DE1643834A1 - Verfahren zur Reingewinnung von Lactulose aus Lactulose-Rohsirupen - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, Dr. Ing. A. Weickmann

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann

8 MÜNCHEN 27, DEN

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

int. Ut. 1521

Deutsche Laevosan-Gesellschaft CP. Boehringer & Söhne

Gmt>H. & Co., KG, Mannheim-Waldhof

Verfahren zur Reingewinnung von lactulose aus Lactulose-

Rohsirupen

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Gewinnung und Reindarstellung von Lactulose aus lactulose-haltigen Rohsirupen»

Die Lactulose ist ein Disaccharid, das die Struktur einer ( 4-0-ß-D-Galactopyranosyl-D-fructose hat. Üblicherweise wird die Lactulose aus Lactose durch Epimeriaierung mittels Kalk oder "basischen Ionenaustauschern hergestellt. Die hierbei erhaltenen Lactulose-Rohsirupe stellen ein Gemisch verschiedener Zucker, überwiegend Lactulose, Lactose und Galactose dar.

Die Lactulose erlangte in neuerer Zeit beträchtliches medizinisches Interesse, aeit gefunden wurde? daß ihr ©ine bifidogene Wirkung zukommt, daß nach Verabreichung

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von Lactulose eine Bifidusflora im Darm erzeugt werden kann. Diese Bifidusflora verhindert die Entstehung toxischer Substanzen im Darm, die vor allen Dingen unter dem Zustandsbild pathologischer Lebererkrankungen zur "hepatischen Encephalopathie" führen kann. Ausserdem kommt der Lactulose auch eine laxierende Wirkung zu. Die Verwendung der Lactulose für die angegebenen Indikationsgebiete wurde bisher dadurch behindert, daß die Reingewinnung von Lactulose aus ihren Rohsirupen P nur unter erheblichen Schwierigkeiten gelang«

Nach einem bekannten Verfahren wurde zuerst Lactose so weit als möglich abkristallisiert und der verbliebene lactulosehaltige Sirup in Gegenwart von Natriumbromid anodisch oder direkt mit Brom oxydiert; die als Nebenprodukt entstehenden Säuren bzw. Salze wurden über Ionenaustauscher entfernt und aus dem Eluat wurde schliesslich verhältnismässig reine Lactulose gewonnen· ^ Die Reinigung nach diesem Verfahren erfordert zahlreiche Schritte und ist apparativ durch die Oxydation mit Brom oder die elektrolytische Oxydation, Ionenaustauscherpassage und die fraktionierte Kristallisation aufwendig und in großtechnischem Maßstabe nur unter erheblichen Schwierigkeiten durchführbar. Aufgabe der Erfindung war daher die Auffindung eines einfachen, großtechnisch anwendbaren Verfahrens, welches die genannten Mängel nicht aufweist·

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Grundlage der Erfindung ist die Entdeckung, daß die Lactulose unter bestimmten Bedingungen als schwerlösliche Calciumhydroxydverbindung von den begleitenden Zuckern abgetrennt werden kann» Die Auffindung einer schwerlöslichen Calciumverbindung der Lactulose war sehr überraschend, da bisher bei der Kalkepimerisierung noch niemals die Bildung einer derartigen schwerlöslichen Verbindung beobachtet wurde„

Dieses Produkt wird im folgenden kurz als Calcium— f

Lactulosat bezeichnet, obwohl die chemische Zusammensetzung nicht genau feststeht_e

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Gewinnung von reiner Lactulose aus Lactulose-Rohsirupen besteht darin, daß eine verdünnte, wässrige Lactulose-Rohlösung mit etwa 0,7-4 Gewichtsteilen Calciumoxyd je Gewichtsteil Lactulose im Rohsirup bei einer Temperatur von 0-15» vorzugsweise 5 - '10⁰C. versetzt, unter Aufrechterhaltung dieser Temperatur einige Zeit stehen gelassen, das gebildete Calcium-Lactulosat unter Einhaltung der Temperatur abgetrennt, mit kaltem Wasser gründlich gewaschen, erneut in Wasser bei 0-15° suspendiert, das Calcium nach an sich bekannten Methoden, bevorzugt durch Fällung eines schwerlöslichen Calciumsalzes abgetrennt und die reine Lactulose durch Konzentrieren der so erhaltenen Lösung gewonnen wird·

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Besonders einfach und vorteilhaft erfolgt die Zerlegung 'des Calcium-Lactulosats durch Einleiten von C0_o-haltigen Gasen und Abfiltrieren oder Abschleudern des ausgefallenen Calciumcarbonate.

Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung eignet sich praktisch jeder lactulosehaltige Rohsirup«, Gewöhnlich werden die durch Epimerisierung von Lactose erhaltenen, auch im Handel erhältlichen Lactulose-

^ Rohsirupe verwendet. Von Bedeutung bei der Calciumfällung der Lactulose ist, daß nicht zuviel Lactose und -Galactose in der Lösung vorhanden sein dürfen. In Lactulose-Rohsirupen mit hohem Lactosegehalt wird daher vorzugsweise die Lactose so weit als möglich durch Kristallisation in an sich bekannter ¥eise abgetrennt. Es wurde gefunden, daß beste Ausbeuten an Lactulose bei der Calciumhydroxydfällung dann erhalten werden, wenn das Verhältnis von Lactulose zu Lactose zu Galactose, bezogen auf das Gewicht 1 zu 0,2 zu 0,17 beträgt. Mit

™ anderen Worten werden so bei der Calciumfällung der Lactulose ebenso gute Ausbeuten und Reinheitsgrade wie bei reiner Lactulose erhalten, wenn auf 100 Teile Lactulose bis zu 20 Teile Lactose und gleichzeitig bis zu 17 Teile Galactose zugegen sind. Wenn der Gehalt an Lactose und/oder Galactose darüber steigt, was bis etwa zum Doppelten der angegebenen Mengen zulässig ist, verschlechtert sich allmählich die Ausbeute der Calciumfällung.

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Bei Erhöhung der lactosekonzentration über die oben angegebene Norm kann die Ausbeuteminderung durch Erhöhung der Calciumoxydmenge wieder wettgemacht werden· Und zwar muß die Calciumoxydmenge etwa um den Gewichtsanteil erhöht werden, um den die Lactosemenge im Rohsirup von der Norm abweicht. Oder aber es muß durch eine weitere Lactoseabkristallisation deren Menge im Gewicht herabgesetzt werden·

Ist jedoch der Galactoseanteil im Gemisch wesentlich f

über der Norm, muß dieser zweckmäßig vor der Fällung verringert werden.

Die üblichen Epimerisierungsrohsirupe enthalten etwa 70$ Peststoffe, die wiederum einen Lactulosegehalt von 50 - 60$ aufweisen. 100 Teile Rohsirup enthalten daher etwa 35 - 42 Teile Lactulose« Nach dem erfindungsgemässen Verfahren können daraus etwa 30 - 37 Teile Lactulose mit einemU'J^ -Wert von -42° gewonnen werden, aus denen gegebenenfalls durch Umkristallisieren aus Methanol etwa 28 - 34 Teile reine Lactulose mit einem [J=⁷^Jj) -Wert von -49,5° erhalten werden.

Der handelsübliche Roheirup wird vor der Caleiumhydroxyd fällung vorteilhaft mit Wasser auf eine Feststoffkonzentration (Brix) von 70 - 2, vorzugsweise 20-10 Brix verdünnt. Dem verdünnten Lactulosesirup wird zur Fällung dee Calciumlactulosate Galciumoxyd in einer

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ausreichenden Menge zugesetzte Vorzugsweise werden etwa gleiche Gewichtsmengen Calciumoxyd, bezogen auf den Lactulo se gehalt im Rohsirup verwendet· Es ist aber auch möglich, geringere Calciumoxydmengen einzusetzen. Die Calciumoxydmenge kann dabei bis auf etwa 0,7 Teile pro Teil Lactulose vermindert werden. Eine Erhöhung des Calciumoxydzusatzes über das Gewichtsverhältnis 1 zu hinaus ist von Vorteil, wenn im Ausgangssirup das Verhältnis von Lactulose zu Lactose vom optimalen Bereich, wie oben näher erwähnt, abweicht.

Das Calciumoxyd wird vorzugsweise in Form einer homogenen Kalkmilch zugesetzt·

Beim Zusatz dieser Kalkmilch muß Sorge getragen werden, daß der angegebene Temperaturbereich von 0 - 15°» vorzugsweise 5 - 10°C. ständig eingehalten wird· Die Geschwindigkeit der Kalkmilchzugabe, die Stärke, mit der hierbei gerührt werden muß, sowie die Stärke der Kühlung sind durch die !Forderung nach Einhaltung der angegebenen Temperatur bedingt·

Nach Zugabe der Kalkmilch wird die Suspension im angegebenen Temperaturbereich einige Zeit stehen gelassen· Je nach der eingehaltenen Temperatur beträgt die Huhezeit etwa eine halbe bis zwei Stunden· Vorzugswtise läßt man die Suspension etwa eine Stunde bei einer Temperatur von 5 - 10⁰O. stehen. Hierbei

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tritt eine gewisse Alterung des Calciumlactulosatß ein, welche die anschliessende Abtrennung erleichtert. Nach dem Stehenlassen wird das ausgefallene Calciumlactulosat von der flüssigen Phase auf beliebige Weise abgetrennt. Vorteilhaft wird zentrifugiert oder abgenutscht« Das abgetrennte Calciumlactulosat wird gründlich mit kaltem Wasser, vorzugsweise mit Eiswasser gewaschen. Vorzugsweise wird solange gewaschen_f bis der Rückstand praktisch weiß iste

Aus dem Calciumlactulosat wird anschliessend das Calcium nach an sich bekannten Methoden entfernt, vorteilhaft durch Zerlegung mit einer ein schwerlösliches Calciumsalz bildenden Säure. Vorzugsweise wird Kohlendioxyd verwendet, da es besonders billig ist, einen gut abtrennbaren Niederschlag bildet und keine Fremdsubstanzen in die Lösung einführt· Günstig ist auch die Calciumabscheidung unter Verwendung von Oxalsäure, da sich das Calciuiaoxalat ebenfalls gut abtrennen läßt,

Bei der Calciumabtrennung soll die Temperatür solange im angegebenen Bereich gehalten werden, wie der pH-Wert noch verhältnismässig stark alkalisch ist.

Sobald sich der pH-Wert dem neutralen Bereich nähert, kann mit dem Kühlen aufgehört werden. Palls die Zerlegung der CaIciumhydroxydverbindung der Lactulose durch Einleiten von kohlendioxydhaltigen Gasen erfolgt, ·

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wird die Gaszufuhr abgebrochen, wenn der pH-Wert zwischen 7,5 und 6,7 liegt. Ein zu niedriger pH-Wert muß wegen der Gefahr einer Bicarbonatbildung, durch welche Calciumionen in Lösung gehalten werden, vermieden werden»

Das ausgefällte, schwerlösliche Calciumsalz wird dann in beliebiger Weise abgetrennt und das Filtrat zur Trockne gebracht.

Das Konzentrieren des Filtrats wird vorzugsweise im Vakuum unter Erwärmen durchgeführt. Werden hierbei zu hohe Temperaturen angewendet, tritt eine Verfärbung des Produktes auf.

Wie bereits erwähnt, fällt die Lactulose nach dem völligen Abdampfen des Wassers aus dem Filtrat der Calciumentfernung in festem Zustand mit erheblicher Reinheit und einem Drehwert if*J -u von etwa -42° an. Die Ausbeute beträgt etwa 30 - 35 Teile, bezogen auf 100 Teile Rohsirup mit einem Ausgangsgehalt von 35 - 40 Teilen Lactulose. Durch Umkristallisieren dieser Lactulose aus Methanol erhöht sich der Drehwert L*dJ£ auf etwa -49,5°. Die Ausbeute dieses reinen kristallisierten Produktes beträgt dann etwa 28 - 30 Teile. Das Piltrat der Calciumlactulosatgewinnung läßt sich vorteilhaft auf Galactose aufarbeiten·

Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich vor allem durch seine ausserordentliche Einfachheit aus,

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Es läßt sich ohne besondere apparative Aufwendungen allein unter Verwendung von Calciumoxyd, COp und Wasser durchführen· Infolge seiner Einfachheit eignet es sich besonders zur großtechnischen Reingewinnung von Lactulose und ist hierin den bekannten Reinigungsverfahren erheblich überlegen.

Das folgende BEISPIEL erläutert das Verfahren der Erfindung näher.

100 Gew. Teile Lactuloserohsirup werden mit 500 Gew. Teilen Wasser verdünnt und auf etwa 5 - 10⁰O. abgekühlt. 35 Gew. Teile Calciumoxyd werden mit 350 Gew. Teilen Wasser abgelöscht, so daß eine homogene kornfreie Kalkmilch entsteht. Gröbere Teilchen werden zweckmässig abgesiebt. Die Kalkmilch wird dann ebenfalls auf +5 - +10⁰G. gekühlt.

Die so erhaltene Kalkmilch wird sodann sehr rasch unter heftigem Rühren und guter Kühlung in den verdünnten Lactulosesirup eingegossen» wobei man die Temperatur nicht über .+15⁰O. steigen läßt. Man erhält eine allmählich gallertartig werdende Masse, die bei einstündigem Stehen in der Kälte zunehmend dicker wird. Es bildet sich eine gut filtrierbare Calciumlactulosatsuspension, die durch eine Kühlnutsche abgesaugt wird. Die doppelwandige Kühlnutsche wird auf etwa 2⁰O. gekühlt·

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Der Filterkuchen wird mit insgesamt etwa 700 Gew. Teilen Eiswasser in Portionen von je 100 Gew. Teilen ausgewaschen. Dann wird der Filterrückstand in ein im angegebenen Temperaturbereich vorgekühltes Gefäß überführt und dort in Wasser auf ein Endvolumen von etwa 800 Gew. Teilen unter Rühren suspendiert. Hierbei wird darauf geachtet, daß eine Temperatur von +10⁰C. nicht überschritten wird.

In die Suspension wird dann unter Aufrechterhaltung der Kühlung Kohlendioxyd eingeleitet, bis ein pH-Wert von etwa 7_t0 erreicht ist. Man läßt das Calciumcarbonat kurz absitzen und filtriert dann ab. Die Kühlung kann beendet werden, sobald der pH-Wert von 7 erreicht ist.

Das erhaltene Filtrat wird im Rotationsverdampfer zur Trockne gebracht. Die Waseerbadtemperatur wird hierbei bei etwa 60 - 70° gehalten.

Die letzten Wasserreate aus dem Eindampfrückstand lassen sich vorteilhaft durch azeotrope Destillation mit zugesetztem Methanol entfernen.

Man erhält etwa 38 Gew. Teile einer federleichten Lactulose mit einer zur therapeutischen Verwendung ausreichenden Reinheit. Sie ist in dieser Form in Methanol sehr leicht löslich und chromatographisch rein FLcTj ^⁰ * -42°C. Die enzymatische Lactulosebeetimmung ergibt einen Gehalt von 95 - 98?6 Laotulose (berechnet auf wasserfreie Substanz)·

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Durch Umfallen aus absolutem Methanol, vorteilhaft unter Zusatz von Aktivkohle, kann das erhaltene Produkt noch weiter gereinigt werden. Hierbei fällt

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von -49»5° an. Diese kristalline Substanz ist jetzt in absolutem Methanol schwer löslich. Eine weitere Umkristallisation erfolgt daher, wenn gewünscht, zweckmässigerweise aus 90 - 95$-igem Methanol·

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Claims (7)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von reiner Laevulose aus Lactuloserohsirupen, dadurch gekennzeichnet, daß eine verdünnte, wässrige Lactuloserohlösung mit etwa 0,7 - 4 Gewichtsteilen Calciumoxid je Gewichtsteil Lactulose im Rohsirup bei einer Temperatur von etwa 0 - 15°C., vorzugsweise 5 - 10⁰C, versetzt, unter Aufrechterhaltung dieser Temperatur einige Zeit stehen gelassen, das gebildete Calciumlactulosat unter Einhaltung der Temperatur abgetrennt, mit kaltem Wasser gründlich gewaschen, erneut in Wasser bei 0 - 15⁰C. suspendiert, das Calcium nach an sich bekannten Methoden durch Fällung eines schwerlöslichen Calciumsalzes abgetrennt und die reine Lactulose durch Konzentrieren der so erhaltenen Lösung gewonnen wird»

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Calcium durch Einleiten CO^-haltiger Gase gefällt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lactulose-Rohsirup mit einem Gehalt von Lactose zu Lactulose zu Galactose bis 1 zu 0,2 zu 0,17 verwendet wird.

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4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lactulose-Rohsirup auf einen Feststoffgehalt von etwa 70-2 Brix vorzugsweise 20-10 Brix verdünnt wird.

5« Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Calciumlactulosatniedersehlag etwa 1/2 bis 2 Stunden, vorzugsweise etwa 1 Stunde, bei 5 - 10 C. stehen gelassen wird«,

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ■ dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlendioxydeinleitung durchgeführt wird, bis ein pH-Wert von 7,5 bis 6,7 erreicht ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5> dadurch gekennzeichnet, daß das Calcium mit Oxalsäure oder anderen mit Galciumionen schwerlösliche Salze oildenden Säuren abgetrennt wird.

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