BG60866B1

BG60866B1 - Method for the preparation of lactulose

Info

Publication number: BG60866B1
Application number: BG92263A
Authority: BG
Inventors: Michael Dorscheid; Rudolf Krumbholz
Original assignee: Duphar International Research B.V.
Priority date: 1990-06-20
Filing date: 1990-06-20
Publication date: 1996-05-31

Abstract

Методът се прилага в химическата промишленост. Той е икономичен и екологично чист. По метода алкален воден разтвор на лактоза и боракс се приготвя и нагрява при температура над 800с. Лактулозата се отделя от получените продукти на конверсия, като към разтвора не се прибавя друг алкализиращ продукт освен боракс. Конверсията се провежда при рн 8,3. С цел да се запазят натриевите йони в производствения цикъл, бораксът се получава във воден разтвор на борна киселина, успоредно с лактозата. Натриевите йони се прехвърлят от разтвора на конверсните продукти в разтвора на борната киселина чрез електродиализа.The method is applied in the chemical industry. It is economical and environmentally friendly. By the method, an alkaline aqueous solution of lactose and borax is prepared and heated at a temperature above 800 ° C. The lactulose is separated from the resulting products by conversion and no alkalizing product other than borax is added to the solution. Conversion was carried out at pH 8.3. In order to preserve the sodium ions in the production cycle, the borax is obtained in an aqueous solution of boric acid, in parallel with the lactose. The sodium ions are transferred from the solution of the conversion products to the boric acid solution by electrodialysis.

Description

(54) МЕТОД ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА ЛАКТУЛОЗА (57) Методът се прилага в химическата промишленост. Той е икономичен и екологично чист. По метода алкален воден разтвор на лактоза и боракс се приготвя и нагрява при температура над 80°С. Лактулозата се отделя от получените продукти на конверсия, като към разтвора не се прибавя друг алкализиращ продукт освен боракс. Конверсията се провежда при рН 8,3. С цел да се запазят натриевите йони в производствения цикъл, бораксът се получава във воден разтвор на борна киселина, успоредно с лактозата. Натриевите йони се прехвърлят от разтвора на конверсиите продукти в разтвора на борната киселина чрез електродиализа.(54) LACTULOSE PRODUCTION METHOD (57) The method is applicable in the chemical industry. It is economical and environmentally friendly. The alkaline aqueous solution of lactose and borax is prepared and heated at a temperature above 80 ° C. Lactulose is separated from the resulting conversion products, and no alkalising product other than borax is added to the solution. The conversion was carried out at pH 8.3. In order to preserve sodium ions in the production cycle, borax is obtained in an aqueous solution of boric acid, in parallel with lactose. Sodium ions are transferred from the solution of the conversion products to the boric acid solution by electrodialysis.

претенции (54) МЕТОД ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА ЛАКТУЛОЗАclaims (54) LACTULOSE PRODUCTION METHOD

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТАTECHNICAL FIELD

Изобретението се отнася до метод за производство на лактулоза, който ще намери приложение в химическата промишленост.The invention relates to a method for the production of lactulose, which will find application in the chemical industry.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Известен е метод при който конверсията изисква алкална среда и допълнително се прибавя разтвор на натриева основа. Добивът от него е сравнително висок, борната киселина образува комплекс с лактулозата, изтеглящ равновесието от лактозата. Като продукти на конверсия от лактозата се получават галактоза, тагатоза, други захари, органични киселини и багрила /1/.A method is known in which the conversion requires an alkaline medium and additionally a solution of sodium hydroxide is added. Its yield is relatively high, boric acid forms a complex with lactulose, which draws the balance from lactose. As lactose conversion products, galactose, tagatose, other sugars, organic acids and dyes are obtained (1).

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НАTECHNICAL NATURE OF

ИЗОБРЕТЕНИЕТОTHE INVENTION

Съгласно изобретението, воден алкален разтвор на лактоза и боракс се приготвя и нагрява при температура над 80°С. Лактулозата се отделя от получените продукти на конверсия като освен боракс към разтвора не се прибавя алкализиращ продукт.According to the invention, an aqueous alkaline solution of lactose and borax is prepared and heated at a temperature above 80 ° C. Lactulose is separated from the resulting conversion products and no alkalizing product is added to the solution except borax.

Отпадъчните вещества, съдържащи алкални соли, които след отстраняване на алкалните йони чрез йонни обменители се образуват при регенерирането им, са значително малко.Waste containing alkali salts, which, after removal of the alkali ions by ion exchangers, are formed upon their regeneration are substantially small.

Методът създава възможност за рециклиране на натриевите йони в две модификации съгласно изобретението.The method makes it possible to recycle the sodium ions in two modifications according to the invention.

Едната модификация се състои в това, че бораксът се получава във воден разтвор на борна киселина, за предпочитане успоредно с лактозата, при което натриевите йони се преместват от разтвора на конверсиите продукти в разтвора на борната киселина чрез електролиза.One modification is that borax is obtained in an aqueous solution of boric acid, preferably in parallel with lactose, whereby the sodium ions are moved from the solution of the conversion products to the boric acid solution by electrolysis.

По този начин е възможно цялостно рециклиране на натриевите йони.Thus, complete recycling of the sodium ions is possible.

За тази цел са необходими само две отделения, разделени с една катион обменна мембрана. Едното отделение е катодно и през него тече разтворът на борната киселина, за предпочитане разтворът на борна киселиналактоза. В другото отделение се вливат продуктите на конверсията и то е анодно. Под влияние на приложеното напрежение, натриевите йони се придвижват в първото отделение, така че се образува разтвор на боракс в него.For this purpose, only two compartments separated by a single cation exchange membrane are required. One compartment is cathodic and the boric acid solution, preferably the boric acid lactose solution, flows through it. Conversion products are flowing into the other compartment and it is anode. Under the influence of the applied voltage, the sodium ions move in the first compartment so that a solution of borax is formed in it.

Според другата модификация на изобретението натриевите йони се преместват от разтвора на продуктите на конверсия най-цялостно чрез слаб киселинен йонен обменител и едва след това - чрез по-силен киселинен йонен обменник. При това слабият киселинен йонен обменник поне частично се регенерира с борна киселина и полученият боракс се използва отново, най-малкото частично.According to another modification of the invention, the sodium ions are displaced from the solution of the conversion products most completely by a weak acid ion exchanger and then by a stronger acid ion exchanger. In this case, the weak acidic ion exchanger is at least partially regenerated with boric acid and the resulting borax is reused, at least in part.

Концентрацията на натриевите йони в разтвора на конверсиите продукти е толкова висока, че да може да се свързват със слаб киселинен йонен обменник. Силен киселинен йонен обменник се използва само за цялостното отделяне на натриевите йони от разтвора. В резултат на предпочитаното регенериране на слабия киселинен йонен обменник с борна киселина, свързаните с него, натриеви йони ще останат в производствения цикъл. Само остатъкът отива в отпадъците. Дори в случаите, при които слабият киселинен йонен обменник не се регенерира с борна киселина, използването му има предимства. Той може да бъде регенериран с по-слаба киселина, което се предпочита от екологична гледна точка. Подходяща е например карбоновата киселина.The concentration of sodium ions in the solution of conversion products is so high that it can be coupled to a weak acidic ion exchanger. A strong acidic ion exchanger is used only to completely separate the sodium ions from the solution. As a result of the preferred regeneration of the weak acidic ion exchanger with boric acid, the sodium ions bound thereto will remain in the production cycle. Only the rest goes to waste. Even in cases where a weak acidic ion exchanger does not regenerate with boric acid, its use has advantages. It can be regenerated with less acid, which is environmentally preferable. For example, carboxylic acid is suitable.

При друго изпълнение на метода съгласно изобретението лактулозата се отделя при което разтворът на реакционните продукти, след отстраняването на натриевите йони, преди или след отделянето на боратните йони, за предпочитане след изпаряване от 15 до 20 % сухо вещество, се пропуска през продълговат контейнер, запълнен със слаб алкален йонен обменник като хроматографска колона, за предпочитане при 30 до 60°С, при използването на вода като елуент.In another embodiment of the process according to the invention, lactulose is recovered whereby the solution of the reaction products, after removal of the sodium ions, before or after the separation of the borate ions, preferably after evaporation of 15 to 20% of the dry matter, is passed through an elongated container filled with a weak alkaline ion exchanger as a chromatographic column, preferably at 30 to 60 ° C, using water as eluent.

Това приложение на йонния обменник води до отлично разделяне на лактулозата, а също и на галактозата от сместа на реакционните продукти. Лактулозата може да се получи със степен на чистота над 99 %, индустриален мащаб и при намалени разходи.This application of the ion exchanger results in excellent separation of lactulose and galactose from the mixture of reaction products. Lactulose can be obtained with a purity of more than 99%, on an industrial scale and at reduced costs.

В последната фаза на метода и на модифицираното изпълнение на изобретението за производството на лактулоза под формата на прах, се предлага да се прибави, за предпочитане да се впръска, концентриран разтвор на лактулоза. С чистота поне 90 %, по отношение на сухо вещество в прах от лактулоза, която се поддържа в движение, за предпочитане при разбъркване, толкова бавно и да се разпределя в нея толкова бързо и фино, че разтворът да лактулоза да образува само тънък филм върху повърхността на частичките на прах откъдето твърдият материал нараства върху тях.In the last phase of the process and the modified embodiment of the invention for the production of lactulose in powder form, it is proposed to add, preferably, a concentrated lactulose solution. With a purity of at least 90%, with respect to the dry matter in the lactulose powder, which is kept in motion, preferably under stirring, so slowly and slowly distributed therein that the lactulose solution forms only a thin film on the surface of the dust particles where the solid material rises on them.

Известно е, че не е възможно да се крие- 5 тализира лактулоза само при концентриране на водния му разтвор.It is known that it is not possible to conceal lactulose solely by concentrating its aqueous solution.

Досега са използвани метанол или друг органичен разтворител, които са били прибавяни при производството на лактулоза на прах, в които разтворители лактулозата има по-малка разтворимост и се утаява. Механично отделеният и изсушен прах при това е винаги замърсен с остатъци от разтворителя.Methanol or other organic solvents have so far been used which have been added in the production of lactulose powder, in which solvents lactulose has less solubility and precipitates. The mechanically separated and dried powder is always contaminated with solvent residues.

Предлаганият нов метод създава възможност да се произвежда свободно течлив, само слабо хигроскопичен прах на лактулоза с висока чистота.The proposed new method makes it possible to produce free flowing, only slightly hygroscopic, high purity lactulose powder.

От решаващо значение при този метод е бавното прибавяне и бързото разпределяне и разпръскване на лактулозния сироп върху зрънцата, за да се образува тънък филм. Трябва да се избягва дори локално натрупване на сироп. Преди всичко, вече кристален материал не трябва отново да се разтваря в сиропа. Подходящи за целта са например разпръсквателни сушилни, пропелерни сушилни и други сушилни с горещ въздух, снабдени с разбъркващи устройства.Crucial to this method is the slow addition and rapid distribution and dispersion of lactulose syrup on the grains to form a thin film. Even local accumulation of syrup should be avoided. First of all, already crystalline material does not need to be re-dissolved in the syrup. Suitable for this purpose are, for example, spray dryers, propeller dryers and other hot air dryers fitted with stirring devices.

Възможността да се образува бораксов разтвор чрез електролиза, отстраняването на натриевите йони от разтвора на продуктите на конверсия с помощта на слаб киселинен йонен обменник, отделянето на лактулозата чрез слаб алкален йонен обменник като хроматографска колона, и производството на лак10 тулозен прах представляват предимствата на метода съгласно изобретението, като всяко от тях може да бъде прилагано и самостоятелно. Методът е икономичен и екологично чист.The possibility of forming a borax solution by electrolysis, the removal of sodium ions from the solution of the products of conversion by means of a weak acidic ion exchanger, the separation of lactulose by a weak alkaline ion exchanger such as a chromatographic column, and the production of lacquer 10 powder are methods of advantage. the invention, each of which can be applied independently. The method is economical and environmentally friendly.

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕEXAMPLES FOR IMPLEMENTATION

НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОOF THE INVENTION

175 к§ лактоза-монохидрат, 46,3 к§ боракс и 800 к£ дейонизирана вода се нагряват при 95°С в продължение на 3 Ь. Образува се смес от реакционни продукти, която съдържа 74,2 к§ лактулоза, 75,3 к£ лактоза, 8,0 к§ галактоза и 0,8 к£ тагатоза. Полученият разтвор на захарна смес се пропуска над слаб киселинен йонен обменник и след това над един силен киселинен йонен обменник, така че натриевите йони, получени от боракса, да се отстранят. След това разтворът се изпарява до 15 % сухо вещество.175 kg of lactose monohydrate, 46.3 kg of borax and 800 kg of deionized water were heated at 95 ° C for 3 b. A mixture of reaction products is formed, which contains 74.2 kI lactulose, 75.3 kI lactose, 8.0 kI galactose and 0.8 kI tagatose. The resulting solution of the sugar mixture is passed over a weak acidic ion exchanger and then over a strong acidic ion exchanger so that the sodium ions obtained from borax are removed. The solution was then evaporated to 15% dry matter.

Разтворът с тази концентрация се пропуска през хроматографска колона, състояща се от един слаб алкален йонен обменник.The solution at this concentration was passed through a chromatographic column consisting of a weak alkaline ion exchanger.

Колоната се състои от кух цилиндър с диаметър около 90 ст и височина 2 т, запълнен с 1000 1 слаба алкална обменна смола. 1000 1 от разтвора се прибавят при температура между 40 и 60°С към колоната, която предварително е била напълнена с вода и след това отново напълнена с вода, при скорост на протичане 1 до 2 об./Ь.The column consists of a hollow cylinder with a diameter of about 90 cm and a height of 2 t, filled with 1000 1 weak alkaline exchange resin. 1000 l of the solution is added at a temperature between 40 and 60 ° C to the column which has been pre-filled with water and then refilled with water at a flow rate of 1 to 2 rpm.

Диаграмата по-долу показва постигнатото разделяне на компонентите от разтвора. Явно е, че само с малки загуби може да се получи почти чиста лактулозна фракция, без други захари. Особено изненадващо е доброто разделяне на лактозата от лактулозата.The diagram below shows the achieved separation of the components from the solution. It is clear that only a small loss can produce an almost pure lactulose fraction, with no other sugars. Particularly surprising is the good separation of lactose from lactulose.

Разделяне на захарната смес Separation of sugar mixture Концентрация β/ЮО т1 The concentration of β / 100 m1 Лактулозна фракция свободна от други захари Lactulose fraction free of other sugars 0 0 5 5 10 10 15 15 20 25 30 20 25 30 35 35 40 40 ---> фракции ---> fractions лактоза lactose галактоза galactose лактулоза lactulose

Полученият лактулозен разтвор се освобождава от борната киселина в специфичен обменител за бор и след това се изпарява до 65 %-но съдържание на лактулоза, например при вакуум от 40 мбар. Така се получава сироп, който е търговски продукт.The lactulose solution obtained is released from boric acid in a specific boron exchanger and then evaporated to 65% lactulose content, for example at a vacuum of 40 mbar. This produces syrup, which is a commercial product.

Сиропът може да бъде превърнат и в прах.The syrup can also be powdered.

За тази цел, например, се използва пропелерна сушилня, загрявана с пара /ϋΕ βίείπείι 8Р 200/, общ капацитет 200 I и полезен обем 130 1, скорост на бъркалката 10 об./πιίη. 20 к£ лактулозен прах се поставя в контейнера и общо 100 к§ сироп, подгрят при 60°С, се влива със скорост 2 1/Ь. След това всичко се суши за 30 пнп. 20 к£ от полученият прах се оставя като проба за следващия шарж.For this purpose, for example, a steam-heated propeller dryer / βΕ βίείπείι 8Р 200 /, a total capacity of 200 I and a useful volume of 130 1, a stirrer speed of 10 rpm / πιίη is used. 20 kg of lactulose powder was placed in the container and a total of 100 kg of syrup warmed at 60 ° C was poured at a rate of 2 l / b. After that, everything was dried for 30 bpm. 20 kg of the resulting powder was left as a sample for the next cartoon.

Вместо прибавянето на боракс, както вече е описано по-горе, се използва следния метод: 175 к£ лактоза-монохидрат, 30 к£ борна киселина и 600 кд дейонизирана вода се разтварят при бъркане и температура около 45°С и се пропуска през описания слабо киселинен йонен обменник, който се зарежда с натриеви йони. Елуацията се извършва с дейонизирана вода. Полученият разтвор, който регенерира йонния обменник поне частично с борната киселина и поема натриевите йони, се наглася с помощта на разтвор на натриева основа до рН 8,3, т.е. рН - стойността на по-горе описания лактозо - бораксов разтвор.Instead of the addition of borax, as described above, the following method is used: 175 kg of lactose monohydrate, 30 kg of boric acid and 600 cd of deionized water are dissolved under stirring at about 45 ° C and passed through the described a slightly acidic ion exchanger that is charged with sodium ions. Elution is carried out with deionized water. The resulting solution, which regenerates the ion exchanger at least partially with boric acid and absorbs the sodium ions, is adjusted using a sodium hydroxide solution to pH 8.3, ie. pH - the value of the lactose - borax solution described above.

Конверсията по-нататък се провежда, както при работа с горния разтвор.The conversion is then carried out as in the above solution.

Claims

A method for the preparation of lactulose in which an aqueous alkaline solution of lactose and borax is prepared and heated at a temperature above 80 ° C and lactulose is separated from the resulting conversion products, characterized in that, except for borax, it does not Adds an alkalizing product.

2. The method of claim 1, wherein the borax is obtained in an aqueous solution of boric acid, preferably together with lactose and sodium ions are transferred from the solution of the products

5 of conversion to boric acid solution by electrolysis.

Method according to claim 1, characterized in that the sodium ions are removed from the solution of the products of the con10 version by a weak acid ion exchanger and only then by a stronger acid ion exchanger.

4. The method of claim 3, wherein the acid is weak

The 15 ion exchanger is partially regenerated with boric acid and the borax obtained during regeneration is partially used in the method of claim 1.

5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that for the removal of lactulose, the solution of the reaction products, after separation of the sodium ions, before the separation of the borate ions, preferably after evaporation to 15-20% dry matter, is passed through a long chromatographic column filled with a weak alkaline ion exchanger, preferably at 30 to 60 ° C, using water as the eluent.

A method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that, for the preparation of lactulose powder, a concentrated lactulose solution with a purity of 90% lactulose relative to the dry matter is preferably added by spraying to lactulose powder, which is kept in motion, preferably stirred, and distributed therein so rapidly and finely that the lactulose solution forms a thin film on the surface of the powder particles, causing the powder particles to grow.