用于真菌生物聚合物材料的基于溶液的后加工方法和由此制备的真菌产品与流程

本发明涉及一种经加工的真菌生物聚合物材料及其制备方法。更具体地，本发明涉及完全由真菌菌丝体制成的经加工的真菌生物聚合物材料。仍更具体地，本发明涉及增强真菌生物聚合物产品的材料性能的方法。

背景技术：

1、如在2015年2月5日公布的美国专利申请公开2015/0033620中所描述的，用于制备功能性产品的真菌生物聚合物能完全由不产生菌柄、菌盖或孢子的菌丝体制成。如上所述，所产生的真菌生物聚合物能用于结构复合芯、运动健身垫、服装(例如手提包、鞋底等)。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供一种与先前已知的真菌生物聚合物相比具有增加的弹性、强度和密度的真菌生物聚合物。

2、本发明的另一个目的是提供一种经加工的真菌生物聚合物材料，它是一种坚韧的柔韧材料，能用于代替纺织品、皮革和皮革样的材料，例如聚氨酯、硅树脂和聚乙酸乙烯酯涂覆的稀松布(scrims)。

3、本发明的另一个目的是提供一种经加工的真菌生物聚合物材料，其提供用于室内装潢、服装、军用装备、运动装备和鞋类的高密度泡沫状材料。

4、简而言之，本发明提供了一种经加工的真菌生物聚合物材料，其特征在于完全由不含任何菌柄、菌盖或孢子的真菌菌丝体组成，具有2000至8000psi的杨氏弹性模量以及15pcf至50pcf的密度。

5、此外，本发明提供了一种制备改善的经加工的真菌生物聚合物材料的方法，其在于用一种或多种溶液处理已知的真菌生物聚合物材料(“组织”)，所述溶液起作用增强材料的固有材料性能。在这种情况下，所述处理固定所述组织，使组织更耐受重复应力、抵抗微生物腐蚀并抵抗剪切应力(撕裂)。与经主动干燥(其已被证明使材料变脆)的组织相比，这种处理保留了所提取的菌丝体(湿的)的性能。

6、在一个实施方案中，方法包括以下步骤：获得一组真菌生物聚合物材料(“组织”)作为前体材料，并用有机溶剂溶液处理所述组一段时间(例如从5秒到6个月)，所述时间足以允许有机溶剂溶液渗透至本身为疏水的组织中。后一步骤缓慢地用溶剂溶液中的溶剂和任何无机物代替水而使前体组织脱水。

7、这可以漂洗掉可溶性细胞外基质成分(碳水化合物、蛋白质)，并可以使组织中的蛋白质变性。此外，所述方法能够使结构壳多糖基质去乙酰化，这将介导聚合物之间的交联。众所周知，壳多糖是真菌细胞壁的主要成分，其由n-乙酰葡糖胺(葡萄糖的衍生物)的长链聚合物组成。

8、所述方法的副产物为菌丝体的漂白和气味的消除。

9、用有机溶剂溶液(例如100％醇浴)处理前体组织后，将组织从浴中取出并立即压制至原始厚度的较小的部分厚度，然后干燥至含水量在干质量的15％至30％之间。

10、真菌生物聚合物材料(以及经加工的组织)的前体组织的特征在于完全由不含任何菌柄、菌盖或孢子的真菌菌丝体组成。例如，所述材料能够如美国专利申请公开2015/0033620中所描述的或如2017年11月14日提交的美国临时专利申请62/707704中所描述的制造，它们的公开内容并入本文。例如，前体组织可以如所描述的那样生长，然后作为一整组被移除以进行后加工，或者前体组织可以留在基底原位上，组织从该基底生长和后加工。

11、如美国专利申请公开2015/0033620中所描述的制备的真菌生物聚合物材料的前体组织具有18英寸×11英寸的尺寸和2.5英寸的厚度，通常具有0.8pcf至3.0pcf的密度和95psi的杨氏弹性模量。在处理后，该高度膨松的组织的厚度减小(例如减小20倍至0.125英寸)并且密度成比例地增加。此外，组织孔隙平均为3.4微米，范围为0.9微米至25微米。

12、后加工的真菌生物聚合物材料与未加工的真菌生物聚合物材料的区别在于其更致密并且具有大于15％的天然含水量，而天然前体组织的含水量小于12％。

13、在第二个实施方案中，真菌生物聚合物材料的前体组织用有机溶剂与盐(如氯化钙)组合的溶液处理长达六个月。盐的使用赋予抗微生物性能并且能离子化键合至官能团上。

14、在第三个实施方案中，真菌生物聚合物材料的前体组织用有机溶剂与苯酚和/或多酚物质组合的溶液处理长达六个月的时间。

15、在第四个实施方案中，真菌生物聚合物材料的前体组织用有机溶剂与苯酚和/或多酚物质组合的溶液以及用有机溶剂与盐组合的溶液处理长达六个月的时间。

16、用有机溶剂溶液、氯化钙溶液和苯酚/多酚溶液中的一种或其组合处理真菌生物聚合物极大地增强材料的固有强度性能。这些处理增加了前体真菌生物聚合物材料的密度、极限抗张强度和强度重量比。与菌丝体的重量和拉伸强度相比，这些处理还影响材料的弹性模量，导致弹性增加，刚度降低。这种后加工处理的应用，使生产具有更宽密度范围(15至50pcf)的真菌生物聚合物材料的经加工的组织的能力能容易地实现。这些增强的材料性能(增加的密度、强度和弹性)的结果是使经加工的真菌生物聚合物材料在目前使用高密度泡沫、皮革和耐用塑料纺织品的工业和应用中具有竞争性的能力。

17、已有各种关于用氯化钙溶液、醇和单宁处理菌丝体组织的文献和研究。用氯化钙溶液对后生长的菌丝体组织进行处理是常见的，并且已经成功地用于各种目的，例如增加有商业价值的双孢蘑菇(agaricus bisporus)的材料强度(参见zivanovic,s.,和r.buescher.“changes in mushroom texture and cell wall composition affected bythermal processing.”journal of food science 69(2004):44-49)；以及食用蘑菇的包装和保存(参见美国专利6500476和5919507)。

18、与先前将氯化钙溶液应用于后生长的菌丝体组织不同，本文描述的处理方法旨在真菌生物聚合物材料的用途，而不是为生产、改变或保存食品或药物的目的。

19、在菌丝体上使用醇、多酚和氯化钙用于提取、合成等各种物质。参见美国专利6726911；3268606和6482942。

20、因为没有用于药物、制药、化妆品或其它这类应用的分子物质的提取或合成，所以在应用于根据本发明的真菌生物聚合物的后加工方法中醇、多酚和钙的使用与现有技术不同。

21、本技术提供了以下方案：

22、1.经加工的真菌生物聚合物材料，其特征在于完全由不含任何菌柄、菌盖或孢子的真菌菌丝体组成，并具有2000psi至8000psi的弹力。

23、2.根据方案1所述的经加工的真菌生物聚合物材料，其密度为15pcf至50pcf。

24、3.根据方案2所述的经加工的真菌生物聚合物材料，其厚度为0.125英寸。

25、4.一种方法，所述方法包括以下步骤：

26、获得真菌生物聚合物材料的组织，其特征在于完全由不含任何菌柄、菌盖或孢子的真菌菌丝体组成，并含有天然水；

27、用有机溶剂溶液处理所述组织一段时间，所述时间足以允许所述有机溶剂溶液渗透至组织中，同时用所述溶剂溶液代替天然水而使组织脱水；和

28、从所述溶液中取出所述组织并将所述取出的组织压制至其较小的厚度；和

29、然后将所述组织干燥至含水量为干质量的10％至12％。

30、5.根据方案4所述的方法，其中以每1克组织用5ml至50ml有机溶剂溶液的量，用所述有机溶剂溶液处理所述组织。

31、6.根据方案5所述的方法，其中所述组织用所述有机溶剂溶液处理5秒至6个月的一段时间。

32、7.根据方案4所述的方法，其中所述组织具有5英寸×5英寸的尺寸和2.5英寸的厚度，并被压制成0.125英寸的厚度。

33、8.根据方案4所述的方法，其中所述有机溶剂溶液为1500ml的100％醇浴。

34、9.根据方案8所述的方法，其中所述组织在所述溶液中浸没至少一次，持续七天。

35、10.根据方案4所述的方法，其中所述有机溶剂溶液为1500ml含有盐的溶液，盐含量为每1升有机溶剂中有20克至300克盐。

36、11.根据方案10所述的方法，其中所述组织在所述溶液中浸没至少一次，持续七天。

37、12.根据方案11所述的方法，其还包括下述步骤：从所述溶液中取出所述组织，并将所述取出的组织压制至0.50英寸的厚度。

38、13.根据方案12所述的方法，其还包括下述步骤：将所述0.50英寸的经压制的组织在1500ml 100％醇溶液中浸没三天。

39、14.根据方案13所述的方法，其还包括下述步骤：从所述100％醇溶液中取出所述组织，立即将所述取出的组织压制成0.125英寸的厚度并干燥所述组织。

40、15.根据方案4所述的方法，其还包括下述步骤：用苯酚和多酚中的至少一种和有机溶剂的溶液处理所述组织一段时间，所述时间足以实现壳多糖在其中的交联和其固定。

41、16.根据方案15所述的方法，其还包括下述步骤：用有机溶剂和盐的溶液处理所述组织一段时间，所述时间足以赋予其抗微生物性能，其中所述有机溶剂和盐的溶液以每1升有机溶剂中有20克至300克盐的含量含有盐。

42、17.一种方法，所述方法包括以下步骤：

43、获得真菌生物聚合物材料的组织，其特征在于完全由不含任何菌柄、菌盖或孢子的真菌菌丝体组成；

44、将所述组织在10000ml 5％乙酸溶液中浸没24小时使所述组织的ph达到5至7的中性至酸性ph，以支持染色和交联；

45、从所述溶液中取出所述组织并将所述组织在10000ml水中漂洗1分钟，

46、然后将所述组织在10000ml单宁酸粉末和水的溶液中浸没7天的一段时间，所述单宁酸粉末和水的溶液以每1升水中有10克单宁酸的含量含有单宁酸，

47、从所述单宁酸溶液中取出所述组织并将所述组织在10000ml水中漂洗1分钟，

48、然后将所述组织在第二个10000ml含有多酚化合物的单宁酸粉末和水的溶液中浸没14天的一段时间，所述含有多酚化合物的单宁酸粉末和水的溶液中单宁酸的含量为每1升水中有20克单宁酸，

49、从所述第二个单宁酸溶液中取出所述组织并将所述组织在10000ml水中漂洗1分钟，

50、然后用植物甘油和水的溶液包覆所述组织，所述植物甘油和水的溶液每1升水中含有20克甘油，和

51、然后将所述组织干燥至含水量为20重量％至30重量％。

52、18.一种方法，所述方法包括以下步骤：

53、获得真菌生物聚合物材料的组织，其特征在于完全由不含任何菌柄、菌盖或孢子的真菌菌丝体组成；

54、将所述组织在5500ml单宁酸粉末和水的溶液中浸没7天的一段时间，所述单宁酸粉末和水的溶液以每1升水中有10克单宁酸的含量含有单宁酸；

55、然后重复将所述组织在5500ml氯化钙和醇的溶液中浸没7天三次，所述氯化钙和醇的溶液每1升醇中含有150克氯化钙；

56、然后将所述组织压缩至0.5英寸的厚度；

57、将所述经压缩的组织在5500ml的100％醇溶液中浸没1天的一段时间；

58、从所述醇溶液中取出所述组织，并立即将所述取出的组织压制至0.125英寸的厚度；和

59、然后干燥所述组织。

60、19.根据方案18所述的方法，其中所述组织随后用单宁溶液处理，所述单宁溶液中单宁的量为所述组织干重的5％，并且与水的比例为1：100；然后干燥；用染料进行染色，所述染料以干组织质量的5％与市政自来水按1：100的比例进行应用；并用ph为3的乙酸溶液漂洗以固定染料。

61、20.根据方案19所述的方法，其中所述组织随后进行漂洗以除去任何未固定的染料；然后干燥并压花以提供表面图案。

62、21.根据方案20所述的方法，其中将经压花的组织喷涂覆盖蜡膜以防止水渗透。