CN111448221B - 可流动的散装颗粒状多糖 - Google Patents

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Abstract

本文公开了包含具有约0.1‑10mm的平均尺寸的多糖颗粒的组合物。这些颗粒至少包含(i)约50重量％‑90重量％的水或水性溶液，和(ii)约10重量％‑50重量％的不溶性α‑葡聚糖或其不溶性阳离子醚，所述不溶性α‑葡聚糖包含α‑1，3‑糖苷键并且具有至少约100的重均聚合度(DPw)。进一步公开了制备这些组合物的方法，以及用于储存和/或移动它们的系统。

Description

可流动的散装颗粒状多糖
本申请要求美国临时申请号62/571,995(2017年10月13日提交)和62/725,532(2018年8月31日提交)的权益，将其以其全文通过引用并入本文。
技术领域
本公开属于多糖材料领域。例如，本公开涉及包含具有有利流动特性的不溶性α-葡聚糖颗粒的组合物。
背景技术
受到在多种应用中使用多糖的期望所驱动，研究人员已经探索了可生物降解的并且可以从可再生来源的原料经济地制造的多糖。一种这样的多糖是α-1，3-葡聚糖，其是特征在于具有α-1，3-糖苷键的不溶性葡聚糖聚合物。例如，已经使用从唾液链球菌(Streptococcus salivarius)分离的葡糖基转移酶制备了这种聚合物(Simpson等人，Microbiology[微生物学]141：1451-1460，1995)。还例如，美国专利号7000000公开了由酶促生产的α-1，3-葡聚糖制备纺成纤维。还研究了多种其他葡聚糖材料以用于开发新应用或增强的应用。例如，美国专利申请公开号2015/0232819公开了几种具有混合的α-1，3和-1，6键的不溶性葡聚糖的酶促合成。
典型地，具有高水分含量的散装颗粒状材料具有差的材料处理特性如低流动性，这可能不利地影响使用此类材料的下游操作(例如，储存和运输)。通常需要昂贵且复杂的设备来处理高水分散装材料。为了解决关于基于多糖的材料的这个问题，本文公开了具有有利流动特性的高水分不溶性α-葡聚糖组合物。
发明内容
在一个实施例中，本公开涉及一种包含具有约0.1-10mm的平均尺寸的颗粒的组合物，其中所述颗粒至少包含(i)约50重量％-90重量％的水或水性溶液，和(ii)约10重量％-50重量％的不溶性α-葡聚糖或其不溶性阳离子醚，其中所述不溶性α-葡聚糖包含α-1，3-糖苷键并且具有至少100的重均聚合度(DPw)。
在另一个实施例中，本公开涉及一种制备如本文公开的组合物的方法，所述方法包括：(a)提供第一组合物，所述第一组合物至少包含(i)约50重量％-90重量％的水或水性溶液，和(ii)约10重量％-50重量％的不溶性α-葡聚糖或其不溶性阳离子醚，以及(b)提供具有约0.1-10mm的平均尺寸的所述第一组合物的颗粒。
在另一个实施例中，本公开涉及一种用于储存和/或移动如本文公开的组合物的系统，其中所述系统包括容器，所述容器具有位于所述容器的底部部分的至少一个可打开/可关闭的排放出口，其中所述容器的至少一部分朝向所述排放出口渐缩，并且其中所述组合物在所述容器中并且当所述排放出口打开时从所述容器中连续地流出。
在另一个实施例中，本公开涉及一种用于运输如本文公开的组合物的系统，其中所述系统包括导管和通过所述导管运输所述组合物的气体，任选地其中所述系统的操作压力是约5-105psia，并且任选地其中所述气体是空气或惰性气体。
具体实施方式
所有引用的专利和非专利文献的公开内容通过引用以其全文并入本文。
除非另外公开，否则如本文所使用的术语“一个/一种”旨在涵盖一个/一种或多个/多种(即至少一个/一种)所引用的特征。
如果存在，所有范围是包含性的和可组合的，除非另有说明。例如，当列举“1至5”(即，1-5)的范围时，所列举的范围应解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1-2”、“1-2和4-5”、“1-3和5”等。
术语“α-葡聚糖”、“α-葡聚糖聚合物”等在本文中可互换地使用。α-葡聚糖是包含通过α-糖苷键连接在一起的葡萄糖单体单元的聚合物。在典型的实施例中，本文中的α-葡聚糖包含至少约80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、或100％的α-糖苷键。本文中的α-葡聚糖聚合物的实例包括α-1，3-葡聚糖。
术语“聚α-1，3-葡聚糖”、“α-1，3-葡聚糖”、“α-1，3-葡聚糖聚合物”等在本文中可互换地使用。α-1，3-葡聚糖是包含通过糖苷键连接在一起的葡萄糖单体单元的聚合物，其中至少约30％的糖苷键是α-1，3。在某些实施例中，α-1，3-葡聚糖包含至少约90％或95％的α-1，3糖苷键。本文中的α-1，3-葡聚糖中的大部分或全部其他键典型地是α-1，6，尽管一些键还可以是α-1，2和/或α-1，4。
术语“糖苷键(glycosidic linkage和glycosidic bond)”、“键(linkage)”等在本文中可互换地使用，并且是指将碳水化合物(糖)分子连接到另一基团(例如另一种碳水化合物)的共价键。如本文所使用的术语“α-1，3-糖苷键”是指通过相邻的α-D-葡萄糖环上的碳1和3将α-D-葡萄糖分子彼此连接的共价键的类型。如本文所使用的术语“α-1，6-糖苷键”是指通过相邻的α-D-葡萄糖环上的碳1和6将α-D-葡萄糖分子彼此连接的共价键。本文中的葡聚糖聚合物的糖苷键(glycosidic linkage)也可以称为“糖苷键(glucosidiclinkage)”。本文中，“α-D-葡萄糖”被称为“葡萄糖”。
本文中的α-葡聚糖的糖苷键谱图可以使用本领域已知的任何方法确定。例如，可以使用采用核磁共振(NMR)波谱法(例如，13C NMR或1H NMR)的方法确定键谱图。可以使用的这些和其他方法公开于例如，Food Carbohydrates：Chenistry，Physical Properties，and Applications[食品碳水化合物：化学、物理特性和应用](S.W.Cui编辑，第3章，S.W.Cui，Structural Analysis of Polysaccharides[多糖的结构分析]，美国佛罗里达州波卡拉顿泰勒弗朗西斯集团有限公司(Taylor&Francis Group LLC，Boca Raton，FL)，2005)，将所述文献通过引用并入本文。
本文中的大α-葡聚糖聚合物的“分子量”可以表示为重均分子量(Mw)或数均分子量(Mn)，其单位为道尔顿或克/摩尔。可替代地，大α-葡聚糖聚合物的分子量可以表示为DPw(重均聚合度)或DPn(数均聚合度)。较小α-葡聚糖聚合物(如寡糖)的分子量可以典型地以“DP”(聚合度)提供，所述分子量仅指α-葡聚糖内包含的葡萄糖的数量。用于计算这些不同分子量测量值的各种手段在本领域中是已知的，例如采用高压液相色谱法(HPLC)、尺寸排阻色谱法(SEC)或凝胶渗透色谱法(GPC)。
术语“颗粒”、“微粒”、“颗粒体”、“细粒”、“小片”和其他类似术语在本文中可互换地使用。本文中的颗粒具有约0.1-10mm(毫米)的平均尺寸(或平均标称尺寸)。术语“微粒状”、“颗粒状”和其他类似术语可用于表征本文中的不溶性葡聚糖(或其阳离子醚)的颗粒。在一些方面，颗粒尺寸可以是指颗粒直径和/或最长颗粒尺寸的长度。平均尺寸可以基于例如至少50、100、500、1000、2500、5000或10000或更多颗粒的直径和/或最长颗粒尺寸的平均值。
术语“粉末状”和类似术语在本文中可任选地用于将颗粒状不溶性葡聚糖(或其阳离子醚)表征为在质地和/或外观上类似于粉末。“粉末”通常定义为变成细的松散颗粒状态的任何固体物质，其水含量低于20wt％(典型地更低如低于15、10、5、3、1、0.5或0.1wt％)。术语粉末状与如上定义的粉末不同，因为公开的组合物具有至少约50wt％的水或水性溶液。
本文中的“颗粒形成装置”和其他类似术语是指可用于由不溶性葡聚糖(或其阳离子醚)的较大形式/制剂如滤饼制备不溶性葡聚糖(或其阳离子醚)的颗粒的任何装置。
术语“葡糖基转移酶(glucosyltransferase)”、“葡糖基转移酶(glucosyltransferase enzyme)”、“GTF”、“葡聚糖蔗糖酶”等在本文中可互换地使用。本文中的葡糖基转移酶的活性催化底物蔗糖的反应以制成产物α-葡聚糖和果糖。GTF反应的其他产物(副产物)可以包括葡萄糖、各种可溶性葡萄糖-寡糖、和明串珠菌二糖。葡糖基转移酶的野生型形式通常含有(在N-末端至C-末端方向上)信号肽(典型地被裂解过程除去)、可变结构域、催化结构域和葡聚糖-结合结构域。根据CAZy(碳水化合物活性酶)数据库(Cantarel等人，Nucleic Acids Res.[核酸研究]37：D233-238，2009)，将本文中的葡糖基转移酶分类在糖苷水解酶家族70(GH70)下。
术语“酶促反应”、“葡糖基转移酶反应”、“葡聚糖合成反应”、“反应组合物”、“反应制剂”等在本文中可互换地使用，并且通常指最初包含水、蔗糖、至少一种活性葡糖基转移酶和任选的其他组分的反应。
本文中的不溶性α-葡聚糖(或其阳离子醚)的“饼”是指浓缩、压实、包装、挤压和/或压缩形式的制剂，其至少包含(i)约50重量％-90重量％的水或水性溶液，和(ii)约10重量％-50重量％的不溶性α-葡聚糖。在一些方面，饼可以被称为“滤饼”或“湿饼”。
术语“按体积计百分比(percent by volume)”、“体积百分比(volume percent)”、“体积％(vol％)”、“体积/体积％(v/v％)”等在本文中可互换地使用。溶质在溶液中的按体积计百分比可以使用以下公式确定：[(溶质体积)/(溶液体积)]×100％。
术语“按重量计百分比(percent by weight)”、“重量百分比(weightpercentage，wt％)”、“重量-重量百分比(weight-weight percentage，％w/w)”等在本文中可互换地使用。按重量计百分比是指当材料包含在组合物、混合物、或溶液中时，所述材料在质量基础上的百分比。
如本文所使用的关于多肽氨基酸序列的术语“序列同一性”、“同一性”等是如美国专利申请公开号2017/0002336中所定义和确定的，其通过引用并入本文。
如本文所使用的术语“水性液体”、“水性流体”等可以是指水或水性溶液。本文中的“水性溶液”可以包含一种或多种溶解的盐，其中在一些实施例中最大总盐浓度可以是约3.5wt％。虽然本文中的水性液体通常包含水作为液体中的唯一溶剂，但水性液体可以任选地包含一种或多种可混溶于水中的其他溶剂(例如极性有机溶剂)。因此，水性溶液可以包含具有至少约80wt％的水的溶剂。
“不溶性的”、“水性不溶性的”、“水不溶性的”葡聚糖或其阳离子醚衍生物(和类似术语)(例如，不溶性α-1，3-葡聚糖)在水中或其他水性条件下不溶解(或不明显地溶解)，任选地其中所述水性条件的进一步特征是具有4-9的pH(例如，pH 6-8)和/或约1℃至85℃(例如，20℃-25℃)的温度。相比之下，本文中的“可溶性的”、“水性可溶性的”、“水可溶性的”葡聚糖如某些寡糖等(例如，具有小于8的DP的α-1，3-葡聚糖)在这些条件下明显地溶解。
在本文中使用的关于α-葡聚糖醚，特别是“阳离子α-葡聚糖醚”如阳离子α-1，3-葡聚糖醚的术语在美国专利申请公开号2016/0311935中定义，其通过引用并入本文。如本文所使用的术语“取代度”(DoS)是指在α-1，3-葡聚糖醚的每个单体单元(葡萄糖)中被取代(通过醚键用带正电荷的有机基团)的羟基基团的平均数。本文中的不溶性阳离子α-1，3-葡聚糖醚可具有最高达约0.3(例如，0.001至0.3)的DoS，因为在一些方面较高的DoS(＞0.3)可与可溶性阳离子α-1，3-葡聚糖醚相关。
如本文所使用的“带正电荷的有机基团”是指具有被另一个原子或官能团取代的一个或多个氢(例如，“取代的烷基”)的一个或多个碳的链(“碳链”)，其中所述取代中的一个或多个是用带正电荷的基团。当带正电荷的有机基团具有除了用带正电荷的基团进行的取代之外的取代时，这种额外的取代可以是用一个或多个羟基、氧原子(从而形成醛或酮基)、烷基、和/或额外的带正电荷的基团。带正电荷的有机基团具有净正电荷，因为它包含一个或多个带正电荷的基团。术语“带正电荷的基团”、“带正电荷的离子基团”、“阳离子基团”等在本文中可互换使用。带正电荷的基团包括阳离子(带正电荷的离子)。带正电荷的基团的实例包括取代的铵基团、碳阳离子基团和酰基阳离子基团。
本文中的术语“出口”、“排放出口”、“出处”和其他类似术语是指可打开/可关闭的开口，当打开时，所述开口可允许材料离开容器(从容器中排出)。一个或多个排放出口典型地可以位于容器的底部或底部部分的别处。在一些方面，排放出口的“直径”是指排放出口的最小截面面积的直径(如果出口是圆形的)或最长直径(如果出口是椭圆形的)。本文中的排放出口典型地在容器下方伸出(对准)。
本文中的术语“渐缩的”和类似术语是指容器朝向排放出口的一部分变窄(例如，逐渐和/或均匀的变窄)。这种变窄典型地向下延伸到排放出口的最小截面面积。如本文所使用的“与垂直的度数”表征渐缩的相对陡度。渐缩的陡度随着其与垂直的度数的减小而增加；例如，与垂直成60度的渐缩不如与垂直成30度的渐缩陡(即，具有更低的坡度)。应当理解，与垂直成0度表示没有渐缩。任选地，“与水平的度数”可用于描述渐缩，并且仅通过从90度中减去与垂直的度数计算。
本文中的具有一个或多个排放出口的“容器”典型地适合于容纳/储存和/或运输至少约100kg(千克)的本公开的不溶性α葡聚糖颗粒。
如本文所使用，“psia”(磅/平方英寸绝对压力)是指相对于真空而不是大气压力的压力单位。例如，大气压力为14.7psia。例如，5psia的压力表征部分真空。
术语“分离的”意指呈自然界中不存在的形式或在自然界中不存在的环境中的物质(或过程)。分离的物质的非限制性实例包括任何非天然存在的物质，如本文中的颗粒状不溶性葡聚糖(以及用于制备它的酶促反应和其他过程)。据信本文公开的实施例是合成的/人造的(除了人为干预/参与之外不可能制造)，和/或具有非天然存在的特性。
如本文所使用的术语“增加的”可以是指比所述增加的量或活性与之进行比较的量或活性多至少约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、50％、100％或200％的量或活性。术语“增加的”、“提高的”、“增强的”、“大于”、“改进的”等在本文中可互换地使用。
通常需要昂贵且复杂的设备来处理高水分散装材料。为了解决关于基于多糖的材料的这个问题，本文公开了具有有利流动特性的高水分不溶性α-葡聚糖组合物。
本公开的某些实施例涉及包含具有约0.1-10mm的平均尺寸的颗粒或由所述颗粒组成的组合物。这些颗粒至少包含以下或至少由以下组成：(i)约50重量％-90重量％的水或水性溶液，和(ii)约10重量％-50重量％的不溶性α-葡聚糖或其不溶性阳离子醚，其中所述不溶性α-葡聚糖包含α-1，3-糖苷键并且具有至少100的重均聚合度(DPw)。此类高水分不溶性α-葡聚糖组合物具有有利的流动特性，这使得能够进行更经济的储存和运输过程。
本文中的组合物包含具有约0.1-10mm的平均尺寸的颗粒。在一些方面，颗粒的平均尺寸是约0.1-7、0.1-6、0.1-5、0.1-4、0.1-3、0.1-2、0.5-7、0.5-6、0.5-5、0.5-4、0.5-3、0.5-2、1-7、1-6、1-5、1-4、1-3、1-2、1-10、2-10、2-8、2-6、2-4、4-10、4-8、4-6、6-10、6-8、8-10、5-10、5-7、6-7、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10mm。例如，可以使用适当大小的筛网/筛子来进行这些尺寸范围中的任一个的颗粒的分离。这些工具还可用于确定/确认颗粒尺寸。在一些方面，公开的组合物的颗粒等于或小于约7、6、5、4、3或2mm。在一些方面，颗粒尺寸可任选地按照通过使不溶性α-葡聚糖强制运送通过包括具有1-、2-、3-、4-、5-、6-、7-、8-、9-和/或10-mm通道(或通过如下对于颗粒形成装置所述的通道)的筛网/筛子(例如，磨碎机)的颗粒形成装置产生的颗粒尺寸来表征。以这种方式产生的颗粒典型地具有等于或小于通道尺寸的尺寸。
本文中的组合物中的颗粒包含约50重量％-90重量％的水或水性溶液。在一些方面，颗粒可包含约50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、50-90、50-80、50-70、50-60、55-80、60-90、60-80、60-70、55-65、55-80或70-80wt％的水或水性溶液。尽管此类颗粒具有高水分含量，但是包含它们的组合物不是呈浆料、胶体分散体的形式、或其他液体/流体形式。更确切地说，在一些方面，组合物可表征为在外观和/或质地方面是粉末状的(类似于粉末)，尽管所述组合物的颗粒具有比典型粉末的液态水含量高得多的液态水含量(参见上述定义)。
本文中的颗粒内包含水或水性溶液。在一些方面，水性溶液不具有(可检测出的)溶解糖，或具有约0.1-1.5、0.1-1.25、0.1-1.0、0.1-.75、0.1-0.5、0.2-0.6、0.3-0.5、0.2、0.3、0.4、0.5或0.6wt％的溶解糖。此类溶解糖可以包括例如蔗糖、果糖、明串珠菌二糖和/或可溶性葡萄糖-寡糖。在一些方面，水性溶液可以具有一种或多种盐/缓冲液(例如，Na+、Cl-、NaCl、磷酸盐、三羟甲基氨基甲烷(tris)、柠檬酸盐)(例如，≤0.1wt％、0.5wt％或1.0wt％)和/或如下对葡糖基转移酶反应条件所列的pH(例如，pH 6.0-8.0)。在一些方面，本文中的水性溶液的溶剂可包含约或至少约80、85、90、95、96、97、98、99、99.5或100wt％的水；其余溶剂可以是例如极性有机溶剂。
本文中的组合物中的颗粒包含约10重量％-50重量％的不溶性α-葡聚糖和/或一种或多种其不溶性阳离子醚。在一些方面，颗粒可包含约10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、10-50、10-40、10-30、10-20、20-50、20-45、20-40、20-30、30-50、30-40、40-50、30-45、35-45、37.5-42.5、35-40或40-45wt％的不溶性α-葡聚糖和/或一种或多种其不溶性阳离子醚。在一些方面，颗粒包含不溶性α-葡聚糖且不包含其阳离子醚(并且反之亦然)。在一些方面，不溶性α-葡聚糖未被衍生化(未被化学改性如醚化)。
本文中的组合物中的颗粒可以包含以下或由以下组成：水和不溶性α-葡聚糖(和/或其不溶性阳离子醚)，以及任选地如上所公开的任何其他组分(例如，溶解糖、盐、缓冲液、和/或极性有机溶剂)。本文中的颗粒典型地不包含或具有小于约0.5wt％、0.1wt％或0.05wt％的(或不具有可检测出的量的)任何其他物质如填料(例如，木材、纸浆或任何其他固体物质)或增塑剂(例如，甘油)。
例如，本文中的包含颗粒的组合物可以处于约4℃-30℃、10℃-30℃、15℃-30℃、20℃-30℃、25℃-30℃、15℃-25℃或20℃-25℃的温度。在一些实施例中，包含颗粒(例如，如以散装量存在的颗粒，如在运输容器中)的组合物可以重量为至少约100、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100或1200kg，或至少约1、1.5、2、2.5、5、10、20、25、50、75或100吨(美国或公制)，和/或在约50-550磅/平方英尺的压缩后具有约35、36、37、38、39、40、41、42、35-42、35-40、37-42或37-40磅/立方英尺的密度)。显著地，在此类高重量和/或密度实施例中的颗粒表现出从商业尺寸/散装容器的连续流动性(如下所述)。本文中的松散的散装材料(即，未经历任何压缩程序的组合物)的密度可以为例如约31-38、31-37、32-38或32-37磅/立方英尺。
在一些方面，颗粒可以包含约10重量％-50重量％的不溶性α-葡聚糖，其包含α-1，3-糖苷键并具有至少100的重均聚合度(DPw)。在一些方面，不溶性α-葡聚糖的组成糖苷键的至少约50％、60％、70％、80％、85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、或100％(或在50％与100％之间的任意整数)是α-1，3键。在一些方面，因此，不溶性α-葡聚糖具有小于约50％、40％、30％、20％、15％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、或0％(或在0％与50％之间的任意整数值)的不是α-1，3的糖苷键。典型地，不是α-1，3的键大部分是或全部是α-1，6。应当理解的是，在α-葡聚糖中存在的α-1，3键的百分比越高，α-葡聚糖是线性的可能性就越大，因为在聚合物中形成分支点的某些键发生率较低。因此，具有100％的α-1，3键的不溶性α-葡聚糖据信是完全线性的。在某些实施例中，作为聚合物中糖苷键的百分比，不溶性α-葡聚糖不具有分支点或具有小于约5％、4％、3％、2％、或1％的分支点。分支点的实例包括源自α-1，3-连接的主链的α-1，6、-1，2和-1，4分支点。
在一些方面，本文中的不溶性α-葡聚糖可具有DPw或DPn为至少约100的分子量。在一些实施例中，DPw或DPn可以是约或至少约100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1000、1100、或1200(或在100与1200之间的任意整数)。α-葡聚糖的DPw或DPn可以任选地表示为这些值中的任意两个之间的范围(例如，100-1200、400-1200、700-1200、100-1000、400-1000、700-1000)。
本文中的α-葡聚糖在非苛性水性系统中是不溶性的，例如本文中的葡糖基转移酶反应的那些条件(例如，pH 4-8，参见以下)。通常，在本文中的水性环境中葡聚糖聚合物的溶解度与其键谱图、分子量、和/或支化度相关。例如，在DPw为8及以上，在水性条件下，在20℃下，具有≥95％的1，3键的α-1，3-葡聚糖通常是不溶性的。通常，随着分子量增加，α-1，3-葡聚糖不溶性要求的α-1，3键的百分比降低。
在一些实施例中，不溶性α-葡聚糖可以包含至少约30％的α-1，3-键和一定百分比的α-1，6-键，这使得α-1，3键和α-1，6键两者在α-葡聚糖中的总和达到100％。例如，α-1，3键和α-1，6键的百分比可以分别是约30％-40％和60％-70％。在一些方面，包含至少约30％的α-1，3键的不溶性α-葡聚糖是线性的。用于生产包含至少约30％的α-1，3键的不溶性α-葡聚糖的葡糖基转移酶公开于美国专利申请公开号2015/0232819中，其通过引用并入本文。
在一些实施例中，不溶性α-葡聚糖可以呈共聚物(例如，接枝共聚物)的形式，所述共聚物具有(i)包含右旋糖酐的主链(例如，具有至少约95％、96％、97％、98％、99％、或100％的α-1，6键)，其分子量为至少约100000道尔顿，和(ii)α-1，3-葡聚糖侧链，其包含至少约95％、96％、97％、98％、99％、或100％的α-1，3-糖苷键。此类共聚物可以如国际专利申请公开号WO2017/079595中所公开的，其通过引用并入本文。
例如，可以将前述键谱图和/或分子量谱图中的任一种在本文中进行合并以适当地表征本文中的不溶性α-葡聚糖。在一些方面，此类α-葡聚糖的键和/或分子量谱图可以是如在以下出版物中的任一个中公开的，将这些出版物全部通过引用并入本文：美国专利号7000000和8871474，美国专利申请公开号2015/0232819，国际专利申请公开号WO2017/079595。前述实施例的不溶性α-葡聚糖可以是例如以下公开的任何葡聚糖合成反应过程的产物。
本文中的不溶性α-葡聚糖不包含水可溶性的交替糖(alteman)(交替的1，3键和1，6键)。本文中的不溶性α-葡聚糖典型地是在惰性器皿中酶促衍生的(典型地在无细胞条件下)，并且未衍生自细胞壁(例如，真菌细胞壁)。
在一些方面，不溶性α-葡聚糖可以在包含至少水、蔗糖和合成不溶性α-葡聚糖的葡糖基转移酶的反应组合物中酶促产生。此类酶促反应可以使用葡糖基转移酶，其产生如上所公开的任何不溶性α-葡聚糖分子(例如，≥90％或≥95％的α-1，3-键)。
例如，在某些实施例中，用于产生不溶性α-葡聚糖的葡糖基转移酶可以包含如在美国专利申请公开号2014/0087431、2017/0166938、2017/0002335和2018/0072998(美国申请号15/702,893)(所有申请均通过引用并入本文)中公开的氨基酸序列。此类序列的实例包括与如美国专利申请公开号2014/0087431中所公开的SEQ ID NO：2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、26、28、30、34、或59具有100％同一性或至少90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、98.5％、99％、或99.5％同一性并具有葡糖基转移酶活性的那些序列。在一些方面，如美国专利申请公开号2014/0087431中所公开的具有SEQ ID NO：2、4、8、10、14、20、26、28、30或34的葡糖基转移酶可以合成包含至少约90％的α-1，3-糖苷键的不溶性α-1，3-葡聚糖。
在某些方面，已经修饰葡糖基转移酶的氨基酸序列使得所述酶从给定量的蔗糖底物中产生更多产物(不溶性α-葡聚糖和果糖)、和更少的副产物(例如，葡萄糖、寡糖如明串珠菌二糖)。例如，可以修饰或取代本文中的葡糖基转移酶的催化结构域的一个、两个、三个、四个或更多个氨基酸残基以获得产生更多产物(不溶性α-葡聚糖和果糖)的酶。
本文中的葡糖基转移酶可以衍生自任何微生物来源，如细菌。细菌葡糖基转移酶的实例是衍生自链球菌属物种、明串珠菌属(Leuconostoc)物种或乳杆菌属(Lactobacillus)物种的那些。链球菌属物种的实例包括唾液链球菌、表兄链球菌、牙链球菌、汗毛链球菌、变异链球菌、口腔链球菌、解没食子酸链球菌(S.gallolyticus)和血链球菌。明串珠菌属物种的实例包括肠膜明串珠菌(L.mesenteroides)、阿米巴氏明串珠菌(L.amelibiosum)、阿根廷明串珠菌(L.argentinum)、肉明串珠菌(L.carnosum)、柠檬明串珠菌(L.citreum)、乳脂明串珠菌(L.cremoris)、葡聚糖明串珠菌(L.dextranicum)和果糖明串珠菌(L.fructosum)。乳杆菌属物种的实例包括嗜酸乳杆菌(L.acidophilus)、德氏乳杆菌(L.delbrueckii)、瑞士乳杆菌(L.helveticus)、唾液乳杆菌(L.salivarius)、干酪乳杆菌(L.casei)、弯曲乳杆菌(L.curvatus)、植物乳杆菌(L.plantarum)、清酒乳杆菌(L.sakei)、短乳杆菌(L.brevis)、布赫内氏乳杆菌(L.buchneri)、发酵乳杆菌(L.fermentum)和罗伊氏乳杆菌(L.reuteri)。
如果需要，可以控制本文中的反应组合物的温度，并且可以是例如约5℃-50℃、20℃-40℃、30℃-40℃、20℃-30℃、20℃-25℃、20℃、25℃、30℃、35℃或40℃。
本文中的反应组合物中的蔗糖的初始浓度可以是例如约20-400g/L、75-175g/L或50-150g/L。在一些方面，初始蔗糖浓度是至少约50、75、100、150或200g/L，或是约50-600g/L、100-500g/L、50-100g/L、100-200g/L、150-450g/L、200-450g/L或250-600g/L。“蔗糖的初始浓度”是指在反应组合物中刚刚在已经添加/合并所有反应组分(例如，至少水、蔗糖、葡糖基转移酶)之后的蔗糖浓度。
在某些实施例中，反应组合物的pH可以是约4.0-9.0、4.0-8.5、4.0-8.0、5.0-8.0、5.5-7.5、或5.5-6.5。在一些方面，pH可以是约4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5或8.0。可以通过添加或掺入适合的缓冲液来调节或控制pH，所述缓冲液包括但不限于：磷酸盐、三羟甲基氨基甲烷、柠檬酸盐、或其组合。在本文中的反应组合物中的缓冲液浓度可以是例如约0.1-300mM、0.1-100mM、10-100mM、10mM、20mM或50mM。
葡糖基转移酶反应可以包含在适合用于应用本文公开的反应条件中的一种或多种的任何器皿(例如，惰性器皿/容器)中。在一些方面，惰性器皿可以是不锈钢、塑料、或玻璃的(或包含这些组分中的两种或更多种)并且具有适合于容纳特定反应的尺寸。例如，惰性器皿的体积/容量(和/或本文中的反应组合物的体积)可以是约或至少约1、10、50、100、500、1000、2500、5000、10000、12500、15000、或20000升。惰性器皿可以任选地配备有搅拌装置。例如，任何前述特征可用于表征本文中的分离反应。
本文中的反应组合物可以含有例如一种、两种、或更多种葡糖基转移酶。在一些实施例中，仅一种或两种葡糖基转移酶包含在反应组合物中。本文中的葡糖基转移酶反应可以是并且典型地是不含细胞的(例如，无全细胞存在)。
在某些实施例中，反应的完成可以目视地确定(例如，无更多的不溶性α-葡聚糖积累)，和/或通过测量溶液中剩余的蔗糖的量(残余的蔗糖)来确定，其中至少约90％、95％或99％的蔗糖消耗百分比可以表示反应完成。在一些方面，当其蔗糖含量是或低于约2-5g/L时，反应可被视为完成。例如，可以将所公开方法的反应进行约1小时至约2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、36、48、60、72、96、120、144或168小时。可将反应任选地终止和/或以其他方式处理以中止葡糖基转移酶活性(例如，通过将其加热到至少约65℃持续至少约30-60分钟)。
适用于合成本文中的不溶性α-葡聚糖的其他条件和/或组分的实例公开于美国专利申请公开号2014/0087431、2017/0166938和2017/0002335中，其通过引用并入本文。
本文中的葡糖基转移酶反应中产生的不溶性α-葡聚糖典型地分离为饼，其至少包含(i)约50重量％-90重量％的水或水性溶液，和(ii)约10重量％-50重量％的不溶性α-葡聚糖。此类饼可以任选地表征为滤饼或湿饼，并且可以用于制备本公开的颗粒(参见下文)。分离用于饼制备的不溶性α-葡聚糖可以至少包括进行离心(饼是沉淀的(pelleted)葡聚糖)和/或过滤(饼是过滤的葡聚糖)的步骤。例如，可以使用漏斗、过滤器(例如，表面过滤器如转筒真空过滤机、错流过滤器、筛滤器、带式过滤器、螺旋压力机、或具有或不具有膜挤压能力的压滤机；或深度过滤器如砂滤器)和/或离心获得本文中的湿饼；例如，可以通过重力、真空或压滤进行过滤。分离可以任选地进一步包括用水或其他水性液体洗涤离心的和/或过滤的α-葡聚糖一次、两次或更多次。例如，洗涤体积可任选地是用于产生不溶性α-葡聚糖的葡糖基转移酶反应体积的至少约10％-100％。根据期望，可以通过各种方式进行洗涤，如通过置换或再制浆洗涤。在一些方面，所得饼的水性部分不具有(可检测出的)溶解糖，或具有约0.1-1.5、0.1-1.25、0.1-1.0、0.1-.75、0.1-0.5、0.2-0.6、0.3-0.5、0.2、0.3、0.4、0.5或0.6wt％的溶解糖。此类溶解糖可以包括例如蔗糖、果糖、明串珠菌二糖和/或可溶性葡萄糖-寡糖。本文中的不溶性α-葡聚糖典型地在其酶促合成之后并在将其加工成粉末形式之前不进行干燥；因此，本文中的α-葡聚糖可以任选地表征为从未被干燥。
在一些方面，颗粒可以包含约10重量％-50重量％的不溶性α-葡聚糖的不溶性阳离子醚。此类醚可以是例如如本文公开的任何不溶性α-葡聚糖的阳离子醚衍生物。仅作为实例，用于醚衍生的α-1，3-葡聚糖可以(i)具有约或至少约90％、95％、96％、97％、98％、99％或100％的α-1，3键，和/或(ii)约或至少约100、250、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、500-1200、500-1100、500-1000、500-900、500-800、800-1200、800-1100、800-1000或800-900的DPw。尽管可以典型地使用单一类型的不溶性阳离子醚，但是可以任选地使用两种或更多种类型的不溶性阳离子醚。在一些方面，不溶性阳离子醚包含一种类型的带正电荷的有机基团，而在其他方面，不溶性阳离子醚包含两种或更多种类型的带正电荷的有机基团。
例如，本文中的不溶性阳离子α-葡聚糖醚的DoS(具有带正电荷的醚基)可以是最高达约(或0.001至约)0.3、0.29、0.28、0.27、0.26、0.25、0.24、0.23、0.22、0.21、0.2、0.15或0.1，或约0.01-0.3、0.01-0.25、0.01-0.2、0.01-0.15、0.01-0.1、0.05-0.3、0.05-0.25、0.05-0.2、0.05-0.15或0.05-0.1。带正电荷的基团可以是，例如，美国专利申请公开号2016/0311935中公开的那些中的任一种，其通过引用并入本文。例如，带正电荷的基团可以包含取代的铵基团。取代的铵基团的实例是伯、仲、叔和季铵基团。铵基团可以被一个、两个或三个烷基(例如，甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基)取代。取代的铵基团的基团之一在与接枝共聚物的醚键中包含一个碳或碳链；例如，此类碳或碳链可以是-CH2-、-CH2CH-、-CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2-或-CH2CH2CH2CH2CH2-。在此上下文中，碳或碳链可任选地具有至少一个用氧原子(例如，醇基)和/或烷基(例如，甲基、乙基、丙基、丁基)进行的取代。在一些方面，一个或多个带正电荷的有机基团可以是三甲基铵羟丙基(结构I，当R2、R3和R4各自为甲基时)。
Figure BDA0002530839980000171
本公开的某些实施例涉及一种制备包含如本文所述的颗粒的组合物的方法。此类方法可以包括：(a)提供第一组合物，所述第一组合物至少包含(i)约50重量％-90重量％的水或水性溶液，和(ii)约10重量％-50重量％的不溶性α-葡聚糖或其不溶性阳离子醚，以及(b)提供具有约0.1-10mm的平均尺寸的所述第一组合物的颗粒(例如，通过使所述第一组合物与合适的颗粒形成装置接触)。此类方法在本文中可以任选地表征为不溶性α-葡聚糖(或其不溶性阳离子醚)颗粒形成方法。
用于本文中的不溶性α-葡聚糖颗粒形成方法的第一组合物可以是例如如上所公开的不溶性α-葡聚糖的饼(例如，滤饼或湿饼)。此类饼可以包含约50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、50-90、50-80、50-70、50-60、60-90、60-80、60-70、55-65、55-80或70-80wt％的水或水性溶液。在一些实施例中，饼中的水性溶液可以不具有(可检测出的)溶解糖，或可以具有约0.1-1.5、0.1-1.25、0.1-1.0、0.1-.75、0.1-0.5、0.2-0.6、0.3-0.5、0.2、0.3、0.4、0.5或0.6wt％的溶解糖。此类溶解糖可以包括例如蔗糖、果糖、明串珠菌二糖和/或可溶性葡萄糖-寡糖。在一些方面，饼中的水性溶液可以具有一种或多种盐/缓冲液(例如，Na+、Cl-、NaCl、磷酸盐、三羟甲基氨基甲烷、柠檬酸盐)(例如，≤0.1wt％、0.5wt％或1.0wt％)和/或如上对葡糖基转移酶反应条件所列的pH(例如，pH 6.0-8.0)。在一些方面，本文中的水性溶液的溶剂可包含约或至少约80、85、90、95、96、97、98、99、99.5或100wt％的水；其余溶剂可以是例如极性有机溶剂。例如，不溶性α-葡聚糖或其不溶性阳离子醚的饼可包含约10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、10-50、10-40、10-30、10-20、20-50、20-40、20-30、30-50、30-40、40-50、30-45、35-45、37.5-42.5、35-40或40-45wt％的不溶性α-葡聚糖或其不溶性阳离子醚。此类饼可以包含以下，或由以下组成：水和不溶性α-葡聚糖(和/或其不溶性阳离子醚)，以及任选地如上所公开的任何其他组分(例如，溶解糖、盐、缓冲液、和/或极性有机溶剂)。本文中的饼典型地不包含或具有小于约0.5wt％、0.1wt％或0.05wt％的(或不具有可检测出的量的)任何其他物质如填料(例如，木材、纸浆或任何其他固体物质)或增塑剂(例如，甘油)。
不溶性α-葡聚糖颗粒形成方法包括提供具有约0.1-10mm的平均尺寸的第一组合物的颗粒的步骤(b)。典型地，在该步骤期间不添加水(即，除了已经存在于第一组合物中的水之外，不添加水)。在一些方面，提供颗粒可包括使第一组合物(例如，不溶性α-葡聚糖饼)与合适的颗粒形成装置接触，使得产生具有约0.1-10mm的平均尺寸的第一组合物的颗粒。该颗粒形成步骤可任选地表征为造粒或颗粒化。在一些方面，可以进行颗粒形成步骤，使得直接制备某一平均尺寸范围的颗粒；例如，这可以使用具有适当尺寸大小的合适的颗粒形成装置来完成。另外地或可替代地，可以通过将合适的尺寸选择工具(例如，筛网/筛子)应用于颗粒群来制备某一平均尺寸范围的颗粒。例如，步骤(b)中产生的平均颗粒尺寸可以是上面列出的那些尺寸/范围中的任何一种。可以任选地使用不溶性α-葡聚糖饼进行颗粒形成，所述饼首先已被切碎、粉碎和/或以其他方式破碎成比饼小的块。
在一些方面，颗粒形成装置可以是例如撕碎机、削切机(shaver)、磨碎机、滚筒、筛网、筛子、研磨机或碾磨机。根据期望，可以使用一种或多种颗粒形成装置。在一些方面，颗粒形成装置包括多个0.1-mm至10-mm通道，通过所述通道第一组合物(例如，不溶性α-葡聚糖饼)被强制运送。此类装置的实例包括筛网或筛子(如磨碎机的筛网或筛子)。本文中的筛网/筛子的通道的尺寸(例如，筛目尺寸)可以是例如以上对于平均颗粒尺寸列出的那些尺寸中的任何一种。例如，筛网/筛子可以具有约1-、2-、3-、4-、5-、6-、7-、8-、9-和/或10-mm通道。又例如，筛网/筛子可具有拥有以下近似通道尺寸的筛目(对应于某些可商购的筛网/筛子)：9.5、8.0、6.7、6.4、6.3、5.7、5.7、4.8、4.0、3.4、2.8、2.4、2.0、1.7、1.4、1.2、1.0、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.35、0.3、0.25、0.2、0.15或0.1mm。又例如，筛网/筛子可具有拥有以下美国筛子/筛目标号的筛目：3/8英寸、5/16英寸、0.265英寸、1/4英寸、31/2号、4号、5号、6号、7号、8号、10号、12号、14号、16号、18号、20号、25号、30号、35号、40号、45号、50号、60号、70号、80号、100号或120号。虽然本文中的筛网/筛子的通道典型地是正方形或另外的四角形状，但是在一些方面，通道可以是其他形状(例如，圆形/椭圆形)。
本公开的某些实施例涉及用于储存和/或移动包含如本文所述的颗粒的组合物的系统。此类系统包括容器，所述容器具有位于所述容器的底部部分的至少一个可打开/可关闭的排放出口，其中所述容器的至少一部分朝向所述排放出口渐缩，并且其中所述组合物在所述容器中并且当所述排放出口打开时从所述容器中连续地流出。
本文中的容器典型地适于(具有容量)容纳/储存至少约100、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100或1200kg，或至少约1、2、5、10、20、25、50、75或100吨(美国或公制)的本公开的不溶性α-葡聚糖颗粒。本文中的容器可以任选地被表征为商业(商业尺寸)容器、散装容器、储存容器、运输或货运容器和其他类似术语，任选地取决于如何使用容器。容器可以是例如料仓(例如，刚性壁料仓)、料斗、筒仓、柔性中间散装容器(FIBC)(又称散装袋；例如，Super SacksTM)，或适于储存和/或运输大量(例如，至少100kg)本公开的颗粒的其他容器。在一些方面，容器的内壁(即，与颗粒接触的表面)可由金属(例如，不锈钢)或塑料(容器壁为塑料，或容器具有塑料衬里)制成。一些容器(例如，料斗或筒仓)可以含有内部部件，如出口锥体(具有向上定向的闭合顶点的锥形插入件)和/或具有支承在出口上方并与出口同心的开口出口的内部漏斗(又称锥中锥)。
本公开的系统可任选地包括用于生产和/或储存不溶性α-葡聚糖(或其不溶性醚)颗粒的设施；其中的容器可以任选地表征为固定容器。在一些情况下，此类系统可以被认为是工厂和/或储存设施。在一些实施例中，系统可以包括用于运输所公开的颗粒的元件，如卡车(例如，拖拉机挂车)或火车/有轨车；其中的容器可以任选地表征为运输或货运容器。
本文中的容器具有位于容器的底部部分的至少一个可打开/可关闭的排放出口。例如，可以有1个、2个、3个、4个或更多个出口。在典型的实施例中，排放出口位于容器的底侧，并且如果容器具有单个出口，则排放出口位于中心(在具有两个或更多个出口的容器中，它们典型地沿最长底部尺寸的中心轴等间隔)。然而，在一些方面，出口可以从容器的底部部分侧向伸出。本文中的出口典型地是圆形、椭圆形、正方形(或另外的四角形状)或三角形。
容器的至少一个或多个部分朝向其一个或多个排放出口渐缩。渐缩的水平截面(假想剖面)典型地但不一定具有与一个或多个出口相同的形状。具有一个排放出口的容器可以任选地沿其整个垂直长度或大部分(例如，之80％或90％)其垂直长度渐缩，或者渐缩可以占容器的垂直长度的较小部分(例如，≤80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％或10％)。本文中的单个出口实施例中的出口形状典型地与容器的水平截面(假想剖面)的形状相同。在一些方面，朝向出口的渐缩可以是与垂直成约或至少约60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、25-50、30-50、25-45或30-45度。在一些方面，渐缩可以(i)具有单个斜度(与垂直的度数从渐缩开始到其出口处的末端不变)，(ii)具有两个或更多个斜度(在接近出口的每个斜度过渡处，与垂直成较高度数的渐缩和与垂直成较低度数相交)，或(iii)具有逐渐增加的斜度(在接近出口时斜度曲线从较不陡至较陡)。
在一些方面，排放出口的最小截面面积具有约或至少约4、5、6、7、8、9、10、11、12、14、16、18、24、30、36、42、48、4-48、8-48、10-48、4-36、8-36、10-36、4-24、8-24、10-24、4-18、8-18、10-18、4-12、8-12、10-12、4-10、8-10或4-8英寸的跨距。对于分别是圆形或椭圆形的出口，此类跨距可以任选地称为直径或最长直径。三角形、正方形或其他非圆形出口的跨距典型地是出口截面面积的最长尺寸(或内部尺寸，以较长者为准)。
在一些方面，排放出口可以可操作地连接至导管，如管道、管、软管、斜槽、圆筒或输送管。此类可操作地连接的导管可以是容器的物理部分(例如，与容器主体焊接或以其他方式与容器主体相连的管道)，或者可以是以其他方式与出口连通的单独装置/机构。例如，可操作地连接的导管可以帮助引导颗粒从容器中流出到不同的器皿中。可操作地连接的导管的最小截面面积的跨距典型地不小于出口的最小截面面积的跨距。
本文中的排放出口不应与容器的任何其他开口相混淆，如用于将材料放入容器的顶部或顶侧开口，或允许进入/定位辅助部件如线(例如，电源线)、机械装置或检测/监测装置的开口。
本文中的容器可以具有或可以不具有当排放出口打开时促进所公开的颗粒从容器中流出的装置(“流动促进装置”)。在一些方面，容器(i)不包括流动促进装置，或者(ii)包括流动促进装置，但是不必须是激活的，为了当排放出口打开时使颗粒从容器中流出。流动促进装置可包括例如振动器、旋转器、机械搅拌器(例如，螺旋进料器)、气动装置(例如，空气炮、空气垫)或任何其他装置或动作，其在激活时促使微粒流动通过容器的一个或多个排放出口。在一些方面，流动促进装置可以任选地表征为“活底”装置。流动促进装置可以位于容器内部(例如，与所公开的颗粒直接接触)，或位于容器外部(但与容器连通)。在一些方面，流动促进装置可以被激活/致动少于约1、2、3、4或5秒，以便启动从容器中的颗粒流动，在此之后，流动是连续的(并且流动促进装置保持关闭)。所公开的颗粒的连续流动是指不间断的流动(不需要连续激活流动促进装置)，其完全排空容器，或者仅在容器中留下例如容器的保持容量的至多5％、4％、3％、2％、1％、0.5％或0.1％的量的颗粒(在流动结束时)。当颗粒从容器中流出时，所公开的颗粒典型地不形成桥/拱形、鼠洞和/或壁；在一些方面，此类微粒结构可以临时形成，但是随着流动继续易于散开。散装材料的桥/拱形是跨越出口的开口存在的桥/拱形结构。鼠洞是散装材料的自支承环形结构，通向出口。本文中的颗粒流动不需要添加任何促进微粒材料流动的组分/成分。即使在压缩所公开的颗粒的活动，如在公路或铁路运输期间的微粒沉降之后，也预期实现本文中的连续流动。
储存和/或运输本公开的颗粒的方法可至少包括：提供容纳颗粒的容器，以及打开容器的排放出口以允许颗粒从容器中连续地流出。上面或下面的实例中描述的任何特征可以任选地表征此类方法。
本公开的某些实施例涉及一种用于运输包含如本文所述的颗粒的组合物的系统，所述系统包括导管和通过导管运输组合物的气体(动力气体)。任选地，系统的操作压力是约5-105psia，和/或动力气体为空气或惰性气体。该系统可用于例如填充如本文所公开的容器，或在其在容器中储存和/或运输之后移动所公开的颗粒。该系统可以任选地表征为气动输送系统。本文中的导管可以是管道、管、软管、斜槽、圆筒、输送管或其他类似的装置/硬件。
本文中的气动输送系统的操作压力可以任选地是约5-105psia，不包括大气压(14.7psia)。可以在导管内施加此类压力，从而在导管内推动或拉出所公开的颗粒(即，输送颗粒)。在一些方面，操作压力可以在大气压(例如，约5-10或5-14psia)下，从而允许真空输送颗粒。在一些方面，操作压力可以高于大气压(例如，约15-35、15-30、20-35或20-30psia)，允许正压流动。例如，可以使用真空、鼓风机或压缩空气装置将操作压力提供给系统。在本文中的气动输送系统中使用的气体可以是例如空气或惰性气体。本文中的惰性气体是不与本文中的不溶性α-葡聚糖反应(或以其他方式引起涉及不溶性α-葡聚糖的反应)的惰性气体。合适的惰性气体的实例包括氮气、二氧化碳和氩气。
本文公开的组合物和方法的非限制性实例包括：
1.一种组合物，其包含具有约0.1-10mm的平均尺寸的颗粒，其中所述颗粒至少包含(i)约50重量％-90重量％的水或水性溶液，和(ii)约10重量％-50重量％的不溶性α-葡聚糖或所述不溶性α-葡聚糖的不溶性阳离子醚，其中所述不溶性α-葡聚糖包含α-1，3-糖苷键并且具有至少100的重均聚合度(DPw)。
2.如实施例1所述的组合物，其中所述不溶性α-葡聚糖具有至少50％的α-1，3-糖苷键。
3.如实施例1或2所述的组合物，其中所述颗粒包含约30重量％-45重量％的所述不溶性α-葡聚糖或其不溶性阳离子醚。
4.如实施例1、2或3所述的组合物，其中所述组合物是粉末状的。
5.如实施例1、2、3或4所述的组合物，其中所述不溶性α-葡聚糖在包含至少水、蔗糖和合成不溶性α-葡聚糖的葡糖基转移酶的反应组合物中酶促产生。
6.如实施例1、2、3、4或5所述的组合物，其中所述颗粒通过使第一组合物与颗粒形成装置接触产生，其中所述第一组合物至少包含(i)约50重量％-90重量％的水或水性溶液，和(ii)约10重量％-50重量％的不溶性α-葡聚糖。
7.如实施例6所述的组合物，其中所述第一组合物是所述不溶性α-葡聚糖的饼。
8.如实施例1、2、3、4、5、6或7所述的组合物，其中所述颗粒包含所述不溶性α-葡聚糖。
9.一种制备如实施例1-8中任一项所述的组合物的方法，所述方法包括：(a)提供第一组合物，所述第一组合物至少包含(i)约50重量％-90重量％的水或水性溶液，和(ii)约10重量％-50重量％的不溶性α-葡聚糖或所述不溶性α-葡聚糖的不溶性阳离子醚，以及(b)提供具有约0.1-10mm的平均尺寸的所述第一组合物的颗粒。
10.如实施例9所述的方法，其中所述第一组合物是所述不溶性α-葡聚糖的饼。
11.如实施例9或10所述的方法，其中步骤(b)包括使所述第一组合物与颗粒形成装置接触，任选地其中所述颗粒形成装置包括多个0.1-mm至10-mm通道，通过所述通道所述第一组合物被强制运送，并且任选地进一步其中所述颗粒形成装置包括筛网。
12.一种用于储存和/或移动如实施例1-8中任一项所述的组合物的系统，其中所述系统包括容器，所述容器具有位于所述容器的底部部分的至少一个可打开/可关闭的排放出口，其中所述容器的至少一部分朝向所述排放出口渐缩，并且其中所述组合物在所述容器中并且当所述排放出口打开时从所述容器中连续地流出。
13.如实施例12所述的系统，其中所述容器是料斗、料仓、筒仓、或散装袋。
14.如实施例12或13所述的系统，其中所述排放出口的最小截面面积具有至少约4英寸的跨距。
15.如实施例12、13或14所述的系统，其中所述容器的至少一部分的渐缩是与垂直成至少60度。
16.一种用于运输如实施例1-8中任一项所述的组合物的系统，其中所述系统包括导管和通过所述导管运输所述组合物的气体，任选地其中所述系统的操作压力是约5-105psia，并且任选地其中所述气体是空气或惰性气体。
实例
本公开在以下实例中进一步举例说明。应当理解，这些实例尽管说明了本文的某些优选方面，但仅是以例证的方式给出的。从上述论述和这些实例中，本领域的技术人员可确定所公开的实施例的本质特征，并且在不脱离所公开的实施例的精神和范围的情况下，可进行各种变化和修改以使所公开的实施例适应多种用途和条件。
实例1
具有高水含量的颗粒状α-葡聚糖制剂
该实例描述了制备具有高水含量的颗粒状α-葡聚糖组合物。特别地，生产具有约25wt％或40wt％的固体含量(即分别具有约75wt％或60wt％的水)的颗粒状α-1，3-葡聚糖样品。
制备包含氨基酸修饰的唾液链球菌葡糖基转移酶的反应，所述酶(以较高的产率)产生不溶性α-1，3-葡聚糖。简而言之，以与美国专利申请公开号2017/0166938、2017/0002335和2018/0072998(美国申请号15/702,893)(所有申请均通过引用并入本文)所述类似的方式，例如，进行包含水、蔗糖、缓冲液和氨基酸修饰的葡糖基转移酶的葡聚糖合成反应。反应后，将α-1，3-葡聚糖产物(不溶性的，约100％的α-1，3键，DPw为约1000)样品过滤，洗涤以除去大部分果糖和其他残留糖，并使用压滤机挤压至约25wt％或40wt％固体。所得的葡聚糖滤饼分别含有约75wt％或60wt％的水和约0.4wt％的糖。将每个滤饼切碎，并且然后用6-mm磨碎机磨碎成约1/4英寸平均直径的颗粒体。尽管具有高水含量，但两个颗粒状α-1，3-葡聚糖样品各自具有粉末状的外观。
实例2
颗粒状α-葡聚糖的流动性
该实例描述了测试在以上实例1中制备的颗粒状α-1，3-葡聚糖样品的流动性。
来自筒仓、料斗和储存容器的散装固体材料的流动性可能对材料可从储存中重新取回并被递送到下游过程的容易性具有显著影响。流动性差的材料可能需要极大的努力来促进排放，并可能完全堵塞储存器皿的排放开口，或者不准许从柔性中间散装容器(FIBC，又称散装袋或Super
Figure BDA0002530839980000261
)中排出。散装固体的机械特性(内聚强度、堆积密度和对工艺设备壁的摩擦)将随施加到试样上的压实力的大小而变化。几乎所有的散装材料都随着压实力的增加而获得内聚强度，并且如果保持在压实状态下持续延长的时间段，许多散装材料将获得进一步的强度。堆积密度随压实力而增加。对工艺设备的摩擦系数可以是恒定值，或者可以在增加压实力时变化。
通过引用并入本文的Jenike(Storage and Flow of Solids[固体的储存和流动]，犹他大学工程站的123号公报，1964年)提供了一种将内聚强度、堆积密度和壁摩擦的测量值转换为散装材料从料斗中自由流动排出所需的出口尺寸的估计值的方法。内聚强度用于阻止流动，而重力(来自堆积密度)促进流动。壁摩擦决定料斗中的流动模式。(出于讨论的目的，例如，料斗可以是具有朝向出口开口会聚的截面的刚性容器。传统的筒仓典型地在底部具有料斗部分，并且在其上方具有直壁垂直部分)。流动特性差的材料将需要较大的料斗出口-有时是相当大。Jenike计算需要测量在对应于料斗的形状、尺寸和填充水平以及料斗上方的任何纵向延伸的压实应力下散装固体的特性。
Jenike描述了当散装固体从料斗中排出时的两种可能的流动模式类型。在“质量流”中，每当从出口抽出任何材料时，料斗的全部内容物都会运动。散装固体沿壁滑动。在“漏斗流”中，散装固体对料斗壁的摩擦阻止该区域中的流动。相反，散装固体跨越其本身在料斗的中央部分向下滑动。由于流动模式施加在散装固体上的应力，质量流料斗将从比漏斗流料斗中使用的那些出口明显更小的出口中排出。在质量流料斗中，如果出口太小，则可能发生流动堵塞，从而允许散装固体跨越出口开口形成拱形。在漏斗流料斗中，流动模式可导致不同类型的堵塞，称为鼠洞或管道。鼠洞是围绕料斗出口的散装固体的自支承环形结构。对于质量流以及漏斗流模式，如果料斗出口足够大以(分别)导致拱形或鼠洞塌陷，就会发生排放。然而，对于流动性差的固体，所需的出口尺寸可能太大而不可行。在实践中，与防止拱形阻塞相比，防止鼠洞阻塞需要使用大得多的料斗出口。因此，对于微粒产品开发商和工艺设计者而言，避免鼠洞是关键问题。
散装固体对料斗部分壁的摩擦，在与料斗壁的倾斜组合时，决定了固体是沿着壁滑动(质量流)还是在壁区域保持不流动(漏斗流)。几乎总是期望质量流，但由于所需的垂直高度，可能需要如此陡峭以使料斗的构造不可行的料斗壁。在可移动设备中以及在可能围绕更浅的设计而设计的现有散装处理系统的改造中，陡壁料斗也不可行。
Jenike的程序最初旨在作为为特定的散装固体设计定制料斗的手段，所需的料斗倾斜角和出口尺寸是计算出的关键结果。然后，在评估可用于各种料斗的散装固体的流动性时，或在将两种散装固体的流动性相互比较时，可以方便地确定在具有限定的几何形状和填充水平的假设筒仓中所需的临界出口直径。出口大于临界直径的料斗将排出。可以对于质量流筒仓(其中计算出克服拱形的出口直径)或对于漏斗流筒仓(其中计算出临界鼠洞直径)进行这种确定。在每种情况下，出口直径的单位都是线性的，其中需要较大直径的出口表明流动性成比例地变差。由于Jenike方法的理论局限性，因此测试和计算可能表明鼠洞直径超出了实际筒仓直径。然而，这些结果仍可用于比较目的。实际上，确实已知如果临界鼠洞直径接近或超过筒仓直径，则重力流动可能是不可能的，并且将需要大型的外部流动促进装置(例如，振动排放机构)。
传统上，Jenike程序利用从双轴剪切单元获得的内聚强度和堆积密度值，如在通过引用并入本文的ASTM标准D6128-16或D6773-16中描述的那些。这些测试的结果随后将使用Jenike方法进行解释。然而，可以通过计算机控制的Johanson Hang-Up
Figure BDA0002530839980000281
(Bell等人，Bulk Solids Handling[散装固体处理]14：164-171；通过引用并入本文)更迅速地获得临界鼠孔直径的估计值。该装置允许用户输入假设的筒仓直径，并且该系统计算所需的测试条件并执行测试。结果是假设的筒仓的临界鼠洞直径。在Johanson装置中，样品被封闭在浅的垂直圆柱形模具中，并且然后以与料仓中遇到的载荷相对应的向下应力压缩。压缩后，将假底从模具底部的中央部分移开，剩下支承压实样品的环形壁架。然后将探头从顶部插入圆筒。探头的向下运动迫使压实样品塞穿过模具底部的孔。测量将塞压出模具底部所需的力。根据探头的尺寸和力值测量，可以估算出样品的剪切强度，并将其用于计算鼠洞直径。
下表1中将两种不同固体含量(如以上实例1中生产的40或25wt％，除去尺寸超过4mm的颗粒)的颗粒状α-1，3-葡聚糖的流动性测试结果制成表格。还将10X糖粉(即精制细砂糖)的测试结果制成表格(表1)，这是流动特性差的方便参考材料。使用带有96-mL(最大体积)测试单元的Johanson Hang-up
Figure BDA0002530839980000282
每次测试均在实验室规模、在环境温度(约70°F)下进行，短暂压实各个样品，并且然后进行测试(“瞬时”)，或者在测试前施加压实力长达960分钟。测试条件模拟了直径为十英尺的典型筒仓。
表1.含有颗粒状α-1，3-葡聚糖或糖粉的10英尺直径筒仓(模拟)中的临界鼠洞直 径
Figure BDA0002530839980000291
a4mm或更小的平均颗粒直径。40wt％和25wt％材料的松散堆积密度(在压缩至商业规模[例如，料斗/筒仓]的模拟条件之前)分别是约37磅/立方英尺和32磅/立方英尺。
表1中的数据表明颗粒状α-1，3-葡聚糖的40wt％固体形式具有初始(“瞬时”)流动性，其被认为是差的，但是比糖粉显著更好。然而，在载荷下将颗粒状40wt％α-1，3-葡聚糖储存60分钟或更长时间后，临界鼠洞直径急剧增加，而在载荷下额外的时间导致临界鼠洞直径进一步增加。鉴于所形成的鼠洞的尺寸，表1的结果总体表明，大出口直径(例如，至少约14英尺)是必须的，以允许颗粒状α-1，3-葡聚糖从商业尺寸料斗或其他大型储存容器中连续流动。
具有4mm或更小的颗粒尺寸的颗粒状40wt％和25wt％的α-1，3-葡聚糖的松散堆积密度经测量分别约为37磅/立方英尺和32磅/立方英尺。在约15-20、65-70、260-265或520-525磅/平方英尺的压缩后，这些40-wt％和25-wt％材料的堆积密度对于40-wt％材料分别是约37、38、40和42，并且对于25-wt％材料分别是约33、35、38和42。
基于前面的测试结果(表1)，预期料斗排放25wt％-40wt％固体葡聚糖会遇到严重困难。为了解决预期的困难，在环境温度(约70°F)下使用称为Metalfab
Figure BDA0002530839980000292
(新泽西州弗农Metalfab材料处理系统公司(Metalfab Materials Handling Systems，Vernon，NJ))的主动(aggressive)料斗排放装置进行测试。
Figure BDA0002530839980000293
是配备有全直径旋转活底卸料器的便携式料斗。整个料斗部分连接到可以打开和关闭的马达驱动的偏心振动器上。料仓的内径略小于36英寸，并且其侧壁高度约为53英寸，提供约35立方英尺的工作容量。对于旋转活底典型的是，料仓内有锥形挡板，在料仓出口上方几英寸处。挡板下方是约10英寸(0.8英尺)直径的出口。料斗壁和锥形挡板具有很浅的斜度，使得如果要通过重力排出，则期望是漏斗流模式。
机械地封闭
Figure BDA0002530839980000301
出口，并且然后将如实例1中制备的松散颗粒状40wt％α-1，3-葡聚糖装入料仓(不除去颗粒)。通过将混凝土块堆放在已装载的葡聚糖顶部，施加额外的压实应力(约30磅/平方英尺)(即，除由于葡聚糖材料本身的重量而已经存在的压实应力之外)，使得料仓底部部分的总压实应力约为150-200磅/平方英尺。施加重物持续长达几个小时的时段；通过这种压缩，颗粒状α-葡聚糖的密度估计约为40磅/立方英尺。在指定的时间后，除去混凝土重物，并通过除去其机械挡块来打开出口。在几次试验中的每一个中，即使从未打开振动排放机构，葡聚糖从料仓中的重力排出在打开出口时立即开始。葡聚糖继续从料仓中流出，直到排空为止。该结果完全出乎意料，因为料仓的0.8英尺直径出口比如上述实验室规模测试结果(表1)所建议的预期流动所需的14英尺(或更大)出口小得多。使用已经使用3-mm磨碎机(而不是6-mm磨碎机)制备的40wt％颗粒状α-1，3-葡聚糖获得相似的
Figure BDA0002530839980000302
流动结果。
在另一个测试中，将40wt％颗粒状α-1，3-葡聚糖重新装到料仓中，并额外装入(surcharged)重物，并放置过夜(约15小时)。第二天早晨，出口的机械块滑开，并且料仓并没有立即开始排出。振动器马达通电约两秒钟，此后立即开始流动，并继续(不对振动排放机构进一步通电)，直到料仓排空。
料斗的旋转活底(排放机构)不应在料仓出口关闭的情况下操作，因为振动会导致散装材料的压实和随后的排放问题。作为对在公路长途运输中可能发生的振动的模拟，活底用于振动料仓中不流动的量的葡聚糖。在该测试中，用40wt％颗粒状α-1，3-葡聚糖填充
Figure BDA0002530839980000303
(但未额外装入额外的重物)，此后，将活底操作连续两分钟，并且然后关闭，始终保持料仓出口被机械封闭。关闭后，移除机械块并将料仓完全排空，而无需使用振动器来启动流动。因此，预期本文中的颗粒状葡聚糖可以在容器中运输，而不会产生典型地影响其他类型的散装材料在其运输后的流动性问题。
FIBC(散装袋)可能是在货板上以单个包装运输多达约一吨的散装材料的经济方法。所述袋具有柔性壁，并且悬挂在框架上，以通过底部出口管排出。袋的底部几乎是平的。因此，排出流动模式为漏斗流。产品可在袋中不流动持续数月，以待使用。不方便的是机械振动或按摩袋以促进排出，尤其是在高通量操作中。然而，基于以上流动性的实验室规模测试(表1)，预期了在排出填充有颗粒状25-40wt％α-1，3-葡聚糖的散装袋时的困难。
测试了两个具有19英寸(1.6英尺)直径的出口管的散装袋。袋具有略微圆锥形的底部，因此当将其从货板上提起时，底部形成浅料斗形状。用40wt％颗粒状α-1，3-葡聚糖填充袋，并且然后在测试排出之前储存48小时。为了排出，用叉车将袋悬挂在料仓上方。然后将每个袋的管解开，此后袋迅速排出。袋不需要拨动或任何其他形式的搅动来促进大多数颗粒状葡聚糖从袋中流出。该排空后，少量残留材料容易从每个袋的角部抖出。由于上面讨论的原因，这种通过流动容易移出葡聚糖是出乎意料的。
实例3
颗粒状阳离子α-葡聚糖醚的流动性
该实例描述了测试颗粒状阳离子醚衍生的α-1，3-葡聚糖的流动性。
使用3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵将不溶性α-1，3-葡聚糖(在与上述实例1中所述类似的葡糖基转移酶反应中产生)醚衍生化。所得阳离子醚衍生物三甲基铵羟丙基α-1，3-葡聚糖是水性不溶性的，并且具有小于0.15的取代度(DoS)。可以具有小于0.3的DoS的不溶性阳离子α-1，3-葡聚糖醚可以例如通过遵循美国专利申请公开号2016/0311935(通过引用并入本文)的公开内容并相应地调节α-1，3-葡聚糖与阳离子醚化剂的比例制备。
用水洗涤阳离子α-1，3-葡聚糖醚样品，并且然后按照与上述实例1中所述类似的程序制粒。每个颗粒状样品具有粉末状外观和38wt％-40wt％的固体含量。颗粒尺寸与实例1中生产的非衍生的α-1，3-葡聚糖颗粒的颗粒尺寸相似。
对每个颗粒状阳离子α-1，3-葡聚糖样品进行流动性评估。不是如实例2中使用自动化的Johanson Hang-Up
Figure BDA0002530839980000321
而是使用便携式测试台(van der Kraan和Scarlett，Proc.of PARTEC 95 and 3rd European Symposium-Storage and Flow ofParticulate Solids[PARTEC 95和第三届欧洲研讨会-微粒固体的储存和流动进展]，纽伦堡，1995，第57-68页；通过引用并入本文)来测量作为压缩应力和施加压实应力的时间量的函数的压缩的葡聚糖醚样品的剪切强度。与Johanson装置一样，将向下的应力施加在封闭在浅圆柱形模具中的样品上。然而，使用便携式测试仪，用压铁施加向下的应力，对应于直径为4英尺的筒仓或料斗中遇到的应力。一段时间后，移除重物，模具底部的中央部分也移除。然后测量了将压实的阳离子葡聚糖醚样品塞推过模具底部所需的力(以克力测量)。对于类似的测试材料，便携式测试仪中测量的剪切力与来自Johanson装置的鼠洞指数直接相关。
颗粒状阳离子葡聚糖样品的压实时间测试为1、60、360和900分钟。进行重复测试(每个测试持续时间通常五个样品)。作为比较，在相同条件下测试实例2中测试的颗粒状非衍生的α-1，3-葡聚糖产物。表2示出了每个测试的平均剪切强度(如以克力测量)。
表2.剪切压缩样品所需的力
Figure BDA0002530839980000331
a施加力之前样品压实的持续时间。
便携式测试仪不能解析小于固定装置中样品塞重量的剪切力。在这种情况下，塞的重量约为26克。在测试非衍生的α-1，3-葡聚糖时，当模具底部的中心部分被移除时，每个样品从固定装置的底部掉落，并且因此不需要来自探头的力。
表2表明，在相似的压实时间之后，颗粒状阳离子α-1，3-葡聚糖醚样品具有比颗粒状非衍生的α-1，3-葡聚糖样品的剪切强度显著更高的剪切强度。如实例2中所讨论的，表1中的数据将导致预测颗粒状非衍生的α-1，3-葡聚糖在处理中将遇到严重的鼠洞问题。因此，将预期当处理颗粒状阳离子α-1，3-葡聚糖时甚至更严重的鼠洞问题。然而，出人意料地，发现阳离子α-1，3-葡聚糖醚可以通过一系列的处理和加工装置进行加工而没有明显的困难。这些装置包括带式输送机、螺旋输送机、螺旋给料机和铣床。在加工序列的一部分中，将阳离子α-1，3-葡聚糖醚装入金字塔形的料斗中，所述料斗的顶部为3英尺x 3英尺并且高27英寸，具有为7英寸宽乘12英寸长的矩形出口。具有这种形状的料斗将具有漏斗流排放模式。出口下方的标准螺旋输送机将料斗排空。即使剪切强度数据(表2)预测应该存在严重的流动问题，需要非常少的干预来克服在该料斗中阳离子α-1，3-葡聚糖醚的任何鼠洞。

Claims (10)

1.一种组合物，其包含具有0.1-10 mm的平均尺寸的颗粒，其中所述颗粒至少包含
(i) 50重量%-90重量%的水或水性溶液，和
(ii) 10重量%-50重量%的不溶性α-葡聚糖或所述不溶性α-葡聚糖的不溶性阳离子醚，
其中所述不溶性α-葡聚糖包含α-1,3-糖苷键并且具有至少100的重均聚合度（DPw），并且所述颗粒通过使第一组合物与颗粒形成装置接触产生，其中所述第一组合物至少包含(i) 50重量%-90重量%的水或水性溶液，和 (ii) 10重量%-50重量%的不溶性α-葡聚糖或所述不溶性α-葡聚糖的不溶性阳离子醚，并且所述第一组合物是所述不溶性α-葡聚糖或不溶性α-葡聚糖的不溶性阳离子醚的饼。
2.如权利要求1所述的组合物，其中，所述不溶性α-葡聚糖具有至少50%的α-1,3-糖苷键。
3.如权利要求1所述的组合物，其中，所述颗粒包含30重量%-45重量%的所述不溶性α-葡聚糖或其不溶性阳离子醚。
4.如权利要求1所述的组合物，其中，所述组合物是粉末状的。
5.如权利要求1所述的组合物，其中，所述不溶性α-葡聚糖在包含至少水、蔗糖和合成不溶性α-葡聚糖的葡糖基转移酶的反应组合物中酶促产生。
6.一种制备如权利要求1所述的组合物的方法，所述方法包括：
(a) 提供第一组合物，所述第一组合物至少包含 (i) 50重量%-90重量%的水或水性溶液，和 (ii) 10重量%-50重量%的不溶性α-葡聚糖或所述不溶性α-葡聚糖的不溶性阳离子醚，以及
(b) 提供具有0.1-10 mm的平均尺寸的所述第一组合物的颗粒。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述第一组合物是所述不溶性α-葡聚糖的饼。
8.如权利要求6所述的方法，其中，步骤 (b) 包括使所述第一组合物与颗粒形成装置接触。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述颗粒形成装置包括多个0.1 mm至10 mm通道，通过所述通道所述第一组合物被强制运送。
10.如权利要求8或9所述的方法，其中所述颗粒形成装置包括筛网。
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