CN103958752A

CN103958752A - 用于制备多糖纤维的新型组合物

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Publication number: CN103958752A
Application number: CN201280059899.3A
Authority: CN
Inventors: J.P.奥布里恩; K.奥珀
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: Nutrition And Biotechnology Usa Fourth Ltd; DuPont Industrial Biosciences USA LLC
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2012-10-05
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2032-10-05
Also published as: AU2012318526B2; KR20140072167A; WO2013052730A1; JP2014534294A; IL231855A0; JP6182148B2; EP2764145A1; SG11201401290UA; AU2012318526A1; NZ623330A; CA2851312A1; EP2764145B1; CN103958752B

Abstract

本发明涉及用于从聚(α(1→3)葡聚糖)制备纤维的新型方法。根据本发明制备的纤维，具有“棉花样”特性，可用于纺织物用途，能作为连续长丝全年生产。所述方法包括从在水和N-甲基吗啉-N-氧化物的混合物中的聚(α(1→3)葡聚糖)新型溶液进行溶液纺丝，然后在包含非水液体的液体凝结剂中进行凝结。

Description

用于制备多糖纤维的新型组合物

本专利申请是PCT专利申请，根据35U.S.C.§119(e)要求于2011年10月5日提交的美国临时专利申请序列号61/543,423和于2011年10月5日提交的美国临时专利申请序列号61/543,428的优先权。上述申请的公开全文以引用方式并入。

技术领域

本发明涉及用于从在水和N-甲基吗啉-N-氧化物的混合物中的溶液生成溶液纺丝聚(α(1→3)葡聚糖)的方法，以及涉及所述溶液本身。所用的聚(α(1→3)葡聚糖)是由酶的作用合成的。

背景技术

从文明之初就已知多糖，主要以纤维素的形式，一种由葡萄糖通过自然的方法经由β(1→4)糖苷键形成的聚合物；参见，例如Applied FibreScience，F.Happey，Ed.，第8章，E.Atkins，Academic Press，New York，1979。其中也公开了许多其它多糖聚合物。

在许多已知多糖中仅纤维素作为纤维获得了商业的突出地位。具体地，棉花是一种高纯度形式的天然存在的纤维素，它在纺织物应用方面的有益特性是熟知的。

还已知纤维素在溶液中表现出充分的链延伸和主链刚度，以形成液晶溶液；参见，例如O′Brien，美国专利4,501,886。本领域的教导内容提出只有在β(1→4)链接的多糖中才能获得足够的多糖链延伸，并且来自主链几何形状的任何显著偏差会降低分子长宽比(分子长宽比是形成有序态所必需的)。

近来，葡聚糖聚合物，其特征在于α(1→3)糖苷键，已经通过将蔗糖水性溶液与GtfJ葡糖基转移酶接触操作被分离出来，该酶分离自唾液链球菌(Streptococcus salivarius)，Simpson等人，Microbiology，141卷，1451-1460页(1995)。已经制成了α→(1，3)-D-葡聚糖的高度结晶的、高度取向的、低分子量膜用于X射线衍射分析，Ogawa等人，Fiber Diffraction Methods，47，353-362页(1980)。在Ogawa的论文中，不溶解的葡聚糖聚合物被乙酰化，所述乙酰化的葡聚糖溶解以形成5％的氯仿溶液然后所述溶液浇铸成膜。然后所述膜在150℃甘油中经受拉伸，其定向所述膜并且拉长至所述溶液浇铸膜的初始长度的6.5倍的长度。在拉伸后，所述膜被去乙酰化并在压力容器中通过在140℃超热水中退火而结晶。将多糖暴露在此类热含水环境导致链裂解和分子量的损耗，并同时增加机械性能的劣化，这在本领域中是熟知的。

基于葡萄糖的多糖和葡萄糖本身是特别重要的，因为它们在光合作用和代谢过程中的突出作用。纤维素和淀粉，两者都是基于聚葡糖酐的分子链，是地球上最丰富的聚合物并且具有很大的商业重要性。此类聚合物提供了在其整个生命周期环境友好的材料，并且由可再生的能源和原材料源构造。

术语“葡聚糖”是专门术语，指包含β-D萄糖单体单元(其以八种可能的方式连接)的多糖，纤维素是一种葡聚糖。

在葡聚糖聚合物中，重复的单体单元可以多种构型继而以连接模式连接起来。所述连接模式的实质依赖于，部分地，当己醛糖环闭合以形成半缩醛时(己醛糖)环如何闭合。葡萄糖(一种己醛糖)的开链形式具有四个不对称的中心(见下文)。因此，葡萄糖有24或16种可能的开链形式，D-和L-葡萄糖是两种。当所述环闭合时，在Cl创建了新的不对称中心因此产生了5个不对称的碳。根据所述环如何闭合，对于葡萄糖，α(1→4)-连接的聚合物，如淀粉，或β(1→4)-连接的聚合物，如纤维素，能在进一步缩合时形成聚合物。聚合物中在Cl处的构型确定了其为α或β连接的聚合物，在α或β后面的括号中的数字是指通过其连接发生的碳原子。

*不对称碳中心

通过所述连接模式确定了葡聚糖聚合物表现出的特性。例如，纤维素和淀粉的非常不同的特性是由它们的连接模式的相应实质确定的。淀粉或直链淀粉包含α(1→4)连接的葡萄糖，此外不形成纤维，因为它会被水溶胀或溶解。另一方面，纤维素包含β(1→4)连接的葡萄糖，并且形成优异的同时结晶的和疏水的结构材料，常常被用于纺织物应用如棉纤维，以及被用于以木材形式的结构中。

与其他天然纤维类似，棉花发展受到制约其中多糖结构和物理特性没有经过针对纺织物用途的优化。具体地，棉花纤维是短长度纤维，在截面和纤维细度变化有限，并且是以一个高度劳动力和土地密集型的过程生产的。

O’Brien，美国专利7,000,000公开了用于从乙酰化的聚(α(1→3)葡聚糖)的液晶溶液制备纤维的方法。然后将因此制备的纤维去乙酰化产生聚(α(1→3)葡聚糖)纤维。

发明内容

相当多的有益效果归于本文的所述方法，其通过来自本文的新型溶液的纤维溶液纺丝提供了高度取向的和结晶的聚(α(1→3)葡聚糖)纤维而未牺牲分子量。

在一个方面本发明涉及溶液，所述溶液包含N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)、水、和聚(α(1→3)葡聚糖)(PAG)，其中聚(α(1→3)葡聚糖)的浓度相对于溶液的总重量是在5-20重量％的范围内；并且，其中NMMO与水的重量比在12至1.6的范围内。

在一个实施例中，所述溶液是各向同性的。

在另一方面，本发明涉及用于制备聚(α(1→3)葡聚糖)纤维的方法，所述方法包括以下步骤：将所得溶液的总重量的5-20重量％的聚(α(1→3)葡聚糖)(PAG)溶解在N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)和水的混合物中，以形成溶液，所述聚(α(1→3)葡聚糖)的特征在于至少10,000道尔顿的数均分子量(M_n)，其中在所述溶液中NMMO与水的重量比在12至1.6的范围内；使所述溶液流经喷丝头，从而形成纤维，使用液体凝结剂从因此形成的纤维中提取NMMO。

在一个实施例中，所述溶液是各向同性的。

附图说明

图1是适用于己糖聚合物的液晶溶液的气隙或湿纺丝以形成多糖纤维的设备的示意图。

具体实施方式

除非另外特别说明，当本文提供数值范围时，其旨在涵盖所述范围的端点。本文所用数值具有提供的有效数字位数的精确度，其遵循ASTME29-08部分6中所述的化学有效数字标准协议。例如，数字40涵盖35.0至44.9的范围，而数字40.0涵盖39.50至40.49的范围。

术语“固含量”是专门术语。在本文中用于指在本文的NMMO/水溶液中聚(α(1→3)葡聚糖)按重量计的百分比。它是由下式计算的

这里SC表示“固含量”，而Wt(G)、Wt(NMMO)和Wt(水)是聚(α(1→3)葡聚糖)、NMMO和水对应的重量。术语“固含量”与相对于溶液的总重量的聚(α(1→3)葡聚糖)的按重量计的浓度是同义的。

重量％用术语“wt-％”表示。

虽然术语“葡聚糖”是指聚合物，它也涵盖不适于纤维形成的低聚物和低分子量聚合物。出于本发明的目的，适用于操作其的所述聚合物被称为“聚(α(1→3)葡聚糖)”。

聚合物，具体地包括葡聚糖和聚(α(1→3)葡聚糖)，是由彼此共价地连接起来的多个所谓的重复单元组成的。在聚合物链中的所述重复单元是双自由基，所述基团形式在重复单元间提供了化学粘合。出于本发明的目的，术语“葡萄糖重复单元”是指葡萄糖的双自由基形式，其与聚合物链中的其它双自由基连接从而形成所述聚合物链。

在一个方面，本发明提供了溶液，所述溶液包含N-甲基吗啉-N-氧化物(MMO)、水、和聚((1→3)葡聚糖)(PAG)，其中聚(α(1→3)葡聚糖)的浓度是在相对于溶液总重量5-20重量％的范围内；并且，其中NMMO与水的重量比在12至1.6的范围内。

在一个实施例中，所述溶液是各向同性的。

出于本发明的目的，术语“各向同性的溶液”是指表现出无序形态的溶液。各向同性的溶液与表现出有序的区域的液晶溶液的形态相反，如美国专利7,000,000中所述。令人惊奇的发现，本文的使用诸如通用的溶液纺丝方法将所述各向同性的溶液用于制备纤维的实施例是本领域已知的。

在本发明中适用的所述聚(α(1→3)葡聚糖)(PAG)是特征在于至少10,000道尔顿的M_n的葡聚糖，其中聚合物中重复单元的至少90mol％是葡萄糖重复单元并且葡萄糖重复单元间至少50％的键是α(1→3)糖苷键。优选地至少95mol％，最优选地100mol％的重复单元是葡萄糖重复单元。葡萄糖单元间优选地至少90％，最优选地100％的键是α(1→3)糖苷键。

各种多糖的分离和纯化在例如The Polysaccharides，G.O.Aspinall，卷1，第2章，Academic Press，New York，1983中有所描述。适用于本发明的以满意的收率和90％的纯度制备α(1→3)多糖的任何装置是合适的。在一个此类方法中，公开于美国专利7,000,000，根据本领域提出的方法通过将蔗糖的水性溶液与分离自唾液链球菌(Streptococcus salivarius)的gtfJ葡糖基转移酶接触操作以形成聚(α(1→3)-D-葡萄糖)。在一个其他此类方法中，gtfJ是由经基因修饰的大肠杆菌(E.Coli)生成的，如下文详述。

适用于本发明的所述聚(α(1→3)葡聚糖)还可包含以α(1→3)之外的糖苷键连接的重复单元，包括α(1→4)、α(1→6)、β(1→2)、β(1→3)、β(1→4)或β(1→6)或它们的任何组合。根据本发明，聚合物中糖苷键至少50％是α(1→3)糖苷键。葡萄糖单元间优选地至少90％，最优选地100％的键是α(1→3)糖苷键。

根据本发明，基于本文溶液重量计的NMMO与水的比率在12至1.6的范围内，如下式所确定：

比率＝(Wt.NMMO)/(Wt.H₂O)

通过混合NMMO、H₂O和聚(α(1→3)葡聚糖)，搅拌以获得彻底混合物制备本文所述溶液。溶液中聚(α(1→3)葡聚糖)的量的范围相对于溶液总重量是从5至20重量％。聚(α(1→3)葡聚糖)的浓度低于5重量％时，所述溶液形成纤维的能力大大降低。形成高于16重量％的溶液浓度越来越成问题。在16至20重量％的范围内，通常需要不断细化的溶液形成技术。

在一个实施例中，聚(α(1→3)葡聚糖)的浓度在10至15重量％的范围内。

在任何指定的实施例中，聚(α(1→3)葡聚糖)的溶解度极限是分子量、NMMO/水比率、混合持续时间、形成溶液时溶液的粘度、溶液受到的剪切力和混合发生时的温度的函数。一般来讲，其他条件相同情况下低分子量聚(α(1→3)葡聚糖)会比高分子量更易溶。一般来讲，更高的剪切混合、更长的混合时间和更高的温度与更高的溶解度相关联。用于混合的最高温度受到溶剂的沸点和稳定性的限制。最佳的NMMO/水比率可根据混合方法的其他参数变化。

在另一方面，本发明涉及用于制备聚(α(1→3)葡聚糖)纤维的方法，所述方法包括以下步骤：将所得溶液的总重量的5-20重量％的聚(α(1→3)葡聚糖)(PAG)溶解在N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)和水的混合物中，以形成纺丝溶液，所述聚(α(1→3)葡聚糖)的特征在于至少10,000道尔顿的数均分子量(M_n)，其中在所述溶液中NMMO与水的重量比在12至1.6的范围内；使所述溶液流经喷丝头，从而形成纤维；以及使用液体凝结剂从因此形成的纤维提取NMMO。在一个实施例中，所述纺丝溶液是各向同性的。

虽然在本发明的操作中不是严格需要的，在添加葡聚糖聚合物前组合水和NMMO是非常可取的。向NMMO加入水将NMMO的熔点降低至能被安全使用而不***性分解的温度。

在另一个实施例中，所述各向同性的纺丝溶液还包含聚(α(1→3)葡聚糖)，其中100％的重复单元是葡萄糖，并且葡萄糖重复单元间100％的键是α(1→3)糖苷键。

为了实现稳定的纤维形成，在纺丝溶液中所需的聚(α(1→3)葡聚糖)的最少固含量根据具体的分子形态和所述聚(α(1→3)葡聚糖)的分子量以及NMMO/水比率而变化。在本发明的实践中发现5％固含量逼近稳定的纤维形成所需浓度的下限。优选的是具有至少10％固含量的溶液。更优选的是从约10％至约15％的范围的固含量。优选的是其特征在于大约50,000至70,000道尔顿数均分子量的聚(α(1→3)葡聚糖)。在NMMO/水混合物中约10至约12％的固含量实现了对于该具体聚合物最佳的纺丝性能，其中NMMO与水的重量比在12至1.6的范围内。

来自NMMO/水溶液的纺丝可用本领域已知的装置完成，如O′Brien，op.cit冲所述。用诸如活塞的推压或抽吸作用的方式迫使粘性的纺丝溶液通过单孔或多孔喷丝头或其它形式的模具。如本领域已知的，所述喷丝孔可为任何横截面性状，包括圆的、扁的、多叶形的等等。然后用普通的装置将挤出的股线传递至凝固浴，其中包含液体凝结剂，所述液体凝结剂溶解NMMO但不溶解聚合物，因此使得高度取向的聚合物凝聚成根据本发明的纤维。

合适的液体凝结剂包括但不限于冰醋酸、或NMMO/水混合物(其特征在于至少75重量％的水含量)。在一个实施例中，所述液体凝结剂被保持在20-100℃的范围内的温度。

在一个实施例中，所述凝固浴包含乙酸。在本发明的实践中发现使用过量的冰醋酸作为凝结剂液体获得了满意的结果。在纺丝的过程中，纺成纤维通过凝结剂浴槽时冰醋酸同时吸收NMMO和水。

在一些情况下，当挤出的股线在被导入凝固浴之前，首先通过惰性的、非凝固层(通常为气隙)时，获得了优异的结果。当所述惰性层是气隙时，所述纺丝方法被称为气隙法纺丝。在其他情况下，优选的是挤出物直接进入凝固浴，被称为湿法纺丝。

图1是适用于本文的纤维纺丝方法的设备的示意图。涡轮驱动，1，驱动活塞，2，以受控的速率至活塞，3，装配至纺丝仓中，4。所述纺丝仓，4，可容纳过滤器组件，5。合适的过滤器组件包括100和325目不锈筛。另一个合适的过滤器组件包括Dynalloy X5，10微米烧结的金属过滤器(PallCorporation，Deland，FL)。纺丝组合件，6，包括所述喷丝头和任选地不锈钢筛作为喷丝头的预过滤器。从其制备的挤出的长丝，7，任选地定向通过惰性的非凝固层(通常为气隙)并进入液体凝固浴，9。挤出物可以是，但不一定是，定向往复通过导轨间的浴槽，8，其通常是由PTFE制成的。图1中只示出了一个穿过浴槽的通道。离开凝固浴，9，然后淬火长丝，11，可任选地独立地使用驱动辊定向通过拉伸区，10，围绕其从而旋拧淬火的长丝。然后使用卷绕辊将如此制备的长丝收集至塑性或不锈钢的线轴上，12，优选地具有遍历机制以使所述纤维均匀分布在线轴上。在一个实施例中，所述方法包括多个独立驱动的辊。

在一个实施例中，通过多孔喷丝头挤出多根长丝，然后会聚这样制备的长丝形成纱。在另一个实施例中，所述方法还包括多个多孔喷丝头使得可以同时制备多个纱。

实例

材料

所有其他化学制品购自此类化学制品的常用供应商。

分子量

分子量是使用GPCV/LS2000^TM(Waters Corporation，Milford，MA)的色谱图、通过尺寸排阻色谱法测定的(SEC)(装备了两个Zorbax PSM双峰二氧化硅柱(Bimodal-s silica column)(Agilent，Wilmington，DE)，采用含3.0％LiCl(Aldrich，Milwaukee，WI)的DMA(来自J.T Baker，Phillipsburg，NJ)作为流动相。样品溶解于含5.0％LiCl的DMA中。表2中所示的聚合程度是基于数均分子量。

葡糖基转移酶(gtfJ)的制备

种子培养基

用于发酵罐培养起始培养物的种子培养基，包含：酵母提取物(Amberex695，5.0克/升，g/L)，K₂HPO₄(10.0g/L)，KH₂PO₄(7.0g/L)，二水合柠檬酸钠(1.0g/L)，(NH₄)₂SO₄(4.0g/L)，MgSO₄七水合物(1.0g/L)和柠檬酸铁铵(0.10g/L)。培养基pH使用5N氢氧化钠或H₂SO₄调节至6.8，并且培养基在烧瓶中灭菌。灭菌后加入葡萄糖(20mL/L的50％重量/重量溶液)和氨苄青霉素(4mL/L的25mg/mL原液)。

发酵罐培养基

在发酵罐中使用的生长培养基包含：KH₂PO₄(3.50g/L)，FeSO₄七水合物(0.05g/L)，MgSO₄七水合物(2.0g/L)，二水合柠檬酸钠(1.90g/L)，酵母提取物(Amberex695，5.0g/L)，Suppressor7153消泡剂(0.25毫升/升，mL/L)，NaCl(1.0g/L)，CaCl₂二水合物(10g/L)，和NIT痕量元素溶液(10mL/L)。NIT痕量元素溶液包含一水合柠檬酸(10g/L)，MnSO₄水合物(2g/L)，NaCl(2g/L)，FeSO₄七水合物(0.5g/L)，ZnSO₄七水合物(0.2g/L)，CuSO₄五水合物(0.02g/L)和NaMoO₄二水合物(0.02g/L)。灭菌后加入葡萄糖(12.5g/L的50％重量/重量溶液)和氨苄青霉素(4mL/L的25mg/mL原液)。

构建葡糖基转移酶(gtfJ)表达菌株

使用针对在大肠杆菌(E.Coli)中表达优化过的密码子合成来自唾液链球菌(Streptococcus salivarius)(ATCC25975)的编码成熟葡糖基转移酶(gtfJ；EC2.4.1.5；AAA26896.1，SEQ ID NO：3)的基因(DNA2.0，Menlo Park CA)。将核酸产物(SEQ ID NO：1)亚克隆进(DNA2.0，Menlo Park CA)以生成标识为pMP52(SEQ IDNO：2)的质粒。质粒pMP52用于转化大肠杆菌(E.Coli)MGl655(ATCC47076^TM)以生成标识为MG1655/pMP52的菌株。用于构建葡糖基转移酶表达菌株的所有方法是本领域熟知的，并且可由相关领域的技术人员实施，无需过度实验。

在发酵中制备重组gtfJ

在发酵罐中制备重组gtfJ酶起始于制备大肠杆菌(E.coli)菌株MG1655/pMP52的前种子培养物，被构造为如下文所述。将种子培养基的10mL等分试样加入125mL一次性带挡板烧瓶并用1.0mL在20％甘油中的大肠杆菌(E.Coli)MG1655/pMP52培养物接种。使这一培养物在37℃、300转/分钟(rpm)振荡条件下生长3小时。

发酵罐中起始的种子培养物通过将0.5L种子培养基加到2L振荡烧瓶中进行制备。将1.0mL前种子培养物无菌转移到烧瓶中的0.5L种子培养基中，并且在37℃和300rpm条件下培养5小时。在光密度550nm(OD₅₅₀)＞2时将种子培养物转移到14L发酵罐(Braun，Perth Amboy，NJ)中，该发酵罐包含8L上述发酵罐培养基，温度为37℃。

使大肠杆菌(E.Coli)MG1655/pMP52细胞在发酵罐中生长，并且当培养基中的葡萄糖浓度降至0.5g/L时开始葡萄糖进料(50％重量/重量葡萄糖溶液，包含1％重量/重量MgSO₄·7H₂O)。进料开始时为0.36克进料/分钟(g进料/分钟)，并且每小时分别逐渐提高到0.42、0.49、0.57、0.66、0.77、0.90、1.04、1.21、1.41、1.63、1.92、2.2g进料/分钟。速率保持恒定，之后当葡萄糖浓度超过0.1g/L时减少或暂时停止葡萄糖进料。使用YSI葡萄糖分析仪(YSI，Yellow Springs，Ohio)监控培养基中的葡萄糖浓度。

当细胞达到OD₅₅₀为70时，通过加入9mL0.5M IPTG(异丙基-β-D-1-硫代半乳糖苷)开始诱导葡糖基转移酶活性。溶解氧(DO)浓度控制在25％的空气饱和度。首先通过叶轮搅拌速率(400至1200rpm)并且随后通过通风速率(2至10标准升/分钟，slpm)控制DO。将pH控制在6.8。NH₄OH(14.5％重量/体积，w/v)和H₂SO₄(20％w/v)用于pH控制。将回压保持在0.5巴。在不同的间隔(20、25和30小时)，将5mL Suppressor7153消泡剂加到发酵罐中以抑制发泡。在加入IPTG后通过离心8小时收获细胞并将其储存在-80℃作为细胞浆。

由细胞浆制备gtfJ粗制酶提取物

将上文获取的细胞浆悬浮在pH7.2的50mM磷酸钾缓冲液中，浓度为150g/L，制备浆液。浆液在12,000psi(Rannie型机，APV-1000或APV16.56)下匀化并且匀浆冷却至4℃中度搅拌，每升细胞匀浆加入50g絮凝物溶液(Aldrich no.409138，在pH7.0的50mM磷酸钠缓冲液中浓度为5％)。将搅拌降低至轻度搅拌，保持15分钟。随后通过在5-10℃，在4500rpm离心3小时澄清细胞匀浆。包含粗制gtfJ酶提取物的上清液用30千道尔顿(kDa)截留分子量的膜浓缩(大约5X)。gftJ酶溶液中的蛋白浓度用二喹啉甲酸(BCA)蛋白测定法(Sigma Aldrich)测定为4-8g/L。

实例1-3和比较例A-D

实例1-3

聚合物P1：

通过混合3000g的蔗糖(以15重量％的水性溶液的形式)、60g的葡聚糖T-10、2L的未变性乙醇和1L的1M KH₂PO₄，制备20升水性溶液。通过加入10％KOH调节pH至pH6.8-7.0。然后加入去离子水补体积至20L。在这样制备的溶液中缓冲剂浓度是50mM。

然后用如上文制备的200ml的酶提取物加入由此制备的pH经调节的溶液，并使其处于环境温度144小时。使用325目筛网经40微米滤纸将所得的葡聚糖固体收集至布氏漏斗上。将滤饼重悬在去离子水中并如上再过滤两次以除去蔗糖、果糖和其他低分子量可溶解副产物。最后使用甲醇进行了两次附加的洗涤，所述滤饼在漏斗上被充分挤压并在室温下真空干燥。收率为403克白色片状固体。这样制备的聚合物在本文中称作P1。

发现数均和重均分子量分别是64,863和168,120道尔顿。

将25-30mg的所述聚合物溶解于1mL的氘代DMSO。¹³C核磁共振光谱(装备了CPDul cryoprobe的Bruker Avance500MHz核磁共振光谱计)表明，由于和葡聚糖引物的结合，在98.15、73.57、71.63、70.17、65.79和60.56ppm处存在谐振峰，并且谐振与聚(α(1→3)葡聚糖)的六个期望的不连续碳原子在99.46、81.66、72.13、71.09、69.66和60.30ppm处一致。这些谐振与包含约5％的葡聚糖的聚(α(1→3)葡聚糖)的存在一致。

聚(α(1→3)葡聚糖)纺丝溶液的制备

在干燥箱中，将8g的聚合物P1和46g的N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)加入100mL广口玻璃瓶中。将21g去离子水(包含0.344g的没食子酸丙酯和0.086g的羟胺硫酸盐)加入至这样形成的混合物中。所述容器配有顶盖，穿过顶盖配有一个穿过隔膜的聚丙烯搅拌棒。然后将所述内容物加热至110℃，同时进行间歇手动混合(约每小时5分钟)超过6小时的时间。1小时后，抽真空以除去水分同时所述内容物继续进行混合。6小时后，除去0.6g水产生形成纤维的浅琥珀色的10.75％聚(α(1→3)葡聚糖)溶液，其可在如下示出的条件下挤出成纤维。

聚(α(1→3)葡聚糖)纤维纺丝

在图1中所示装置，如上所述，通过从长丝通道移除驱动辊，10，进行修改。通过使卷绕辊的运行快于喷射速度获得纺丝拉伸。将由此制备的纺丝溶液以0.30ml/min的速率送入穿过纺丝组合件(具有由100和325目筛网组成的过滤器组件)至0.003英寸直径的单孔喷丝头。在表1中所示温度下，在被浸入和遍历2.5英尺长的包含冰醋酸的凝固浴之前，使挤出的长丝通过1.75英寸(实例1和2)或0.75英寸(实例3)的气隙。在从凝固浴除去时，因此凝聚的长丝以表1中所示的卷绕速度被定向至张力受控的带横动导杆的卷绕辊。

使用符合ASTM标准D2101-82的方法和器械测量物理特性诸如韧度、伸长和初始模量，不同的是试样长度为一英寸。

表1示出了如此制备的长丝的特性。使用符合ASTM标准D2101-82的方法和器械测量这些包括所述纤维产生的旦尼尔，以及物理特性诸如以克/旦尼尔(gpd)的韧度(T)、断裂伸长率(E，％)和以gpd的初始模量(M)，不同的是试样长度为一英寸。在表1中示出的结果是3至5次单根长丝测试的平均值。

比较例A-D

纤维素纺丝溶液的制备

在干燥箱中，将来源于切碎的Whatman#1滤纸的5g纤维素和54g无水NMMO加入100ml广口玻璃瓶中。将7.6g去离子水(包含0.13g没食子酸丙酯和0.33g的羟胺硫酸盐)加入至这样形成的混合物中。所述容器配有顶盖，穿过顶盖配有一个穿过隔膜的聚丙烯搅拌棒。然后将所述内容物加热至115℃，并且不时手动混合(5-10分钟/小时)超过4个小时的时间。当完全溶解时得到7.5％纤维素固体的形成纤维的浅琥珀色溶液，其能在下文所示条件下被挤出成纤维。

纤维素纤维纺丝

如上文所述，使用在实例1-3中采用的设备和方法制备纤维素长丝，不同的是所述纺丝溶液至喷丝头的进料速率是0.2ml/min、气隙是1.25英寸(比较例A-C)或1.75英寸(比较例D)。所述凝固浴长度是4.8英尺，并且仅包含水。如图1所示，将凝聚纤维素纤维围绕驱动辊，10封装。在表1中示出了其余的条件。

如实例1-3中测定物理特性。结果示于表1中。

表1

实例4-17和比较例E-M

纺丝溶液的制备

溶解度测定

在如下文的实例中所述的溶解过程完成后，通过目视检测小瓶中的溶液确定溶解度。如果通过目视检测没有观察到颗粒或浑浊，则聚(α(1→3)葡聚糖)被认为完全溶解了。检测到任何颗粒或浑浊被认为是不完全溶解的指示。

从制备适用于纤维纺丝溶液的角度来看，完全溶解所赋予的同质性是高度优选的。

在下文数据表中，溶解度表示为“S”，意为完全溶解，或“N”，表示未完全溶解。

聚合物合成

聚合物P2

将包含15％蔗糖、9g葡聚糖T-10、300ml未变性乙醇和50ml的1摩尔KH₂PO₄pH6.8-7.0的3升水性溶液在容器中混合。使用10％KOH调节pH，并用去离子水补体积至3升。然后将20.1ml(.67体积百分比)同上制备的酶加入所述溶液，使其放置于环境温度下144小时。使用325目筛网经40微米滤纸将所得的葡聚糖固体收集至布氏漏斗上。将滤饼悬浮在去离子水中并如上再过滤两次以除去蔗糖、果糖和其他低分子量可溶解副产物。最后使用甲醇进行两次附加的洗涤，所述滤饼在漏斗上被挤压并在室温下真空干燥。收率为25.5克白色片状固体。这样制备的聚合物在本文中称为P2。

P3

在容器中将3升包含15％蔗糖的水性溶液与9g的葡聚糖T-10、300ml未变性乙醇、和150ml磷酸钾缓冲液(用10％KOH调节至pH6.8-7.0)混合。用去离子水补体积至3升。然后将30ml(1体积百分比)同上制备的酶加入所述溶液，使其放置于环境温度下72小时。使用325目筛网经40微米滤纸将所得的葡聚糖固体收集至布氏漏斗上。将滤饼悬浮在去离子水中并如上再过滤两次以除去蔗糖、果糖和其他低分子量可溶解副产物。最后使用甲醇进行了两次附加的洗涤，所述滤饼在漏斗上被挤压并在室温下真空干燥。收率为55.4克白色片状固体。这样制备的聚合物在本文中称作P3。

P4

葡聚糖引物

在500ml锥形瓶中用磁力搅拌棒将25克碎聚合物P3悬浮于500ml的37％HCl(EMD HX0603-4)中，使其水解2小时。在冰浴上冷却的同时，使用加入了50ml水的NaOH固体缓慢中和酸以将水解的葡聚糖保持在溶液中。然后使用500MW截留膜(Specta/Por Biotech纤维素酯(CE)MWCO500-1,000D)透析所述溶液，使用自来水在低水平处流动过夜以除去盐分。然后将所述溶液置于旋转蒸发仪中，在室温下真空干燥所述材料。这样制备的材料在本文被称为P3-H。

重复用于制备聚合物P1的材料和方法，不同的是使用了4.6克的P3-H而省去了葡聚糖。这样制备的聚合物在本文中称作P4。收率为309克白色片状固体。

P5

在带有搅拌和温度控制的150加仑带玻璃衬里的反应器中，通过在容器中混合75kg蔗糖、500g葡聚糖T-10、3.4kg磷酸钾缓冲液(用10％KOH调节至pH7.0)、和50升未变性乙醇以制备约394千克的水性溶液。然后在所述溶液中加入32单位/升同上制备的酶，随后加入另外的1升去离子水。所得的溶液在25℃下温和混合72小时。将所得的葡聚糖固体转移至Zwag过滤器去除母液。滤饼经由用大约150kg水置换3次进行洗涤。最后用100升甲醇进行两次附加的置换洗涤。用60℃夹套真空干燥所述材料。收率：6.6kg白色片状固体。这样制备的聚合物在本文中称为P5。

P6

重复用于制备聚合物P3的材料和方法，不同的是使用了2.0克的P3-H而省去了葡聚糖。收率为68克白色片状固体。这样制备的聚合物在本文中称作P6。

实例4

通过混合8g的50/50按重量计的无水NMMO和水的混合物、0.15ml的没食子酸丙酯(0.08M)的水性溶液和羟胺硫酸盐(0.026M)形成混合物，将0.5g的聚合物P2加入所述混合物。将这样混合的成分加入至40ml玻璃小瓶中。加料后，用硅氧烷隔膜封端小瓶并称重小瓶。然后将所述隔膜配上搅拌棒。将所述小瓶置于加热块中预热至110℃并保持30分钟，并且不时手动搅动。30分钟后，抽真空同时在110℃下持续加热以去除水分至表2中示出的水平。通过称重蒸馏出的量测定最终水含量。NMMO的蒸馏忽略不计。所述聚合物被完全溶解，为浅琥珀色。最终固含量为8.9％。

实例5

将1.0g的聚合物P4悬浮于8.5g的无水NMMO和水50/50按重量计的混合物中，所述混合物中加入了0.15ml的没食子酸丙酯(0.016M)和羟胺硫酸盐(0.005M)的水性溶液。将所述成分加入配有硅氧烷隔膜的40ml玻璃小瓶中。加入小瓶后，对其内容物称重。穿过隔膜***搅拌棒。然后将所述小瓶置于加热块中预热至110℃并保持60分钟，并且不时手动搅动。60分钟后，抽真空同时在110℃下持续加热以去除水分至表2示出的水平。所述聚合物被完全溶解，为浅琥珀色。最终固含量为8.1重量％。

实例6

将8.0g的聚合物P1悬浮于包含46g的无水NMMO、以及21ml的没食子酸丙酯(0.08M)和羟胺硫酸盐(0.026M)的水性溶液的混合物中。将所述成分加入100ml广口玻璃小瓶中。加料后，用隔膜/搅拌器封端小瓶，对所述组件称重。然后将所述混合物在110℃下加热30分钟，并且不时手动混合。30分钟后，抽真空同时在110℃下持续加热以去除水分至表2中示出的水平。所述聚合物被完全溶解，为浅琥珀色。最终固含量为10.9％。

比较例E

实例6的材料和方法，不同的是将10.0g聚合物P1悬浮于NMMO/水性溶液混合物中。所述聚合物未完全溶解。最终固含量为13.7％。

比较例F

复制了实例6的材料和方法，不同的是将NMMO/H₂O比率调节至如表2中示出的不同值。所得的溶液颜色为浅琥珀色。一些颗粒的存在表明所述聚合物未完全溶解。最终固含量为11.0％。

比较例G

复制了实例6的材料和方法，不同的是将NMMO/H₂O比率调节至如表2中示出的不同值。所得的溶液颜色为浅琥珀色。一些颗粒的存在表明所述聚合物未完全溶解。最终固含量为10.8％。

比较例H

复制了实例6的材料和方法，不同的是将NMMO/H₂O比率调节至如表2中示出的不同值。此外，在真空蒸馏水分后，关闭真空，用氮气覆盖所述混合物，使其在110℃下继续加热另外的60分钟，并且不时混合。所得溶液颜色为浅琥珀色。一些颗粒的存在表明所述聚合物未完全溶解。最终固含量为10.8％。

实例7

将0.5g的聚合物P3悬浮于包含6g的NMMO和6ml没食子酸丙酯(0.08M)和羟胺硫酸盐(0.026M)的水性溶液的混合物中。将所述成分加入配有硅氧烷隔膜和搅拌棒的40ml玻璃小瓶中。在加料后，将所述小瓶及其内容物封端并且称重。然后将所述混合物在110℃下加热30分钟，并且不时手动混合。30分钟后抽真空同时在110℃加热以去除水分至表中示出的水平。在真空提取水分后，关闭真空，用氮气覆盖所述混合物，使其在110℃下继续加热另外的3小时，并且不时混合。所得溶液是完全澄清的，颜色为浅琥珀色。最终固含量为5.6％。

实例8

将0.5g的聚合物P3悬浮于包含5g NMMO和5ml没食子酸丙酯(0.08M)和羟胺硫酸盐(0.026M)的水性溶液的混合物中。重复了实例7的所述设备和方法。所得溶液是完全澄清的，颜色为浅琥珀色。最终固含量为6.3％。

实例9

将0.5g的聚合物P3悬浮于包含4g NMMO和4ml没食子酸丙酯(0.08M)和羟胺硫酸盐(0.026M)的水性溶液的混合物中。重复了实例7的所述设备和方法。所得溶液是完全澄清的，颜色为浅琥珀色。最终固含量为8.7％

比较例I

将0.5g的聚合物P3悬浮于包含3g NMMO和3ml没食子酸丙酯(0.08M)和羟胺硫酸盐(0.026M)的水性溶液的混合物中。重复了实例7的所述设备和方法。3小时后，所述葡聚糖聚合物是带有一些颗粒的凝胶类似物，颜色为浅琥珀色。最终固含量为10.1％

实例10

将3.17g97％的NMMO转移至配衡的20×125mm组织培养管。在管中加入1.63g(过量的)的去离子水。用隔膜将管封端，将塑性搅拌棒穿过预钻孔的-涂覆的硅氧烷隔膜***。搅拌这样形成的所述混合物约1分钟。搅拌后，将0.12ml包含0.4重量％羟胺硫酸盐和1.7重量％没食子酸丙酯的稳定的水性溶液加入管中，进一步混合2至5分钟。将0.25g聚合物P5加入管中，在室温下将所得混合物另外混合2至5分钟，形成浆液。

在玻璃罩后，在50℃下将管置于Pierce Reacti-therm加热模块(PierceBiotechnology，Rockford，IL)中。穿过隔膜***针头注入氮气覆盖管中的内容物。从而在50℃下将管在块中加热30-45分钟，每5至10分钟间歇手动搅动。观察到所述聚合物固体被充分润湿。然后经15分钟的时间将温度升至100℃，然后保持在100℃30至60分钟以开始溶解，同时间歇搅拌。保持搅动，然后将温度升至115℃并且真空下除去多余水分，间歇搅拌，至表2所示浓度以完成所述溶液的形成。最终组合物如表2中所示。所述聚合物完全溶解。按重量计水分的损耗证实了6.84重量％的固含量，并由GC-MS确认了馏出液包含NMMO的量可忽略不计。

实例11-17和比较例J-P

重复了实例10中所用材料和方法，更改之处如表2所示。结果在表2中示出。

Claims

1.包含N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)、水和聚(α(1→3)葡聚糖)的溶液，其中所述聚(α(1→3)葡聚糖)的浓度在相对于溶液总重量5-20重量％的范围内，其中所述聚(α(1→3)葡聚糖)的特征在于至少10,000道尔顿(Da)的数均分子量(M_n)；并且，其中NMMO与水的重量比在12至1.6的范围内。

2.根据权利要求1所述的溶液，其处于各向同性的溶液的形式。

3.根据权利要求1所述的溶液，其中在所述聚(α(1→3)葡聚糖)中，聚合物中至少90mol％的重复单元是葡萄糖重复单元，并且葡萄糖重复单元间至少50％的键是α(1→3)糖苷键。

4.根据权利要求3所述的溶液，其中在所述聚(α(1→3)葡聚糖)中，聚合物中100mol％的重复单元是葡萄糖重复单元，并且葡萄糖重复单元间至少100％的键是α(1→3)糖苷键。

5.根据权利要求1所述的溶液，其中所述聚(α(1→3)葡聚糖)的浓度在10至15重量％的范围内。

6.根据权利要求1所述的溶液，其中所述聚(α(1→3)葡聚糖)的数均分子量在50,000至70,000道尔顿的范围内。

7.用于制备聚(α(1→3)葡聚糖)纤维的方法，包括以下步骤：将所得溶液的总重量的5-20重量％的聚(α(1→3)葡聚糖)溶解在N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)和水的混合物中以形成溶液，其中所述聚(α(1→3)葡聚糖)的特征在于至少10,000道尔顿的数均分子量(M_n)，其中在所述溶液中NMMO与水的重量比在12至1.6的范围内；使所述溶液流经喷丝头，从而形成纤维，使用液体凝结剂从因此形成的纤维中提取NMMO。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述溶液处于各向同性的溶液的形式。

9.根据权利要求7所述的方法，其中在所述聚(α(1→3)葡聚糖)中至少90mol％的重复单元是葡萄糖重复单元，并且葡萄糖重复单元间至少50％的键是α(1→3)糖苷键。

10.根据权利要求9所述的方法，其中在所述聚(α(1→3)葡聚糖)中100mol％的重复单元是葡萄糖重复单元，并且葡萄糖重复单元间至少100％的键是α(1→3)糖苷键。

11.根据权利要求7所述的方法，其中所述溶液中聚(α(1→3)葡聚糖)的浓度在10至15重量％的范围内。

12.根据权利要求7所述的方法，其中所述溶液中聚(α(1→3)葡聚糖)的数均分子量在50,000至70,000道尔顿的范围内。

13.根据权利要求7所述的方法，其中所述液体凝结剂是冰醋酸。

14.根据权利要求7所述的方法，其中所述液体凝结剂是N-甲基吗啉-N-氧化物和水的混合物，所述混合物具有至少75重量％的水浓度。