DD297999A5

DD297999A5 - METHOD FOR PRODUCING LACTULOSE

Info

Publication number: DD297999A5
Application number: DD34188390A
Authority: DD
Inventors: Michael Dorscheid; Rudolf Krumbholz
Original assignee: Duphar International Research B. V.,Nl
Priority date: 1988-12-21
Filing date: 1990-06-20
Publication date: 1992-01-30

Abstract

Zum Herstellen von Lactulose wird eine alkalische waeszrige Loesung von Lactose und Borax hergestellt und auf eine Temperatur oberhalb 80C erhitzt. Aus den entstandenen Umsetzungsprodukten wird die Lactulose abgetrennt. Auszer dem Borax wird der Loesung kein alkalisierender Stoff zugegeben. Die Umsetzung wird bei p H 8,3 durchgefuehrt. Um die Natriumionen im Produktionskreislauf zu halten, kann das Borax in einer waeszrigen Loesung von Borsaeure und bereits zugleich der Lactose hergestellt werden, indem die Natriumionen aus der Loesung der Umsetzungsprodukte durch Elektrodialyse in die Loesung der Borsaeure ueberfuehrt werden. Die Natriumionen koennen stattdessen auch aus der Loesung der Umsetzungsprodukte soweit moeglich mittels eines schwach sauren Ionenaustauschers und erst anschlieszend mittels eines staerker sauren Ionenaustauschers entfernt werden. Der schwach saure Ionenaustauscher wird mit Borsaeure regeneriert, so dasz wieder Borax entsteht.{Lactulose; Herstellungsverfahren; Lactose; Borax; Umsetzungsprodukte; alkalisierender Stoff; Natriumionen; Produktionskreislauf; Borsaeure; Elektrodialyse; Ionenaustauscher}To prepare lactulose, an alkaline aqueous solution of lactose and borax is prepared and heated to a temperature above 80 ° C. From the resulting reaction products, the lactulose is separated. In addition to the borax, no alkalizing agent is added to the solution. The reaction is carried out at p H 8.3. In order to keep the sodium ions in the production cycle, the borax can be prepared in a liquid solution of boric acid and at the same time of lactose by transferring the sodium ions from the solution of the reaction products by electrodialysis into the solution of boric acid. Instead, the sodium ions can also be removed from the solution of the reaction products as far as possible by means of a weakly acidic ion exchanger and only then by means of a stronger acidic ion exchanger. The weakly acidic ion exchanger is regenerated with boric acid, so that again borax is formed {lactulose; Production method; lactose; Borax; Reaction products; alkalizing substance; Sodium ions; Production cycle; Boric; Electrodialysis; Ion exchangers}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Lactulose, bei dem eine alkalische wäßrige Lösung von Lactulose und Borax hergestellt und auf eine Temperatur oberhalb 80°C erhitzt wird und aus den entstandenen Umsetzungsprod ikten die Lactulose abgetrennt wird.The invention relates to a process for the production of lactulose, in which an alkaline aqueous solution of lactulose and borax is prepared and heated to a temperature above 80 ° C and from the resulting Umsetzungsprod icts the lactulose is separated.

Dieses Verfahren ist bekannt z. B. aus Chemical Abstracts 86:173392h. Da die Umsetzung das alkalische Milieu verlangt, wird ferner Natronlauge zugegeben. Die Ausbeute des Verfahrens ist vergleichsweie hoch; die Borsäure bildet mit der Lactulose einen Komplex, der das Gleichgewicht von der Lactose weg verschiebt. Aus der Lactose entstehen weiterhin als Umsetzungsprodukte Galactose, Tagatose, andere Zucker, organische Säuren und Farbstoffe.This method is known for. From Chemical Abstracts 86: 173392h. Since the reaction requires the alkaline medium, sodium hydroxide is also added. The yield of the process is comparatively high; boric acid forms a complex with lactulose which shifts the equilibrium away from lactose. From the lactose continue to be produced as reaction products galactose, tagatose, other sugars, organic acids and dyes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gleichfalls wirtschaftliches, aber weniger umweltbelastendes Verfahren zur Herstellung von Lactulose zu schaffen.The invention has for its object to provide a likewise economical, but less polluting process for the production of lactulose.

Zur Lösung dieser Aufgabe wurde gefunden, daß das obengenannte Verfahren auch durchführbar ist, wenn der Lösung außer dem Borax im wesentlichen kein alkalisierender Stoff zugegeben wird.In order to achieve this object, it has been found that the above-mentioned process can also be carried out if, apart from the borax, essentially no alkalizing substance is added to the solution.

Die Abwasserbefrachtung mit Alkalisalzen-die nach dem Entfernen der Alkaliionen durch Ionenaustauscher beim Regenerieren der Ionenaustauscher entstehen - wird damit erheblich verringert.The Abwasserbefrachtung with alkali salts - which arise after removal of the alkali ions by ion exchangers when regenerating the ion exchanger - is thus significantly reduced.

Als weiteren Schritt auf diesem Wege ermöglicht das Verfahren ein Rezyklieren der Natriumionen nach zwei Weiterbildungen der Erfindung:As a further step in this way, the process enables the sodium ions to be recycled according to two developments of the invention:

Der eine Vorschlag besteht darin, daß das Borax in einer wäßrigen Lösung von Borsäure, vorzugsweise bereits zugleich der Lactose, hergestellt wird, indem die Natriumionen aus der Lösung der Umsetzungsprodukte durch Elektrodialyse in die Lösung der Borsäure überführt werden.One proposal is that the borax in an aqueous solution of boric acid, preferably already at the same time the lactose is prepared by the sodium ions are transferred from the solution of the reaction products by electrodialysis in the solution of boric acid.

Auf diese Weise ist eine vollständige Wiederverwendung der Natriumionen möglich.In this way, a complete reuse of sodium ions is possible.

Man benötigt dafür lediglich zwei durch eine Kationenaustauschmembran getrennte Kammern. Die eine Kammer wird als Kathodenraum geschaltet und mit der Borsäure-Lösung, vorzugsweise Borsäure-Lactose-Lösung, durchströmt. Die andere, als Anodenraum geschaltene Kammer wird mit der Lösung der Umsetzungsprodukte durchströmt. Unter der angelegten Spannung treten die Natriumionen in die erstere Kammer über, so daß sich dort eino Borax-Lösung bildet.It only takes two separate chambers separated by a cation exchange membrane. One chamber is connected as a cathode chamber and with the boric acid solution, preferably boric acid-lactose solution, flows through. The other, switched as the anode chamber chamber is flowed through with the solution of the reaction products. Under the applied voltage, the sodium ions pass into the former chamber, so that there forms a Borax solution.

Der andere Vorschlag besteht darin, daß die Natriumionen aus der Lösung der Umsetzungsprodukte im wesentlichen, soweit möglich mittels eines schwach sauren Ionenaustauschers und erst anschließend mittels eines stärker sauren Ionenaustauschers entfernt werden und der schwach saure Ionenaustauscher vorzugsweise mindestens teilweise mit Borsäure regeneriert wird und das dabei entstehende Borax mindestens teilweise wiederverwendet wird.The other suggestion is that the sodium ions from the solution of the reaction products are substantially, as far as possible removed by means of a weakly acidic ion exchanger and only then by means of a more acidic ion exchanger and the weakly acidic ion exchanger is preferably at least partially regenerated with boric acid and the resulting Borax is at least partially reused.

Mit anderen Worten: Solange die Natriumionenkonzentrationen in der Lösung der Umsetzungsprodukte so hoch ist, daß auch ein schwach saurer Ionenaustauscher die Natriumionen bindet, wird ein solcher verwendet. Erst für die vollständige Abtrennung der Natriumionen aus der Lösung wird dann ein stark saurer Ionenaustauscher eingesetzt. Durch das bevorzugte Regenerieren des schwach sauren Ionenaustauschers mit Borsäure bleiben die von diesem gebundende Natriumionen im Umlauf der Produktion. Nur der Rest {,eht in das Abwasser. Aber auch, wenn der schwach saure Ionenaustauscher nicht mit BorsäureIn other words, as long as the sodium ion concentrations in the solution of the reaction products are so high that even a weakly acidic ion exchanger binds the sodium ions, such is used. Only for the complete separation of the sodium ions from the solution then a strongly acidic ion exchanger is used. By preferentially regenerating the weakly acidic ion exchanger with boric acid, the sodium ions bound by it remain circulating in production. Only the remainder {enters the sewage. But even if the weakly acidic ion exchanger does not use boric acid

regeneriert wird, ist sein Einsatz von Vorteil. Er läßt sich in jedem Falle mit einer schwächeren, weniger umweltbelastenden Säure regenerieren. Umweltfreundlich ist zum Beispiel Kohlensäure.is regenerated, its use is beneficial. It can be regenerated in any case with a weaker, less polluting acid. For example, carbon dioxide is environmentally friendly.

Als eine weitere erfinderische Ausgestaltung des Verfahren wird vorgeschlagen, daß zum Abtrennen der Lactulose die Lösung der Reaktionsprodukte nach dem Abtrennen der Natriumionen, vor oder nach dem Abtrennen der Boratioiien, vorzugsweise nach Eindampfen auf 15 bis 20% Trockensubstanz, durch einen mit einem schwach basischen Ionenaustauscher gefüllten langen Behälter als Chromatographiesäule geführt wird, vorzugsweise bei 30 bis 60⁰C, wobei Wasser nachgeführt wird. Diese neue Verwendung eines lonenau stauschers führt zu einer ausgezeichneten Abtrennung der Lactulose, aber auch der Galactose aus dem Gemisch der Reaktionsprodukte. Es ist eino Lactulose mit einem Reinheitsgrad über 99% erzielbar, was bisher in industriellem Maßstab nur mit unvergleichlich größerem Aufwand möglich war.As a further inventive embodiment of the method is proposed that for separating the lactulose, the solution of the reaction products after separating the sodium ions, before or after separating the Boratioiien, preferably after evaporation to 15 to 20% dry matter by one with a weakly basic ion exchanger filled long container is performed as a chromatography column, preferably at 30 to 60 ⁰ C, wherein water is tracked. This new use of a lonenau exchanger leads to an excellent separation of the lactulose, but also the galactose from the mixture of the reaction products. It is eino lactulose with a purity of over 99% achievable, which was previously possible on an industrial scale only with incomparably greater effort.

Schließlich wird als letzter Schritt des Verfahrens und Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, zur Herstellung von Lactulose-Pulver eingedickte Lactulose-Lösung von einer Reinheit von mindestens 90% Lactulose in der Trockensubstanz so langsam zu einem in Bewegung gehaltenen, vorzugsweise gerührten, Lactulose-Pulver zu geben, vorzugsweise zu sprühen, und darin so schnell und fein zu verteilen, daß die Lactose-Lösung immer nur einen dünnen Film auf der Oberfläche der Pulverteilchen bildet, aus dem der Feststoff auf die Pulverteilchon aufwächst. *Finally, as a last step of the method and development of the invention proposed for the production of lactulose powder thickened lactulose solution of a purity of at least 90% lactulose in the dry matter so slowly to give a kept in motion, preferably stirred, lactulose powder , preferably to spray, and to disperse therein so quickly and finely that the lactose solution always forms only a thin film on the surface of the powder particles, from which the solid grows on the Pulverteilchon. *

Bekanntlich ist es nicht möglich, Lactulose einfach durch Einengen aus wäßriger Lösung auszukristallisieren. Zur Herstellung von Lactulose-Pulver wird bisher Methanol oder ein anderes organisches Lösungsmittel zugegen, in dem die Lactulose eine geringere Löslichkeit zeigt und ausfällt. Das mechanisch abgetrennte und getrocknete Pulver ist dann immer mit einem Rest des Lösungsmittels verunreinigt.As is known, it is not possible to crystallize lactulose simply by concentration from aqueous solution. For the production of lactulose powder, methanol or another organic solvent, in which the lactulose has a lower solubility and precipitates, has hitherto been present. The mechanically separated and dried powder is then always contaminated with a residue of the solvent.

Das vorgeschlagene neue Verfahren erlaubt demgegenüber die Herstellung eines hochreinen, freifließenden, nur schwach hygroskopischen Lactulose-Pulvers.The proposed new method, in contrast, allows the production of a high-purity, free-flowing, only slightly hygroscopic lactulose powder.

Bestimmend für diese Verfahrensweise ist die langsame Zugabe und sofortige Verteilung und Ausbreitung des Lactulose-Sirups auf den Körnern zu einem dünnen Film. Auch nur örtliche Ansammlungen des Sirups sind zu vermeiden. Vor allem darf sich nicht bereits kristallisiertes Material wieder in dem Sirup lösen.The deciding factor in this procedure is the slow addition and instantaneous spreading and spreading of the lactulose syrup on the granules into a thin film. Also only local accumulations of the syrup are to be avoided. Above all, not already crystallized material should dissolve again in the syrup.

Geeignet dafür sind z. B. Sprühtrockner, Schaufeltrockner und andere Heißlufttrockner mit Rührwerk. Die obigen Vorschläge für die Bildung einer Borax-Lösung durch Elektrodialyse, die Entfernung von Natriumionen aus der Lösung der Ums^'.r—'sprodukte mittels eines schwach sauren Ionenaustauschers, das Abtrennen der Lactulose mittels eines schwach basischen Ionenaustauscher als Chromalographiesäule und die Herstellung eines Lactulose-Pulvers sind sämtlich im Rahmen der stellten Aufgabe für das erfindungsgemäße Verfahren förderlich, aber auch jeweils für sich in anderem Zusammenhang mit Vorteil anwendbar.Suitable for z. B. spray dryer, paddle dryer and other hot air dryers with stirrer. The above proposals for the formation of a borax solution by electrodialysis, the removal of sodium ions from the solution of Ums' 'r' s products by means of a weakly acidic ion exchanger, separating the lactulose using a weakly basic ion exchanger as Chromalographieiesäule and the preparation of a Lactulose powders are all within the scope of the task for the process according to the invention conducive, but also applicable in each case in another context with advantage.

Example:

175kg Lactose-Monohydrat, 46,3 kg Borax und 800kg deionisiertes Wasser werden auf 95°C erhitzt und 3 Stunden auf dieser Temperatur gehalten.175 kg of lactose monohydrate, 46.3 kg of borax and 800 kg of deionized water are heated to 95 ° C. and kept at this temperature for 3 hours.

Es entsteht ein Gemisch von Reaktionsprodukten, das in der Hauptsache 74,2 kg Lactulose, 75,3 kg Lactose, 8,0kg Galactose und 0,8 kg Tagatose enthält.The result is a mixture of reaction products, which contains mainly 74.2 kg lactulose, 75.3 kg lactose, 8.0 kg galactose and 0.8 kg of tagatose.

Die erhaltene Zuckergemisch-Lösung wird über einen schwach sauren Ionenaustauscher und anschließend über einen stark sauren Ionenaustauscher gegeben, so daß die aus dem Borax stammenden Natriumionen entfernt werden.The resulting sugar mixture solution is passed through a weakly acidic ion exchanger and then over a strongly acidic ion exchanger, so that the originating from the borax sodium ions are removed.

Dann wird die Lösung auf 15% Trockensubstanz eingedampft.Then the solution is evaporated to 15% dry substance.

Mit dieser Konzentration wird die Lösung über eine aus einem schwach basischen Ionenaustauscher bestehende Chromatographiesäule gegeben.At this concentration, the solution is passed through a chromatographic column consisting of a weakly basic ion exchanger.

Konkret besteht die Säule aus einem Hohlzylinder von etwa 90cm Durchmesser und 2 m Höhe, gefüllt mit 10001 eines schwach basischen Ionenaustauschers.Concretely, the column consists of a hollow cylinder about 90 cm in diameter and 2 m in height, filled with 1000 l of a weakly basic ion exchanger.

Aufgegeben werden 10001 Lösung bei einer Temperatur zwischen 40 und 6O⁰C, und zwar in die vorher mit Wasser gefüllte und anschließend mit Wasser nachgefüllte Säule mit einer Durchflußrate von 1 bis 2 Bettvolumen/St.10001 solution at a temperature between 40 and 60 ⁰ C, in the previously filled with water and then refilled with water column at a flow rate of 1 to 2 bed volume / St.

In der nachstehenden Abbildung ist die erzielte Trennung der Lösungsbestandteile dargestellt.The figure below shows the achieved separation of the solution components.

Wie sich zeigt, kann mit nur geringem Verlust eine fast reine, fremdzuckerfreie Lactulose-Fraktion gewonnen werden. Besonders überrascht die scharte Trennung von Lactose und Lactulose.As it turns out, with almost no loss, an almost pure lactose fraction free of lactose can be obtained. Especially surprising is the sharp separation of lactose and lactulose.

Die erhaltene Lactulose-Lösung wird in einem borspezifischen Austauscher von der Borsäure befreit und dann z. B. im Vakuum von 40mbar bis auf einen Gehalt von 65% Lactulose eingedampft. Es liegt dann ein marktfähiger Sirup vor.The lactulose solution obtained is freed from the boric acid in a boron-specific exchanger and then z. B. in a vacuum of 40mbar to a content of 65% lactulose. There is then a marketable syrup.

Der Sirup kann jedoch auch in ein Pulverr umgewandelt werden.However, the syrup can also be converted into a powder.

Dazu wird z. B. ein dampfbeheizter Schaufeltrockner (De Dietrich SP 200) von 200I Gesamtinhalt und 1301 Nutzinhalt, Rührerdrehzahl 10U/min angewandt. In dem Behälter werden 20kg Lactulose-Pulver vorgelegt, und mit einer Durchflußrate von 21/Std. werden insgesamt 100kg auf 6O⁰C erhitzter Sirup eingesaugt. Anschließend wird noch 30Min. nachgotrocknet.This is z. B. a steam-heated paddle dryer (De Dietrich SP 200) of 200I total content and 1301 net capacity, stirrer speed 10U / min applied. In the container 20kg lactulose powder are presented, and with a flow rate of 21 / hr. a total of 100kg of syrup heated to 6O ⁰ C is sucked in. Then it will be 30min. nachgotrocknet.

Von dem entnommenen Pulver bleiben 20kg als Vorlage für den nächsten Ansatz.From the removed powder remain 20kg as a template for the next batch.

Statt der obenbeschriebenen Zugabe von Borax könnte auch wie folgt verfahren werden:Instead of the addition of borax described above, it would also be possible to proceed as follows:

175kg Lactose-Monohydrat, 30kg Borsäure und 60kg deionisiertes Wasser werden bei ca. 45°C unter Rühren gelöst und über den erwähnten, mit den Natriumionen belegten, schwach sauren Ionenaustauscher gegeben. Es wird mit deionisiertem Wasser nachgestoßen. Die erhaltene Lösung, die mit der Borsäure den Ionenaustauscher mindestens teilweise regeneriert und die Natriumionen aufgenommen hat, wird mit Natronlauge auf pH8,3,den pH-Wert der oben beschriebenen Lactose-Borax-Lösung, eingestellt.175kg of lactose monohydrate, 30kg of boric acid and 60kg of deionized water are dissolved at about 45 ° C with stirring and added via the mentioned, with the sodium ions, weakly acidic ion exchanger. It is replenished with deionized water. The resulting solution, which at least partially regenerates the ion exchanger with the boric acid and absorbs the sodium ions, is adjusted to pH 8.3, the pH of the above-described lactose-borax solution, with sodium hydroxide solution.

Die Umsetzung erfolgt dann wie bei dieser Lösung.The implementation then takes place as in this solution.

Claims

1. A process for the production of lactulose, in which an alkaline aqueous solution of lactose and borax prepared and heated to a temperature above 80 ^c C and from the resulting reaction products, the lactulose is separated, characterized in that the solution except the borax substantially no alkalizing agent is added.

2. The method according to claim 1, characterized in that the borax in an aqueous solution of ßorsäure, preferably already at the same time the lactose is prepared by the sodium ions are transferred from the solution of the reaction products by electrodialysis in the solution of boric acid.

3. The method according to claim 1, characterized in that the sodium ions are removed from the solution of the reaction products substantially, as far as possible by means of a weakly acidic ion exchanger and only then by means of a more acidic ion exchanger.

4. The method according to claim 3, characterized in that the weakly acidic ion exchanger is at least partially regenerated with boric acid and the resulting borax is at least partially used in the method according to claim 1.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that for separating the lactulose, the solution of the reaction products after separating the sodium ions, before separating the borate ions, preferably after evaporation to 15-20% dry matter by one with a weakly basic Ion exchanger filled long container is performed as a chromatography column, preferably at 30 to 60 ^c C, wherein water is tracked.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that for the production of lactulose powder thickened lactulose solution of a purity of at least 90% lactulose in the dry substance so slowly to a kept in motion, preferably stirred, lactulose powder is given, preferably sprayed, and is dispersed therein so quickly and finely that the lactulose solution always forms only a thin film on the surface of the powder particles, from which the solid grows on the powder particles.