CN101784677A - 通过化学氧化脱色三氯蔗糖生产中的工艺流 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种工艺，其中通过鼓泡臭氧实现含有三氯蔗糖或6-乙酰基三氯蔗糖的溶液或反应混合物的脱色。该方法可在生产工艺中的不同阶段，并与用于脱色的其它吸附剂相结合或不相结合使用。

Description

通过化学氧化脱色三氯蔗糖生产中的工艺流

技术领域

本发明涉及氯化糖，包括1’-6’-二氯-1’-6’-二脱氧-β-呋喃果糖-4-氯-4-脱氧-吡喃半乳糖苷，即三氯蔗糖(三氯半乳蔗糖，TGS)及其前体(TGS-6-酯)生产过程中工艺流的脱色处理。

背景技术

4，1’，6’-三氯蔗糖是一种高强度甜味剂，在本说明书中缩写为“TGS”，也可表示为1’-6’-二氯-1’-6’-二脱氧-β-呋喃果糖-4-氯-4-脱氧-吡喃半乳糖苷。4，1’，6’-三氯蔗糖的现有技术生产方法中使用的大多数策略主要涉及用Vilsmeier-Haack试剂氯化6-O-酰基蔗糖以形成6-酰基-4，1’，6’-三氯蔗糖，可使用各种氯化剂如三氯氧磷、草酰氯、五氯化磷等，和叔酰胺如二甲基甲酰胺(DMF)。所述氯化反应之后，反应物料用适当的钙、钠等的碱氢氧化物中和至pH7.0-7.5，以对6-乙酰基-4，1’，6’-三氯蔗糖脱酰基/脱乙酰基，形成4，1’，6’-三氯蔗糖(TGS)。

氯化后的氯化物颜色在脱酰作用之前或之后都非常深。这是由于氯化过程中产生大量的分解产物。这些化合物主要是焦糖、糠醛等的混合物。这些化合物是非常不合需要的并给产品染上强烈的颜色，难以通过具体的吸附工艺如碳处理等选择性地除去。

氯化物料中存在的染色化合物混合物的单个组分具有不同性质，并且有些化合物具有与TGS相近的性质。因此，这些有色化合物随着纯化的TGS迁移一直到结晶阶段，并给结晶产品染上强烈的颜色。这导致产品纯度降低，且终产品规格不容易实现。

在TGS经亲和层析法纯化期间，这些具有与TGS相近性质的有色化合物也随TGS一起结合在树脂上并随该产品一起洗脱出来。这导致树脂的吸附能力降低，因此也是不合需要的。

结晶期间造成干扰的有色化合物必须通过各种处理方法除去，包括但不限于木炭处理等。在一些情况下，木炭处理被重复进行以获得无色产物。

发明内容

本发明体现在从TGS纯化周期中的氯化物料或任何其它工艺流经化学氧化过程从中脱去颜色的工艺。

在具体实施方式中，所述化学氧化过程包括不经过或经过其它种类吸附方法之外，用臭氧气体从该工艺流中除去颜色。将臭氧气体直接鼓泡进入工艺流并立即开始脱色。当该流体达到所需要的颜色时，则认为它可用于下一纯化阶段。

发明详细描述

将TGS生产期间获得的有色工艺流通过木炭床是目前颜色脱除的普遍方法。然而，该方法导致产品在木炭床层中的损失，并且引起使用过的木炭粉处理的问题。

研究发现，将臭氧鼓泡通过TGS的有色工艺流提供了一种非常方便的颜色脱除的方法，其不但有效而且不产生待处理或除掉的副产品。此外，臭氧化期间没有TGS的损失。

退色(colour reduction)是根据铂钴标度上测得的缩写为CU的颜色指数单位来衡量。典型的退色为臭氧气体鼓泡速率100-120g/小时下4-5小时内6200单位每1000L。在优选的工艺中，以臭氧鼓泡的气体是溶解于氧气中有效地含有7％-14％臭氧的气体。该脱色伴随着溶液pH的降低，并且在臭氧化过程中需要调节pH。

脱色步骤可应用于TGS纯化工艺的一个或多个阶段，包括但不限于以下：

1、氯化后含有6-乙酰基TGS、有/无DMF的中和物料。

2、氯化后含有TGS、有/无DMF的脱酰化物料。

3、包括乙酸乙酯、甲基乙基酮、乙酸丁酯、二氯甲烷等的一种或多种的有机的水不混溶的溶剂提取物中的6-乙酰基TGS/TGS。

4、水中的6-乙酰基TGS/TGS。

5、水+包括甲醇、丙酮等一种或多种的水混溶溶剂中的6-乙酰基TGS/TGS。

6、TGS的制备过程中获得的任意部分纯化的工艺流，包含亲水性或疏水性杂质。

7、结晶之前的纯化的产品流。

8、通过重新溶解于水性或有机溶剂进行脱色的结晶产品，TGS/6-乙酰基TGS可溶于该溶剂中。

9、可在除不限于木炭处理、树脂处理等的任意吸附脱色外使用。

10、可在该工艺中使用一次以上。

6-乙酰基TGS中的乙酰基可被任何其它酰基，如苯甲酰基取代。

具体实施方式

下述实施例用来说明如何实践该说明书中要求保护的本发明，但不限制使用的实际技术的范围或要求保护的反应条件或工艺条件的范围。该实施方式的几种其它适应性变化很容易被本领域技术人员预料到，并且它们也包含在这项工作的范围之内。该实施方式的几种其它适应性变化很容易被本领域技术人员预料到，并且它们也包含在本说明书覆盖的主题物质的本优先权范围之内。在本说明书全文中，只要在上下文适用的情况下，单数也包括其复数，以及同类的一个或多个个体。因此，生产工艺的权利要求上下文中的“氯化糖”包括权利要求与之相关的一种和另一种以及多于一种的氯化糖。反应物或反应条件的同等替代物也包含在该说明书的权利要求范围内。因此，6-乙酰基蔗糖的提及在其中也涵盖6-酰基蔗糖的一种或多种，包括6-苯甲酰基蔗糖、6-乙酰基蔗糖、蔗糖-6-邻苯二甲酸、蔗糖-6-丙酸、蔗糖-6-戊二酸等。通常，对本领域技术人员来说显而易见的任何修改或同等物均包含在该说明书及其权利要求书的范围之内。

实施例1：在TGS脱酰化和结晶化之前6-乙酰基TGS的臭氧化

在一项实验中，将70kg 6-乙酰基蔗糖用由氯化亚砜生成的Vilsmeier-Haack试剂氯化。

将386kg DMF放入反应器中，然后在其中加入16kg碳。搅拌该物料，并滴加300kg氯化亚砜，保持温度低于40℃。搅拌该物料60分钟，然后冷却至0-5℃。

将溶于DMF的65kg 6-乙酰基蔗糖加到生成的Vilsmeier试剂中，保持温度低于5℃。添加完毕后，将反应物温度升至室温保持60分钟。

然后将该物料加热至85℃保持60分钟，再加热至100℃保持6小时，然后进一步加热至115℃并保持1.5小时。

然后将含有42％6-乙酰基TGS的该氯化物料用1∶1氢氧化钙浆体淬火至pH7.0，然后该物料经压滤机过滤。之后将澄清的滤液用ADS600(Thermax India)树脂进行亲和层析。过滤的物料通过填装于300LPH柱中的树脂床，并且6-乙酰基TGS和其它氯化衍生物被选择性地结合在树脂上，而包含可溶形式的无机盐的DMF水层作为流通部分流出。然后用2倍床体积的水洗涤树脂到pH7.0，然后用35％的甲醇水溶液洗脱并小心单独地收集6-乙酰基TGS部分。通过降膜蒸发器将甲醇从纯6-乙酰基TGS部分除去。

然后将洗脱部分进行降膜蒸发以完全除去甲醇。然后通过使臭氧气体鼓泡通过溶液，将浓缩物进行臭氧化。溶液的体积为1400L，包含26.6kg 6-乙酰基TGS。该物料的初始颜色指数在铂钴标度上为12500CU，且溶液的pH为5.38。在优选的工艺中，用于鼓泡进入该物料的臭氧气体是通过使用Megazone系列M212型号(M/s.Aurozon P.O.Box 43，彭地治利，印度)的设备，生成为含有高浓度臭氧的气体。释放含有臭氧浓度足以引起脱色的气体的其它臭氧设备也能用于本发明。鼓泡率固定为150g/小时的臭氧气体，其具有在氧气中正常7％而最高达14％w/w的浓度等级，但也可使用鼓泡的其它速率。

在臭氧化期间，将溶液的pH用10％的氢氧化钠溶液调节在5-6之间。臭氧化在14小时后完成，结果发现臭氧化后溶液的颜色指数在铂钴标度上为65CU。6-乙酰基TGS在臭氧化前后保持不变，没有任何损失。

然后将该溶液通过加入35％的氢氧化钠溶液以升高pH至9.5进行脱酰作用，并在搅拌下由TLC监测。脱酰作用后，该溶液用乙酸乙酯提取并浓缩。

然后TGS在甲醇和乙酸乙酯的混合物中结晶并干燥。结果发现分离出的TGS的纯度为99.6％，总收率为34.5％。

实施例2：氯化后含有TGS和DMF的和进一步纯化期间的脱酰物料的臭氧化

将595kg DMF放入反应器，并缓慢加入316kg五氯化磷，保持温度低于40℃，使vilsmeier试剂生成，并搅拌该物料60分钟，然后冷却至0-5℃。

将溶于DMF的100kg 6-乙酰基蔗糖加到生成的Vilsmeier试剂中，保持温度低于5℃。添加完毕，将反应物料温度升至室温保持60分钟。

然后将该物料加热至85℃保持60分钟，再加热至100℃保持6小时，然后进一步加热至115℃并保持1.5小时。

然后将含有6-乙酰基TGS的该氯化物料用1∶1氢氧化钙浆体淬火至pH9.5，并且该物料在22℃下保持搅拌3小时以便脱酰作用完成。脱酰作用通过TLC分析确证，然后用稀HCl调节pH至7.0。含有TGS的该物料经压滤机过滤。结果发现滤液中的DMF含量为22％，TGS为43.5kg。

然后通过使臭氧鼓泡通过溶液，将22kg上述溶液的同等物进行臭氧化。该物料的初始颜色指数在铂钴标度上非常高，且溶液的pH被调节至5.5。在优选的工艺中，用于鼓泡进入该物料的臭氧气体是通过使用Megazone系列M212型号(M/s.Aurozon P.O.Box 43，彭地治利，印度)的设备，生成为含有高浓度臭氧的气体。鼓泡率固定为150g/小时的臭氧气体，其具有在氧气中正常7％而最高达14％w/w的浓度等级，但也可使用鼓泡的其它速率。

在臭氧化期间，将溶液的pH用10％的氢氧化钠溶液调节在5-6之间。臭氧化在25小时后完成，结果发现臭氧化后溶液的颜色指数在铂钴标度上为2500CU。

然后将溶液通过亲和层析ADS600(Thermax India)树脂进行纯化。过滤的物料通过填装于300LPH柱中的树脂床，并且其它氯化衍生物被选择性地结合在树脂上，而包含可溶形式的无机盐的DMF水层作为流通部分流出。然后用2倍床体积的水洗涤树脂到pH7.0，然后用30％的甲醇水溶液洗脱并小心单独地收集TGS部分。通过降膜蒸发器将甲醇从纯TGS部分除去。

然后将洗脱部分进行降膜蒸发以完全除去甲醇。然后通过使臭氧气体鼓泡通入溶液，将浓缩物进行臭氧化。溶液的体积为1700L，包含20.2kg 6-乙酰基TGS。该物料的初始颜色指数在铂钴标度上为8500CU，且溶液的pH为5.68。在优选的工艺中，用于鼓泡进入该物料的臭氧气体是通过使用Megazone系列M212型号(M/s.Aurozon P.O.Box 43，彭地治利，印度)的设备，生成为含有高浓度臭氧的气体。鼓泡率固定为150g/小时的臭氧气体，其具有在氧气中正常7％而最高达14％w/w的浓度等级，但也可使用鼓泡的其它速率。

在臭氧化期间，将溶液的pH用10％的氢氧化钠溶液调节在5-6之间。臭氧化在12小时后完成，结果发现臭氧化后溶液的颜色指数在铂钴标度上为45CU。TGS在臭氧化前后保持不变，没有任何损失。

该溶液用乙酸乙酯提取并浓缩。然后TGS在甲醇乙酸乙酯的混合物中结晶并干燥。结果发现分离出的TGS的纯度为98.69％，总收率为33.5％。

实施例3：脱酰作用后含有TGS的中和物质的乙酸乙酯提取物的臭氧化

将实施例2脱酰作用后的21kg TGS等同物溶液进行乙酸乙酯提取，加入1∶3.5倍v/v的脱酰物料和乙酸乙酯，并充分搅拌，然后使其分层。将分开的各层合并。可选择地将乙酸乙酯提取物在45℃下真空浓缩至其初始体积的50％，并通过臭氧化进行颜色脱除。

该物料的初始颜色指数在铂钴标度上为1000CU。在优选的工艺中，用于鼓泡进入该物料的臭氧气体是通过使用Megazone系列M212型号(M/s.Aurozon P.O.Box 43，彭地治利，印度)的设备，生成为含有高浓度臭氧的气体。鼓泡率固定为150g/小时的臭氧气体，其具有在氧气中正常7％而最高达14％w/w的浓度等级，但也可使用鼓泡的其它速率。

在臭氧化期间，将碳酸氢钠晶体直接加入溶液中并搅拌以维持溶液的pH在5-6之间。臭氧化在20小时后完成，结果发现臭氧化后溶液的颜色指数在铂钴标度上为150CU。

然后将臭氧化后的乙酸乙酯提取物用1∶0.1v/v的饱和氯化钠溶液洗涤10次以从该提取物中除去DMF。DMF除去后，将乙酸乙酯提取物进一步浓缩至最高，然后将获得的糖浆装载在填装于SS柱的硅烷化硅胶上。用pH10.5的醋酸钠缓冲液作为流动相，并收集纯的TGS部分。将该TGS部分通过反渗透工艺浓缩，并将获得的浓缩物提取至乙酸乙酯中。然后TGS经木炭处理进一步退色，结果发现其中初始颜色指数在铂钴标度上为150CU。取2％w/v的木炭并加入该乙酸乙酯提取物中，搅拌并加热至45℃，保持30分钟。然后将该溶液冷却并过滤，结果发现颜色指数在铂钴标度上为32CU。在甲醇和乙酸乙酯的混合物中进行结晶并干燥。分离出的TGS的纯度为99.23％，获得的TGS的总收率为约35％。

Claims (12)

1.一种氯化糖的生产工艺，包括需要除去糖的有颜色分解产物的至少一种或它的有色分解衍生物的至少一种，其中所述颜色是通过对该氯化糖无不良影响的化学氧化过程来脱除。

2.如权利要求1所述的工艺，其中所述氯化糖是三氯蔗糖。

3.如权利要求2所述的工艺，其中所述化学氧化过程包括使用臭氧。

4.如权利要求3所述的工艺，其中所述化学氧化过程包括将臭氧鼓泡通过工艺流，优选地维持pH在约5至6之间。

5.如权利要求4所述的工艺，其中所述TGS的生产工艺包括步骤：

a.通过在有或无二甲基甲酰胺时与酰基氯反应，将6-酰基蔗糖氯化，

b.将氯化后包含TGS，有/无二甲基甲酰胺的物料脱去乙酰基。

6.如权利要求4所述的工艺，其中进行脱色的工艺流或组合物是以下的至少一种：

a、有机的水不混溶溶剂中的6-酰基TGS/TGS，

b、水中的6-酰基TGS/TGS，

c、带有水混溶性溶剂的水中的6-酰基TGS/TGS，

d、TGS制备过程中获得的部分纯化的工艺流，包含亲水性或疏水性杂质，

e、结晶之前的纯化产品流，

f、通过重新溶解于水性或有机溶剂中进行脱色的结晶产物，其中TGS/6-乙酰基TGS可溶于该溶剂。

7.如权利要求5或6所述的工艺，其中所述工艺以任意顺序使用：

a、除吸附脱色的至少一个步骤外，或/和

b、在该工艺中多于一次。

8.如权利要求7所述的工艺，其中所述吸附脱色是通过木炭处理或树脂处理。

9.如权利要求8所述的工艺，其中6-酰基TGS包括6-乙酰基TGS或6-丁基TGS。

10.一种三氯蔗糖的生产工艺，包括以下步骤：

a、通过vilsmeier试剂伴随加热来氯化6-乙酰基TGS，

b、淬火该氯化反应混合物并调节pH至约7，

c、选择性地将反应混合物中的6-乙酰基TGS和其它乙酰基氯化糖结合在亲和层析树脂上，

d、从树脂上洗脱吸附的6-乙酰基TGS，

e、将洗脱出的部分，优选地在浓缩后进行臭氧鼓泡，维持pH在5至6之间一段时间，至足以退色至可接受的低水平，优选地在铂钴标度上读数约70CU单位，

f、脱酰基作用，

g、TGS在乙酸乙酯中的提取，和

h、固体TGS的分离。

11.一种三氯蔗糖的生产工艺，包括以下步骤：

a、通过vilsmeier试剂伴随加热来氯化6-乙酰基TGS，

b、淬火该氯化反应混合物并调节pH至约7，

c、脱酰基作用，

d、将脱酰基的反应混合物经臭氧鼓泡，伴随维持pH在约5至6之间，

e、选择性地将反应混合物中的TGS和其它氯化糖结合在亲和层析树脂上，

f、通过降膜蒸发过程来浓缩并除去挥发性溶剂，

g、在水中将浓缩的TGS溶液进行臭氧鼓泡，同时通过加NaOH将pH维持在约5至6之间，

h、在乙酸乙酯中提取TGS，

i、分离固体TGS。

12.一种三氯蔗糖的生产工艺，包括以下步骤：

a、通过vilsmeier试剂伴随加热来氯化6-乙酰基TGS，

b、淬火该氯化反应混合物并调节pH至约7，

c、脱酰基作用，

d、在乙酸乙酯中提取，

e、可选地在减压条件下将乙酸乙酯提取物浓缩至约50％体积，

f、将臭氧气体鼓泡通过乙酸乙酯提取物，维持pH在约5至6之间，

g、分离固体TGS。