Zusammensetzung beträgt. Es gibt kein Toleranzproblem, so dass auch viel höhere Konzentrationen mit grossem Erfolg in Zahnpflegemitteln und Mundwässern verwendet werden können.
Es wurde gefunden, dass ein bekanntes Schleifmittel, welches in Zahnpflegemitteln verwendbar ist, durch weitere Phosphorylierung des Produktes (X) hergestellt werden kann, um ein weniger lösliches Material, das hier als Produkt (X') bezeichnet wird, zu ergeben. Dies kann durch Verwendung von zusätzlichen Quantitäten von Phosphoroxychlorid und Kalk bei der Reaktion, welche im vorhergehenden für die Herstellung des Produktes (X) beschrieben wurde, bewerkstelligt werden; alternativ kann auch das isolierte Produkt (X) in einer Lösung in Anwesenheit von Kalk durch Zusatz von Phosphoroxychlorid weiter phosphoryliert werden.
Die erhaltene Substanz, das Produkt (X'), besteht aus anorganischem Kalziumphosphat und Kalziumsaccharosephosphaten, ist aber erheblich weniger löslich als das Produkt (X). Es wurde weiterhin gefunden, dass es Schleifmitteleigenschaften besitzt, welches es für den Gebrauch in Zahnpflegemitteln in Verbindung mit oder anstelle von bekannten Zahnschleifmitteln, wie Dikalziumphosphat, geeignet machen. Die Verwendung des Produktes (X') wird nachstehend in den folgenden Beispielen erläutert.
Beispiel 4
Zahnpaste
Eine Zahnpaste wurde hergestellt, welche die folgenden Komponenten (Gew. %) enthält:
Produkt (X) 5,0%
Tragantgummi 1,0%
Saccharin (löslich) 0,1 %
Glycerin (B.P.) 20,0%
Natriumlaurylsulfat 1,0%
Methyl-p.hydroxybenzoat 0,1 %
Aroma- und Farbstoffe 1,0% dibasisches Kalziumphosphat 35,0%
Wasser 36,8%
Der pulverisierte Tragantgummi, Methyl-p.hydroxybenzoat, Aroma- und Farbkomponenten wurden in Glycerin dispergiert. Das Saccharin, Natriumlaurylsulfat und Produkt (X) wurden zum Teil in Wasser gelöst, und diese wässerige Lösung wurde der Glycerindispersion zugefügt und durchgemischt.
Dieser Mischung wurde dann, wieder unter Durchmischen, die Kalziumphosphatkomponente, die vorher im verbleibenden Wasser angefeuchtet worden war, zugesetzt.
Auf Wunsch können auch geringe Mengen eines Fluorides (z. B. Natrium- oder Stannofluorid) zugesetzt werden.
Beispiel 5
Zahnpaste
Das Präparat gemäss Beispiel 4 wurde wiederholt, jedoch wurde das gesamte dibasische Kalziumphosphat durch das Produkt (X') im gleichen Gewichtsausmass ersetzt.
Beispiel 6
Zahnpaste
Das Verfahren gemäss Beispiel 4 wurde wiederholt, jedoch wurden 50 Gew.% des dibasischen Kalziumphosphates durch das Produkt (X') im gleichen Gewichtsausmass ersetzt.
Beispiel 7
Zahnpulver
Folgende Zubereitung wurde hergestellt (Gew. %):
Produkt (X) 5,0%
Saccharin (löslich) 0,1%
Farbstoff Spur dibasisches Kalziumphosphat 94,9%
Die Wirksamkeit dieses Mittels kann durch Zusatz geringer Mengen eines Fluorides noch erhöht werden.
Beispiel 8
Zahnpulver
Eine Zubereitung wurde hergestellt, welche aus folgenden Komponenten besteht (Gew. %):
Farbstoff Spur
Saccharin (löslich) 0,1%
Aromastoff Spur
Produkt (X) 5,0%
Produkt (X') 94,9%
Beispiel 9
Flüssiges Zahnpflegemittel
Eine Zubereitung wurde hergestellt, welche aus folgenden Komponenten besteht (Gew. %):
Natriumalginat 1,5%
Produkt (X') 5,0%
Natriumlaurylsulfat 1,0%
Produkt(X) 5,0%
Aromastoff Spur
Farbstoff Spur
Wasser 87,5%
Der Farbstoff und der Aromastoff wurden dem Produkt (X') zugesetzt, welches zusammen mit dem Alginat dann in Wasser, welches das Laurylsulfat enthielt, dispergiert wurde.
Produkt (X) wurde zugesetzt, und die Dispersion wurde mit Wasser bis zum richtigen Volumen verdünnt. Der pH-Wert der Lösung wurde auf 6,0 eingestellt. Auf Wunsch können diesem Präparat noch kleine Mengen eines Fluorides zugesetzt werden.