用于干燥多糖的方法与流程

相关申请的交叉引用本申请要求于2017年9月28日提交的美国临时申请us62/564,559的优先权，出于所有目的将该申请的全部内容通过援引方式并入本申请。本发明涉及一种用于干燥多糖的方法。
背景技术：
：长期以来，已经研究了不同来源的天然多糖并将其广泛用于不同领域，如食品和饲料、医药和制药、石油和天然气行业以及造纸。近几十年来，由于多糖的生物相容性、生物降解性、无毒性和某些特定的治疗活性，人们对利用多糖，特别是生物活性多糖用于各种新颖的应用越来越感兴趣。可以出于特定目的对这些天然存在的多糖进行化学改性。这种天然多糖的实例是瓜尔胶，其具有高分子量并且由半乳糖和甘露糖(半乳甘露聚糖)制成。瓜尔胶衍生物(如阳离子和阴离子衍生物)被广泛用作各种行业的有附加值的增稠剂，包括食品、个人护理、农业、石油和天然气行业。天然和改性多糖最常是以粉末的形式可商购。因此，通常进行最后的干燥步骤，以除去反应过程中和/或其制造过程中涉及的洗涤步骤所使用的溶剂。允许从材料中除去水和/或其他有机溶剂的常规干燥方法通常包括加热材料的步骤，由于为了防止待干燥材料的降解而不能在高温下进行加热并且干燥过程可能因此会很长，因此所述加热是需要很长时间的表面加热。对于干燥对降解敏感的材料，传统的工业方法需要非常谨慎地实施并且可能非常长，例如它们可能持续12个小时或更长。因此，本发明的目的是开发一种适用于干燥包含多糖的材料的方法，所述方法比常规干燥方法更有效并且不会降低多糖的物理和化学性质。技术实现要素：本发明的第一目的是一种用于干燥包含至少一种多糖的材料的方法，所述方法包括其中在不降解所述多糖的条件下使所述材料经受微波辐射的步骤。根据本发明的实施例，基于材料的总重量，所述材料在经受微波辐射之前包含按重量计至少20％、优选按重量计至少30％、更优选按重量计至少40％的至少一种多糖。根据实施例，所述材料在经受微波辐射之前还包含至少一种溶剂。优选地，所述至少一种溶剂选自特征在于具有在25℃下在2450mhz下测量的大于0.1、优选大于或等于0.3、更优选大于或等于0.4的tanδ的溶剂。优选地，所述至少一种溶剂选自水、醇、有机硫溶剂、有机卤代溶剂、羧酸和非极性胺溶剂。根据实施例，基于材料的总重量，所述材料在经受微波辐射之前包含按重量计从5％至80％、优选按重量计从10％至70％、更优选按重量计从20％至60％、甚至更优选按重量计从30％至50％的至少一种溶剂。根据实施例，所述材料接收的微波功率密度范围从0.001-10kw/kg、优选从0.005-1kw/kg、甚至更优选从0.01-0.3kw/kg。根据实施例，所述方法在减压下进行，优选在范围从1mbar至500mbar、优选从5mbar至200mbar、更优选从10mbar至100mbar的压力下进行。根据实施例，所述方法在范围从-10℃至100℃、优选从0℃至80℃、更优选从10℃至70℃的温度下进行。根据实施例，所述多糖选自瓜尔胶、非离子瓜尔胶衍生物、两性瓜尔胶衍生物、阳离子瓜尔胶衍生物、阴离子瓜尔胶衍生物及其任何组合。优选地，所述多糖选自阳离子瓜尔胶衍生物和阴离子瓜尔胶衍生物。根据实施例，所述多糖的数均分子量大于或等于50,000g/mol、优选范围从50,000g/mol至3,000,000g/mol、更优选范围从250,000g/mol至2,500,000g/mol。根据实施例，所述多糖的重均分子量大于或等于50,000g/mol、优选范围从50,000g/mol至3,000,000g/mol、更优选范围从250,000g/mol至2,500,000g/mol。本发明的方法可以在具有低降解温度的材料上进行，例如低于100℃或甚至低于80℃或低于70℃的降解温度。具体地，本发明的方法对处理过的材料无害，即材料并且特别是多糖保持它们的性质，因为它们不会被本发明的干燥方法破坏。换句话说，本发明的方法是用于多糖的非破坏性干燥方法。因为所述方法可以在更短的时间内进行，所以本发明的方法比现有技术的方法更有效，因此提高了所述方法的生产率。本发明的方法允许减少能量消耗，因为它可以以减少的时间进行。本发明的方法比用于多糖化合物的现有技术的干燥方法更快地进行，并且不改变所述化合物的物理和化学性质。附图说明图1示意性地表示适用于实施本发明的方法的设备。图2表示曲线图，其中对于三种不同的干燥方法，以毫升为单位的回收冷凝物的体积作为以分钟为单位的处理时间的函数。具体实施方式本发明涉及一种用于干燥包含至少一种多糖b的材料a的方法，所述方法包括其中在不降解所述多糖的条件下使所述材料经受微波辐射的步骤。通过表述“干燥材料a”，应理解在所述方法的过程中，通过蒸发从材料a中除去化合物(如溶剂或可能的其他杂质)，以增加多糖b在材料a中的比例。表述“不降解多糖的条件”应理解在干燥步骤的过程中，所施加的条件(如温度和压力)使得多糖不被解聚或以其他方式进行结构改性。根据本发明的实施例，基于材料的总重量，所述材料a最初(即在通过微波辐射处理之前)包含按重量计至少20％、优选按重量计至少30％、更优选按重量计至少40％的至少一种多糖b。材料a可以进一步包含不同于感兴趣的多糖b的化合物，所述化合物可以是例如源自用于生产多糖b的方法的杂质或在所述方法的过程中，例如在洗涤多糖b的最终步骤的过程中使用的残余溶剂。在杂质之中，可以提及蛋白质、糖和用于生产多糖b的反应物，如官能化剂。材料a中可能存在的其他杂质是从多糖b的合成中获得的副产物。它们可能占干燥材料(即在本发明的方法结束时获得的材料)的总重量按重量计最高达约1％。根据实施例，所述化合物占初始材料a(即在通过微波辐射处理之前的材料a)的总重量按重量计从5％至80％、优选按重量计从10％至70％、更优选按重量计从20％至60％、甚至更优选按重量计从30％至50％。根据本发明的实施例，所述材料a包含至少一种溶剂。优选地，所述溶剂优选地选自特征在于具有在25℃下在2450mhz下测量的大于0.1、优选大于或等于0.3、更优选大于或等于0.4的tanδ(介电耗散因子)的溶剂。d.bogdal,microwaveassistedorganicsynthesis[微波辅助的有机合成],elsevier[爱思唯尔]2005给出了tanδ的值。如本领域技术人员所熟知的：tanδ＝ε”/ε’其中：ε”代表介电损耗；ε’代表介电常数。在合适的溶剂之中，可以提及的是醇、水、有机硫溶剂、有机卤代溶剂、羧酸和非极性胺溶剂。例如，可以提及氯苯、水、1,2-二氯乙烷、二甲基甲酰胺、乙酸、n-甲基-2-吡咯烷酮、邻二氯苯、2-甲氧基乙醇、2-丁醇、异丁醇、1-丁醇、硝基苯、甲醇、甲酸、1-丙醇、2-丙醇、dmso、乙醇和乙二醇。优选地，所述溶剂选自水，醇、特别是具有从1至12个碳原子或从1至6个碳原子的醇，及其混合物，并且更优选地选自水、甲醇、异丙醇及其混合物。优选地，如果存在，所述一种或多种溶剂占初始材料a(即在通过微波辐射处理之前的材料a)的总重量按重量计从5％至80％、优选按重量计从10％至70％、更优选按重量计从20％至60％、甚至更优选按重量计从30％至50％。根据实施例，所述多糖b选自瓜尔胶及其衍生物，如阳离子瓜尔胶衍生物、阴离子瓜尔胶衍生物、非离子瓜尔胶衍生物、两性瓜尔胶衍生物及其任何组合。优选地，所述多糖b选自瓜尔胶衍生物，如非离子瓜尔胶衍生物、阴离子瓜尔胶衍生物和阳离子瓜尔胶衍生物。阴离子瓜尔胶衍生物可以是羧甲基瓜尔胶。阳离子瓜尔胶衍生物可以是瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵，非离子瓜尔胶衍生物可以是羟丙基瓜尔胶，并且这些瓜尔胶的组合例如可以是羧甲基羟丙基瓜尔胶，及其组合。瓜尔胶衍生物的制造方法是本领域技术人员熟知的。具体地，文件wo2008/058769、ep0686643、ep0943627和ep0375126描述了瓜尔胶衍生物的制造方法。根据实施例，所述多糖b具有大于或等于50,000g/mol、优选范围从50,000g/mol至3,000,000g/mol、更优选范围从250,000g/mol至2,500,000g/mol的数均分子量。根据实施例，所述多糖b具有大于或等于50,000g/mol、优选范围从50,000g/mol至3,000,000g/mol、更优选范围从250,000g/mol至2,500,000g/mol的重均分子量。根据实施例，所述多糖b具有大于或等于1.0、优选范围从1.0至5的多分散性指数。所述材料a可以呈浆料、固体、溶液或乳液的形式，优选呈浆料的形式。因此，这种浆料或固体可以呈粉末形式，所述粉末被由其生产过程中产生的液体浸渍。使材料a经受允许干燥所述材料的微波辐射。因此，在本发明的方法的过程中，通常通过蒸发这些液体将可能存在于材料a中的液体从材料a中除去。微波辐射是电磁辐射的一种形式，具有范围从一米至一毫米的波长，具有范围从300mhz至300ghz的频率。适用于实施本发明的方法的微波源或发生器是本领域技术人员熟知的并且其中，可以提及磁控管、回旋管和速调管。适用于实施本发明方法的微波设备是可商购的并且是技术人员已知的。作为实例，这种设备可从sairem，cober或公司获得。根据所述方法的实施例，在所述方法的过程中，所述材料a接收的微波功率密度范围从0.001至10kw/kg、优选从0.005至1kw/kg、甚至更优选从0.01至0.3kw/kg。功率密度是指每千克待干燥(初始)的材料a接收的以w计的功率。根据所述方法的实施例，由微波源发送的微波频率范围从800mhz至6000mhz。优选地，所使用的频率选自被批准用于工业应用(如医疗、家庭或科学应用)的频率，例如所述频率可以是范围从875mhz至950mhz，或从2400mhz至2500mhz，或还从5725mhz至5875mhz。对于工业规模，范围从875mhz至950mhz(如915mhz)的频率对于更高的能量效率将是优选的。在本发明的含义内，“材料接收的功率”是有效接收并到达材料a的功率。事实上，由于在源与待干燥的材料之间通过装置(例如滚筒壁)的吸收现象和/或损耗(反射功率)，材料接收的功率可能不同于微波源发射的功率。优选地，微波辐射以多模态工作，这允许辐射包含材料a的腔的所有体积，这允许增加材料a辐射的均匀性。根据处于多模态的该实施例，包含材料a的腔的尺寸大于辐射的波长。所述方法可以是连续方法或分批方法、优选分批方法。例如，在连续方法中，将产品安装在微波辅助的带式干燥器上。在间歇方法中，在干燥结束时停止微波辐射。干燥的结束可以通过测量所获得的产物中多糖b的量和/或通过测量一种或多种液体(通常是一种或多种溶剂)的量来评估。这些测量可以使用本领域技术人员熟知的方法进行，如水分分析仪。图1示意性地示出了适用于实施本发明方法的设备的实例。图1所示的设备包括微波发生器1。循环器2控制入射波的方向，并将反射的能量传输到测量天线3，这允许量化被介质吸收的能量并且因此量化能量效率。波导4将微波从发生器1传输到腔6。在波导4与腔6之间还可以存在不吸收微波并且耐真空的结构5。结构5被设计成使得所有系统在阻抗上相适应。腔6包含待干燥的材料a，并且可以在干燥方法的过程中将其置于真空中。腔6可以设置有专用于粉末管理的搅拌器，其未在图1中示出。元件9可以在干燥方法的过程中调节设备的阻抗(例如3stub)。还可以存在真空泵(未在图1中示出)。所述设备还可以包括冷凝器7，其用于冷凝在所述方法的过程中从材料a中除去的蒸发液体。容器8可以回收在冷凝器7中冷凝的液体，如溶剂。根据实施例，所述方法在减压下，通常在封闭系统中、优选在腔中，优选在范围从1mbar(100pa)至500mbar(50000pa)、优选从5mbar(500pa)至200mbar(20000pa)、更优选从10mbar(1000pa)至100mbar(10000pa)的压力下进行。微波辐射可以由放置在包含所述材料的在真空下的封闭系统外部的源发送。在这种情况下，封闭系统的壁可以吸收由微波源传输的一部分功率。干燥后，为了增加系统中的压力，可以引入惰性气体，如氮气。根据实施例，所述方法在范围从-10℃至100℃的温度下、优选在范围从0℃至80℃的温度下、更优选在从10℃至70℃的温度下进行。所述温度最优选低于待干燥的多糖b的降解温度。可以通过比较在实施本发明的干燥方法之前和之后多糖b的数均分子量和/或重均分子量来评估多糖b的可能的降解。如果多糖b的初始和最终数均分子量和/或重均分子量相同或基本相同，则可以得出结论：没有发生多糖b的降解。如果微波腔的温度由于微波辐射和/或任选的搅拌而以太显著的方式升高(例如，如果温度高于60℃或高于55℃)，则可以例如通过围绕微波腔的双夹套装置来冷却或加热微波腔。干燥时间可以值得注意地取决于材料的量。例如，对于1kg的材料，干燥时间可以是约20分钟至3小时。温度、压力和功率的选择还将允许调节干燥时间。根据本发明的实施例，为了改善处理的均匀性，材料在所述方法的过程中处于运动中，例如所述运动可以是旋转或振荡。当材料处于旋转状态时，旋转速度可以是范围从1至100rpm、优选从1至40rpm、更优选从1至20rpm。根据所述实施例，可以将材料放置在微波腔内的转盘中。当材料处于振荡状态时，所述振荡的特征可以在于每分钟10至30次振荡。根据所述实施例，可以将材料放置在封闭系统(如圆筒)中，并且使所述封闭系统处于振荡状态，并且通过所述封闭系统接收微波辐射。根据实施例，材料a在腔中处于运动状态。可以通过搅拌装置提供包含材料a的腔，以便搅拌材料a并增加通过材料a的辐射的均匀性。在本发明的方法的过程中，除去溶剂。在本发明的方法结束时，材料a中的一种或多种溶剂的比例低于在本发明的方法开始之前材料a中的一种或多种溶剂的比例。根据实施例，在干燥方法之后，基于所述方法结束时材料的总重量，所述一种或多种溶剂的总量是按重量计小于15％、优选按重量计小于10％、更优选按重量计小于5％。在本发明的方法的过程中，还可以除去除溶剂以外的杂质，如反应物，例如官能化剂、副产物或用于制备多糖b的催化剂。在本发明的方法结束时，材料a中的多糖b的比例高于在本发明的方法开始之前的材料a中的多糖b的比例。根据实施例，在干燥方法之后，基于所述方法结束时材料的总重量，多糖b的总量是按重量计大于或等于85％、优选按重量计大于或等于90％、更优选按重量计大于或等于95％。诸位发明人出人意料地发现，可以使用微波辐射有效地干燥包含多糖的材料，因为例如与常规的加热方法相比，用要求保护的方法从材料中除去溶剂的平均干燥时间减少了50倍。具体地，已经观察到多糖不吸收或吸收很少的微波辐射，而一种或多种溶剂(或其他杂质)，特别是用于制备和/或洗涤多糖的溶剂，吸收大量的微波辐射。本发明的干燥方法是选择性的并且不会改变多糖b的性质，所述多糖b可用作配置品中的活性成分并进行反应/化学反应。应当注意，现有技术已经披露了将微波施加到多糖上的方法，但是出于完全不同的目的，即将多糖分解成寡糖，这与本发明不一致符。如果通过援引方式并入本申请的任何专利、专利申请、以及公开物的披露内容与本申请的说明相冲突到了可能导致术语不清楚的程度，则本说明应该优先。以下实例示出了所述方法的有效性并且进一步解释了本发明的方法。实例a)起始原料ax的制备包含阳离子瓜尔胶衍生物(羧甲基羟甲基型)的材料ax可以根据以下方法制备。将异丙醇(ipa；210g，85％)、瓜尔胶(100g)和硼砂(0.7g)加入到配备有机械搅拌的反应器中。然后，将水(85g)加入到反应器中，并将反应器内容物混合5分钟。加入一氯乙酸钠溶液(46g，30％)，并将反应器内容物混合20分钟。最后，加入naoh(46g，50％)，并再混合10分钟。密封容器，并在系统上进行3次交替充氮气与抽真空的抽空。在最终抽空时，抽真空并在真空下隔离系统。将环氧丙烷(30g)加入到反应器中，并在添加后混合5分钟。将反应介质加热至60℃-80℃持续90分钟。然后将反应介质冷却至35℃，同时用氮气将反应器吹扫5次。将反应介质用hcl(25g，15％)中和，并混合5分钟。将额外的ipa(105g，85％)加入到反应器中并混合15分钟。将内容物从反应器中排出，并进行过滤以收集粉末。将粉末悬浮在水和ipa(225g，60％)中。将所得悬浮液混合30分钟并且然后过滤。悬浮和过滤重复两次。收集剩余的粉末，并在50℃-60℃的烘箱中干燥过夜。b)起始原料ay的制备包含阳离子瓜尔胶衍生物(羟丙基型)的材料ay可以根据以下方法制备。将8060面粉(由罗纳普朗克公司(rhone-poulencinc.)制造的羟丙基瓜尔胶)(200g)添加到1000ml的85％ipa溶液中。将反应搅拌几分钟并用浓hcl或冰醋酸中和至7的值。此后，在15分钟的时间段内添加2,3-环氧丙基-n,n,n-三甲基氯化铵(100g)，并将混合物再搅拌15分钟。在15分钟的时间段内添加50ml的50％naoh溶液，并将混合物再搅拌15分钟。之后，将混合物加热至65℃并在65℃下保持3小时。将混合物冷却至约室温，并通过添加冰醋酸或hcl中和至ph约为7。将混合物过滤，并依次用1升的50％ipa水溶液、1升的85％ipa水溶液、1升的100％异丙醇和1升的丙酮洗涤过滤的固体。然后将固体在流化床干燥器中在约60℃下干燥约一小时。c)材料ax和ay的干燥方法为了比较现有技术的干燥方法和本发明的干燥方法，在实例中使用的系统是行星式混合器，所述行星式混合器设置有微波装置，所述微波装置能够从源发射和控制波直到包含待干燥材料的腔。在实例中使用的微波源的频率为2450mhz。对于每个测试，将材料以20rpm的速率搅拌。在没有微波辐射的情况下，已经使用双夹套加热包含待干燥材料的腔进行了对比干燥方法(对比1ax和1ay)，并且已经使用微波辐射进行了根据本发明的两种干燥方法(本发明1ax；本发明2ax和本发明2ay)。本发明1ax测试是在微波辐射下进行的，并且不需要对包含材料ax的腔进行双夹套加热；本发明2ax和2ay测试分别用微波辐射和双夹套加热包含材料ax(本发明2ax)或材料ay(本发明2ay)的腔进行。所述方法的特征描述于下表1和表2中。表1：干燥方法和待干燥材料ax的特征对比1ax本发明1ax本发明2ax材料ax重量(kg)7.27.27.2初始水分(60％ipa/40％水)(％)656568发射微波功率(w)010001000双夹套温度(℃)70-70双夹套流速(l/h)2200-2200接收功率密度(kw/kg)00.130.13最高温度(℃)583858压力(mbar)202524平均反射功率(w)0<100<100表2干燥方法和待干燥材料ay的特征对比1ay本发明2ay材料ay重量(kg)24679.4初始水分(80％ipa/20％水)(％)65.766.6发射微波功率(w)01000双夹套温度(℃)5860双夹套流速(l/h)170002200接收功率密度(kw/kg)00.1最高温度(℃)43.552压力(mbar)9130平均反射功率(w)0<100在表1和表2中-通过水分分析仪(热天平)对溶剂(主要是异丙醇和水)进行定量，可以测量材料(湿态和干态)中的初始水分和最终水分两者。-压力对应于在干燥方法的过程中设定的压力。在所述方法的过程中，压力以不显著的方式略有改变。-最高温度对应于在所述方法的过程中，例如使用红外传感器测量的最高温度。-平均反射功率对应于系统反射的微波功率，并且其将不会到达材料ax和ay。-接收的功率密度是材料ax和ay接收的功率密度，并已根据发射的微波功率、平均反射功率以及材料ax和ay的重量进行计算。所述方法的结果描述于下表3和表4中。表3：材料ax的干燥方法的结果对比1ax本发明1ax本发明2ax处理时间(min)28016095最终水分(％)9.89.810.5mn(g/mol)1.82×1061.75×1061.83×106mw(g/mol)2.90×1062.88×1062.97×106表4材料ay的干燥方法的结果对比1ay本发明2ay处理时间(min)47084最终水分(％)97.5mn(g/mol)1.42×1061.44×106mw(g/mol)2.09×1062.13×106mn和mw是完成干燥方法后材料ax和ay中包含的阳离子瓜尔胶衍生物的数均分子量和重均分子量，并且通过ms色谱法测量。最终材料中的最终水分的量通过水分分析仪在所述方法结束时获得的干燥材料中进行测量，并以重量百分比表示。在表3和表4中，可以观察到，使用根据本发明的干燥方法的本发明1ax和本发明2ay测试使得干燥材料具有按重量计小于10％的最终水分的量，等于分别使用现有技术的干燥方法(在真空下加热)的对比1ax和对比1ay测试的水分的量。然而，对比1ax和对比1ay测试的处理时间比本发明1ax、本发明2ax和本发明2ay测试的处理时间长得多。在表3和表4中，还可以观察到，本发明1ax，本发明2ax和本发明2ay测试使得干燥材料分别具有约9.8％、10.5％和7.5％的最终水分的量，所述值是目前可接受的。我们还可以观察到，本发明的具有附加加热的干燥方法(本发明2ax)比本发明的没有双夹套加热的干燥方法(本发明1ax)更快。此外，可以观察到，本发明1ax、本发明2ax和本发明2ay测试中的瓜尔胶衍生物的mn和mw分别与对比1ax和对比1ay测试中的瓜尔胶衍生物的mn和mw基本上相同。考虑到已知对比1ax和对比1ay测试的干燥方法不会破坏瓜尔胶的事实，这表明根据本发明的干燥方法不会引起瓜尔胶衍生物的降解和/或结构改变。换句话说，本发明的方法是用于多糖的非破坏性干燥方法。在图2中，示出了以毫升为单位的回收冷凝物的体积作为以分钟为单位的处理时间的函数。在图2中，可以观察到，与没有微波辐射的干燥方法(用·表示的对比1ax)相比，使用微波辐射的干燥方法(用□表示的本发明1ax和用о表示的本发明2ax)回收的冷凝物的体积增加得更快。因此，根据本发明的干燥方法比现有技术的干燥方法进行地更快。当前第1页12