CN102625794B - 液体乳酸组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了制备液体乳酸组合物的方法，该组合物具有至少94％(w/w)的总酸含量并且在高于10℃的温度下不结晶，该方法包括下列步骤：得到具有至少94％(w/w)的总酸含量并且在高于10℃的温度下结晶的起始液体乳酸组合物，在高于起始液体乳酸组合物的结晶点的温度下将所述起始液体乳酸组合物温育一定时间期限，以得到在高于10℃的温度下不结晶的液体乳酸组合物。
Description
本发明涉及制备高度浓缩液体乳酸组合物的方法和可通过所述方法得到的组合物。
乳酸及其盐和酯类长期用作食品添加剂和用于各种化学和药物应用。更近来，乳酸用于制备作为现存塑料材料替代物的生物可降解聚合物和各种新应用，其中需要或期望生物可降解性，诸如用于医疗植入物和缓释药物。因此，对改进的和经济上切实可行的乳酸生产方法存在不断增长的需求。
乳酸通常作为稀或浓水溶液销售，由此浓乳酸溶液一般具有约90％(w/w)的乳酸浓度。这种浓乳酸溶液的制备方法描述在例如WO00/56693中。仍然期望销售具有甚至更高浓度的乳酸组合物，例如减少包装和运输成本和改善用于所有种类的技术和食品应用中的便利性。然而，较高浓度并非切实可行，因为乳酸在这种高浓缩组合物中的结晶易于在环境温度下发生，从而产生与乳酸组合物操作相关的问题。
本发明的一个目的在于能够提供在环境温度下不结晶的高浓缩液体乳酸组合物。
为了这一目的，在第一个方面，提供了液体乳酸组合物的制备方法，其能够制备具有至少94％(w/w)的总酸含量并且在高于10℃的温度下不结晶的液体乳酸组合物。该方法包括：得到具有至少94％(w/w)的总酸含量并且在高于10℃的温度下结晶的起始液体乳酸组合物；和将所述起始液体乳酸组合物在升温，即在高于起始液体乳酸组合物的结晶点的温度下温育适合的时间期限，以得到在高于10℃的温度下不结晶的液体乳酸组合物。
通过本文所述方法得到的液体乳酸组合物是适合于包装和进入市场的随时可用的液体组合物。
优选在高于10℃的温度下不结晶的液体乳酸组合物具有至少95％(w/w)、更优选至少96％、97％、98％、99％(w/w)的总酸含量。尤其优选在高于10℃的温度下不结晶的液体乳酸组合物具有100％(w/w)的总酸含量。此外，可以通过除去部分或全部存在于在如本文所述的升温下进行温育的液体乳酸组合物中的水，从而得到具有高于100％(w/w)的总酸含量的液体乳酸组合物。这种水可以适当地通过蒸发除去。注意这种液体乳酸组合物中所存在的水部分或完全(在具有100％(w/w)总酸含量的液体组合物中)归因于在升温下温育。
令人意外地发现，具有至少94％(w/w)的总酸含量并且在高于10℃的温度下不结晶的液体乳酸组合物获自具有与液体“最终”组合物相同的总酸含量、但在高于10℃的温度下结晶的起始乳酸组合物，通过将起始乳酸组合物在高于起始液体乳酸组合物结晶点的升温下温育延长时间期限来进行。
还发现具有至少94％(w/w)总酸含量的得到的液体乳酸组合物具有1.2-1.7、优选1.2-1.4的总酸/游离酸之比。
组合物的总酸含量(TA)是在用精确已知量的过量碱完全水解任何分子间酯键后测定并且通过用酸反滴定剩余的碱确定的单体酸含量。总酸含量由此给出单体和寡聚乳酸的含量并且表示为单体乳酸的百分比(w/w)。寡聚乳酸典型地包含二聚化(HL2)、三聚化(HL3)、四聚化(HL4)和五聚化酸(HL5)和少量二丙交酯(L2)。
通过用碱直接滴定，即，无需分子间酯键水解测定组合物的游离酸含量(FA)。
起始液体乳酸组合物是在高于10℃和低于其结晶点的温度下结晶的组合物。结晶点将取决于起始液体乳酸组合物的浓度。例如，94％(w/w)乳酸组合物的结晶点是37℃，而100％乳酸的结晶点是53℃。典型地，起始液体乳酸组合物在环境温度，例如15℃-25℃的温度下结晶。这种起始组合物可以通过各种方式得到。
例如，可以通过浓缩乳酸溶液，例如商购溶液，直到总酸含量为94％或更高为止，得到起始组合物。可以通过蒸发稀乳酸溶液、通过使用膜或分子筛的处理和/或通过减压蒸馏进行乳酸溶液的浓缩。
还可以通过在适量的溶剂中搅拌固体乳酸和将该混合物加热直至成为液体得到起始组合物。
还可以在乳酸的制备方法中的适合加工步骤后即刻得到起始组合物。适合的乳酸的制备方法例如公开在WO 98/55442和WO 01/38283中，将这些文献引入本文作为参考。在这方面，尤其适合的加工步骤是如下文中所述的蒸馏步骤。
通常通过经微生物，诸如细菌、酵母和真菌发酵生产乳酸。发酵底物典型地包含碳水化合物，诸如葡萄糖、蔗糖、淀粉等与适合的矿物和含氮营养物。已知的产生S-乳酸的微生物是乳杆菌属，诸如干酪乳杆菌或芽孢杆菌属，诸如凝结芽胞杆菌的各种细菌。此外，已知选择性地产生(R)-乳酸的微生物。
发酵后，加工水性发酵肉汤，以得到具有期望的纯度的乳酸。常用的工业化加工途径一般由分离生物质、比后的一个或多个另外的加工步骤组成。
通常通过过滤、离心、絮凝、凝固、浮集或其组合分离生物质。例如，其描述在WO 01/38283中，其中描述了通过发酵制备乳酸的连续方法。
根据需要进一步加工发酵液体以得到具有期望纯度的乳酸溶液。这些加工步骤可以包括众所周知的加工步骤，诸如离子交换、蒸馏、结晶、熔化、酯化、水蒸发、皂化、酸化、过滤、提取、吸附。
优选减压蒸馏乳酸溶液以得到起始乳酸组合物，如本文所述，将其在升温下进行温育。应将减压理解为0.01-100mbar、优选0.1-20mbar的压力，特别是1-10mbar范围内的压力。减压蒸馏过程中的温度可以为100-200℃，特别是110-140℃。
可以如下进行蒸馏并且根据需要重复一次或多次，例如，如WO01/38283中所述，将该文献引入本文作为参考。
简言之，在第一步中，例如，通过膜蒸发使乳酸水溶液成为气相。可以通过润滑的膜蒸发、薄膜蒸发和/或降膜蒸发进行膜蒸发。然后，使蒸汽在蒸馏塔上通过，其中在回流条件下分离成两部分。蒸馏塔可以具有1-10的塔板数。减压蒸馏导致具有沸点高于乳酸的杂质的除去，因为乳酸作为塔顶产物得到。塔顶产物包含至少94％(w/w)的总酸且残留物包含残留的糖和/或多聚乳酸。
就乳酸溶液而言，溶剂优选是水，不过，其他溶剂，诸如C1-C5链烷醇类(甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-甲基-2-丙醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、2-甲基-1-丁醇、2-甲基-2-丁醇、3-甲基-1-丁醇、3-甲基-2-丁醇和2，2-二甲基丙醇)也是适合的；或可以将上述溶剂与水混合。
使具有至少94％(w/w)总酸含量的起始乳酸组合物处于升温，即高于其结晶点的温度并且在所述温度下温育适合的时间期限，得到在高于10℃的温度下不结晶的液体乳酸组合物。温育温度的上限适合地可以是乳酸组合物在所涉及的压力下的沸点。可以使用本领域技术人员公知的任何搅拌装置在搅拌下进行温育。
优选温育温度在40℃-120℃，更优选50℃-100℃，最优选60℃-90℃。温育时间期限典型地取决于所应用的温度或温度范围。温育温度越高，则温育期限越短。例如，在100℃温度下，温育期限可以为约1-4小时，在80℃温度下，温育期限可以为约3-12小时，在约60℃温度下，温育期限可以为约10-40小时。因此，温育期限可以为至少约30分钟，优选至少约1小时，更优选至少约2小时，最优选至少约3小时。可以在固定的温度下或使用温度范围进行温育且可以包括冷却至环境温度的期限。
本领域技术人员将会理解温育可以在得到液体乳酸组合物这样的时间点结束，在将组合物冷却至10℃的温度时，它仍然是液体且不含结晶。这样的时间点可以适合地通过下列步骤确定：取50ml样品，使该样品处于10℃的温度并在搅拌下加入1g乳酸晶种。如果该晶种在搅拌下在约1小时内溶解，则液体乳酸组合物在高于10℃的温度下不结晶并且可以结束温育。
如本文所述，在高于其结晶点的升温下温育起始乳酸组合物可以有利地包括在先和/或进一步的加工步骤，条件是所述加工步骤在升温下进行。例如，进一步的加工步骤可以是除去剩余的杂质，诸如着色底物。这种除去可以通过使液体乳酸组合物通过碳柱进行。所述通过的时间期限，例如3小时，可以包括在如上所提到的温育时间期限内。
本发明适合于包含任何立体化学构型的乳酸，即L+-或D--乳酸或L+-和D--乳酸的任何混合物的组合物。
在另一个方面中，提供了具有至少94％(w/w)的总酸含量并且在高于10℃的温度下不结晶的液体乳酸组合物。优选在高于10℃的温度下不结晶的液体乳酸组合物具有至少95％(w/w)、更优选至少96％、97％、98％、99％(w/w)的总酸含量。尤其优选在高于10℃的温度下不结晶的液体乳酸组合物具有100％(w/w)的总酸含量。
具有至少94％(w/w)的总酸含量的液体乳酸组合物还优选具有约1.2-约1.7、优选约1.2-约1.4范围内的总酸/游离酸之比。特别地，液体乳酸组合物可以具有的单体(HLl)+二聚化(HL2)乳酸含量在约65％-约85％(w/w)范围内、优选在约75％-约84％(w/w)范围内和/或可以具有的单体(HLl)+二聚化(HL2)+三聚化(HL3)乳酸含量在约80％-约91％(w/w)范围内、优选在约87％-约90％(w/w)范围内。
这种液体乳酸组合物可以具有如下文中所规定的组成(在25℃的温度下)。该组成可以使用质谱法便利地确定。
这方面的组合物优选可通过前一方面的方法得到。
如本文所公开的高浓缩液体乳酸组合物可以有利地用于任何乳酸应用。与高酸浓度结合的液体形式可提供如易于操作和最低可能性的运输成本的优点。
Claims (19)
1.制备液体乳酸组合物的方法，该组合物具有至少94%(w/w)的总酸含量并且在高于10℃的温度下不结晶，该方法包括：获得具有至少94%(w/w)的总酸含量并且在高于10℃的温度下结晶的起始液体乳酸组合物并且在高于起始液体乳酸组合物的结晶点的温度下将所述起始液体乳酸组合物温育一定时间期限以得到在高于10℃的温度下不结晶的液体乳酸组合物，
其中温育在得到液体乳酸组合物这样的时间点结束，在将组合物冷却至10℃的温度时，它仍然是液体且不含结晶，该时间点通过下列步骤确定：取50ml样品，使该样品处于10℃的温度并在搅拌下加入1g乳酸晶种，其中如果该晶种在搅拌下在1小时内溶解，则该液体乳酸组合物在高于10℃的温度下不结晶并且结束温育。
2.根据权利要求1的方法，进一步包括除去部分或全部在高于起始液体乳酸组合物的结晶点的温度下温育后得到的液体乳酸组合物中所存在的水。
3.根据权利要求1的方法，其中温育温度在40℃至12O℃的范围内。
4.根据权利要求1的方法，其中温育期限为至少30分钟。
5.根据权利要求1的方法，其中温育期限为至少1小时。
6.根据权利要求1的方法，其中温育期限为至少2小时。
7.根据权利要求1的方法，其中温育期限为至少3小时。
8.根据权利要求1的方法，其中在乳酸制备过程中的蒸馏步骤后即刻得到起始乳酸组合物。
9.根据权利要求1的方法，其中在高于起始液体乳酸组合物的结晶点的温度下的温育包括在高于起始液体乳酸组合物的结晶点的温度下进行的在先和/或进一步加工步骤。
10.液体乳酸组合物，具有至少94%(w/w)的总酸含量和1.2-1.7的总酸/游离酸比并且在高于10℃的温度下不结晶。
11.权利要求10的液体乳酸组合物，具有至少95%(w/w)的总酸含量。
12.权利要求10的液体乳酸组合物，具有至少96%(w/w)的总酸含量。
13.权利要求10的液体乳酸组合物，具有至少97%(w/w)的总酸含量。
14.权利要求10的液体乳酸组合物，具有至少98%(w/w)的总酸含量。
15.权利要求10的液体乳酸组合物，具有至少99%(w/w)的总酸含量。
16.权利要求10的液体乳酸组合物，具有100%(w/w)的总酸含量。
17.权利要求10-16任一项的液体乳酸组合物，具有1.2至1.4范围内的总酸/游离酸比。
18.权利要求10-16任一项的液体乳酸组合物，通过根据权利要求1的方法得到。
19.权利要求17的液体乳酸组合物，通过根据权利要求1的方法得到。
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