包含殼聚糖的固態(tài)共混物的制劑及方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】包含殼聚糖的固態(tài)共混物的制劑及方法
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年6月18日、申請(qǐng)?zhí)枮?01080027196. 3、發(fā)明名稱(chēng)為"包 含殼聚糖的固態(tài)共混物的制劑及方法"的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0003] 本申請(qǐng)享有2009年6月18日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/187, 516的權(quán)益，在此全部 引用作為參考。 發(fā)明領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明涉及固態(tài)殼聚糖和固態(tài)酸或者在水存在下能夠原位產(chǎn)生質(zhì)子的固態(tài)試劑 的共混物制劑，其具有增強(qiáng)的溶解性能。本發(fā)明還涉及溶解包含在共混物中的固態(tài)殼聚糖 的方法。本發(fā)明還涉及用所述的溶解方法來(lái)完成其在水性介質(zhì)中絮凝的方法，所述的水性 介質(zhì)例如河流（stream)，其包含例如懸浮沉積物、不溶有機(jī)物、可溶有機(jī)物等物質(zhì)。本發(fā)明 還涉及用于在水性系統(tǒng)或包含所述物質(zhì)的河流中絮凝的試劑盒。
【背景技術(shù)】
[0005] 殼聚糖是一種由β _(1_4)連接的2_乙醜氛基_2_脫氧-D-匍萄糖單兀組成的線(xiàn) 性多糖，其天然產(chǎn)生于無(wú)脊椎動(dòng)物的外骨骼，尤其是海洋甲殼類(lèi)動(dòng)物的甲殼。甲殼素化學(xué)脫 乙醜廣生殼聚糖，其是2_氛基_2_脫氧-D-匍萄糖單兀和2_乙醜氛基_2_脫氧-D-匍萄 糖單元的共聚物。
[0006] 水溶性的殼聚糖可以作為凝結(jié)劑和絮凝劑從水性介質(zhì)中去除雜質(zhì)例如為懸浮沉 積物，蛋白質(zhì)，脂肪，單寧和金屬。水溶性殼聚糖較常用于從建筑物上流下的雨水中去除污 染物，例如懸浮沉積物和顆粒物。
[0007] 殼聚糖在水，堿性溶液和大多數(shù)有機(jī)溶劑中是不溶的。它作為絮凝劑和凝結(jié)劑的 效力要求其能夠以可溶的形式溶解和遞送至包含被絮凝和凝結(jié)物質(zhì)的水性介質(zhì)中。遞送至 包含被絮凝和凝結(jié)物質(zhì)的水性介質(zhì)中的可溶性殼聚糖的濃度對(duì)其作為絮凝劑和凝結(jié)劑的 效果有影響。
[0008] 殼聚糖在一些酸溶液中在特定的酸和殼聚糖濃度下是可溶的，在其它酸性溶液中 是微溶至不溶的。酸的類(lèi)型可以影響殼聚糖的粘稠度使其呈現(xiàn)糊狀，凝膠狀，或更像是假塑 性體。在溶解的形式，在商業(yè)應(yīng)用中，殼聚糖通常溶解于稀乙酸或乳酸中。由于溶解形式的 殼聚糖具有較高的粘度，商業(yè)中殼聚糖溶液的濃度通常在1% (Wt. /Vt.)至3% (wt. /Vt.)。 在作為絮凝劑/凝結(jié)劑的應(yīng)用中，1-3%溶解殼聚糖的溶液使用計(jì)量泵計(jì)量加入到包含雜 質(zhì)的水性介質(zhì)中例如雨水或工業(yè)用水中。溶解的殼聚糖較高的濃度（>3% )將導(dǎo)致如此高 的粘度，使得利用計(jì)量泵遞送變得困難和不現(xiàn)實(shí)。因此，由于運(yùn)輸?shù)某杀荆ㄒ灾亓坑?jì)），這限 制了液態(tài)殼聚糖溶液的商業(yè)應(yīng)用。例如，3%殼聚糖溶液中基本上是-97%的水，因此運(yùn)輸成 本主要?dú)w因于水。
[0009] 液體制劑的替代物是制備水溶性的干的固態(tài)殼聚糖鹽。這涉及到分散于有機(jī)介質(zhì) 中殼聚糖與有機(jī)酸的反應(yīng)。之后將反應(yīng)產(chǎn)物干燥，得到水溶性的干的固態(tài)質(zhì)子化殼聚糖鹽 衍生物。盡管生產(chǎn)干的固態(tài)水溶性殼聚糖鹽減輕了運(yùn)輸1-3%殼聚糖溶液的成本限制，但是 制備殼聚糖鹽的生產(chǎn)成本仍然限制潛在的商業(yè)應(yīng)用數(shù)目。 發(fā)明概要
[0010] 本概要以簡(jiǎn)化的形式介紹選擇的概念，其將在下面的發(fā)明詳述中做進(jìn)一步的說(shuō) 明。本概要并非旨在確定要求保護(hù)主題的主要特征，也不是輔助用于確定要求保護(hù)主題的 范圍。
[0011] 對(duì)溶解于酸性溶液中的殼聚糖或固態(tài)水溶性殼聚糖鹽的替代方案，是制備a)固 態(tài)殼聚糖，和b)固態(tài)酸或在水存在下能夠原位產(chǎn)生質(zhì)子的固態(tài)試劑（在此也稱(chēng)為"固態(tài)試 劑"）的共混物，當(dāng)加入相對(duì)少量的水時(shí)，所述共混物使得殼聚糖溶解。該溶解殼聚糖的溶 液可以隨后用水稀釋來(lái)得到所需的殼聚糖濃度，例如3%殼聚糖溶液。
[0012] 因此，本發(fā)明的一些實(shí)施方案預(yù)期一種溶解殼聚糖的方法，包括：⑴選擇所需殼 聚糖終濃度，其具有的水的總體積為V f; (2)獲得共混物，其包含：當(dāng)加入水時(shí)可部分質(zhì)子 化但大于80%不溶的，干的、自由流動(dòng)的、顆粒形式的固態(tài)殼聚糖，和固態(tài)酸或者在水存在 下能夠原位產(chǎn)生質(zhì)子的固態(tài)試劑，其中固態(tài)酸或者在水存在下能夠原位產(chǎn)生質(zhì)子的固態(tài)試 劑為干的、自由流動(dòng)的、顆粒形式，其中固態(tài)殼聚糖和固態(tài)酸或者在水存在下能夠原位產(chǎn)生 質(zhì)子的固態(tài)試劑一起是不反應(yīng)的或者沒(méi)有化學(xué)鍵合，和其中當(dāng)加入總體積的水％時(shí)，共混 物中的固態(tài)殼聚糖是不溶的；（3)向共混物中添加一或多體積的水，V 1，其中V1K V/j、，且 '能夠在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)有效的膨脹和溶解固態(tài)殼聚糖，和當(dāng)加入V 1體積水后固態(tài)殼聚糖在 預(yù)定時(shí)間后不膨脹和溶解時(shí)，可選擇的隨后加入V1或其部分體積的水；(4)當(dāng)固態(tài)殼聚糖 膨脹和溶解后，加水至添加的水的總體積為V f，從而得到所需濃度的溶解的殼聚糖。
[0013] 還預(yù)期溶解殼聚糖的方法，包括：（1)選擇所需殼聚糖終濃度，其具有的水的總體 積為V f; (2)獲得共混物，其包含：當(dāng)加入水時(shí)可部分質(zhì)子化但大于80%不溶的，干的、自由 流動(dòng)的、顆粒形式的固態(tài)殼聚糖，和選自固態(tài)蘋(píng)果酸、固態(tài)檸檬酸和固態(tài)酒石酸的固態(tài)酸， 其中各固態(tài)酸為干的、自由流動(dòng)的、顆粒形式，其中固態(tài)殼聚糖和固態(tài)酸一起是不反應(yīng)的或 者沒(méi)有化學(xué)鍵合，和其中當(dāng)加入總體積的水％時(shí)，共混物中的固態(tài)殼聚糖是不溶的；和可選 擇的選自由固態(tài)乙酸鈉、甘油、固態(tài)酸的固態(tài)鹽或不同固態(tài)酸的固態(tài)鹽，固態(tài)防腐酸，防腐 酸的固態(tài)鹽，固態(tài)抗微生物劑，固態(tài)金屬鹽，固態(tài)中性水溶性多糖，固態(tài)陽(yáng)離子水溶性多糖， 固態(tài)陰離子水溶性多糖，固態(tài)有機(jī)胺，或固態(tài)無(wú)機(jī)胺及其組合組成的組的成分，其中除甘油 之外的每一種成分均是干的、自由流動(dòng)、顆粒形式；（3)向共混物中添加一或多體積的水， V1，其中V1K V /j、，且V滿(mǎn)夠在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)有效的膨脹和溶解固態(tài)殼聚糖，和當(dāng)加入V 1 體積水后固態(tài)殼聚糖在預(yù)定時(shí)間后不膨脹和溶解時(shí)，可選擇的隨后加入％或其部分體積的 水；(4)當(dāng)固態(tài)殼聚糖膨脹和溶解后，加水至添加的水的總體積為V f，從而得到所需濃度的 溶解的殼聚糖。
[0014] 同樣提供共混物組合物。在一些實(shí)施方式中，組合物包含共混物，該共混物包含： 當(dāng)加入水時(shí)可部分質(zhì)子化但大于80 %不溶的，干的、自由流動(dòng)的、顆粒形式的固態(tài)殼聚糖， 和固態(tài)二乙酸鈉或固態(tài)二乙酸鉀或二者的結(jié)合，其為干的、自由流動(dòng)的、顆粒形式，其中固 態(tài)殼聚糖和固態(tài)二乙酸鈉或固態(tài)二乙酸鉀或二者的結(jié)合一起是不反應(yīng)的或者沒(méi)有化學(xué)鍵 合。還提供溶解共混物或者包含共混物的組合物的方法。在一些實(shí)施方式中，包含當(dāng)加入 水時(shí)可部分質(zhì)子化但大于80%不溶的，干的、自由流動(dòng)的、顆粒形式的固態(tài)殼聚糖，和干的、 自由流動(dòng)的、顆粒形式的固態(tài)二乙酸鈉或固態(tài)二乙酸鉀或二者的結(jié)合，其中固態(tài)殼聚糖和 固態(tài)二乙酸鈉或固態(tài)二乙酸鉀或二者的結(jié)合一起是不反應(yīng)的或者沒(méi)有化學(xué)鍵的共混物的 組合物的溶解方法，所述方法包括：（1)選擇所需殼聚糖終濃度，其具有的水的總體積為V F; (2)獲得共混物；（3)向共混物中添加一或多體積的水，V1，其中V1KVf*，且V 1能夠在預(yù)定 的時(shí)間內(nèi)有效的膨脹和溶解固態(tài)殼聚糖，和當(dāng)加入％體積水后固態(tài)殼聚糖在預(yù)定時(shí)間后不 膨脹和溶解時(shí)，可選擇的隨后加入V1或其部分體積的水；(4)當(dāng)固態(tài)殼聚糖膨脹和溶解后， 加水至添加的水的總體積為V f，從而得到所需濃度的溶解的殼聚糖。
[0015] 此外，此處描述的任何共混物可以通過(guò)加入導(dǎo)致殼聚糖的濃度等于或大于約 1. 0 %體積的水而溶解。
[0016] 在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及以下項(xiàng)目：
[0017] 1. 一種溶解殼聚糖的方法，包括：
[0018] ⑴選擇所需殼聚糖終濃度，其具有的水的總體積為，Vf;
[0019] (2)獲得共混物，其包含：
[0020] 當(dāng)加入水時(shí)可部分質(zhì)子化但大于80%不溶的，干的、自由流動(dòng)的、顆粒形式的固態(tài) 殼聚糖，和
[0021] 固態(tài)酸或者在水存在下能夠原位產(chǎn)生質(zhì)子的固態(tài)試劑，
[0022] 其中固態(tài)酸或者在水存在下能夠原位產(chǎn)生質(zhì)子的固態(tài)試劑為干的、自由流動(dòng)的、 顆粒形式，
[0023] 其中固態(tài)殼聚糖和固態(tài)酸或者在水存在下能夠原位產(chǎn)生質(zhì)子的固態(tài)試劑一起是 不反應(yīng)的或者沒(méi)有化學(xué)鍵合，和
[0024] 其中當(dāng)加入總體積的水VJt，共混物中的固態(tài)殼聚糖是不溶的；
[0025] (3)向共混物中添加一或多體積的水，V1，其中V1K V/j、，且V1能夠在預(yù)定時(shí)間內(nèi) 有效的膨脹和溶解固態(tài)殼聚糖，和當(dāng)加入V1體積水后固態(tài)殼聚糖在預(yù)定時(shí)間后不膨脹和溶 解時(shí)，可選的隨后加入V 1或其分?jǐn)?shù)體積的水；
[0026] (4)當(dāng)固態(tài)殼聚糖膨脹和溶解后，加水至添加的水的總體積為Vf，從而得到所需濃 度的溶解的殼聚糖。
[0027] 2.項(xiàng)目1所述的方法，其中預(yù)定時(shí)間為約15至約30分鐘。
[0028] 3.項(xiàng)目1所述的方法，其中V1最多達(dá)體積V F的約10%。
[0029] 4.項(xiàng)目3所述的方法，其中V1最多達(dá)體積V F的約5% 〇
[0030] 5.項(xiàng)目3所述的方法，其中V1最多達(dá)體積V F的約1 % 〇
[0031] 6.項(xiàng)目1所述的方法，其中步驟⑷的方法包括加入多個(gè)增量體積的水，其中每一 個(gè)增量體積可以相同或者不同，每次加入之后混合，直到達(dá)到V f，因此得到所需濃度的溶解 的殼聚糖。
[0032] 7.項(xiàng)目1所述的方法，其中固態(tài)殼聚糖的平均分子量在約20,000道爾頓和約 2, 000, 000道爾頓之間。
[0033] 8.項(xiàng)目1所述的方法，其中固態(tài)殼聚糖的脫乙酰化百分比大于約50%。
[0034] 9.項(xiàng)目1所述的方法，其中固態(tài)殼聚糖的粒徑在約125微米至約850微米的范圍 之內(nèi)。
[0035] 10.項(xiàng)目1所述的方法，其中固態(tài)殼聚糖的粒徑大于約850微米。
[0036] 11.項(xiàng)目1所述的方法，其中固態(tài)酸為質(zhì)子酸。
[0037] 12.項(xiàng)目1所述的方法，其中固態(tài)酸為蘋(píng)果酸、檸檬酸、酒石酸、二乙酸鈉、或二乙 酸鉀。
[0038] 13.項(xiàng)目12所述的方法，其中固態(tài)酸為二乙酸鈉或二乙酸鉀。
[0039] 14.項(xiàng)目1所述的方法，其中在水存在下能夠原位產(chǎn)生質(zhì)子的固態(tài)試劑選自由固 態(tài)亞硫酸鹽、固態(tài)有機(jī)酸內(nèi)酯，和固態(tài)有機(jī)酸酐組成的組。
[0040] 15.項(xiàng)目1所述的方法，其中固態(tài)酸或在水存在下能夠原位產(chǎn)生質(zhì)子的固態(tài)試劑 的粒徑小于固態(tài)殼聚糖的粒徑。
[0041] 16.項(xiàng)目1所述的方法，其中固態(tài)殼聚糖與固態(tài)酸或在水存在下能夠原位產(chǎn)生質(zhì) 子的固態(tài)試劑的比例為約1:10至約10:1 (wt./wt.)的范圍之內(nèi)。
[0042] 17.項(xiàng)目1所述的方法，其中固態(tài)殼聚糖與固態(tài)酸或在水存在下能夠原位產(chǎn)生質(zhì) 子的固態(tài)試劑的比例為約1:1 (wt. /wt.)。
[0043] 18.項(xiàng)目1所述的方法，其中固態(tài)殼聚糖與固態(tài)酸或在水存在下能夠原位產(chǎn)生質(zhì) 子的固態(tài)試劑的比例為約l:2(wt. /wt.)。
[0044] 19.項(xiàng)目1所述的方法，其中固態(tài)殼聚糖的粒徑在固態(tài)酸或者在水存在下能夠原 位產(chǎn)生質(zhì)子的固態(tài)試劑的粒徑的約20%之內(nèi)。
[0045] 20.項(xiàng)目1所述的