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Verfahren zur Herstellung eines bifidusaktiven, streubaren Trockenproduktes
aus einer Laktulose und Laktose enthaltenden wässerigen Lösung oder Suspension Es
ist bekannt, daß mit Kindernährmitteln, welche einen genügenden Laktulosegehalt
aufweisen, bei Säuglingen eine sogenannte reine Bifidusflora erzeugt werden kann.
Im allgemeinen wird das Auftreten einer Bifidusflora bei Neugeborenen günstig beurteilt,
da es eine positive Anzeige für einen guten Gesundheitszustand des Kindes ist. Aus
diesem Grunde haben laktulosehaltige Kindernährmittel in die Pädiatrie Eingang gefunden.
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Man hat auch bereits ein Verfahren zur Herstellung eines Nährpräparates
entwickelt, das durch Zugabe eines unter Verwendung laktosehaltiger Lösungen als
Ausgangsstoff hergestellten Konzentrats bifidusaktiv gemacht ist. Bei diesem Verfahren
wird eine laktosehaltige Lösung so lange einer Behandlung bei einem pH-Wert über
5 unterworfen, bis ein Umwandlungsprodukt von Laktose entsteht, welches nach Anreicherung
des gebildeten Bifidusfaktors und nach erfolgter Abscheidung von nicht umgewandelter
Laktose einem bestimmten Nährpräparat zugesetzt wird.
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Für die direkte Herstellung der wirksamen Laktulose stehen mehrere
Verfahren zur Verfügung. Dabei geht man im allgemeinen von Laktose aus, die in wässerigem
Medium bei einem pH-Wert über 5 epimerisiert wird. Darauf kann nicht umgesetzte
Laktose abgetrennt, der Rückstand mit Brom oxidiert, die entstandenen Säuren können
entfernt und das von Säuren befreite Produkt kann kristallisiert werden.
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In der Praxis hat sich die Herstellung eines kristallinen Produktes
als eine sehr schwere Aufgabe erwiesen, die nicht leicht zu lösen ist und bis jetzt
zu einem in großem Maßstab anwendbaren Verfahren geführt hat. Man hat wohl den Umweg
über die Herstellung von Oktaestern von Laktulose in Erwägung gezogen, aber dieses
Herstellungsverfahren hat sich als sehr umständlich erwiesen.
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Dennoch besteht in der Praxis Bedarf an einem trockenen, pulverförmigen
laktulosehaltigen Produkt, das auf wirtschaftliche Weise hergestellt werden kann.
Da die Kristallisationstechnik in diesem Fall keine Lösung bot, hat man versucht,
laktulosehaltige wässerige Flüssigkeiten zu trocknen und gegebenenfalls anschließend
zu pulverisieren. Es zeigte sich jedoch, daß eine Anzahl von Trocknungsverfahren
nicht zu befriedigenden Ergebnissen führte. So wurde beim Trocknen einer wässerigen,
laktulosehaltigen Flüssigkeit auf einer erhitzten Walze ein Produkt erhalten, das
kaum für Handelszwecke geeignet gemacht werden konnte.
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Auch beim Zerstäuben einer laktulosehaltigen wässerigen Flüssigkeit
in einem heißen Gas, z. B. Luft von 140 bis 170° C, ergaben sich Schwierigkeiten.
Das entstandene Produkt war nur teilweise pulverförmig und bestand zu einem großen
Teil aus einer klebrigen Masse, die an den Oberflächen des Zerstäubungsgerätes festklebte
und schwer zu entfernen war.
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Eingehende Versuche, die der Erfinder mit diesem letzten Verfahren
durchgeführt hat, haben nun ergeben, daß unter geeigneten Bedingungen der Zerstäubungsvorgang
derart geführt werden kann, daß ein bifidusaktives, streubares Trockenprodukt aus
einer Laktulose und Laktose enthaltenden wässerigen Lösung oder Suspension erhalten
werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß
eine Laktulose, Laktose und gegebenenfalls andere Kohlenhydrate enthaltende wässerige
Lösung oder Suspension mit einem maximalen Feststoffgehalt von 45 bis 50 % in einem
heißen Gas bei einer Temperatur zwischen 135 und 170° C zerstäubt wird, wobei die
Flüssigkeit maximal 45 bis 50 % Laktulose, bezogen auf die Trockensubstanz, sowie
bei einem über 35 % liegenden Feststoffgehalt 2 bis 8 % vorgekochtes Mehl enthält.
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Für den Laktulosegehalt ist aus technischen Gruden keine untere Grenze
gegeben. Es hat sich nämlich
gezeigt, daß, je niedriger der Laktulosegehalt
der Trockensubstanz ist, um so leichter bei der Zerstäubung ein trockenes und streubares
Produkt erhalten werden kann. Lediglich aus wirtschaftlichen Gründen dürfte es zweckmäßig
sein, den Laktulosegehalt nicht niedriger als 20% zu wählen.
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Als vorteilhaft hat sich die Verwendung einer wässerigen Lösung oder
Suspension mit einem Trockenstoffgehalt von über 25 % und einem über 20% liegenden
Laktulosegehalt, berechnet auf die Trockensubstanz, erwiesen.
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Gegebenenfalls kann der Lösung oder Suspension auch noch ein Gehalt
an 2 bis 5 % Galaktose, berechnet auf die Trockensubstanz, zugesetzt werden.
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Ein pulverförmiges Produkt entsteht nicht, wenn die wässerige Flüssigkeit
nur Laktulose enthält. Um dennoch ein trockenes Produkt herzustellen, ist es erforderlich,
daß in der wässerigen Flüssigkeit auch Laktose vorhanden ist. Der restliche Anteil
der Trockensubstanz kann völlig aus Laktose oder aus anderen Kohlenhydraten bestehen,
selbstverständlich nur, sofern diese die Hygroskopizität des zerstäubten Produktes
nicht nachteilig beeinflussen. Es zeigte sich, daß eine Menge von etwa 2 bis 5 0/0
Galaktose diese Bedingung erfüllt. Dies ist von wesentlicher Bedeutung, da bei der
üblichen Herstellung von Laktulose durch Epimerisierung von Laktose eine geringe
Menge Galaktose entsteht.
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Da es sich gezeigt hat, daß bei dem Verfahren nach der Erfindung die
Anwesenheit kleiner Mengen Galaktose nicht stört, können dafür die Sirupe, welche
bei der Epimerisierung von Laktose entstehen, nach den gewünschten Reinigungsmaßnahmen
verwendet werden. Besonders geeignet ist ein Laktulose-Laktose-Sirup, der nach dem
Trocknen ein Produkt liefert mit einem Laktulosegehalt von 26 bis 29 0/e, vorzugsweise
27 0/0.
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Dies bedeutet jedoch nicht, daß ein Teil der Laktose nicht durch andere
Zuckerarten als Galaktose ersetzt sein darf, aber erforderlich ist es nicht. Wohl
ist es vorteilhaft, wenn die zu zerstäubende Flüssigkeit neben Laktulose, Laktose
oder z. B. Galaktose bis 8 0/a, vorzugsweise 2 bis 5 %, berechnet auf trockenen
Stoff, an gelatiniertem Mehl aufweist. (Gelatiniertes Mehl wird dadurch erhalten,
daß Mehl einige Zeit in Wasser bei der Gelatinierungstemperatur erhitzt wird, wobei
Gelatinierung auftritt; anschließend wird es dann getrocknet. Ein so erhaltenes
Produkt wird auch als vorgekochtes Mehl bezeichnet.) Durch Verwendung eines solchen
Mehles wird erreicht, daß die zu zerstäubende Flüssigkeit bei Laktuloseprozentsätzen
über 30 %, berechnet auf den trockenen Stoff, leicht zu trocknen ist. Zum Beispiel
kann man durch Verwendung von 2 bis 5 % gelatiniertem Mehl einen Laktulosesirup
trocknen, der, berechnet auf die Trockensubstanz, 40 0% Laktulose aufweist. Eine
Flüssigkeit mit einem derartig hohen Gehalt an Laktulose war bis jetzt gar nicht
pulverförmig zu erhalten. Von den verschiedenen verwendbaren Mehlarten kommt besonders
vorgekochtes Reismehl in Betracht.
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Weiter ist es von Bedeutung, daß der Trockenstoffgehalt des zu zerstäubenden
Sirups nicht zu groß ist. Eine obere Grenze liegt bei etwa 35%. Bei Anwesenheit
von 2 bis 8 % vorgekochtem Mehl kann dieser Gehalt bis auf 45 bis 50 % erhöht werden.
Mit einer unteren Grenze sind keine bestimmten Bedingungen verknüpft, obwohl man
diese aus praktischen Erwägungen nicht zu niedrig wählen wird. Dies würde nicht
nur die Wärmewirtschaft des Verfahrens ungünstig beeinflussen, sondern außerdem
wird bei einer zu niedrigen Konzentration der festen Bestandteile das Gewicht der
zerstäubten und getrockneten Tröpfchen sehr gering werden, wodurch diese leicht
durch die Trockenluft aus dem Zerstäuberturm mitgeführt werden.
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Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, die untere Grenze des Trockenstoffgehaltes
der zu zerstäubenden wässerigen Flüssigkeit nicht unter 25 bis 300% zu wählen.
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Zum Zerstäuben des wässerigen Sirups kommt der übliche Trockenturm
in Betracht. Auch braucht der Wahl des Zerstäubungsgerätes keine spezielle Aufmerksamkeit
gewidmet zu werden. Beim Zustandekommen der Erfindung wurden mit einem Zerstäuber
vom Krausetyp und vom Lurgityp ausgezeichnete Ergebnisse erreicht. Wohl soll man
selbstverständlich damit rechnen, daß die Temperatur der in den Trockenturm hineingeblasenen
Luft nicht zu hoch ist, da sonst Verbrennung der Laktulose bzw. Laktose stattfinden
kann, was Braunfärbung des Produktes zur Folge haben würde. So darf die Einlaßtemperatur
der trocknenden Luft nicht höher als etwa 170° C sein. Ausgezeichnete Ergebnisse
können erreicht werden, wenn die Einlaßtemperatur der trocknenden Luft zwischen
145 und 165° C liegt. Auch die niedrigstzulässige Temperatur ist von Bedeutung,
um zu verhüten, daß ungenügende Trocknung auftritt. Dies wird in der Regel bei einer
Temperatur niedriger als 135° C der Fall sein.
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Bei Temperaturen zwischen etwa 90 und 130° C treten wichtige physikalische
Änderungen in Laktulose und Laktose auf. Es empfiehlt sich, diese Änderungen zu
vermeiden, was dadurch erfolgen kann, daß dafür gesorgt wird, daß das getrocknete
Pulver in dem Turm keine höhere Temperatur als etwa 80 bis 90° C erreicht.
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Wenn diese Vorschrift nicht vernachlässigt wird, kann verhütet werden,
daß die Laktulose schmilzt oder daß Verglasung oder Umsetzung von ß- in a-Laktose
stattfindet. Eine Überwachung der Temperatur des Pulvers erfolgt zweckmäßig durch
Überwachung der Austrittstemperatur der Trockenluft, welche bei einer guten Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung zwischen 80 und etwa 95° C liegen soll.
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Bei der normalen Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird
ein Produkt erhalten, das etwas 21/a Feuchtigkeit aufweist. Ein niedrigerer Prozentsatz
ist auch möglich, aber in der Regel nicht unterhalb 0,501o. Der erwünschte Feuchtigkeitsgehalt
des Pulvers kann unter anderem durch die Wahl eines richtigen Verhältnisses der
Menge der Trockenluft hinsichtlich der aus dem Sirup zu verdampfenden Menge Wasser
gesteuert werden. Dies ist von der Beschaffenheit des Turmes und von der Zweckmäßigkeit
der Wärmeübertragung, die in dem Turm stattfindet, abhängig, aber in der Regel werden
gute Ergebnisse erzielt werden, wenn 1 kg Sirup mit 30 bis 70 kg Luft der oben erwähnten
Temperatur getrocknet wird. Es soll dafür gesorgt werden, daß das Produkt nicht
mehr als 4% Wasser aufweist, da sonst das Produkt zusammenbackt. Aus diesem Grunde
empfiehlt es sich, das getrocknete Produkt nicht feucht zu lagern. Es hat sich jedoch
gezeigt,
daß das Produkt ohne Bedenken bei Luft von Zimmertemperatur
mit einer relativen Feuchtigkeit von 25 bis 30% gelagert werden kann.
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Die Teilchen eines nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten
Produktes haben eine sphärische Form und enthalten eine oder mehrere Luftblasen.
Die gesonderten Teilchen sind sehr klein und haben eine Größe von 2 bis 50 [.. Das
Produkt ist bei einem Feuchtigkeitsgehalt unterhalb 4% frei streubar. Die Lösungsgeschwindigkeit
in Wasser ist sehr groß. Zum Beispiel löst das Produkt sich völlig in der zehnfachen
Menge Wasser im wesentlichen spontan oder erwünschtenfalls unter leichtem Schütteln
in weniger als zwei Minuten. Im Vergleich hiermit löst sich ein laktulose-laktose-haltiger
Sirup, der mikrokristalline Laktose aufweist, viel weniger schnell in Wasser.
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Das nach der Erfindung erhaltene Produkt ist in der Literatur nicht
beschrieben und kann wie folgt definiert werden: Ein trockenes streubares Gemisch,
bestehend aus 20 bis 45 % Laktulose, 70 bis 45 % Laktose, 0 bis 501o eines anderen
Zuckers als Laktose oder Laktulose, 0 bis 81% eines gelatinierten Mehles und 0,5
bis 4% Wasser, dessen Teilchen eine sphärische Form aufweisen, eine oder mehrere
Luftblasen enthalten und eine Größe von 2 bis 50 #t besitzen. Vorzugsweise enthält
dieses Produkt 30 bis 45 % Laktulose, 2 bis 5% vorgekochtes Reismehl, 2 bis 5% Galaktose,
60 bis 550/a Laktose und 0,5 bis 3 01o Wasser. Beispiel I Eine wässerige Flüssigkeit,
welche einen Trockenstoffgehalt von 45 % aufwies, wobei die Trockensubstanz zu 27%
aus Laktulose, 68% aus wasserfreier Laktose und 511/o aus Gelaktose bestand, wurde
bis auf 90° C erhitzt und bei dieser Temperatur in einem Trockenturm mittels eines
sogenannten Lurgi-Scheibenzerstäubers, der eine normale Wasserverdampfung von 1401
je Stunde hat, zerstäubt. Die eingeführte warme Luft hatte eine Temperatur von 155°
C. Die Temperatur der abgeführten Luft betrug 85° C. Je Minute wurden 3 kg des oben
beschriebenen Sirupes zerstäubt, wobei die Scheibengeschwindigkeit des - Verdampfers
7600 Umdrehungen je Minute war.
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In diesem Versuch wurden keine günstigen Ergebnisse erreicht. Das
Pulver war ziemlich klebrig und klebte an der Wand des Trockenturmes fest. Hierauf
wurde der Versuch unterbrochen und nach dem Reinigen des Turmes das Zerstäuben mit
einem gleichen Sirup fortgesetzt, der jedoch mit Wasser zu einem Trockenstoffgehalt
von 351/o verdünnt war. Weiter wurde die Zerstäubungsgeschwindigkeit bis zu 11/z
kg Sirup je Minute reduziert. Die sonstigen Umstände wurden gleichgehalten und es
zeigte sich jetzt, daß ein trockenes, pulverförmiges Laktulose-Laktose-Präparat
mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 2,5 % erhalten wurde. Beispiel 1I 250 kg
Laktulosesirup, der 100 kg Laktulose, 100 kg Laktose, 11,75 kg Galaktose und 38,25
kg Wasser enthielt, wurde mit 158,5 kg Laktose und 651,5 kg Wasser gemischt.
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Die Flüssigkeit wurde auf die obige Weise in Luft zerstäubt, deren
Einlaßtemperatur 155° C und deren Auslaßtemperatur 86° C betrug. Die Scheibengeschwindigkeit
des Lurgizerstäubers war 7500 Umdrehungen je Minute.
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Beim Zerstäuben der obigen Lösung mit einem Trockenstoffgehalt von
35 % wurden gute Ergebnisse erreicht, dagegen nicht, wenn die Lösung einen Trockenstoffgehalt
von 55 % aufwies.
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Beispiel III 439,5 kg Laktulosesirup, der l79,8 kg Laktulose, 196
kg wasserfreie Laktose, 20,7 kg Galaktose und 43 kg Wasser enthielt, wurde mit 25
kg Laktose, 25 kg vorgekochtem Reismehl und 463 kg Wasser gemischt. Diese Flüssigkeit
wurde bis auf 90° C erhitzt und bei dieser Temperatur in einen Lurgizerstäubungsturm
gebracht. Die zugeführte Erhitzungsluft hatte eine Temperatur von 155° C, während
die Temperatur der Auslaßluft 85° C betrug. Die Scheibengeschwindigkeit war 7400
Umdrehungen je Minute. Das zerstäubte Produkt hat einen Feuchtigkeitsgehalt von
2,6%.