JP2020506279A - 多糖を含む成形物品 - Google Patents

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Abstract

本明細書では成形物品が開示され、成形物品は多糖を含み、多糖は、i)ポリα−1,3−グルカン;ii)ポリα−1,3−1,6−グルカン;iii)(A)少なくとも約100000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するデキストランを含む主鎖、および(B)少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカン側鎖、を含むグラフトコポリマー;またはiv)本明細書に開示のポリα−1,3−グルカンエステル化合物を含有する組成物;を含む。任意選択的には、成形物品は、可塑剤および/またはデンプンをさらに含んでいてもよい。成形物品は、容器、ハンドル、包装、トレイ、ボトル、カップ、シート、使い捨て食品包装用品、自動車部品、電子機器用のケーシング、または玩具として有用な場合がある。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2016年11月16日に出願された「Molded Article Comprising Polysaccharide」という表題の米国仮特許出願第62/422,630号に基づく優先権およびその利益を主張するものであり、その開示は、その全体が参照により本明細書に援用される。
本開示は、多糖を含む成形物品に関する。成形物品は、包装および様々な他の用途において使用することができる。
バイオプラスチックおよびバイオベースの包装は最も一般的には熱可塑性デンプンを使用する。デンプンは、成形された物体としてフレキシブルで硬い発泡体の形態で使用される。一般的に使用されるデンプンは、アミロースとアミロペクチンを含む。デンプンは、典型的には、結晶性を乱す可塑剤を使用して成形される。デンプンの再結晶化およびアミロースのさらなる老化は、そのような材料の寿命および使用を制限する欠点である。デンプンを超えて、セルロースはバイオプラスチックとしていくつかの形態で使用されている。セルロースは、繊維への大幅な加工または改質なしでは成形することはできない。
酵素的合成、または微生物もしくは植物宿主の遺伝子組み換え技術を用いた新規な構造の多糖類を見出したいとの願いから、研究者らは、生分解性であり、再生可能な資源を主体とする原料から経済的に製造可能な多糖類を発見してきた。このような多糖の1つは、ポリα−1,3−グルカンであり、α−1,3−グリコシド結合を備えることを特徴とするグルカンポリマーである。
望まれる特性を有することができ、再生可能な資源から製造することができ、優れたリサイクル性も保持することができる、例えば成形物品などの再生可能な包装に対する需要が高まっている。
本明細書では、多糖を含む成形物品が開示される。一実施形態では、成形物品は
多糖を含み、
多糖は、
i)ポリα−1,3−グルカン;
ii)ポリα−1,3−1,6−グルカン;
iii)
(A)少なくとも約100000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するデキストランを含む主鎖、および
(B)少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカン側鎖、
を含むグラフトコポリマー;または
iv)構造Iにより表されるポリα−1,3−グルカンエステル化合物を含有する組成物:
Figure 2020506279

(式中、
(A)nは少なくとも6であり、
(B)各Rは独立して−Hまたは−CO−C−COOHを含む第1の基であり、前記第1の基の−C−部分は2〜6個の炭素原子の鎖を含み、
(C)このエステル化合物は、約0.001〜約1.5の、第1の基による置換度を有する)
を含む。
追加的な実施形態においては、多糖はポリα−1,3−グルカンを含む。別の実施形態においては、多糖はポリα−1,3−1,6−グルカンを含む。また別の実施形態においては、多糖は、
(A)少なくとも約100000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するデキストランを含む主鎖、および
(B)少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカン側鎖、
を含むグラフトコポリマーを含む。さらなる実施形態においては、多糖は、構造Iによって表されるポリα−1,3−グルカンエステル化合物を含有する組成物を含む:
Figure 2020506279

(式中、
(A)nは少なくとも6であり、
(B)各Rは独立して−Hまたは−CO−C−COOHを含む第1の基であり、前記第1の基の−C−部分は2〜6個の炭素原子の鎖を含み、
(C)このエステル化合物は、約0.001〜約1.5の、第1の基による置換度を有する)。
一実施形態においては、成形物品はデンプンをさらに含む。一実施形態においては、成形物品は可塑剤をさらに含む。別の実施形態においては、成形物品はデンプンおよび可塑剤をさらに含む。
さらなる実施形態においては、多糖は、少なくとも1つの寸法方向に約20nm〜約800μmの範囲の平均粒径を有する粒子を含む。別の実施形態では、成形物品はカーボンブラックをさらに含む。また別の実施形態においては、成形物品は、二酸化チタン、炭酸カルシウム、マイカ、バーミキュライト、シリカ、カオリン、タルク、またはこれらの混合物から選択される無機粒子をさらに含む。一実施形態においては、多糖は酵素的に製造された多糖を含む。
別の実施形態においては、成形物品は、物品の総重量を基準として約60重量%〜約100重量%の多糖を含む。また別の実施形態においては、成形物品はデンプンをさらに含み、物品は物品の総重量を基準として約60重量%〜約100重量%の多糖およびデンプンを含む。
また別の実施形態においては、成形物品は可塑剤をさらに含み、成形物品は物品の総重量を基準として約1重量%〜約60重量%の可塑剤を含む。いくつかの実施形態においては、可塑剤は、フルクトース、ソルビトール、スクロース、グリセロール、約100〜約2000g/モルの数平均分子量を有するポリエチレングリコール、トリエチレングリコール、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ナトリウム、イヌリン、ジグリセロール、トリグリセロール、マルトデキストリン6、プロピレングリコール、プロピレンカーボネート、ジメチルエーテルイソソルビド、レブリン酸メチル、メチル尿素、γ−バレロラクトン、クエン酸トリエチル、グリセロールモノアセテート、グリセロールジアセテート、グリセロールトリアセテート、水、またはこれらの組み合わせを含む。
一実施形態においては、成形物品は可塑剤をさらに含み、多糖はポリα−1,3−グルカンを含み、可塑剤はグリセロールを含む。別の実施形態においては、成形物品は可塑剤をさらに含み、多糖はポリα−1,3−グルカンを含み、可塑剤は水を含む。
一実施形態においては、成形物品は、物品の総重量を基準として約1重量%〜約50重量%のデンプンを含む。
本明細書では、成形物品も開示され、物品は、容器、ハンドル、包装、トレイ、ボトル、カップ、シート、使い捨て食品包装用品、自動車部品、電子機器用のケーシング、または玩具である。
本明細書では、成形物品を製造するための圧縮成形方法も開示され、方法は、
a)多糖と任意選択的な可塑剤、デンプン、またはこれらの組み合わせとを混ぜ合わせて混合物を形成する工程;
b)約0.5MPa〜約25MPaの範囲の圧力をかけながら、混合物を約140℃〜約220℃の範囲の温度に加熱する工程;
を含み、
多糖は、
i)ポリα−1,3−グルカン;
ii)ポリα−1,3−1,6−グルカン;または
iii)
(A)少なくとも約100000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するデキストランを含む主鎖、および
(B)少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカン側鎖、
を含むグラフトコポリマー;または
iv)構造Iにより表されるポリα−1,3−グルカンエステル化合物を含有する組成物:
Figure 2020506279

(式中、
(A)nは少なくとも6であり、
(B)各Rは独立して−Hまたは−CO−C−COOHを含む第1の基であり、前記第1の基の−C−部分は2〜6個の炭素原子の鎖を含み、
(C)このエステル化合物は、約0.001〜約1.5の、第1の基による置換度を有する)
を含む。
本開示を例示の目的で説明するが、本開示は添付の図面に限定されない。
乾燥粉末ポリα−1,3−グルカンを180℃または200℃で成形する前後のX線回折図を示す。線Aは、圧縮成形前の乾燥ポリα−1,3−グルカン粉末のデータを示す。線Bは、ポリα−1,3−グルカン乾燥粉末を180℃で成形することによって得られた成形物品のデータを示す。線Cは、ポリα−1,3−グルカン乾燥粉末を200℃で成形することによって得られた成形物品のデータを示す。 ポリα−1,3−グルカン乾燥粉末の示差走査熱量測定(DSC)の最初の加熱走査を示す(実施例1A)。 成形前後のグリセロールと混合されたポリα−1,3−グルカン乾燥粉末のX線回折図を示す(実施例7A)。線Dは成形前の混合物に関するデータを示し、線Eは成形物品に関するデータを示す。
本明細書において引用したすべての特許、特許出願および刊行物は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本明細書で使用される場合、「実施形態」または「開示」という用語は、限定されることを意味するものではなく、特許請求の範囲で定義されるかまたは本明細書に記載される実施形態のいずれかに一般的に適用される。これらの用語は、本明細書では互換的に使用される。
本開示では、多数の用語および略語を使用する。他に特に明記されない限り、下記の定義が適用される。
1つの要素または成分に先行する冠詞「a」、「an」および「the」は、その要素または成分の事例(すなわち、出現)の数に関して非制限的であるものとする。このため「a」、「an」および「the」は、1つまたは少なくとも1つを含むと読むべきであり、要素または成分の単数語形は、その数が明らかに単数であることを意味しない限り複数形も含む。
用語「〜を含む(comprising)」は、特許請求の範囲で言及された特徴、整数、工程または成分の存在を意味するが、1つ以上の他の特徴、整数、工程、成分もしくはそれらの群の存在または追加を排除するものではない。用語「含んでいる」は、用語「から本質的になる」および「からなる」によって包含される実施形態を含むことを意図される。同様に、用語「から本質的になる」は、用語「からなる」によって包含される実施形態を含むことを意図される。
存在する場合、すべての範囲は、包括的であり、かつ結合可能である。例えば、「1〜5」の範囲が示された場合、示された範囲は、「1〜4」、「1〜3」、「1〜2」、「1〜2および4〜5」、「1〜3および5」などの範囲を含むと解釈すべきである。
本明細書において数値と結び付けて使用する用語「約」は、その用語がその状況において他に特に定義されていない限り、数値の±0.5の範囲を指す。例えば、語句「約6のpH値」は、pH値が他に特に定義されていない限り、5.5〜6.5のpH値を指す。
本明細書を通して明示されたあらゆる最高数値限度は、それより低いありとあらゆる数値限度を、そのようなより低い数値限度が本明細書に明示的に記載されたかのように含むことが意図されている。本明細書を通して明示されたあらゆる最低数値限度は、それより高いありとあらゆる数値限度を、そのようなより高い数値限度が本明細書に明示的に記載されたかのように含むであろう。本明細書を通して明示されたあらゆる数値範囲は、そのようなより広い数値範囲内に含まれるそれより狭いありとあらゆる数値範囲を、そのようなより狭い数値範囲が本明細書に明示的に記載されたかのように含むであろう。
当業者であれば、以下の詳細な説明を読むことにより、本開示の特徴および利点をさらに容易に理解するであろう。明確化のため、別個の実施形態との関係において上下に記載されている本開示の特定の特徴は、単一要素中で組み合わせて提供されてもよいことを理解すべきである。反対に、簡潔にするために単一実施形態の状況で記載されている本開示の様々な特徴は、別個に、または任意の部分的組み合わせで提供されてもよい。
本出願に明記される様々な範囲の数値の使用は、特に明確に断らない限り、記載された範囲内の最小値と最大値との両方とも「約」という用語に続くかのように近似値として記載される。このように、記載された範囲の上下のわずかな変動を使用して、この範囲内の数値と実質的に同一の結果を達成することができる。同様に、これらの範囲の開示は、最小値と最大値との間の各値およびあらゆる値を含む連続範囲であることが意図されている。
本明細書では:
用語「重量によるパーセント」、「重量パーセンテージ(wt%)」、「重量/重量パーセンテージ(w/w%)」は、本明細書では互換的に使用される。重量パーセントとは、組成物、混合物、または溶液中に含まれる質量を基準とした物質のパーセンテージを指す。
用語「非水溶性」は、例えばα−(1,3−グルカン)ポリマーなどの物質が、23℃の100ミリリットルの水に5g未満溶解することを意味する。他の実施形態では、非水溶性は、23℃の水に4g未満または3g未満または2g未満または1g未満の物質が溶解することを意味する。
本明細書におけるポリα−1,3−グルカンおよびポリα−1,3−グルカン化合物の「分子量」は、数平均分子量(M)または重量平均分子量(M)として表すことができる。あるいは、分子量は、ダルトン、グラム/モル、DPw(重量平均重合度)、またはDPn(数平均重合度)として表すこともできる。これらの分子量の大きさを計算するために、高圧液体クロマトグラフィー(HPLC)、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)、またはゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)などの様々な手法が当該技術分野で公知である。
本明細書で用いる場合、「重量平均分子量」または「M」は、
=ΣN /ΣN(式中、Mは、鎖の分子量であり、Nは、その分子量の鎖の数である)として計算される。重量平均分子量は、静的光散乱、ガスクロマトグラフィー(GC)、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)、小角中性子散乱、X線散乱および沈降速度などの技術によって測定することができる。
本明細書で用いる場合、「数平均分子量」または「M」は、サンプル中のポリマー鎖のすべての統計的平均分子量に関する。数平均分子量は、M=ΣN/ΣN(式中、Mは、鎖の分子量であり、Nは、その分子量の鎖の数である)として計算される。ポリマーの数平均分子量は、ゲル透過クロマトグラフィー、(マーク・フウィンク(Mark−Houwink)方程式)による粘度測定および蒸気圧オスモメトリー、末端基測定またはプロトンNMRなどの束一的方法などの技術によって測定することができる。
本明細書における用語「コポリマー」は、少なくとも異なる2種類のα−グルカン、例えばデキストランおよびポリα−1,3−グルカン等を含むポリマーを意味する。
本明細書における用語「グラフトコポリマー」、「分岐のコポリマー」等は、一般的に、「主鎖」(または「主な鎖」)と主鎖から分かれる側鎖とを含むコポリマーを意味する。側鎖は、主鎖とは構造的に異なる。本明細書におけるグラフトコポリマーの例は、少なくとも約100000ダルトンのMwを有するデキストランを含む主鎖と、少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカンの側鎖とを含む。いくつかの態様においては、デキストランの非還元性末端は、グルコシルトランスフェラーゼ酵素によってポリα−1,3−グルカン合成をプライムできるので、デキストラン主鎖は、ポリα−1,3−グルカンの鎖延長を有することがある。従って、主鎖は、場合によっては、デキストラン−ポリα−1,3−グルカン鎖状コポリマーであり得る。いくつかの態様においては、主鎖は、それ自体以下に開示するように分岐構造であることがある;そのような主鎖へのポリα−1,3−グルカンの付加が、元来の分岐構造の分岐を増大させる。
用語「ポリα−1,3−グルカン側鎖」と「ポリα−1,3−グルカン分岐鎖」は、本明細書においては互換可能に使用できる。デキストラン分岐鎖は、グルコシルトランスフェラーゼ酵素によりポリα−1,3−グルカン合成をプライムできる非還元性末端を有するので、ポリα−1,3−グルカン側鎖は、通常、デキストラン分岐鎖(例えば、ペンダント基のグルコースまたは短鎖)の延長鎖である。
本明細書で用いる用語「物品」は、未完成もしくは完成の品物、物、物体、または未完成もしくは完成の品物、物、または物体の要素もしくは特徴を指す。本明細書において使用される場合、物品が未完成である場合、「物品」という用語は、完成品になるためにさらに処理され得る形態、形状、構成を有する任意の品物、物、物体、要素、装置等を意味する場合がある。本明細書において使用される場合、物品が完成している場合、「物品」という用語は、全体またはその一部をさらに処理することなしに具体的な用途/目的に適切な形態、形状、構成である品物、物、物体、要素、装置等を意味する。
物品は、部分的に完成し、且つさらなる処理を待っているか、または共に完成品を含むことになる他の要素/組立部品で組み立てられる1つ以上の要素または組立部品を含むことができる。さらに、本明細書において使用される場合、「物品」という用語は、物品のシステムまたは構成を意味することができる。
本開示は、
多糖を含むか、多糖から本質的になる成形物品に関し、
多糖は、
i)ポリα−1,3−グルカン;
ii)ポリα−1,3−1,6−グルカン;
iii)
(A)少なくとも約100000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するデキストランを含む主鎖、および
(B)少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカン側鎖、
を含むグラフトコポリマー;または
iv)構造Iにより表されるポリα−1,3−グルカンエステル化合物を含有する組成物:
Figure 2020506279

(式中、
(A)nは少なくとも6であり、
(B)各Rは独立して−Hまたは−CO−C−COOHを含む第1の基であり、前記第1の基の−C−部分は2〜6個の炭素原子の鎖を含み、
(C)このエステル化合物は、約0.001〜約1.5の、第1の基による置換度を有する)
を含む。
成形物品は、圧縮成形法によって作製することができ、またフレキシブルなまたは硬質の包装として、トレイ、ボトル、薄壁容器として、または部品、ケーシング、もしくは玩具として有用な場合がある。有利には、成形物品は、望まれる機械的強度、酸素バリア性、および遮水性を有することができ、再生可能な資源から製造され、優れたリサイクル性を有する。
本明細書に記載の成形物品の作製においては様々な多糖が有用であり、これらの多糖の混合物も使用することができる。一実施形態においては、多糖はポリα−1,3−グルカンを含む。用語「ポリアルファ−1,3−グルカン」、「アルファ−1,3−グルカンポリマー」および「グルカンポリマー」は、本明細書では同じ意味で用いられる。本明細書における用語「グルカン」は、グリコシド結合によって連結されたD−グルコースモノマーの多糖を指す。ポリα−1,3−グルカンは、少なくとも50%のグリコシド結合がα−1,3−グルカン結合である、グリコシド結合によって一体に連結したグルコースモノマー単位を含むポリマーである。ポリα−1,3−グルカンは多糖類系である。ポリα−1,3−グルカンの構造は、以下のように示すことができる:
Figure 2020506279
ポリα−1,3−グルカンは、化学的方法を用いて合成することができ、またはこれはポリα−1,3−グルカンを産生する真菌などの様々な有機体から抽出することによって合成することができる。あるいは、ポリα−1,3−グルカンは、例えば米国特許第7,000,000号明細書、同第8,642,757号明細書、および同第9,080195号明細書に記載されている通りに、1種以上のグルコシルトランスフェラーゼ(gtf)酵素を用いてスクロースから酵素的に製造することができる。これらの中で示されている手順を使用することで、ポリマーは、組み換えグルコシルトランスフェラーゼ酵素、例えば触媒としてのgtfJ酵素および基質としてのスクロースを使用して、一段階酵素反応で直接製造される。ポリα−1,3−グルカンは、副生成物としてのフルクトースを用いて製造される。反応が進行するにつれて、ポリα−1,3−グルカンは溶液から析出する。
例えば、グルコシルトランスフェラーゼ酵素を用いてスクロースからポリα−1,3−グルカンを製造する方法により、水中のポリα−1,3−グルカンのスラリーを得ることができる。スラリーを濾過して水の一部を除去することで、30〜50重量パーセントの範囲のポリα−1,3−グルカンを含有し残部が水であるウェットケーキとして、固体のポリα−1,3−グルカンを得ることができる。いくつかの実施形態においては、ウェットケーキは、35〜45重量パーセントの範囲のポリα−1,3−グルカンを含む。ウェットケーキを水で洗浄することで、例えばスクロース、フルクトース、またはリン酸緩衝液などのすべての水溶性不純物を除去することができる。いくつかの実施形態においては、ポリα−1,3−グルカンを含むウェットケーキはそのまま使用することができる。他の実施形態においては、ウェットケーキを、減圧下、高温で、凍結乾燥により、またはこれらの組み合わせにより、さらに乾燥させることで、50重量パーセント以上のポリα−1,3−グルカンを含む粉末を得ることができる。いくつかの実施形態においては、ポリα−1,3−グルカンは、20重量パーセント以下の水を含む粉末であってもよい。他の実施形態においては、ポリα−1,3−グルカンは、15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1重量パーセント以下の水を含む乾燥粉末であってもよい。
いくつかの実施形態においては、α−1,3である、ポリα−1,3−グルカンのグルコースモノマー単位間のグリコシド結合のパーセンテージは、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、99%以上、または100%(または50%〜100%の任意の整数値)である。従って、このような実施形態においては、ポリα−1,3−グルカンは、50%以下、40%以下、30%以下、20%以下、10%以下、5%以下、4%以下、3%以下、2%以下、1%以下、または0%の(または0%〜50%の任意の整数値)の、α−1,3でないグリコシド結合を有する。
用語「グリコシド結合(linkage、bond)」は、本明細書において互換的に使用され、炭水化物(糖)分子を別の炭水化物等の別の基に結合させる共有結合の種類を指す。本明細書において使用される用語「α−1,3−グリコシド結合」は、隣接するα−Dグルコース環の1位および3位の炭素を介してα−Dグルコース分子を相互に結合する共有結合の種類を指す。この結合は、上述のポリα−1,3−グルカンの構造において例示される。本明細書では、「α−D−グルコース」は、「グルコース」と呼ばれることとなる。本明細書で開示するすべてのグリコシド結合は、別段の記載がない限り、α−グリコシド結合である。
ポリα−1,3−グルカンの分子量は、数平均分子量(M)もしくは重量平均分子量(M)として測定することができる。あるいは、分子量は、ダルトン、グラム/モル、DPw(重量平均重合度)、またはDPn(数平均重合度)として表すこともできる。
ポリα−1,3−グルカンは、少なくとも約400の重量平均重合度(DPw)を有し得る。いくつかの実施形態においては、ポリα−1,3−グルカンは、約400〜約1400、または約400〜約1000、または約500〜約900のDPwを有する。
一実施形態においては、多糖は90%以上のα−1,3−グリコシド結合、1重量%未満のα−1,3,6−グリコシド分岐点、および55〜10,000の範囲の数平均重合度を有する非水溶性α−(1,3−グルカン)ポリマーを含む。
一実施形態においては、多糖はポリα−1,3−1,6−グルカンを含む。ポリα−1,3−1,6−グルカンは、混合グリコシド結合成分を含有する多糖の種類である。ポリα−1,3−1,6−グルカンは、グリコシド結合によって一体に連結した(すなわちグルコシド結合)グルコースモノマー単位を含むポリマーであって、グリコシド結合の少なくとも約30%がα−1,3−グリコシド結合であり、グリコシド結合の少なくとも約30%がα−1,6−グリコシド結合であるポリマーである。本明細書のある実施形態では、用語ポリα−1,3−1,6−グルカンの意味から「アルテルナン」が除外される。これは、互いに連続的に交互するα−1,3結合とα−1,6結合とを含有するグルカンである(米国特許第5702942号明細書、米国特許出願公開第2006/0127328号明細書)。互いに「連続的に交互の」α−1,3結合およびα−1,6結合は、例えば…G−1,3−G−1,6−G−1,3−G−1,6−G−1,3−G−1,6−G−1,3−G−…と視覚的に表すことができ、この中のGはグルコースを表す。
一実施形態においては、多糖はポリα−1,3−1,6−グルカンを含み、(i)ポリα−1,3−1,6−グルカンのグリコシド結合の少なくとも30%がα−1,3−結合であり、(ii)ポリα−1,3−1,6−グルカンのグリコシド結合の少なくとも30%がα−1,6結合であり、(iii)ポリα−1,3−1,6−グルカンは、少なくとも1000の重量平均重合度(DP)を有し、(iv)ポリα−1,3−1,6−グルカンのα−1,3結合およびα−1,6結合が互いに連続して交互にはならない。別の実施形態においては、ポリα−1,3−1,6−グルカンのグリコシド結合の少なくとも60%がα−1,6結合である。本明細書において使用される用語「α−1,6−グリコシド結合」は、隣接するα−D−グルコース環の1位および6位の炭素を介してα−D−グルコース分子を相互に結合する共有結合を指す。
ポリα−1,3−1,6−グルカンは、米国特許出願公開第2015/0232785A1号明細書(これは参照により本明細書に組み込まれる)の中で開示されている通りの、グルコシルトランスフェラーゼ酵素の産生物である。
本明細書のポリα−1,3−1,6−グルカンのグリコシド結合の形態は、当該技術分野で公知の任意の方法を使用して決定することができる。例えば、結合の形態は、核磁気共鳴(NMR)分光法(例えば13C NMRまたはH NMR)を使用する方法を用いて決定することができる。使用することができるこれらの方法や他の方法は、Food Carbohydrates:Chemistry, Physical Properties,and Applications(S.W.Cui.Ed,Chapter 3,S.W.Cui,Structural Analysis of Polysaccharides,Taylor&Francis Group LLC,Boca Raton,FL,2005)に開示されており、この文献は参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書におけるポリα−1,3−1,6−グルカンの「分子量」は、数平均分子量(M)または重量平均分子量(M)として表すことができる。または、分子量は、ダルトン、グラム/モル、DP(重量平均重合度)、またはDP(数平均重合度)として表すことができる。
本明細書における用語「ポリα−1,3−1,6−グルカンウェットケーキ」は、スラリーから分離されて、水または水溶液で洗浄されたポリα−1,3−1,6−グルカンを指す。ウェットケーキを作製する場合、ポリα−1,3−1,6−グルカンは完全には乾燥されない。
いくつかの実施形態においては:
(i)ポリα−1,3−1,6−グルカンのグリコシド結合の少なくとも30%がα−1,3結合であり、
(ii)ポリα−1,3−1,6−グルカンのグリコシド結合の少なくとも30%がα−1,6結合であり、
(iii)ポリα−1,3−1,6−グルカンは、少なくとも1000の重量平均重合度(DP)を有し、
(iv)ポリα−1,3−1,6−グルカンのα−1,3結合およびα−1,6結合は互いに連続的に交互しない。
ポリα−1,3−1,6−グルカンのグリコシド結合の少なくとも30%がα−1,3結合であり、ポリα−1,3−1,6−グルカンのグリコシド結合の少なくとも30%がα−1,6結合である。あるいは、本明細書のポリα−1,3−1,6−グルカン中のα−1,3結合のパーセンテージは、少なくとも31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%、40%、41%、42%、43%、44%、45%、46%、47%、48%、49%、50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、または64%であってもよい。あるいはさらに、本明細書のポリα−1,3−1,6−グルカン中のα−1,6結合のパーセンテージは、少なくとも31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%、40%、41%、42%、43%、44%、45%、46%、47%、48%、49%、50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、または69%であってもよい。
ポリα−1,3−1,6−グルカンは、パーセンテージの合計が100%を超えない限り、α−1,3結合の前述のパーセンテージのいずれか1つとα−1,6結合の前述のパーセンテージのいずれか1つとを有することができる。例えば、本明細書のポリα−1,3−1,6−グルカンは、パーセンテージの合計が100%を超えない限り、(i)30%、31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%、または40%(30%〜40%)のいずれか1つのα−1,3結合と、(ii)60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、または69%(60%〜69%)のいずれか1つのα−1,6結合とを有することができる。非限定的な例としては、31%のα−1,3結合と67%のα−1,6結合とを有するポリα−1,3−1,6−グルカンが挙げられる。特定の実施形態においては、ポリα−1,3−1,6−グルカンのグリコシド結合の少なくとも60%がα−1,6結合である。
ポリα−1,3−1,6−グルカンは、例えば、10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、または1%未満のα−1,3およびα−1,6以外のグリコシド結合を有し得る。別の実施形態においては、ポリα−1,3−1,6−グルカンはα−1,3結合およびα−1,6結合のみを有する。
α−1,3およびα−1,6結合形態の他の例およびこれらの製造方法は、米国特許出願公開第2015/0232785号明細書に開示されている。米国特許出願公開第2015/0232785号明細書に開示されているような様々なGtf酵素によって産生されるグルカンの結合およびDPwは、以下の表Aに列挙されている。
Figure 2020506279
本明細書に開示のポリα−1,3−1,6−グルカンの主鎖は、直鎖/非分岐であってもよい。あるいは、ポリα−1,3−1,6−グルカンに分岐が存在してもよい。そのため、特定の実施形態におけるポリα−1,3−1,6−グルカンは、分岐点を有さないか、約30%、29%、28%、27%、26%、25%、24%、23%、22%、21%、20%、19%、18%、17%、16%、15%、14%、13%、12%、11%、10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、または1%の分岐点をポリマー中のグリコシド結合のパーセントとして有し得る。
ポリα−1,3−1,6−グルカンのα−1,3結合およびα−1,6結合は互いに連続的に交互しない。次の説明では、...G−1,3−G−1,6−G−1,3−G−1,6−G−1,3−G−...(Gはグルコースを表す)は、連続的に交互するα−1,3結合およびα−1,6結合によって連結された6個のグルコースモノマー単位の伸びを表すとみなされる。本明細書の特定の実施形態におけるポリα−1,3−1,6−グルカンは、交互のα−1,3結合およびα−1,6結合により連続的に連結された、2、3、4、5、6、7、8、9、10またはそれ以上の数未満のグルコースモノマー単位を含む。
ポリα−1,3−1,6−グルカンの分子量は、DP(重量平均重合度)またはDP(数平均重合度)として測定することができる。あるいは、分子量は、ダルトンまたはグラム/モルで測定することができる。ポリα−1,3−1,6−グルカンの数平均分子量(M)または重量平均分子量(M)に言及することが有用な場合もある。
成形物品の作製において有用なポリα−1,3−1,6−グルカンは、少なくとも約1000のDPを有し得る。例えば、ポリα−1,3−1,6−グルカンのDPは少なくとも約10000であってもよい。あるいは、DPは少なくとも約1000〜15000であってもよい。あるいはさらに、DPは、例えば、少なくとも約1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000、11000、12000、13000、14000、または15000(または1000〜15000の任意の整数)であってもよい。本明細書のポリα−1,3−1,6−グルカンが少なくとも約1000のDPを有することができるとすると、そのようなグルカンポリマーは典型的には非水溶性である。
本明細書のポリα−1,3−1,6−グルカンは、例えば、少なくとも約50000、100000、200000、300000、400000、500000、600000、700000、800000、900000、1000000、1100000、1200000、1300000、1400000、1500000、または1600000(または50000〜1600000の任意の整数)のMを有し得る。特定の実施形態におけるMは、少なくとも約1000000である。あるいは、ポリα−1,3−1,6−グルカンは、例えば少なくとも約4000、5000、10000、20000、30000、または40000のMを有し得る。
本明細書のポリα−1,3−1,6−グルカンは、例えば少なくとも20個のグルコースモノマー単位を含み得る。あるいは、グルコースモノマー単位の数は、例えば、少なくとも25、50、100、500、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、または9000(または10〜9000の任意の整数)であってもよい。
別の実施形態においては、多糖は:
(A)少なくとも約100000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するデキストランを含む主鎖、および
(B)少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカン側鎖、
を含むグラフトコポリマーの形態のポリα−1,3−グルカンを含む。そのようなグラフトコポリマーおよびグラフトコポリマーの調製方法は、国際特許出願公開第2017/079595号パンフレットに開示されており、これはその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
一実施形態においては、ポリα−1,3−グルカン側鎖は、少なくとも約99%のα−1,3−グルコシド結合を含む。別の実施形態においては、1つ以上のポリα−1,3グルカン側鎖の個々のMwは、少なくとも約100000ダルトンである。別の実施形態においては、デキストランは、
(i)1位および6位で連結したグルコース、約87〜93重量%;
(ii)1位および3位で連結したグルコース、約0.1〜1.2重量%;
(iii)1位および4位で連結したグルコース、約0.1〜0.7重量%;
(iv)1位、3位および6位で連結したグルコース、約7.7〜8.6重量%;ならびに
(v)(a)1位、2位および6位、または(b)1位、4位および6位で連結したグルコース、約0.4〜1.7重量%;
を含み、
デキストランのMwは、約50000000〜200000000ダルトンである。一実施形態においては、グラフトコポリマーは少なくとも約2.0重量%のデキストランを含む。
本明細書に開示のグラフトコポリマーは、
(a)少なくとも(i)水、(ii)スクロース、(iii)少なくとも約100000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するデキストラン、および(iv)少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカンを合成するグルコシルトランスフェラーゼ酵素、を接触させて、それによりグラフトコポリマーを生成する工程;ならびに
b)任意選択的に工程(a)で生成したグラフトコポリマーを単離する工程;
を含む方法を使用して調製することができる。グラフトコポリマーは、米国特許出願公開第2016−0122445A1号明細書および米国特許第8,871,474号明細書に開示の酵素を使用して調製することができる。
本明細書のグラフトコポリマーの主鎖を形成するデキストランは、例えば、約もしくは少なくとも約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%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、もしくは99%のα−1,6−グルコシド結合を含むことができる。α−1,6結合形態のそのようなパーセントは、デキストラン(主鎖と分岐部を合わせた)のすべての結合の総計を考慮に入れる。本明細書での用語「デキストラン分岐」等は、本開示のグラフトコポリマーを調製するのに使用する前に、デキストランポリマーに存在する分岐のいずれも包含することを意味する。いくつかの実施形態においては、デキストランは、約もしくは少なくとも約90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、または100%のα−1,6−グルコシド結合を含む主鎖を含む。
本明細書のデキストランは、例えば、約もしくは少なくとも約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%、または20%のα−1,4グルコシド結合、α−1,3グルコシド結合および/またはα−1,2グルコシド結合を含むことができる。通常、そのような結合は、分岐点を含むデキストランの分岐部に全体的に、またはほぼ全体的に存在する。いくつかの実施形態においては、デキストラン分岐は、1つ、2つ(例えば、α−1,4とα−1,3;α−1,4とα−1,2;α−1,3とα−1,2)、またはこれらの種類の結合の3つすべて含んでもよい。本明細書のデキストランにおけるα−1,4グルコシド結合、α−1,3グルコシド結合および/またはα−1,2グルコシド結合の総パーセントは、通常、50%以下である。いくつかの態様においては、例えば、約もしくは少なくとも約、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、または100%のα−1,6−グルコシド結合を有する主鎖を含むデキストランに関しては、そのようなデキストランは、約、もしくは少なくとも約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、または10%のα−1,4グルコシド結合、α−1,3グルコシド結合および/またはα−1,2グルコシド結合を含む。
本明細書のデキストランの分岐点は、1つのα−1,4グルコシド結合、α−1,3グルコシド結合、またはα−1,2グルコシド結合(例えば、1つの分岐は、デキストラン主鎖にα−1,3−結合した分岐であってよい)を含むことができる。いくつかの実施形態においては、これらの分岐点の3つすべてが存在することがあるが、いくつかの実施形態においては、これらの分岐点のうち1つだけまたは2つ(例えば、α−1,4とα−1,3;α−1,4とα−1,2;α−1,3とα−1,2)の種類が存在する。分岐点は、例えば、デキストラン主鎖のグルコース単位の平均(または少なくとも)5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、10〜30、15〜25、20〜30、または20〜40毎に生じることが考えられる。本明細書におけるα−1,4グルコシド結合、α−1,3グルコシド結合、および/またはα−1,2グルコシド結合を含むデキストラン分子の分岐鎖は、通常、1つ〜3つのグルコースモノマーの長さであり、デキストランポリマーのすべてのグルコースモノマーの約5〜10%未満を含む。グルコース単位を1つ含む分岐鎖は、場合により、ペンダントグルコース基と称することがある。いくつかの実施形態においては、デキストラン分子の分岐鎖は、デキストラン分子のすべてのグルコースモノマーのうち約10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、または1%未満を含むことができる。特定の実施形態におけるデキストランは、このポリマーにおけるグルコシド結合のパーセントとして、約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、または10%の分岐点を有することができる。本明細書における分岐鎖のグルコシド結合プロファイルは、場合により、分岐鎖を他の鎖に連結することによるグルコシド結合を含むことを特徴とできる。
特定の実施形態におけるグラフトコポリマーの主鎖は、全体的に本開示のデキストランからなることが可能である。しかし、いくつかの態様においては、主鎖が、他の要素を含むことがある。例えば、グラフトコポリマー主鎖は、デキストラン主鎖の非還元性側鎖から始まるポリα−1,3−グルカンを含んでもよく、主鎖(その非還元性末端で)のお蔭で、グラフトコポリマーの合成中に主要なポリα−1,3−グルカン合成をプライムするのを助力する。
本明細書におけるグラフトコポリマーの主鎖を形成するデキストランの分子量(Mw[重量平均分子量])は、少なくとも約100000ダルトンであり得る。
本明細書のグラフトコポリマーは、デキストラン主鎖を含み、その主鎖から、少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカン側鎖が存在する。これらの側鎖は、通常、本明細書においてここに開示されるデキストランを、ポリα−1,3−グルカンを合成できるグルコシルトランスフェラーゼと反応させることにより、生じる。明確な目的上、これらの側鎖は、デキストランの分岐鎖としてみなされるべきではない。
特定の態様におけるポリα−1,3−グルカン側鎖は、約もしくは少なくとも約95%、96%、97%、98%、99%、99.5%または100%のα−1,3グルコシド結合を含むことができる。そのような側鎖は、いくつかの態様においては、ペンダントグルコースもしくはデキストランの他の分岐部(それらの両方とも、伸長のために酵素に非還元性末端を与える)をプライマーとして用いて、グルコシルトランスフェラーゼ酵素で合成されると考えられる。側鎖が、デキストラン主鎖にそれ自体がα−1,3−結合したペンダントグルコースから合成される場合には、得られる側鎖は、100%のα−1,3−グルコシド結合、または非常に高いパーセント(例えば、98%以上)のα−1,3−グルコシド結合を有する可能性がある。いくつかの実施形態においては、デキストラン主鎖とペンダントグルコースもしくはそれより長い分岐鎖と間のグルコシド結合は、側鎖の結合であるとみなされる。いくつかの実施形態においては、デキストラン主鎖と分岐鎖との間のグルコシド結合も、またそれから側鎖が合成される分岐鎖内のグルコシド結合も、側鎖の結合プロファイルを定める際に考慮される。いくつかの実施形態においては、側鎖は、例えば、グラフトコポリマー中のデキストラン成分が100000〜200000ダルトンであるグラフトコポリマーとのα−1,6グルコシド結合を伴わない。
本明細書におけるポリα−1,3−グルカン側鎖のMwは、例えば約もしくは少なくとも約1620、1650、1700、2000、5000、10000、15000、16200、20000、25000、30000、40000、50000、60000、70000、75000、80000、90000、100000、110000、120000、125000、130000、140000、150000、160000、162000、または165000ダルトンであり得る。本明細書におけるグラフトコポリマーの側鎖は、比較的に均一なサイズであると考えられる。例えば、グラフトコポリマーの側鎖は、それぞれ少なくとも約100000、120000、140000、160000、162000、または165000ダルトンであってよい。例えば、グラフトコポリマーの側鎖はまた、約150000〜165000、155000〜165000、または160000〜165000ダルトンの範囲のMwをそれぞれ有してよい。必要に応じて、グラフトコポリマーの側鎖の平均Mwはまた、参考にでき、上述の側鎖のMwのいずれも、コポリマーの側鎖すべての平均Mwとみなすことができる。本明細書に開示される側鎖のMwのいずれも(または任意のグルカンのMw)、場合により、DPw(Mw/162.14)という点で特徴付けることができる。
本明細書におけるグラフトコポリマーのポリα−1,3−グルカン側鎖の数は、例えば少なくとも3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、または30であり得る。いくつかの実施形態においては、側鎖の数は、例えば4、5、または6である。いくつかの態様において、ポリα−1,3−グルカン側鎖の上述の数は、少なくとも約100000、120000、140000、160000、162000、または165000ダルトンである側鎖の特徴であり、本明細書の任意のデキストラン成分、例えば、100000〜200000ダルトンの巨大デキストランまたはデキストランは、そのようなコポリマーに含まれ得る。尚さらなる態様においては、ポリα−1,3−グルカン側鎖の上述の数は、グラフトコポリマーを特徴付けることができ、そのグラフトコポリマーにおいて、デキストラン成分が、デキストラン主鎖の15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、または25のグルコース単位毎に平均して1つ、ペンダントグルコースおよび/または分岐鎖(そこから側鎖をプライム/合成できる)を有する。デキストラン成分のサイズ(例えば、100000〜200000ダルトン)、デキストラン主鎖上の分岐鎖/ペンダントグルコースの位置決め(例えば、20のグルコース単位毎に約1つ)、およびグラフトコポリマーのポリα−1,3−グルカン側鎖の数に応じて、グラフトコポリマーが、ポリα−1,3−グルカン側鎖に伸びないその元来のデキストラン分岐鎖/ペンダントグルコースの大部分(例えば、少なくとも80%、85%、90%、95%)を有する(つまり、分岐鎖/ペンダントグルコースの殆どは、それらを使用して本明細書のグラフトコポリマーを合成する前に、それらは、デキストラン中に存在する)ことが、いくつかの場合に考えられる。さらに、いくつかの他の実施形態において、本明細書のグラフトコポリマーが、最大約50まで、最大100まで、最大500まで、最大1000まで、最大5000まで、最大10000まで、最大15000まで、または最大20000までのポリα−1,3−グルカン側鎖を有する可能性があると思われる。
本明細書のデキストラン−ポリα−1,3−グルカングラフトコポリマーの重量平均分子量(つまり、元来のデキストラン分子とグラフトコポリマーのポリα−1,3−グルカン側鎖とを合わせたMw)は、例えば、約もしくは少なくとも約750000、800000、900000、1000000、1100000、1200000、1300000、1400000、1500000、1600000、1700000、1800000、1900000、または2000000ダルトンであってよい。いくつかの実施形態において巨大デキストラン成分を含むデキストラン−ポリα−1,3−グルカングラフトコポリマーの重量平均分子量は、巨大デキストラン成分自体に関して既に開示した重量に類似しているが、約0.5、0.75、1、1.25、1.5、1.75または2ミリオンダルトン(2、3個のポリα−1,3−グルカン側鎖が存在する実施形態において)の追加を伴うと思われている。尚いくつかのさらなる態様においては、デキストラン−ポリα−1,3−グルカングラフトコポリマーの重量平均分子量は、本明細書の任意のデキストラン分子のMwと、本明細書に開示した任意のポリα−1,3−グルカン側鎖のMw(側鎖の数およびそれぞれのMwを考慮する)との合計であってよい。同様に、本明細書のグラフトコポリマーのMwは、場合により、デキストラン成分のMwおよびポリα−1,3−グルカン側鎖のMwの観点で表すことができる。いくつかの態様においては、デキストラン−ポリα−1,3−グルカングラフトコポリマーの重量平均分子量は、600000ダルトン以上、650000ダルトン以上、または700000ダルトン以上である。
特定の実施形態においては、デキストラン−ポリα−1,3−グルカングラフトコポリマーは、約もしくは少なくとも約2.0wt%のデキストランを含むことができる。いくつかのさらなる実施形態におけるグラフトコポリマー中のデキストランのwt%は、約もしくは少なくとも約0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.1%、2.2%、2.3%、2.4%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、5.5%、6.0%、6.5%、7.0%、7.5%、8.0%、8.5%、9.0%、9.5%、10.0%、10.5%、11.0%、11.5%、12.0%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、もしくは99%(または1%〜99%の任意の整数)であってよい。
本明細書のデキストラン−ポリα−1,3−グルカングラフトコポリマーの多分散指数(Mw/Mn)(PDI)は、例えば、約5.0、4.75、4.5、4.25、4.0、3.75、3.5、3.25、3.0、2.75、2.5、2.25、もしくは2.0、少なくとも約5.0、4.75、4.5、4.25、4.0、3.75、3.5、3.25、3.0、2.75、2.5、2.25、もしくは2.0、または約5.0、4.75、4.5、4.25、4.0、3.75、3.5、3.25、3.0、2.75、2.5、2.25、もしくは2.0以下であってよい。
本開示のデキストラン−ポリα−1,3−グルカングラフトコポリマーは、通常、水性条件下で不溶性(非水溶性)である。例えば、グラフトコポリマーは、最大約50、60、70、80、90、100、110、または120℃までの温度で、水もしくは別の水性組成物に不溶であり得、または完全に溶解できない。水溶液等の本明細書の水性組成物は、少なくとも約10wt%の水を有する溶媒を含むことができる。
別の実施形態においては、多糖は、構造Iによって表されるポリα−1,3−グルカンエステル化合物を含有する組成物を含む:
Figure 2020506279

(式中、
(i)nは、少なくとも6であり;
(ii)各Rは、独立して、−Hまたは−CO−C−COOHを含む第1の基であり、前記第1の基の−C−部分は2〜6個の炭素原子の鎖を含み、
(iii)このエステル化合物は、約0.001〜約1.5の、第1の基による置換度を有する)。
このようなポリα−1,3−グルカンエステルおよびそれらの合成は、国際公開第2017/003808号パンフレットに開示されており、これはその全体が本明細書に組み込まれる。いくつかの実施形態においては、構造式Iで表され、第1の基による置換度が約0.001〜約0.1であるポリα−1,3−グルカンエステル化合物は、成形物品の作製に有用な場合がある。いくつかの実施形態では、構造式Iで表され、第1の基による置換度が約0.001〜約3であるポリα−1,3−グルカンエステル化合物は、本明細書に開示の成形物品の作製に有用な場合があると考えられる。
用語「ポリα−1,3−グルカンエステル化合物」、「ポリα−1,3−グルカンエステル」、「ポリα−1,3−グルカンエステル誘導体」、「グルカンエステル」は、本明細書においては互換的に使用される。
構造Iのポリα−1,3−グルカンエステル化合物は、構造−C−O−CO−C−を含むことに基づいて、本明細書において「エステル」と称され、「−C−」は、ポリα−1,3−グルカンエステル化合物のグルコースモノマー単位の2、4、または6位の炭素を表し、「−CO−C−」は第1の基に含まれる。
本明細書における「第1の基」は、−CO−C−COOHを含む。用語「−C−」は、典型的には2〜6個の炭素原子の鎖を含み、各炭素原子が好ましくは4つの共有結合を有する第1の基の部分を指す。
用語「ポリα−1,3−グルカンモノエステル」および「モノエステル」は、本明細書においては互換的に使用される。ポリα−1,3−グルカンモノエステルは、1種類の第1の基を含む。
用語「ポリα−1,3−グルカン混合エステル」および「混合エステル」は、本明細書においては互換的に使用される。ポリα−1,3−グルカン混合エステルは、2つ以上の種類の第1の基を含む。
用語「反応」、「エステル化反応」、「反応組成物」、「反応調製物」等は、本明細書においては互換的に使用され、ポリα−1,3−グルカンと、少なくとも1種の環状有機無水物を含む反応、またはこれらからなる反応を指す。反応は、ポリα−1,3−グルカンのグルコース単位の1つ以上のヒドロキシル基を、環状有機無水物により供給される第1の基を用いてエステル化するのに好適な条件(例えば、時間、温度、pH)下に置かれ、それにより、ポリα−1,3−グルカンエステル化合物を生じる。
用語「環状有機無水物」、「環状有機酸無水物」、および「環状酸無水物」は、本明細書においては互換的に使用される。本明細書における環状有機無水物は、下に示される構造IIによって表される式を有し得る:
Figure 2020506279

構造IIの−C−部分は、典型的には炭素数2〜6の鎖を含み;この鎖中の各炭素原子は、4つの共有結合を有するのが好ましい。いくつかの実施形態においては、−C−部分が、2〜16、2〜17、または2〜18の炭素数の鎖を含み得ることが企図される。本明細書におけるエステル化反応中、環状有機無水物の無水物基(−CO−O−CO−)が壊れ、その結果、壊れた無水物の一方の端が、−COOH基となり、他方の端が、ポリα−1,3−グルカンのヒドロキシル基とエステル化されることにより、エステル化された第1の基(−CO−C−COOH)をもたらす。使用される環状有機無水物に応じて、典型的にはそのようなエステル化反応の1種または2種の可能性のある生成物が存在し得る。
構造Iによって表されるポリα−1,3−グルカンエステル化合物の式中の各R基は、独立して、−Hであってもよく、−CO−C−COOHを含む第1の基であってもよい。第1の基の−C−部分は、典型的には2〜6個の炭素原子を含み;これらの炭素原子のそれぞれは、好ましくは4つの共有結合に関与する。通常、鎖中の各炭素は、鎖中の隣り合った炭素原子または隣接するC=OおよびCOOH基の炭素原子と共有結合していることとは別に、水素にも、有機基等の置換基にも結合でき、および/または炭素−炭素二重結合に関与できる。例えば、−C−鎖中の炭素原子は、飽和であってもよく(つまり、−CH−)、−C−鎖中の隣り合った炭素原子と二重結合していてもよく(例えば、−CH=CH−)、および/または水素や有機基に結合していてもよい(つまり、1個の水素が有機基で置換される)。当業者ならば、炭素の原子価が4であることを考慮して、−CO−C−COOHを含む第1の基の−C−部分の炭素原子が、通常どのように結合できるかを理解できるであろう。いくつかの実施形態においては、第1の基の−C−部分は、2〜16、2〜17、または2〜18の炭素数の鎖を含むことができると企図されている。
特定の実施形態においては、第1の基(−CO−C−COOH)の−C−部分は、CH基のみを含む。−C−部分がCH基のみを含む第1の基の例は、−CO−CH−CH−COOH、−CO−CH−CH−CH−COOH、−CO−CH−CH−CH−CH−COOH、−CO−CH−CH−CH−CH−CH−COOH、および−CO−CH−CH−CH−CH−CH−CH−COOHである。これらの第1の基は、それぞれポリ無水コハク酸、無水グルタル酸、無水アジピン酸、無水ピメリン酸、または無水スベリン酸を、ポリα−1,3−グルカンと反応させることによって誘導することができる。
いくつかの態様における第1の基(−CO−C−COOH)の−C−部分は、(i)炭素原子鎖中に少なくとも1個の二重結合を含むことができ、および/または(ii)有機基を含む少なくとも1つの分岐を含むことができる。例えば、第1の基の−C−部分は、炭素原子鎖中に少なくとも1個の二重結合を有することができる。−C−部分が炭素−炭素二重結合を含む第1の基の例としては、−CO−CH=CH−COOH、−CO−CH=CH−CH−COOH、−CO−CH=CH−CH−CH−COOH、−CO−CH=CH−CH−CH−CH−COOH、−CO−CH=CH−CH−CH−CH−CH−COOH、−CO−CH−CH=CH−COOH、−CO−CH−CH=CH−CH−COOH、−CO−CH−CH=CH−CH−CH−COOH、−CO−CH−CH=CH−CH−CH−CH−COOH、−CO−CH−CH−CH=CH−COOH、−CO−CH−CH−CH=CH−CH−COOH、−CO−CH−CH−CH=CH−CH−CH−COOH、−CO−CH−CH−CH−CH=CH−COOH、−CO−CH−CH−CH−CH=CH−CH−COOH、および−CO−CH−CH−CH−CH−CH=CH−COOHが挙げられる。これらの第1の基のそれぞれは、適切な環状有機無水物をポリα−1,3−グルカンと反応させることによって誘導することができる。例えば、−CO−CH=CH−COOHを含む第1の基を生成するには、無水マレイン酸をポリα−1,3−グルカンと反応できる。このように、上に列挙した第1の基のいずれかで表される−C−部分を含む環状有機無水物(ここで、環状有機無水物の対応する−C−部分は、無水物基[−CO−O−CO−]の各側に結合して一緒に環を形成する部分である)は、ポリα−1,3−グルカンと反応して、対応する第1の基(−CO−C−COOH)を有するそれらのエステルを生成できる。
本明細書のいくつかの態様における第1の基(−CO−C−COOH)の−C−部分は、有機基を含む少なくとも1つの分岐を含むことができる。−C−部分が少なくとも1つの有機基の分岐を含む第1の基の例としては以下が挙げられる:
Figure 2020506279

これらの2つの第1の基のそれぞれは、2−ノネン−1−イルコハク酸無水物をポリα−1,3−グルカンと反応させることによって誘導することができる。両方のこれらの例における有機基の分岐(本明細書において「R」と総称して呼ばれる)は、−CH−CH=CH−CH−CH−CH−CH−CH−CHであることがわかる。R基は、−C−炭素鎖における水素を置換することも理解できる。
このように、例えば、本明細書において第1の基(−CO−C−COOH)は、−CO−CH−CH−COOH、−CO−CH−CH−CH−COOH、−CO−CH−CH−CH−CH−COOH、−CO−CH−CH−CH−CH−CH−COOH、または−CO−CH−CH−CH−CH−CH−CH−COOHのうちのいずれかであってよいが、それらのうちの少なくとも1つ、2つ、3つ、またはそれ以上の水素が、R基で置換される。同様に、例えば、本明細書において第1の基(−CO−C−COOH)は、−CO−CH=CH−CH−COOH、−CO−CH=CH−CH−CH−COOH、−CO−CH=CH−CH−CH−CH−COOH、−CO−CH=CH−CH−CH−CH−CH−COOH、−CO−CH−CH=CH−COOH、−CO−CH−CH=CH−CH−COOH、−CO−CH−CH=CH−CH−CH−COOH、−CO−CH−CH=CH−CH−CH−CH−COOH、−CO−CH−CH−CH=CH−COOH、−CO−CH−CH−CH=CH−CH−COOH、−CO−CH−CH−CH=CH−CH−CH−COOH、−CO−CH−CH−CH−CH=CH−COOH、−CO−CH−CH−CH−CH=CH−CH−COOH、または−CO−CH−CH−CH−CH−CH=CH−COOHのうちのいずれかであってよいが、それらのうちの少なくとも1つ、2つ、3つ、またはそれ以上の水素が、R基(そのような第1の基は、−C−部分が炭素原子鎖に少なくとも1つの二重結合を含み、有機基を含む少なくとも1つの分岐を含む例である)で置換される。本明細書におけるR基の好適な例としては、アルキル基およびアルケニル基が挙げられる。本明細書におけるアルキル基は、例えば1〜18個の炭素(直鎖または分岐)(例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、へキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、またはデシル基)を含み得る。本明細書におけるアルケニル基は、例えば1〜18個の炭素(直鎖または分岐)(例えば、チレン、エテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、ヘプテニル、オクテニル[例えば2−オクテニル]、ノネニル[例えば2−ノネニル]、またはデセニル基)を含み得る。当業者であれば、構造式IIによって表される環状有機無水物の式、および国際公開第2017/003808号パンフレットに開示されているような本明細書の構造式Iのポリα−1,3−グルカンエステルを合成するためのエステル化プロセスにおけるその関与に基づいて、これらの第1の基のいずれかを誘導するためにどの具体的な環状有機無水物が適しているかを理解するであろう。
構造Iによって表されるポリα−1,3−グルカンエステル化合物を形成するためのポリα−1,3−グルカンとの反応に含まれ得る環状有機無水物の名称による例としては、無水マレイン酸、無水メチルコハク酸、無水メチルマレイン酸、無水ジメチルマレイン酸、2−エチル−3−メチルマレイン酸無水物、2−ヘキシル−3−メチルマレイン酸無水物、2−エチル−3−メチル−2−ペンテン二酸無水物、無水イタコン酸(2−メチレンコハク酸無水物)、2−ノネン−1−イルコハク酸無水物、および2−オクテン−1−イルコハク酸無水物が挙げられる。無水アルケニルコハク酸およびアルキルケテン二量体も使用することができる。具体的には、例えば無水マレイン酸を使用して第1の基としての−CO−CH=CH−COOHをポリα−1,3−グルカンとエステル化できる;無水メチルコハク酸を使用して第1の基としての−CO−CH−CH(CH)−COOHおよび/または−CO−CH(CH)−CH−COOHをポリα−1,3−グルカンとエステル化できる;無水メチルマレイン酸を使用して第1の基としての−CO−CH=C(CH)−COOHおよび/または−CO−C(CH)=CH−COOHをポリα−1,3−グルカンとエステル化できる;無水ジメチルマレイン酸を使用して第1の基としての−CO−C(CH)=C(CH)−COOHをポリα−1,3−グルカンとエステル化できる;2−エチル−3−メチルマレイン酸無水物を使用して第1の基としての−CO−C(CHCH)=C(CH)−COOHおよび/または−CO−C(CH)=C(CHCH)−COOHをポリα−1,3−グルカンとエステル化できる;2−へキシル−3−メチルマレイン酸無水物を使用して第1の基としての−CO−C(CHCHCHCHCHCH)=C(CH)−COOHおよび/または−CO−C(CH)=C(CHCHCHCHCHCH)−COOHをポリα−1,3−グルカンとエステル化できる;無水イタコン酸を使用して第1の基としての−CO−CH−C(CH)−COOHおよび/または−CO−C(CH)−CH−COOHをポリα−1,3−グルカンとエステル化できる;2−ノネン−1−イルコハク酸無水物を使用して第1の基としての−CO−CH−CH(CHCH=CHCHCHCHCHCHCH)−COOHおよび/または−CO−CH(CHCH=CHCHCHCHCHCHCH)−CH−COOHをポリα−1,3−グルカンとエステル化できる。
国際公開第2017/003808号パンフレットに開示されているように、少なくとも1つの有機基分岐を有する−C−部分を含むこれらの第1の基のそれぞれは、適切な環状有機無水物をポリα−1,3−グルカンと反応させることによって誘導することができる。2−ノネン−1−イルコハク酸無水物を用いる例は、上述されている。別の説明例には、無水メチルコハク酸を用いて、ポリα−1,3−グルカンをエステル誘導体化することが含まれ、そこで結果として生成される第1の基は、−CO−CH−CH(CH)−COOHまたは−CO−CH(CH)−CH−COOHである。さらに別の説明例には、無水メチルマレイン酸を用いて、ポリα−1,3−グルカンをエステル誘導体化することが含まれ、そこで結果として生成される第1の基は、−CO−CH=C(CH)−COOHまたは−CO−C(CH)=CH−COOHである。さらに別の説明例には、無水イタコン酸(2−メチレンコハク酸無水物)を用いて、ポリα−1,3−グルカンをエステル誘導体化することが含まれ、そこで結果として生成される第1の基は、−CO−CH−C(CH)−COOHまたは−CO−C(CH)−CH−COOHである。このように、上に列挙した第1の基のいずれかで表される−C−部分を含む環状有機無水物(ここで、環状有機無水物の対応する−C−部分は、無水物基[−CO−O−CO−]の各側に結合して一緒に環を形成する部分である)は、ポリα−1,3−グルカンと反応して、対応する第1の基(−CO−C−COOH)を有するそれらのエステルを生成できる。
特定の実施形態におけるポリα−1,3−グルカンエステル化合物は、−CO−C−COOHを含む1種類の第1の基を含み得る。例えば、上式においてグルコース基にエステル結合した1種もしくは複数のR基は、−CO−CH−CH−COOHであってよく;この特定の例におけるR基は、従って独立して水素および−CO−CH−CH−COOH基(そのようなエステル化合物をポリα−1,3−グルカンスクシナートと呼んでよい)であることとなる。別の例としては、上式においてグルコース基にエステル結合した1種もしくは複数のR基は、−CO−CH=CH−COOHであってよく;この特定の例におけるR基は、従って独立して水素および−CO−CH=CH−COOH基(そのようなエステル化合物をポリα−1,3−グルカンマレアートと呼んでよい)であることとなる。
あるいは、ポリα−1,3−グルカンエステル化合物は、−CO−C−COOHを含む第1の基の2種以上の異なる種類を含有することができる(つまり、それらは混合エステルであってもよい)。そのようなポリα−1,3−グルカン混合エステル化合物の例は、第1の基として−CO−CH−CH−COOHおよび−CO−CH=CH−COOHを含有できる(そのようなエステル化合物をポリα−1,3−グルカンスクシナートマレアートと呼ぶことができる)。そのような化合物の他の例は、以下の第1の基の両方を含む:
Figure 2020506279

これらの2つの第1の基は、単環状の有機無水物(2−ノネン−1−イルコハク酸無水物)をポリα−1,3−グルカンと反応させることにより、誘導できる。従って、特定の環状有機無水物は、ポリα−1,3−グルカンをエステル−誘導体化するのに使用する場合、構造的に述べると2つの方法があり、環状無水物が、グルカンヒドロキシル基と反応できるので、2種のエステル化された第1の基をもたらすことができることが理解されるであろう。
必要に応じて、構造Iのポリα−1,3−グルカンエステルの混合物を得るために、1種、2種、3種、またはそれ以上の環状有機無水物をエステル化反応に使用することができる。エステル化反応における環状有機無水物の量は、第1の基による望みの置換度を有するポリα−1,3−グルカンエステル化合物を含有する組成物が得られるように選択することができる。
当業者は、本明細書における特定の実施形態においては、ポリα−1,3−グルカンエステル化合物が水系条件下でアニオン形態で存在できることを理解するだろう。このアニオンの挙動は、エステル化された第1の基(−CO−C−COOH)にカルボキシル基(COOH)が存在するからである。本明細書におけるポリα−1,3−グルカンエステル化合物のカルボキシル(COOH)基は、水系条件においてカルボキシレート(COO)基に変換できる。これらのアニオン基は、存在するならば、カリウムカチオン、ナトリウムカチオン、またはリチウムカチオン等の塩のカチオンと相互作用できる。
一実施形態では、本明細書に開示の構造Iで表されるポリα−1,3−グルカンエステル化合物には、ポリα−1,3−グルカンサクシネート、ポリα−1,3−グルカンメチルサクシネート、ポリα−1,3−グルカン2−メチレンサクシネート、ポリα−1,3−グルカンマレエート、ポリα−1,3−グルカンメチルマレエート、ポリα−1,3−グルカンジメチルマレエート、ポリα−1,3−グルカン2−エチル−3−メチルマレエート、ポリα−1,3−グルカン2−ヘキシル−3−メチルマレエート、ポリα−1,3−グルカン2−エチル−3−メチルグルタコネート、ポリα−1,3−グルカン2−ノネン−1−イル−サクシネート、ポリα−1,3−グルカン2−オクテン−1−イルサクシネート、またはこれらの混合物が含まれる。別の実施形態では、構造式Iによって表されるポリα−1,3−グルカンエステル化合物には、ポリα−1,3−グルカンサクシネートが含まれる。
構造Iによって表されるポリα−1,3−グルカンエステル化合物は、少なくとも約50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、もしくは100%(または50%〜100%の任意の整数)の、α−1,3であるグリコシド結合を有し得る。従って、このような実施形態においては、ポリα−1,3−グルカンエステル化合物は、約50%、40%、30%、20%、10%、5%、4%、3%、2%、1%、もしくは0%(または0%〜50%の任意の整数値)未満の、α−1,3−ではないグリコシド結合を有する。ポリα−1,3−グルカンエステル化合物は、少なくとも約98%、99%、または100%の、α−1,3であるグリコシド結合を有するのが好ましい。
本明細書のポリα−1,3−グルカンエステル化合物の主鎖は、好ましくは直鎖/非分岐である。特定の実施形態においては、化合物は、分岐点を全く有さないか、またはポリマー中のグリコシド結合のパーセントとして約10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、または1%未満の分岐点を有する。分岐点の例は、α−1,6分岐点を含む。
特定の実施形態におけるポリα−1,3−グルカンエステル化合物の式は、少なくとも6のn値を有することができる。あるいは、nは、例えば、少なくとも10、50、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000、2100、2200、2300、2400、2500、2600、2700、2800、2900、3000、3100、3200、3300、3400、3500、3600、3700、3800、3900、もしくは4000(または10〜4000の任意の整数)の値を有することができる。さらに他の例におけるnの値は、25〜250、50〜250、75〜250、100〜250、150〜250、200〜250、25〜200、50〜200、75〜200、100〜200、150〜200、25〜150、50〜150、75〜150、100〜150、25〜100、50〜100、75〜100、25〜75、50〜75、または25〜50の範囲内であってよい。
本明細書に開示されるポリα−1,3−グルカンエステル化合物の分子量は、数平均分子量(M)または重量平均分子量(M)として測定することができる。あるいは、分子量は、ダルトンまたはグラム/モルで測定することができる。これは、化合物のポリα−1,3−グルカンポリマー成分のDP(重量平均重合度)またはDP(数平均重合度)を言及するためにも有用な場合がある。本明細書におけるポリα−1,3−グルカンエステル化合物のMまたはMは、例えば少なくとも約1000であってよい。あるいは、MまたはMは、少なくとも約1000〜約600000であってもよい。あるいはさらに、MまたはMは、例えば、少なくとも約10000、25000、50000、75000、100000、125000、150000、175000、200000、225000、250000、275000、もしくは300000(または10000〜300000の任意の整数)であってもよい。
本明細書で使用する用語「置換度」(DoS)は、ポリα−1,3−グルカンエステル化合物の各モノマー単位(グルコース)中の置換されたヒドロキシル基の平均数を指す。本明細書に開示の成形物品の作製のために有用なポリα−1,3−グルカンエステル化合物は、約0.001〜約1.5、例えば0.001、0.005、0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、または0.001〜1.5の間の任意の値の、1つ以上の第1の基(−CO−C−COOH)による置換度(DoS)を有し得る。あるいは、ポリα−1,3−グルカンエステル化合物のDoSは、例えば約0.001〜約0.1、例えば0.001、0.005、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、または0.001〜0.1の任意の値であってもよい。あるいはさらに、成形物品の作製において有用なポリα−1,3−グルカンエステル化合物は、約0.001〜約3のDoSを有し得る。DoSは、任意選択的には、これらの値の間の範囲として表すことができる。本明細書におけるポリα−1,3−グルカンエステル化合物は約0.001〜約1.5の置換度を有するので、化合物のR基は水素のみにはなり得ないことを当業者ならば理解するであろう。ポリα−1,3−グルカンエステル生成物の構造、分子量、およびDoSは、NMR分光法およびサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)等の当該技術分野で公知の様々の生理化学的解析法を使用して確認することができる。
別の実施形態においては、多糖は、Brunauer−Emmett−Teller(BET)測定法により決定される約0.1m/g〜約200m/gの範囲の表面積によって特徴付けられるナノ構造化された多糖を含む。例えば、BET表面積は、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、または200(または0.1〜200の任意の値)m/gであってもよい。
また別の実施形態では、本明細書に開示の成形物品は、約20nm〜約800μm(800,000nm)の範囲の少なくとも1つの寸法方向の平均粒径を有する多糖を含む。例えば、少なくとも1つの方向の平均粒径は、20;30;40;50;60;70;80;90;100;150;200;250;300;350;400;450;500;550;600;700;800;900;1000;1500;2000;2500;5000;7500;10,000;15,000;20,000;30,000;40,000;50,000;60,000;70,000;80,000;90,000;100,000;125,000;150,000;175,000;200,000;250,000;300,000;350,000;400,000;450,000;500,000;550,000;600,000;650,000;700,000;750,000;または800,000(または20〜800,000の任意の値)nmであってもよい。さらなる実施形態では、成形物品は多糖を含み、多糖は、少なくとも1つの寸法方向の平均粒径が約20nm〜約800μm(800,000nm)までの範囲でありアスペクト比が約1である粒子を含む。
追加的な実施形態においては、多糖には酵素的に製造された多糖が含まれる。酵素的に製造される多糖の例としては、ポリα−1,3−グルカン;ポリα−1,3−1,6−グルカン;および(A)少なくとも約100000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するデキストランを含む主鎖、および(B)少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカン側鎖、を含むグラフトコポリマー;が挙げられる。ポリα−1,3−グルカンの製造のための酵素的方法は、例えば、米国特許第7,000,000号明細書;同第8,642,757号明細書;および同第9,080,195号明細書に記載されている。ポリα−1,3−1,6−グルカンの酵素的製造は、米国特許出願公開第2015/0232785A1号明細書に開示されている。
多糖は、任意の有用な量、例えば成形物品に望みの性質を付与するために十分な量で使用することができる。一実施形態では、成形物品は、物品の総重量を基準として約60重量%〜約100重量%の多糖を含む。例えば、成形物品は、物品の総重量を基準として、60、65、70、75、80、85、90、95、96、97、98、99、または100重量%の多糖を含むことができる。必要に応じて、多糖は成形物品の総重量の60重量%未満の量で使用することができる。別の実施形態では、成形物品は多糖および例えばデンプンなどの少なくとも1つの追加的な成分を含み、成形物品は物品の総重量を基準として約10〜約20重量%の多糖を含む。例えば、追加的な成分が含まれる場合、成形物品は、物品の総重量を基準として、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、または20重量%の多糖を含んでいてもよい。
別の実施形態においては、成形物品はさらに無機粒子を含んでいてもよい。一実施形態においては、成形物品は、二酸化チタン、炭酸カルシウム、マイカ、バーミキュライト、シリカ、カオリン、タルク、またはこれらの混合物から選択される無機粒子をさらに含む。シリカはヒュームドシリカまたは沈降シリカであってもよい。これらの無機粒子を多糖および可塑剤(使用される場合)に添加すると、明度、フィラーの使用によるコスト削減、および複合材料のバリア特性の改善などの特性を付与することができる。一実施形態においては、無機粒子は二酸化チタンを含む。別の実施形態においては、無機粒子は炭酸カルシウムを含む。追加的な実施形態においては、無機粒子はマイカを含む。また別の実施形態においては、無機粒子はバーミキュライトを含む。さらなる実施形態においては、無機粒子はシリカを含む。別の実施形態においては、無機粒子はカオリンを含む。また別の追加の実施形態においては、無機粒子はタルクを含む。
また別の実施形態においては、成形物品はカーボンブラックをさらに含む。さらなる実施形態においては、成形物品は、カーボンブラック、および/または、二酸化チタン、炭酸カルシウム、マイカ、バーミキュライト、シリカ、カオリン、タルク、またはこれらの混合物から選択される無機粒子を含む。
成形物品はデンプンをさらに含んでいてもよい。
デンプンは植物によって産生される多糖であり、主要なエネルギー貯蔵物である。これは、2つの主要な多糖であるアミロースとアミロペクチンからなる非水溶性顆粒として天然に存在する。デンプンの典型的な形態においては、デンプン中のアミロースの含有率は30%〜7%の範囲である。ジャガイモデンプンは30%のアミロースを有しており、タピオカは22%、キャッサバと小麦とトウモロコシは20%、米は7%有している。遺伝子組み換えによって、アミロペクチンを主に生産するようにデンプンの組成を変更することができる。デンプンは、成形物品の特性に悪影響を及ぼさない量でフィラーとして使用することができる。
一実施形態においては、成形物品は、物品の総重量を基準として約1重量%〜約50重量%のデンプンを含む。例えば、物品は、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、または50重量%(またはこれらの間の任意の値)のデンプンを含み得る。別の実施形態においては、成形物品は、物品の総重量を基準として約50重量%〜約80重量%のデンプンを含み得る。例えば、物品は、50、55、60、65、70、75、または80重量%(またはこれらの間の任意の値)のデンプンを含み得る。別の実施形態においては、成形物品は実質的にデンプンを含まず、多糖、デンプン、および可塑剤(存在する場合)の総重量を基準として約5重量%、4重量%、3重量%、2重量%、または1重量%未満のデンプンを含む。
成形物品は可塑剤をさらに含んでいてもよい。フルクトース、ソルビトール、スクロース、グリセロール、約100〜約2000g/モルの数平均分子量を有するポリエチレングリコール(PEG)、トリエチレングリコール、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ナトリウム、イヌリン、ジグリセロール、トリグリセロール、マルトデキストリン6、プロピレングリコール、プロピレンカーボネート、ジメチルエーテルイソソルビド、レブリン酸メチル、メチル尿素、γ−バレロラクトン、クエン酸トリエチル、グリセロールモノアセテート、グリセロールジアセテート、グリセロールトリアセテート、水、またはこれらの組み合わせを含む様々な可塑剤が、本明細書に開示の多糖との組み合わせに有用である。可塑剤は、ステアリン酸、アジピン酸、クエン酸、またはこれらの混合物のエステルも含み得る。一実施形態においては、可塑剤はグリセロールトリステアレートを含む。一実施形態においては、可塑剤はグリセロールを含む。一実施形態においては、可塑剤は水を含む。一実施形態においては、可塑剤はジアセチンを含む。一実施形態においては、可塑剤はフルクトースを含む。一実施形態においては、可塑剤はソルビトールを含む。一実施形態においては、可塑剤はスクロースを含む。
例えば酸無水物、エポキシド、またはアルデヒドなどの反応性可塑剤も使用することができる。
一実施形態においては、成形物品は多糖および可塑剤を含み、多糖はポリα−1,3−グルカンを含み、可塑剤はグリセロールを含む。別の実施形態においては、成形物品は多糖および可塑剤を含み、多糖はポリα−1,3−グルカンを含み、可塑剤は水を含む。追加的な実施形態においては、成形物品は多糖および可塑剤を含み、多糖はポリα−1,3−グルカンを含み、可塑剤はグリセロール、水、またはこれらの組み合わせを含む。
一実施形態においては、成形物品は多糖および可塑剤を含み、多糖はポリα−1,3−1,6−グルカンを含み、可塑剤はグリセロールを含む。別の実施形態においては、成形物品は多糖および可塑剤を含み、多糖はポリα−1,3−1,6−グルカンを含み、可塑剤は水を含む。
一実施形態においては、成形物品は多糖および可塑剤を含み、多糖は(a)少なくとも約100000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するデキストランを含む主鎖、および(b)少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカン側鎖、を含むグラフトコポリマーを含み、可塑剤はグリセロールを含む。別の実施形態においては、成形物品は多糖および可塑剤を含み、多糖は(a)少なくとも約100000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するデキストランを含む主鎖、および(b)少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカン側鎖、を含むグラフトコポリマーを含み、可塑剤は水を含む。
一実施形態においては、成形物品は、物品の総重量を基準として約1重量%〜約60重量%の可塑剤を含む。例えば、物品は、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、または60重量%(またはそれらの間の任意の値)の可塑剤を含み得る。
一実施形態においては、成形物品は多糖、デンプン、および可塑剤を含む。一実施形態においては、成形物品は多糖、デンプン、および可塑剤を含み、物品は物品の総重量を基準として約1重量%〜約50重量%のデンプンを含む。別の実施形態においては、成形物品は多糖、デンプン、および可塑剤を含み、物品は約10重量%〜約20重量%の多糖、約50重量%〜約80重量%のデンプン、および約10重量%〜約40重量%の可塑剤を含む。
一実施形態においては、成形物品はポリα−1,3−グルカンおよび可塑剤を含む。一実施形態においては、成形物品はポリα−1,3−グルカンおよびデンプンを含む。一実施形態においては、成形物品は、ポリα−1,3−グルカン、デンプン、および可塑剤を含む。
さらなる実施形態においては、成形物品は架橋剤をさらに含んでいてもよい。架橋剤は、成形物品に改善された酸素バリア性および/または水蒸気バリア性を付与するために使用できると考えられる。有用な架橋剤としては、無水マレイン酸、無水メチルコハク酸、無水メチルマレイン酸、無水ジメチルマレイン酸、2−エチル−3−メチルマレイン酸無水物、2−ヘキシル−3−メチルマレイン酸無水物、2−エチル−3−メチル−2−ペンテン二酸無水物、無水イタコン酸(2−メチレンコハク酸無水物)、2−ノネン−1−イルコハク酸無水物、2−オクテン−1−イルコハク酸無水物、無水アルケニルコハク酸、および例えばパルミチン酸または他の長鎖カルボン酸から誘導されるものなどのアルキルケテン二量体、のうちの少なくとも1つを挙げることができる。架橋剤は、成形工程の前に、任意の有用な量で多糖と混合できると考えられる。
また別の実施形態においては、成形物品は、顔料、造核剤、ならびに/または他の加工助剤および添加剤をさらに含んでいてもよい。
本明細書に開示の多糖を含む成形物品は、多糖および任意の他の選択された成分を金属板の間またはモールドの中に置き、短時間、典型的には例えば約15秒〜約15分の時間などの1分未満から数分までの範囲の時間、圧力をかけながら加熱する圧縮成形プロセスによって作製することができる。例えば、時間は、約15秒〜約60秒、または約15秒〜約2分、または約15秒〜約3分、または約15秒〜約4分、または15秒〜約5分、または約15秒〜約10分、または約15秒〜約15分であってもよい。適切な条件下で物品はポリマーから形成される。必要に応じて1サイクルより多く圧力の印加と開放のサイクルを使用してもよい。
一実施形態においては、本明細書に開示の成形物品は、次の工程を含む圧縮成形プロセスによって作製することができる:
a)多糖および可塑剤、ならびに任意選択的なデンプンを混合して混合物を形成する工程;
b)約0.5MPa(40,000N)〜約25MPa(1,400,000N)の範囲の圧力をかけながら、混合物を約140℃〜約220℃の範囲の温度まで加熱する工程。温度および圧力で十分な時間が経過した後、成形物品が形成される。温度および圧力が下げられ成形物品が得られる。多糖と共に存在する、または可塑剤として添加されるあらゆる水のうちの少なくとも一部は、典型的には成形プロセスで除去される。十分に揮発性である場合には、添加された可塑剤の少なくとも一部も成形プロセスで除去することができる。当該技術分野において知られているように、成形物品に望まれる形状を付与するために様々な鋳型を使用することができる。
成形プロセス中の温度は、約140℃〜約220℃の範囲、例えば140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃、または220℃、またはそれらの間の任意の温度である。
成形プロセス中に、単一の温度を維持してもよく、あるいは温度を約140℃〜約220℃の範囲内で変えてもよい。
成形プロセスの間、多糖、任意選択的な可塑剤、デンプン、またはこれらの組み合わせの混合物、および無機粒子などの任意の添加剤は、約0.5MPa〜約25MPaの範囲の圧力、例えば0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、または25MPa、またはそれらの間の任意の圧力を受ける。
一実施形態においては、本明細書に開示の多糖を含む成形物品を作製するプロセスの間、多糖の分子量は維持され減らされない。別の実施形態においては、成形物品を作製するプロセス中に多糖の分子量が増加し、これは成形物品に改善された機械的安定性を付与できるため有用な場合がある。
本明細書に開示のように、成形物品を作製するための方法において使用される多糖は、
i)ポリα−1,3−グルカン;
ii)ポリα−1,3−1,6−グルカン;または
iii)
(A)少なくとも約100000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するデキストランを含む主鎖、および
(B)少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカン側鎖、
を含むグラフトコポリマー;または
iv)構造Iにより表されるポリα−1,3−グルカンエステル化合物を含有する組成物:
Figure 2020506279

(式中、
(A)nは少なくとも6であり、
(B)各Rは独立して−Hまたは−CO−C−COOHを含む第1の基であり、前記第1の基の−C−部分は2〜6個の炭素原子の鎖を含み、
(C)このエステル化合物は、約0.001〜約1.5の、第1の基による置換度を有する)
を含む。
本明細書の上で開示した成形物品を製造するために、多糖は、典型的には5重量%を超える水を含むウェットケーキとして、あるいは約10重量%未満または約5重量%未満の水を含む乾燥粉末として、使用される。いくつかの実施形態においては、多糖はフィブリッドの形態で使用される。
多糖がウェットケーキまたは未乾燥フィブリッドの形態で使用される場合に多糖と共に存在する水の量は、成形物品を形成するために追加の水または追加の可塑剤が必要とされないほど十分な場合がある。ウェットケーキまたは未乾燥フィブリッドから製造される成形物品が圧縮成形プロセス中に破裂しないように、多糖ウェットケーキまたは未乾燥の多糖フィブリッドを「脱水」すること、すなわち、多糖と共に存在する水の量を減らすことが望ましい場合がある。多糖が乾燥粉末の形態で使用される場合に多糖と共に存在する水の量に応じて、成形物品を形成するために追加の水および/または可塑剤が必要とされる場合がある。
本明細書で用いられる用語「フィブリッド」は、これらの3つの寸法方向のうちの少なくとも1つが最も長い寸法方向に対して小さい大きさである、非顆粒性の、繊維状の、またはフィルム状の粒子を意味する。いくつかの実施形態では、ポリα−1,3グルカンまたは他の多糖は、繊維と比較して比較的大きい表面積を有する繊維状および/またはシート状の構造を有し得る。表面積は、材料の1グラム当たり5〜50mの範囲であってもよく、最も大きい寸法方向の粒径は約10〜1000μmであり、最も小さい寸法方向の大きさ、長さ、または厚さは0.05〜0.25μmであり、結果として最も小さい寸法方向に対する最も大きい寸法方向のアスペクト比は40〜20,000となる。
フィブリッドは、例えば国際特許出願公開第2016/196022号パンフレット(これは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)に開示されているように、せん断下、好ましくは高せん断下で、非溶媒を使用するポリα−1,3グルカンまたは他の多糖などのポリマー系材料の溶液の析出によって調製することができる。本明細書で用いられる用語「非溶媒」は、これがポリマー系材料に対する貧溶媒であること、例えばポリマー系材料が溶媒中に5重量%未満の溶解性を有することを意味する。別の実施形態では、ポリマー系材料は、溶媒中において4、3、2、1、または0.5重量%未満の溶解性を有し得る。ポリα−1,3グルカンまたは他の多糖のための好適な非溶媒の例としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、酸性水溶液、水等が挙げられる。
フィブリッドは:
(a)ポリα−1,3−グルカンまたは他の多糖を溶媒中に溶解させてポリα−1,3−グルカンまたは他の多糖の溶液を製造すること;
(b)せん断下でポリα−1,3−グルカンフィブリッドまたは他の多糖フィブリッドを析出させて、フィブリッドを含有する懸濁液を製造すること;
を含む方法によって製造することができる。
フィブリッドは、ポリα−1,3−グルカン溶液または他の多糖の溶液を液体の析出浴(「非溶媒」)の中に添加することによって製造することもできる。ポリα−1,3−グルカン溶液または他の多糖溶液の析出浴中への添加は、当業者に公知の任意の標準的な方法を使用して行うことができる。例えば、直接注入を利用することができる。
添加時、ポリマー溶液の流れはせん断力および乱流を受け、非溶媒(すなわちポリα−1,3−グルカンまたは他の多糖について5重量%未満の溶解性を有する液体)、すなわちポリα−1,3−グルカンまたは他の多糖と非混和性のものを使用することにより、懸濁液の形態でのフィブリッドの析出が生じる。いくつかの実施形態では、析出浴は、酸性水溶液、アルカリ性水溶液、またはアルコールを含んでいてもよい。
例えば、ドープ濃度、溶媒の種類、ミキサーの種類、混合速度、析出浴のpH、ポリマー含有溶液の添加速度、使用される非溶媒の量、混合時間、中和速度、および中和剤の濃度などの1つ以上のプロセスパラメーターを制御することにより、(i)フィブリッドを含有する懸濁液の粘度、フィブリッドの(ii)大きさおよび/または(iii)形状を制御することができる。
本明細書で用いられる用語「ドープ」はポリマーを含有する溶液を指す。ドープは、溶媒中にポリマーを混合することによって調製することができる。そのため、当業者に周知のように、ドープ濃度とは溶媒中に混合されるポリマーの量を指す。
フィブリッドは、懸濁液を濾過することによって単離することができる。任意選択的に、単離されたフィブリッドは、水により洗浄することおよび/または乾燥することができる。
方法を実施するために使用できるポリα−1,3−グルカンのための溶媒の種類としては、これらに限定されるものではないが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどの成分を含有する塩基性水溶液、塩化リチウム/DMAC、DMSO/塩化リチウム等が挙げられる。ポリα−1,3−グルカンまたは他の多糖のための溶媒は、析出浴のために使用される液体と混和できる必要がある。混合速度および混合時間は、必要に応じて調節することができる。析出浴のpHは、ポリα−1,3−グルカンまたは他の多糖を混ぜ入れるために選択される溶媒に応じて、酸性〜中性〜塩基性で調節することができる。
本明細書に開示の成形物品は、様々な用途において有用な場合がある。例えば、成形物品は、容器、ハンドル、包装、トレイ、ボトル、カップ、シート、使い捨て食品包装用品、自動車部品、電子機器用のケーシング、または玩具であってもよい。一実施形態では、本明細書に開示の多糖を含む物品は、硬質包装、例えば使い捨て食品包装または取扱い用品を含む。硬質包装の例としては、ボトル、ジャー、調理済み食料品トレイ、トレイ、化粧品容器、絞り出しチューブ、および電子機器および菓子類において二次包装としてしばしば使用される薄壁容器も挙げられる。本明細書に開示の多糖を含む成形物品は、改善された機械的特性、望まれる特性を有しながらより薄い壁の容器を製造するための能力、接触透明性、改善されたバリア性能、改善された耐水性、改善された炭化水素耐性、改善された濡れ性、および改善された美観(多糖を含まない既存の材料から製造された同等の成形物品と比較した表面光沢等)を提供することができる。本明細書に開示の多糖を含む成形物品は、酸素バリア特性および/または水蒸気バリア特性も有することができ、これらは共に、例えば食品包装などの様々な最終用途において有益である。
本明細書に開示の成形物品および方法の非限定的な例は、次のものを含む:
1.多糖を含む成形物品であって、前記多糖が、
i)ポリα−1,3−グルカン;
ii)ポリα−1,3−1,6−グルカン;
iii)
(A)少なくとも約100000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するデキストランを含む主鎖、および
(B)少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカン側鎖、
を含むグラフトコポリマー;または
iv)構造Iにより表されるポリα−1,3−グルカンエステル化合物を含有する組成物:
Figure 2020506279

(式中、
(A)nは少なくとも6であり、
(B)各Rは独立して−Hまたは−CO−C−COOHを含む第1の基であり、前記第1の基の−C−部分は2〜6個の炭素原子の鎖を含み、
(C)前記エステル化合物は、約0.001〜約1.5の、第1の基による置換度を有する)
を含む、成形物品。
2.前記多糖がポリα−1,3−グルカンを含む、実施形態1に記載の成形物品。
3.前記多糖がポリα−1,3−1,6−グルカンを含む、実施形態1に記載の成形物品。
4.前記多糖が、
(A)少なくとも約100000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するデキストランを含む主鎖、および
(B)少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカン側鎖、
を含むグラフトコポリマーを含む、実施形態1に記載の成形物品。
5.前記多糖が構造Iにより表されるポリα−1,3−グルカンエステル化合物を含有する組成物を含む、実施形態1に記載の成形物品
Figure 2020506279

(式中、
(A)nは少なくとも6であり、
(B)各Rは独立して−Hまたは−CO−C−COOHを含む第1の基であり、前記第1の基の−C−部分は2〜6個の炭素原子の鎖を含み、
(C)前記エステル化合物は、約0.001〜約1.5の、第1の基による置換度を有する)。
6.前記物品が、前記物品の総重量を基準として約60重量%〜約100重量%の多糖を含む、実施形態1、2、3、4、または5に記載の成形物品。
7.デンプンをさらに含む、実施形態1、2、3、4、5、または6に記載の成形物品。
8.可塑剤をさらに含む、実施形態1、2、3、4、5、6、または7に記載の成形物品。
9.前記物品が前記物品の総重量を基準として約1重量%〜約60重量%の可塑剤を含む、実施形態8に記載の成形物品。
10.前記可塑剤が、フルクトース、ソルビトール、スクロース、グリセロール、約100〜約2000g/モルの数平均分子量を有するポリエチレングリコール、トリエチレングリコール、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ナトリウム、イヌリン、ジグリセロール、トリグリセロール、マルトデキストリン6、プロピレングリコール、プロピレンカーボネート、ジメチルエーテルイソソルビド、レブリン酸メチル、メチル尿素、γ−バレロラクトン、クエン酸トリエチル、グリセロールモノアセテート、グリセロールジアセテート、グリセロールトリアセテート、水、またはこれらの組み合わせを含む、実施形態8または9に記載の成形物品。
11.デンプンをさらに含む、実施形態8、9、または10に記載の成形物品。
12.カーボンブラック、および/または、二酸化チタン、炭酸カルシウム、マイカ、バーミキュライト、シリカ、カオリン、タルク、またはこれらの混合物から選択される無機粒子をさらに含む、実施形態1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、または11に記載の成形物品。
13.前記多糖がポリα−1,3−グルカンを含み、前記可塑剤がグリセロール、水、またはこれらの混合物を含む、実施形態1、2、6、7、8、9、10、11、または12に記載の成形物品。
14.前記物品が、容器、ハンドル、包装、トレイ、ボトル、カップ、シート、使い捨て食品包装用品、自動車部品、電子機器用のケーシング、または玩具である、実施形態1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13に記載の成形物品。
15.
a)多糖および可塑剤、ならびに任意選択的なデンプンを混合して混合物を形成する工程;
b)約0.5MPa〜約25MPaの範囲の圧力をかけながら、前記混合物を約140℃〜約220℃の範囲の温度まで加熱する工程;
を含む、成形物品製造のための圧縮成形方法であって、前記多糖が、
i)ポリα−1,3−グルカン;
ii)ポリα−1,3−1,6−グルカン;
iii)
(A)少なくとも約100000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するデキストランを含む主鎖、および
(B)少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカン側鎖、
を含むグラフトコポリマー;または
iv)構造Iにより表されるポリα−1,3−グルカンエステル化合物を含有する組成物:
Figure 2020506279

(式中、
(A)nは少なくとも6であり、
(B)各Rは独立して−Hまたは−CO−C−COOHを含む第1の基であり、前記第1の基の−C−部分は2〜6個の炭素原子の鎖を含み、
(C)前記エステル化合物は、約0.001〜約1.5の、第1の基による置換度を有する)
を含む、方法。
別段の記載がない限り、すべての材料は受け取ったままの状態で使用した。
本明細書で使用される場合、「Comp.Ex.」は比較例を意味し、「Ex.」は実施例を意味する。
ポリα−1,3−グルカンの典型的な調製
ポリα−1,3−グルカンは、米国特許第7,000,000号明細書;米国特許出願公開第2013/0244288号明細書(現在米国特許第9,080,195号明細書);および米国特許出願公開第2013/0244287号明細書(現在米国特許第8,642,757号明細書)(これらはすべてその全体が参照により本明細書に組み込まれる)に記載のgtfJ酵素調製物を用いて調製することができる。
ポリα−1,3−グルカンポリマーは、米国特許出願公開第2014/0179913号明細書(現在米国特許第9,139,718号明細書(例えばこの中の実施例12を参照のこと)に開示の手順(これらは共にその全体が参照により本明細書に組み込まれる)に従って合成することができ、またそのウェットケーキを調製することができる。
多糖試料
Emslandからのジャガイモデンプンを比較例で使用した(比較例Uを除く)。
実施例の成形物品を作製するために複数の多糖を使用した。
ポリα−1,3−グルカン乾燥粉末は10%の水を含んでいた。グルカン乾燥粉末は、上述した通りに単離し、乾燥し、20メッシュ未満にふるい分けしたウェットケーキから得た。いくつかの事例では、より細かい粒径のグルカン乾燥粉末を使用した。以下の表では、この材料は「グルカン−乾燥粉末」と呼ばれている。
ポリα−1,3−グルカンウェットケーキは65%の水を含んでいた。グルカンウェットケーキは上述した通りに単離した。以下の表では、この材料は「グルカンウェットケーキ」と呼ばれる。
(i)少なくとも約100000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するデキストランを含む主鎖、および
(ii)少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカン側鎖、を含むグラフトコポリマーの形態のポリα−1,3−グルカンの2つの試料も使用した。約10%のデキストランと約90%のポリα−1,3−グルカンとから構成されるデキストラン−ポリα−1,3−グルカングラフトコポリマーの1つの試料は本明細書ではデキストラン−グルカングラフトコポリマー♯1と呼ばれ、約30%のデキストランと約70%のポリα−1,3−グルカンとから構成されるデキストラン−ポリα−1,3−グルカングラフトコポリマーの他方の試料は本明細書ではデキストラン−グルカングラフトコポリマー♯2と呼ばれる。両方の試料は共に乾燥粉末の形態であり、10重量%の水を含んでいた。これらのグラフトコポリマー多糖試料は、国際特許出願公開第2017/079595号パンフレット(例えばこの中の実施例7を参照のこと、これはその全体が本明細書に組み込まれる)に開示のものと同様の方法を使用して調製した。
表Bには、デキストラン−グルカングラフトコポリマー#1および#2のそれぞれについて、多糖のα−1,6−グルコシド結合の%含有率(NMRにより決定)、および各多糖試料の調製において使用されたデキストラン対スクロースの重量/重量比に関する情報が示されている。
Figure 2020506279
フルクトース、ソルビトール、スクロース、グリセロール、平均分子量200g/モルのポリエチレングリコール(PEG200)、平均分子量(Mn)2000のポリエチレングリコール(PEG2000)、トリエチレングリコール、乳酸メチル、乳酸エチル、グリセロールトリステアレート、乳酸ナトリウム、Frutafit TEX(イヌリン)、ジグリセロール、トリグリセロール、マルトデキストリン6、プロピレングリコール、プロピレンカーボネート、ジメチルエーテルイソソルビド、レブリン酸メチル、メチル尿素、バレロラクトン、モノアセチン(グリセロールモノアセテート)、ジアセチン(グリセロールジアセテート)、およびトリアセチン(グリセロールトリアセテート)は販売元から入手し、受け取ったままの状態で使用した。
方法
多糖の含水率は、Sartorius水分計(Sartorius MA40)赤外線乾燥機を使用して決定した。
広角X線散乱(WAXS)粉末回折図は、0.02°(2θ)のステップサイズおよびステップ当たり2.0秒の取得時間で、5〜40°(2θ)の角度範囲の反射配置で、Bruker D2 Phaser回折計で記録した。アノードからのCo Kα1放射線(λ=1.7902Å;X線管は空冷される)は、30kVおよび10mAで発生させた。回折計は、1mmの発散スリット、試料台の上の0.5mmのナイフエッジ(低角度、すなわち5°2θ以上での測定を可能にする)、およびLINEXEYTMシリコンストリップ検出器を備えていた。PSD(位置感知検出器)開口は、最も優れた信号対雑音比のために5.82(すなわち最大)に設定される。
ポリα−1,3−グルカン試料およびポリα−1,3−グルカンを含むいくつかの成形物品をキャラクタリゼーションするために、標準的な示差走査熱量測定(DSC)技術を使用した。試料をパンの中に量り入れ(10〜20mg)、10℃/分で加熱および冷却のサイクルを行った。熱履歴をキャラクタリゼーションするために、成形物品を最初の加熱から分析した。
物品の圧縮成形のための手順
試料は、例えば20重量%の可塑剤については1gの可塑剤を有する5gの乾燥重量のポリマー、30重量%の可塑剤については1.5gの可塑剤を有する5gの乾燥重量のポリマーなどの、ポリマーの乾燥重量に対する%可塑剤に基づいて調製した。多糖を可塑剤と混合し、チューブローテーターの中で一晩平衡化した。温度および圧力制御を備えた標準的なPHI型ホットプレス(PHI油圧プレス)を使用して組成物をプレスした。成形物品を、160℃、180℃、および200℃で5分間、段階的に圧力をかけ(5−10−20−40トン)、5×5cm、厚さ1mmの鋳型を使用して成形して作製した。
実施例1〜11および比較例
以下の表において、「○」は示されている材料および条件を使用した成形された物体の形成を示す。「R」は、圧力の開放によって物体が破裂したことを示す。「X」は、その条件下で物体が形成されなかったことを示す。「R」で示される場合については、例えばよりゆっくりと解放されるなど圧力が異なるように開放された場合には、形成された物体は破裂しない可能性があると考えられる。
以下の表は、可塑剤の添加ありおよびなしでの、様々な多糖から成形物品を作製するために使用されたプロセス条件を示している。成形物品を作製するためのプロセスで使用された温度は表のタイトルに示されている。
実施例1
Figure 2020506279
実施例2
Figure 2020506279
実施例3
Figure 2020506279
実施例4
Figure 2020506279
実施例5
Figure 2020506279
比較例U
Figure 2020506279
比較例Uについての否定的な形成結果は、試験した条件下では成形物品が形成されなかったことを示している。
実施例6
Figure 2020506279
実施例7
Figure 2020506279
実施例8
Figure 2020506279
実施例9
Figure 2020506279
実施例10
Figure 2020506279
実施例10については、可塑剤と乾燥ポリα−1,3−グルカン粉末の各組み合わせについて、形成結果は160℃および200℃で同じであった。
実施例11
Figure 2020506279
使用したプロセス条件下で物体を形成した条件または試料を破裂させた条件のまとめとして、乾燥粉末としてのポリα−1,3−グルカン、ウェットケーキとしてのポリα−1,3−グルカン、およびデキストラン−ポリα−1,3−グルカングラフトコポリマーは、追加の可塑剤なしで物品を形成した(すべての多糖試料は少なくとも10重量%の水を含有していたことに留意されたい)。可塑剤を、乾燥粉末としてのポリα−1,3−グルカンを使用してスクリーニングした。表4に列挙された可塑剤は、様々な重量パーセントでの成形された物体の形成に有用であった。
図1は、乾燥グルカンを180℃(実施例6B)または200℃(実施例6C)で成形する前後のグルカンのX線回折図を示す。表1および表7で示されているように、グルカンは、160℃、180℃、および200℃で物体を形成する。結晶形は維持される。板状の物体を形成するためにアモルファス領域を利用して結晶を完全なままにすることにより、構造材料としてのグルカンを維持することによって成形が可能であった。図2は、ポリα−1,3−グルカン乾燥粉末の示差走査熱量測定(DSC)の最初の加熱走査を示し(実施例1A)、アモルファスグルカンを利用することによる形成を裏付ける53℃でのTgを示している。
可塑剤をさらに添加すると、結晶性の変化が示される。グリセロールと組み合わせたポリα−1,3−グルカン乾燥粉末の成形前後のX線回折図の重ね合わせ(実施例7A)を図3に示す。
まとめると、構造材料としてのポリα−1,3−グルカンを使用することにより、および成形された物体を形成するためにアモルファス領域を利用して結晶を完全なままにすることにより、成形された物体を作製できることが実証された。さらに、成形された物体を形成するために結晶が破壊され得ることが実証された。

Claims (15)

  1. 多糖を含む成形物品であって、
    前記多糖が、
    i)ポリα−1,3−グルカン;
    ii)ポリα−1,3−1,6−グルカン;
    iii)
    (A)少なくとも約100000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するデキストランを含む主鎖、および
    (B)少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカン側鎖、
    を含むグラフトコポリマー;または
    iv)構造Iにより表されるポリα−1,3−グルカンエステル化合物を含有する組成物:
    Figure 2020506279

    (式中、
    (A)nは少なくとも6であり、
    (B)各Rは独立して−Hまたは−CO−C−COOHを含む第1の基であり、前記第1の基の−C−部分は2〜6個の炭素原子の鎖を含み、
    (C)前記エステル化合物は、約0.001〜約1.5の、前記第1の基による置換度を有する)
    を含む、成形物品。
  2. 前記多糖がポリα−1,3−グルカンを含む、請求項1に記載の成形物品。
  3. 前記多糖がポリα−1,3−1,6−グルカンを含む、請求項1に記載の成形物品。
  4. 前記多糖が、
    (A)少なくとも約100000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するデキストランを含む主鎖、および
    (B)少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカン側鎖、
    を含むグラフトコポリマーを含む、請求項1に記載の成形物品。
  5. 前記多糖が構造Iにより表されるポリα−1,3−グルカンエステル化合物を含有する組成物を含む、請求項1に記載の成形物品:
    Figure 2020506279

    (式中、
    (A)nは少なくとも6であり、
    (B)各Rは独立して−Hまたは−CO−C−COOHを含む第1の基であり、前記第1の基の−C−部分は2〜6個の炭素原子の鎖を含み、
    (C)前記エステル化合物は、約0.001〜約1.5の、前記第1の基による置換度を有する)。
  6. 前記物品が、前記物品の総重量を基準として約60重量%〜約100重量%の多糖を含む、請求項1に記載の成形物品。
  7. デンプンをさらに含む、請求項1に記載の成形物品。
  8. 可塑剤をさらに含む、請求項1に記載の成形物品。
  9. 前記物品が前記物品の総重量を基準として約1重量%〜約60重量%の可塑剤を含む、請求項8に記載の成形物品。
  10. 前記可塑剤が、フルクトース、ソルビトール、スクロース、グリセロール、約100〜約2000g/モルの数平均分子量を有するポリエチレングリコール、トリエチレングリコール、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ナトリウム、イヌリン、ジグリセロール、トリグリセロール、マルトデキストリン6、プロピレングリコール、プロピレンカーボネート、ジメチルエーテルイソソルビド、レブリン酸メチル、メチル尿素、γ−バレロラクトン、クエン酸トリエチル、グリセロールモノアセテート、グリセロールジアセテート、グリセロールトリアセテート、水、またはこれらの組み合わせを含む、請求項8に記載の成形物品。
  11. デンプンをさらに含む、請求項8に記載の成形物品。
  12. カーボンブラック、および/または、二酸化チタン、炭酸カルシウム、マイカ、バーミキュライト、シリカ、カオリン、タルク、またはこれらの混合物から選択される無機粒子をさらに含む、請求項1に記載の成形物品。
  13. 前記多糖がポリα−1,3−グルカンを含み、前記可塑剤がグリセロール、水、またはこれらの混合物を含む、請求項8に記載の成形物品。
  14. 前記物品が、容器、ハンドル、包装、トレイ、ボトル、カップ、シート、使い捨て食品包装用品、自動車部品、電子機器用のケーシング、または玩具である、請求項1に記載の成形物品。
  15. 成形物品製造のための圧縮成形方法であって、
    a)多糖および可塑剤、ならびに任意選択的なデンプンを混合して混合物を形成する工程;
    b)約0.5MPa〜約25MPaの範囲の圧力をかけながら、前記混合物を約140℃〜約220℃の範囲の温度まで加熱する工程;
    を含み、前記多糖が、
    i)ポリα−1,3−グルカン;
    ii)ポリα−1,3−1,6−グルカン;
    iii)
    (A)少なくとも約100000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するデキストランを含む主鎖、および
    (B)少なくとも約95%のα−1,3−グルコシド結合を含むポリα−1,3−グルカン側鎖、
    を含むグラフトコポリマー;または
    iv)構造Iにより表されるポリα−1,3−グルカンエステル化合物を含有する組成物:
    Figure 2020506279

    (式中、
    (A)nは少なくとも6であり、
    (B)各Rは独立して−Hまたは−CO−C−COOHを含む第1の基であり、前記第1の基の−C−部分は2〜6個の炭素原子の鎖を含み、
    (C)前記エステル化合物は、約0.001〜約1.5の、前記第1の基による置換度を有する)
    を含む、方法。
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