DE3822230C2

DE3822230C2 - Verfahren zum reinigen und separieren von verzweigten beta-cyclodextrinen

Info

Publication number: DE3822230C2
Application number: DE3822230A
Authority: DE
Inventors: Robert N Ammeraal; Allan R Hedges; David J Gottneid
Original assignee: American Maize Products Co
Current assignee: Cerestar USA Inc
Priority date: 1987-07-08
Filing date: 1988-07-01
Publication date: 1993-11-04
Anticipated expiration: 2008-07-02
Also published as: NL190014B; FR2617850B1; US4840679A; JPH0220502A; GB2206583A; NL8801620A; GB8816127D0; NL190014C; DE3822230A1; JPH0583081B2; GB2206583B; HUT49898A; FR2617850A1; HU208706B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reinigen und Separieren von verzweigten Beta-Cyclodextrinen.

Stärke ist ein Polymer der Anhydroglucose, welches in einer Vielzahl von Pflanzen oder Pflanzenarten, wie beispielsweise Korn, Mais, Kartoffeln, Soja, Reis usw. vorkommt. Unabhängig davon, von welcher Art von Pflanzen Stärke gewonnen wird, tritt diese Stärke chemisch in zwei Formen auf, und zwar in Form der geradkettigen Amylose und in Form des verzweigten bzw. verzweigtkettigen Amylopectins. Amylose ist ein geradkettiges Polymer von Anhydroglucoseeinheiten, die durch alpha- 1,4-Bindungen miteinander verbunden sind, während Amylopectin ein Polymer ist, welches aus einer geraden Kette der alpha- 1,4-Anhydroglucose aufgebaut ist, an die seitlich Ketten des alpha-1,4-Anhydroglucose-Polymers angebunden sind. Beim Amylopectin ist die Bindung zwischen der geraden Kette und der Seitenkette eine alpha-1,6-Bindung. Normalerweise enthält Stärke sowohl Amylose-Moleküle, als auch Amylopectin- Moleküle, wobei der jeweilige Anteil davon abhängt, welchen Ursprungs die Stärke ist. So liegt beispielsweise bei einer Maisstärke mit hohem Amylose-Anteil das Verhältnis etwa bei 50 : 50, während bei einer Stärke aus "Waxy"-Mais das Verhältnis von Amylopectin zu Amylose etwa bei 99 : 1 liegt. Allgemein gesprochen enthalten alle Stärken einen gewissen Anteil an Amylopectin.

Cyclodextrine, die auch als "Schardinger-Dextrine" bezeichnet werden, Cycloamylose, Cyclomaltose und Cycloglucane sind Polymere von Anhydroglucosepolymeren, die durch alpha-1,4- Bindungen miteinander verbunden sind, um eine Ringverbindung oder Ringstruktur zu bilden. Ein sechsgliedriger Ring wird dabei als Alpha-Cyclodextrin, ein siebengliedriger Ring als Beta-Cyclodextrin und ein achtgliedriger Ring als Gamma- Cyclodextrin bezeichnet. Diese sechs-, sieben- und achtgliedrigen Ringe werden auch als Cyclomaltohexaose, Cyclomaltoheptaose bzw. Cyclomaltooctaose bezeichnet.

Verzweigte Cyclodextrine wurden 1965 von French und seinen Mitarbeitern beschrieben. Es wird hierzu auf die Veröffentlichung von Fench et al., Archives of Biochem. and Biophys., Band III, Seiten 153-160, 1965 verwiesen. In jüngster Zeit wurden diese verzweigten Cyclodextrine aber nur in sehr geringem Maße näher untersucht. Verzweigte Beta-Cyclodextrine sind, wie auch ihr Name schon zum Ausdruck bringt, verzweigte Beta-Cyclodextrine, an welche wenigstens eine Einheit einer Anhydroglucose angebunden ist, und zwar derart, daß sich ein Zweig von der Ringstruktur wegerstreckt. Dieser Zweig ist durch eine alpha-1,6-Bindung mit dem Ring verbunden, und zwar mit derselben Bindung, die Amylopectin verwendet, um die Seitenketten an die geradlinie Kette anzubinden. Für Definitionszwecke ist anzumerken, daß mit dem Ausdruck "Beta-Cyclodextrin" ohne das ergänzende bzw. unterscheidende Adjektiv "verzweigt" oder "nichtverzweigt" sowohl verzweigte als auch nichtverzweigte Beta-Cyclodextrine gemeint sind. Verzweigte und nichtverzweigte Beta-Cyclodextrine sind nachfolgend jeweils in dieser speziellen Weise bezeichnet.

Cyclodextrine haben ein weites unterschiedliches Anwendungs- bzw. Verwendungsgebiet, und zwar insbesondere wegen ihrer Eigenschaft, als Aufnahme- bzw. Einschlußelement (host) für eine Vielzahl von Verbindungen zu wirken. Cyclodextrine werden daher sowohl im Bereich der Landwirtschaft und Pharmazie, aber auch in gleichem Maße in anderen Bereichen verwendet.

Verzweigte Beta-Cyclodextrine sind im Vergleich zu nichtverzweigten Beta-Cyclodextrinen relativ gut in Wasser lösbar. Speziell haben nichtverzweigte Beta-Cyclodextrine eine Lösbarkeit von ungefähr 2 Gewichtsprozent, während verzweigte Beta-Cyclodextrine eine Lösbarkeit von ungefähr 50 Gwichtsprozent und höher besitzen. Durch Verwendung eines verzweigten Beta-Cyclodextrins als Einschlußverbindung oder -Molekül für eine nicht lösbare Verbindung kann diese nicht lösbare Verbindung in Wasser gelöst werden.

Ein weiterer wesentlicher Aspekt der verzweigten Beta- Cyclodextrine ist, daß die Verzweigung selbst bereits einen Ort für die Derivatisation des Beta-Cyclodextrins für andere spezielle Anwendungen liefert. Eine Anlagerung oder Anbindung an den Zweig beeinträchtigt generell nicht die Ringstruktur des Beta-Cyclodextrin und erlaubt der Ringstruktur des verzweigten Beta-Cyclodextrins als Aufnahme- bzw. Einschlußelement zu wirken. Allgemein gesprochen beeinträchtigt auch der Zweig des verzweigten Cyclodextrins nicht die Ringfunktion als Einschlußmolekül.

Eine Lösung, die Beta-Cyclodextrine enthält, läßt sich dadurch herstellen, daß eine Stärkeaufschlämmung oder ein Stärkebrei mit einem Enzym, Cyclodextrin Glycosyltransferase (CGT), bei einem geeigneten pH-Wert, geeigneter Temperatur und Zeit für das ausgewählte CGT behandelt wird. Die Stärke kann von jeder gewählten Pflanzenart stammen. Das Enzym CGT wird von Mikroorganismen, wie Bacillus macerans, B. megaterium, B. circulans, B. stearothermohiilus und Bacillus sp. (alkalophilic) und anderen erhalten. Die für die Reaktion zwischen dem ausgewählten CGT-Enzym und der ausgewählten Stärke notwendigen Parameter sind bekannt und in der Literatur beschrieben. Üblicherweise ist die Stärke in einer wäßrigen Lösung mit einer Konzentration bis zu ungefähr 35 Gewichtsprozent Feststoff aufgelöst bzw. aufgeschlemmt. Der Brei wird dann einer Gelatinisation (gelatinization) sowie einem Verfahren zur Verflüssigung (liquefaction) unterzogen, und zwar durch ein Enzym oder eine Säure, und zwar bis ungefähr 1 bis ungefähr 5 DE. Ein bevorzugtes Enzym für diese Verflüssigung ist ein bakterielles Alphaamylase-Enzym. Als nächstes wird das ausgewählte CGT dem gelatinisierten und verflüssigten Brei zugegeben und der pH-Wert, die Temperatur sowie die Behandlungszeit werden dem ausgewählten Enzym entsprechend eingestellt. Generell liegen der pH-Wert zwischen ungefähr 4,5 und 5,8, der Temperaturbereich zwischen etwa Umgebungstemperatur und ungefähr 75°C und die Reaktionszeit ungefähr zwischen 10 Stunden und 7 Tagen. Der Anteil an Beta-Cyclodextrinen hängt von den Behandlungsbedingungen sowie von dem ausgewählten Enzym ab. Die nichtverzweigten Beta-Cyclodextrine werden dann der Lösung durch Kristallisation oder durch Filtrieren bzw. Filtration in üblicher Weise entnommen.

Nach allgemeinen Vorstellungen werden verzweigte Beta- Cyclodextrine durch die Einwirkung von CGT auf Amylopectin in herkömmlicher Weise gebildet. Um hauptsächlich bzw. bevorzugt Beta-Cyclodextrin zu erzeugen, wird die Reaktion zwischen dem CGT und dem gelatinisierten und verflüssigten Stärkebrei bei Anwesenheit eines Lösungsmittels, wie Toluen oder P-Xylen durchgeführt. Solche Lösungsmittel erhöhen die Ausbeute an Beta-Cyclodextrin wesentlich.

Bei der Behandlung von Stärke mit CGT werden normalerweise verzweigte Beta-Cyclodextrine, nichtverzweigte Beta-Cyclodextrine und azyklische Dextrine gebildet. Die Trennung bzw. Reinigung oder Rein-Darstellung von verzweigten Beta-Cyclodextrinen aus der Lösung ist extrem schwierig. Die bisher hierfür verwendeten Methoden sind dementsprechend extrem kompliziert und ermöglichen es auch nicht, verzweigte Beta-Cyclodextrine von nichtverzweigten Beta-Cyclodextrinen und azyklischen Dextrinen in großem Umfange zu trennen. Die einzige bisher bekannte Methode zum Reinigen bzw. zum Separieren von verzweigten Beta-Cyclodextrinen von nichtverzweigten Beta-Dextrinen und azyklischen Dextrinen waren spezielle chromatographische Methoden, die selbstverständlich für eine tatsächliche kommerzielle Nutzung oder Produktion nicht geeignet sind.

Bekannt ist speziell auch ein Verfahren zum Reinigen und Separieren von Beta-Cyclodextrinen (DE-OS 37 16 509), bei dem Beta-Cyclodextrin aus einer Lösung mit Hilfe eines geeigneten Komplexbildners ausgefällt wird, der Komplex nach der Isolierung wieder gelöst und Beta-Cyclodextrin erneut aus dieser Lösung unter Zuhilfenahme eines Komplexbildners ausgefällt wird. Dieses bekannte Verfahren dient aber ausschließlich zum Separieren von nichtverzweigten Cyclodextrinen, wobei die Gewinnung der Cyclodextrine aus dem jeweiligen Präzibitat erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Reinigen und Separieren von verzweigtem Beta-Cyclodextrinen aufzuzeigen, mit welchem Beta-Cyclodextrine auch von nichtverzweigten Beta-Cyclodextrinen und azyklischen Dextrinen getrennt werden können und welches einfach durchführbar und insbesondere auch für eine praktische bzw. kommerzielle Anwendung brauchbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist ein Verfahren zum Reinigen und Separieren von verzweigten Beta-Cyclodextrinen erfindungsgemäß die folgenden Verfahrensschritte (a-f) auf:

a) Bildung eines ersten Präzipitats sowie einer ersten Flüssigkeit durch Zugabe eines Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners zu einer ersten Lösung;
b) Gewinnung des ersten Präzipitats;
c) Waschen des ersten Präzipitats mit Wasser;
d) Bildung einer zweiten Lösung durch Vermischen des ersten Präzipitats mit Wasser;
e) Bildung eines zweiten Präzipitats und einer zweiten Flüssigkeit durch Zugabe eines Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners zur ersten Lösung;
f) Gewinnung der zweiten Flüssigkeit;
g) Bildung eines dritten Präzipitats und einer dritten Flüssigkeit durch Zugabe eines Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners zu der zweiten Flüssigkeit;
h) Gewinnung der dritten Flüssigkeit;
i) Gewinnung von verzweigtem Beta-Cyclodextrin aus der dritten Flüssigkeit,

wobei die Zugabe des Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners in den Verfahrensschritten (a), (e) und (g) jeweils bei einer Temperatur zwischen etwa 10°C-25°C über eine Zeitdauer von etwa 3 Tagen erfolgt, und wobei der Anteil des Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners, der in den Verfahrensschritten (a), (e) und (g) zugegeben wird, etwa 20 Gewichtsanteile bezogen auf 100 Gewichtsanteile des in der Lösung befindlichen Beta-Cyclodextrin beträgt.

Beta-Cyclodextrin-Komplexbildner sind bekannte chemische Verbindungen. Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das erste Präzipitat vor der Bildung der zweiten Lösung gewaschen. Ein solcher Waschschritt schließt die Verwendung einer geringen Menge an Wasser zum Waschen des Präzipitats sowie die Entfernung wenigstens eines Teils der azyklischen Dextrine aus dem ersten Präzipitat ein.

Weiterhin wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erhöhung der Reinheit der verzweigten Beta- Cyclodextrine anstelle der Gewinnung der verzweigten Cyclodextrine von der zweiten Flüssigkeit mit letzterer eine dritte Lösung gebildet. Ein Beta-Cyclodextrin-Komplexbildner wird dann dieser dritten Lösung zugegeben, um ein drittes Präzipitat sowie eine dritte Flüssigkeit zu bilden. Die dritte Flüssigkeit wird gewonnen und schließlich werden die verzweigten Beta-Cyclodextrine aus dieser dritten Flüssigkeit gewonnen.

Weitere Einzelheiten und Aspekte der Erfindung werden im folgenden näher erläutert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Diese Figuren zeigen bzw. verdeutlichen:

Fig. 1 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in bezug auf verzweigte Beta-Cyclodextrine;

Fig. 2 einen alternativen Verfahrensschritt gemäß der Erfindung, der dazu verwendet werden kann, um verzweigtes Beta-Cyclodextrin mit besonders hoher Reinheit zu erhalten;

Fig. 3 eine weitere Alternative zur Verwendung bei der Erfindung.

Eine wäßrige Ausgangslösung oder erste Lösung, die bei der Erfindung verwendet wird, ist eine wäßrige Lösung, die verzweigte und nichtverzweigte Beta-Cyclodextrine in der Form enthält, daß ungefähr 1% oder mehr des gesamten Feststoffgehalts der Lösung verzweigte Beta-Cyclodextrine sind und daß der Anteil der nichtverzweigten Beta-Cyclodextrine den Anteil an verzweigten Beta-Cyclodextrinen übersteigt. Die wäßrige Ausgangslösung oder erste Lösung kann in herkömmlicher Weise durch Behandlung eines Stärkebreis mit einem CGT-Enzym bei geeignetem pH-Wert, geeigneter Temperatur sowie bei geeigneter Zeitdauer für das spezifische CGT-Enzym erhalten werden. Bevorzugt wird die Ausgangslösung oder erste Lösung von einem Stärkebrei erhalten, der mit einem CGT-Enzym bei einem geeigneten pH-Wert, bei geeigneter Temperatur und geeigneter Zeitdauer für das Enzym behandelt wurde und nachfolgend noch einer Behandlung unterzogen wurde, um nichtverzweigtes Beta-Cyclodextrin in herkömmlicher Weise in einer Kristallisations- oder Filtrationsbehandlung zu entfernen.

In der Tat wurde festgestellt, daß die Verwendung der Mutterflüssigkeit, die bei der kommerziellen Herstellung von Beta-Cyclodextrinen (durch Einwirken von CGT auf einen Stärkebrei) verbleibt, eine sehr gute Ausgangslösung bzw. erste Lösung für das erfindungsgemäße Verfahren liefert.

Bevorzugt ist die Stärke, die für die Bildung der Ausgangslösung bzw. der ersten Lösung verwendet wird, eine weiche, wachsartige Stärke (waxy-starch) und dabei vorzugsweise Mais bzw. Waxy-Mais.

Um überwiegend verzweigtes Beta-Cyclodextrin zu erhalten, wird die Behandlung des Stärkebreis mit CGT in Anwesenheit eines Lösungsmittels, wie beispielsweise Toluen oder p-Xylen in üblicher Weise durchgeführt.

Eine bevorzugte Ausgangslösung bzw. erste Lösung entsprechend der Erfindung enthält typischerweise ungefähr 1 bis 2 Gewichtsprozent verzweigtes Beta-Cyclodextrin und ungefähr 5 bis 20 Gewichtsprozent nichtverzweigtes Beta-Cyclodextrin.

Zu dieser wäßrigen Ausgangslösung wird ein Beta-Cyclodextrin-Komplexbildner zugegeben, um ein erstes Präzipitat und eine erste Flüssigkeit zu bilden. Der Beta-Cyclodextrin- Komplexbildner verbindet sich mit dem Beta-Cyclodextrin, um einen Komplex zu bilden, der in der Lösung ausfällt. Dieser ausfällende Komplex wird als erstes Präzipitat bezeichnet.

Die Zugabe des Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners erfolgt in üblicher Weise unter Verwendung einer üblichen Enrichtung. Typischerweise wird der Beta-Cyclodextrin-Komplexbildner der Lösung zugegeben, während diese umgerührt wird. Die Temperatur der Ausgangslösung wird beispielsweise zwischen ungefähr 10-25°C gehalten, und dabei bevorzugt zwischen ungefähr 15 -20°C.

Die erste Lösung oder Ausgangslösung mit dem zugegebenen Beta-Cyclodextrin-Komplexbildner wird über eine Zeitdauer von etwa 1-17 Tage stehengelassen, damit sich das Präzipitat bilden kann. Für einen Fachmann ist klar, daß das Ausfällen nicht sofort, sondern über eine bestimmte Zeitdauer erfolgt. Es wurde festgestellt, daß nach einer Dauer von etwa 3 Tagen sich das gesamte erste Präzipitat oder zumindest der größte Teil hiervon gebildet hat. Bevorzugt beträgt die Zeitdauer zur Bildung des Präzipitats etwa 3 Tage oder mehr.

Die Konzentration der wäßrigen Ausgangslösung ist ungefähr 24 bis ungefähr 40 Gewichtsprozent Feststoffanteil und dabei vorzugsweise ungefähr 30 Gewichtsprozent Feststoffanteile.

Die Menge des Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners, der bei der ersten Zugabe dieses Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners zugegeben wird, beträgt wenigstens 10 Gewichtsanteile bezogen auf 100 Gewichtsanteile des Beta-Cyclodextrins in der Lösung und dabei bevorzugt ungefähr 20 Gewichtsanteile bezogen auf 100 Gewichtsanteile des Beta-Cyclodextrins in der Lösung. Das erste Präzipitat enthält sowohl verzweigte Beta-Cyclodextrine als auch nichtverzweigte Beta-Cyclodextrine.

Beta-Cyclodextrin-Komplexbildner sind dem Fachmann bekannt. Vorzugsweise werden p-Xylen oder Toluen verwendet, wobei bevorzugt p-Xylen für die Zugabe an die erste Lösung oder Ausgangslösung verwendet wird. Die Gewinnung des ersten Präzipitats erfolgt in herkömmlicher Weise unter Verwendung herkömmlicher Einrichtungen, beispielsweise durch Filtration oder unter Verwendung einer Zentrifuge, wobei die Filtration bevorzugt ist. Ein solcher Verfahrensschritt führt zu einer ersten Flüssigkeit als Nebenprodukt.

Die Bildung der zweiten Lösung erfolgt durch Mischen von Wasser mit dem ersten Präzipitat, und zwar unter Anwendung einer herkömmlichen Methode und unter Verwendung einer herkömmlichen Vorrichtung. Vorzugsweise wird dabei das Präzipitat erneut in Wasser durch Erwärmen und Umrühren des Präzipitats gelöst, um so eine Lösung mit ungefähr 1 bis ungefähr 20 Gewichtsprozent Feststoffen und dabei bevorzugt mit ungefähr 10 Gewichtsprozent Feststoffen zu erhalten. Es wurde dabei festgestellt, daß die Wärmemenge, die für ein vollständiges Auflösen des ersten Präzipitats benötigt wird, so ist, daß die zweite Lösung kocht, wobei ein Teil des Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners verdampft, der in dem ersten Präzipitat vorhanden ist.

Bevorzugt wird das Präzipitat vor dem erneuten Lösen in herkömmlicher Weise gewaschen, um einen Teil der azyklischen Dextrine zu entfernen. Dieses Waschen des ersten Präzipitates wird unter Verwendung von ein oder zwei Milliliter Wasser je Gramm Präzipitat durchgeführt. Das Waschen wird zwei- oder dreimal wiederholt.

Die Bildung des zweiten Präzipitats und der zweiten Flüssigkeit wird durch die Zugabe eines Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners zu der zweiten Lösung erreicht. Die Zugabe des Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners zu der zweiten Lösung erfolgt in der gleichen Weise wie die Zugabe des Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners zu der ersten Lösung oder Ausgangslösung. Wenigstens ungefähr 10 Gewichtsanteile und dabei bevorzugt ungefähr 20 Gewichtsanteile des Beta-Cyclodextrin- Komplexbildners bezogen auf 100 Gewichtsteile des Beta- Cyclodextrins in der Lösung werden zugegeben. Während der Bildung des zweiten Präzipitats liegt die Temperatur der zweiten Lösung beispielsweise zwischen ungefähr 10°C und ungefähr 25°C und dabei vorzugsweise zwischen ungefähr 15°C und ungefähr 20°C. Die Zeitdauer für die Bildung des zweiten Präzipitats ist dabei ungefähr 3 Tage oder mehr. Für die Bildung des zweiten Präzipitats und die Flüssigkeit wird bevorzugt Toluen als Beta-Cyclodextrin-Komplexbildner verwendet.

Die Rückgewinnung der nach der zweiten Zugabe des Beta- Cyclodextrin-Komplexbildners erhaltenen zweiten Flüssigkeit wird wiederum in herkömmlicher Weise und unter Verwendung einer herkömmlichen Einrichtung durchgeführt, und zwar beispielsweise durch Filtration oder unter Verwendung einer Zentrifuge. Bevorzugt wird das zweite Präzipitat ausgefiltert, so daß lediglich das Filtrat verbleibt. Dieses Filtrat oder diese Flüssigkeit enthält dann verzweigtes Beta-Cyclodextrin sowie nichtverzweigtes Beta-Cyclodextrin, welches keine Verbindung eingegangen ist und das zweite Präzipitat nicht gebildet hat.

Um die verzweigten Beta-Cyclodextrine zu gewinnen, werden diese verzweigten Beta-Cyclodextrine aus der zweiten Flüssigkeit durch Konzentrieren und Trocknen der zweiten Flüssigkeit zurückgewonnen. Dieses Konzentrieren und Trocknen der zweiten Flüssigkeit, um die verzweigten Beta-Cyclodextrine zu erhalten, wird in üblicher Weise und mit üblichen Einrichtungen durchgeführt.

Um eine höhere Reinheit der verzweigten Beta-Cyclodextrine zu erreichen, wird vor der Rückgewinnung der verzweigten Cyclodextrine eine dritte Lösung gebildet, der ebenfalls ein Beta-Cyclodextrin-Komplexbildner zugegeben wird, um ein drittes Präzipitat und eine dritte Flüssigkeit zu bilden. Die dritte Flüssigkeit wird dann zurückgewonnen und die verzweigten Beta-Cyclodextrine werden aus dieser dritten Flüssigkeit gewonnen.

Die dritte Lösung wird dann von der zweiten Flüssigkeit gebildet, und zwar mit einem Feststoffanteil von ungefähr 1,0 bis ungefähr 20 Gewichtsprozent und dabei bevorzugt mit ungefähr 10 Gewichtsprozent. In der Regel muß die zweite Flüssigkeit konzentriert werden, um die Lösung mit den bevorzugten etwa 10 Gewichtsprozent Feststoffanteil zu erhalten.

Durch Zugabe des Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners zu dieser dritten Lösung werden dann das dritte Präzipitat sowie die dritte Flüssigkeit gewonnen, und zwar in der gleichen Weise wie die Zugabe des Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners zu der ersten Lösung oder Ausgangslösung und der zweiten Lösung erfolgt. Wenigstens ungefähr 10 Gewichtsanteile und dabei bevorzugt ungefähr 20 Gewichtsanteile des Beta-Cyclodextrin- Komplexbildners werden der dritten Lösung zugegeben, und zwar bezogen auf 100 Gewichtsanteile von Beta-Cyclodextrin in der Lösung. Bei der Bildung des dritten Präzipitats und der dritten Flüssigkeit liegt die Temperatur der dritten Lösung vorzugsweise zwischen ungefähr 10°C und ungefähr 25°C und dabei bevorzugt zwischen etwa 15°C und etwa 20°C. Die Zeitdauer zur Bildung des dritten Präzipitates beträgt vorzugsweise ungefähr 3 Tage oder mehr. Bei der Bildung des dritten Präzipitats und der dritten Flüssigkeit wird bevorzugt Toluen als Beta-Cyclodextrin-Komplexbildner verwendet. Die Zugabe des Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners zu der dritten Lösung erfolgt wiederum in herkömmlicher Weise und unter Verwendung einer herkömmlichen Einrichtung.

Die Rückgewinnung der dritten Flüssigkeit von der dritten Lösung wird ebenfalls in herkömmlicher Weise unter Verwendung einer herkömmlichen Einrichtung durchgeführt, beispielsweise durch Vibration oder unter Verwendung einer Zentrifuge.

Bevorzugt wird dies durch Konzentrieren und Trocknen der wäßrigen Lösung bis zum Erhalt von trockenen Feststoffen ausgeführt.

Ein alternativer Verfahrensschritt besteht bei der Erfindung darin, daß eine Extraktion bzw. ein entsprechender Verfahrensschritt durchgeführt wird. Diesem letztgenannten Verfahrensschritt wird das erste Präzipitat unterzogen, und zwar vor der zweiten Zugabe des Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners. Die Extraktion wird dadurch ausgeführt, daß dem ersten Präzipitat bis ungefähr 9 Gewichtsteile Wasser zugegeben werden, und zwar bezogen auf 1 Gewichtsanteil an Präzipitat. Das Wasser und das Präzipitat werden bei einer Temperatur im Bereich zwischen ungefähr 20°C bis ungefähr 40°C gemischt. Wesentlich hierbei ist, daß diese Extraktion ohne Kochen durchgeführt wird. Die Flüssigkeit, die von diesem Extraktionsschritt erhalten wird, wird dann konzentriert und getrocknet. Die konzentrierte und getrocknete Flüssigkeit liefert dann verzweigte Beta-Cyclodextrine. Der Feststoffanteil oder das Präzipitat, welcher bzw. welches nach dem Extraktionsschritt verbleibt, wird dann zur Bildung der zweiten Lösung verwendet und der zweiten Zugabe des Beta- Cyclodextrin-Komplexbildners sowie dem übrigen Verfahren unterworfen.

Eine weitere Abwandlung besteht darin, daß der erste Präzipitations-Verfahrensschritt vor Bildung der zweiten Lösung wiederholt wird. Für die Durchführung dieses abgewandelten Verfahrens wird eine Lösung, die lediglich zur Unterscheidung von den anderen Lösungen als "vierte" Lösung bezeichnet wird, durch Mischen des ersten Präzipitats mit Wasser gebildet. Die Feststoffkonzentration dieser vierten Lösung liegt bevorzugt zwischen ungefähr 24 und ungefähr 40 Gewichtsprozent Feststoffanteil und dabei vorzugsweise bei ungefähr 30 Gewichtsprozent Feststoffanteil. Dieser vierten Lösung wird ein Beta-Cyclodextrin-Komplexbildner zugegeben, und zwar in einer Menge von ungefähr 10 Gewichtsanteilen oder mehr, vorzugsweise in einer Menge von ungefähr 10 Gewichtsanteilen oder mehr, vorzugsweise in einer Menge von ungefähr 20 Gewichtsanteilen, bezogen auf 100 Teile Beta-Cyclodextrin in der Lösung.

Der bevorzugte Beta-Cyclodextrin-Komplexbildner, der für diese vierte Zugabe verwendet wird, ist p-Xylen. Die Zugabe wird in herkömmlicher Weise und unter Verwendung herkömmlicher Einrichtungen durchgeführt. Die Temperatur der Ausgangslösung wird vorzugsweise zwischen ungefähr 10°C und ungefähr 25°C gehalten und dabei bevorzugt zwischen 15°C und 20°C. Die Zeitdauer für die Bildung des Präzipitats aus dieser vierten Lösung beträgt ungefähr 1 bis ungefähr 17 Tage. Vorzugsweise beträgt die Zeitdauer ungefähr 3 bis 7 Tage und dabei speziell ungefähr 3 oder mehr Tage. Zur Unterscheidung bzw. zur Definition werden das von der vierten Lösung erhaltene Präzipitat bzw. die von der vierten Lösung erhaltene Flüssigkeit als "viertes" Präzipitat und "vierte" Flüssigkeit bezeichnet.

Die Fig. 1 illustriert das Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem entsprechend Ziff. 8 eine Ausgangslösung und daran anschließend dann entsprechend Ziff. 10 ein erstes Präzipitat sowie eine erste Flüssigkeit durch Zugabe eines Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners zu der Ausgangslösung gebildet werden.

Der nächste Verfahrensschritt besteht entsprechend Ziff. 12 in der Rückgewinnung des ersten Präzipitats aus der Ausgangslösung. Im Anschluß daran wird entsprechend Ziff. 14 die zweite Lösung gebildet und zwar durch Erwärmen und Mischen des ersten Präzipitats mit Wasser. Ein zweites Präzipitat sowie eine zweite Flüssigkeit werden dann entsprechend Ziff. 16 aus der zweiten Lösung gebildet, und zwar durch Zugabe eines Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners zu der zweiten Lösung. Die zweite Flüssigkeit aus der zweiten Lösung wird entsprechend Ziff. 18 zurückgewonnen und anschließend werden die verzweigten Beta-Cyclodextrine aus der zweiten Flüssigkeit zurückgewonnen.

Bei der Ausführungsform der Erfindung, wird gemäß Ziff. 22 ein Verfahrensschritt zum Waschen verwendet, und zwar zwischen der Gewinnung des ersten Präzipitats und der Bildung (Ziff. 14′) der zweiten Lösung aus dem gewaschenen ersten Präzipitat. Anschließend werden die Verfahrensschritte 16-20 der Fig. 1 ausgeführt und vor dem Verfahrensschritt 12 die Verfahrensschritte 8 und 10.

Entsprechend dem Verfahrensschritt 24 werden eine dritte Flüssigkeit und ein drittes Präzipitat gebildet, und zwar von einer dritten Lösung. Diese dritte Lösung wird von der zweiten Flüssigkeit gebildet. Ein Beta-Cyclodextrin-Komplexbildner wird dieser dritten Lösung zugegeben, um das dritte Präzipitat und die dritte Flüssigkeit zu bilden. Das dritte Präzipitat wird entsprechend dem Verfahrensschritt 26 zurückgewonnen und das verzweigte Beta-Cyclodextrin wird dann entsprechend dem Verfahrensschritt 28 aus der dritten Flüssigkeit zurückgewonnen.

Fig. 2 illustriert einen Verfahrensschritt zur Extraktion. Nach der Gewinnung des ersten Präzipitats aus der ersten Lösung bzw. Anfangslösung wird das erste Präzipitat entsprechend dem Verfahrensschritt 30 einer Extraktion unterzogen. Von diesem Extraktionsschritt wird die extrahierte Flüssigkeit gewonnen (Verfahrensschritt 32) und einer Konzentration sowie einem Trockenprozeß unterzogen, um so entsprechend dem Verfahrensschritt 34 verzweigte Beta- Cyclodextrine rückzugewinnen. Das nach der Extraktion erhaltene erste Präzipitat (Verfahrensschritt 36) wird dann entsprechend dem Verfahrensschritt 14′′ zur Bildung der zweiten Lösung verwendet. Die Verfahrensschritte 16-20 schließen sich an den Verfahrensschritt 14′′ an.

Fig. 3 illustriert eine Ausführungsform, bei der der erste Präzipitations-Verfahrensschritt wiederholt wird und bei der entsprechend dem Verfahrensschritt 38 eine vierte Lösung gebildet wird, die eine Konzentration von ungefähr 24 bis ungefähr 40 Gewichtsprozent und dabei vorzugsweise eine Konzentration von ungefähr 30 Gewichtsprozent aufweist, und zwar durch Mischen des ersten Präzipitats mit Wasser zur Bildung einer Lösung. Ein viertes Präzipitat sowie eine vierte Flüssigkeit werden dann entsprechend dem Verfahrensschritt 40 durch Zugabe eines Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners zu der vierten Lösung gebildet, und zwar vorzugsweise durch Zugabe von p-Xylen. Nach der Bildung des vierten Präzipitats wird dieses entsprechend dem Verfahrensschritt 42 zurückgewonnen. Das vierte Präzipitat wird dann dazu verwendet, um entsprechend dem Verfahrensschritt 14′′′, der sich in der Fig. 3 an die oben erwähnten Verfahrensschritte anschließt, die zweite Lösung zu bilden.

Beispiel 1

Einer wäßrigen Ausgangslösung, die 463 Gramm an Kohlenhydrat, bei 30% Feststoffen enthält wurde 45 ml p-Xylen zugegeben und über eine Zeitdauer von ungefähr 20 Stunden umgerührt und dann 14 Tage stehen gelassen, wodurch sich das erste Präzipitat bildete. Die Lösung wurde dann unter Verwendung eines Papierfilters mit 18,5 cm in einem Büchner- Trichter unter Vakuum filtriert. Der erhaltene Filterkuchen wurde dreimal mit jeweils 100 ml destilliertem Wasser für jeden Waschvorgang gewaschen. Das Filtrat sowie die Waschflüssigkeiten wurden als Abfallprodukt gesammelt und der Filterkuchen wurde bei Luft getrocknet. Ungefähr 94 Gramm eines luftgetrockneten Cyclodextrin-p-Xylen-Komplexes wurden erhalten. Eine Analyse dieses Materials ist in der nachfolgenden Tabelle I wiedergegeben. Die Analyse kann unter Verwendung üblicher Verfahren und Gerätschaften (beispielsweise HPLC COLUMN) durchgeführt werden.

Tabelle I

Der Filterkuchen wurde dann in 11 Teile destilliertes Wasser (8,46 ml) gegeben und mit einem Magnetstab ungefähr 17 Stunden gerührt, wobei dann eine Extraktion aus dem ersten Präzipitat ausgeführt wurde. Das ungelöste Material wurde durch Filtration entfernt und der Filterkuchen wurde dreimal mit jeweils 100 ml Anteilen an Wasser gewaschen. Der Filterkuchen wurde dann luftgetrocknet und beiseite gestellt. Das Filtrat sowie die beim Waschen erhaltenen Flüssigkeiten wurden zusammengegossen und bis zu einem Feststoffanteil von 10% verdampft. Ungefähr 21,5 g an Feststoffen war dann in der Lösung vorhanden und 1,21 g an Toluen wurde unter Umrühren der Lösung mit dem 10%igen Feststoffanteil zugegeben. Der Umrührvorgang wurde 3 Tage bei Umgebungstemperatur fortgesetzt. Das gebildete Präzipitat wurde durch Filtration entfernt und dreimal mit 24 ml Wasseranteil gewaschen. Das Präzipitat enthielt ungefähr 63 g an Kohlenhydrat.

Das Filtrat sowie die beim Waschen erhaltenen Flüssigkeiten wurden zur Entfernung von Toluen gekocht, konzentriert und bei 110°C getrocknet. Die Zusammensetzung dieses, zur Unterscheidung als "Filtrat I" bezeichneten Filtrates ist in der nachfolgenden Tabelle II wiedergegeben.

Das von den vorausgegangenen Extraktionsverfahren erhaltene Präzipitat (63 g Kohlenhydrat) wurde in 567 g (9 Anteilen) an destilliertem Wasser aufgelöst, und zwar zur Entfernung von Lösungsmittel unter Kochen, wodurch die zweite Lösung gebildet wurde. Als nächster Schritt wurden unter Umrühren 12,6 g Toluen (20% der Kohlenhydrat-Feststoffe) unter Umrühren zugegeben. Nach 3 Tagen wurde das Präzipitat durch Filtration entfernt und das erhaltene Filtrat wurde als dritte Lösung drei Tage Toluen bei 10% Feststoffen ausgesetzt, um zusätzliches nichtverzweigtes Beta-Cyclodextrin zu entfernen. Das Präzipitat wurde durch Filtration entfernt und das Filtrat (als "Filtrat II" bezeichnet) wurde zur Entfernung von Toluen aufgekocht, konzentriert und bei 110°C getrocknet. Die Zusammensetzung des Filtrates II ist ebenfalls in der nachfolgenden Tabelle II angegeben.

Tabelle II

Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen insbesondere auch zu den bevorzugten Ausführungsformen möglich sind, ohne daß dadurch der die Erfindung tragende Gedanke verlassen wird.

Claims

1. Verfahren zum Reinigen und Separieren von verzweigten Beta-Cyclodextrinen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte (a)-(f) aufweist:

(a) Bildung eines ersten Präzipitats sowie einer ersten Flüssigkeit durch Zugabe eines Beta-Cyclodextrin- Komplexbildners zu einer ersten Lösung;
(b) Gewinnung des ersten Präzipitats;
(c) Waschen des ersten Präzipitats mit Wasser;
(d) Bildung einer zweiten Lösung durch Vermischen des ersten Präzipitats mit Wasser;
(e) Bildung eines zweiten Präzipitats und einer zweiten Flüssigkeit durch Zugabe eines Beta-Cyclodextrin- Komplexbildners zu der zweiten Lösung;
(f) Gewinnung der zweiten Flüssigkeit;
(g) Bildung eines dritten Präzipitats und einer dritten Flüssigkeit durch Zugabe eines Beta-Cyclodextrin- Komplexbildners zu der zweiten Flüssigkeit;
(h) Gewinnung der dritten Flüssigkeit; und
(i) Gewinnung von verzweigtem Beta-Cyclodextrin aus der dritten Flüssigkeit.

wobei die Zugabe des Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners in den Verfahrensschritten (a), (e) und (g) jeweils bei einer Temperatur zwischen etwa 10°C-25°C über eine Zeitdauer von etwa drei Tagen erfolgt, und wobei der Anteil des Beta-Cyclodextrin-Komplexbildners, der in den Verfahrensschritten (a), (e) und (g) zugegeben wird, etwa 20 Gewichtsanteile bezogen auf 100 Gewichtsanteile des in Lösung befindlichen Beta-Cyclodextrin beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt (i) zur Gewinnung des verzweigten Beta-Cyclodextrin durch Kondensation und Trocknen der dritten Flüssigkeit bis zum Erhalt eines trockenen Produktes erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beta-Cyclodextrin-Komplexbildner aus einer Gruppe bestehend aus p-Xylen und Toluen ausgewählt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Beta-Cyclodextrin-Komplexbildner zur Bildung des ersten Präzipitats und der ersten Flüssigkeit p-Xylen und der Beta-Cyclodextrin-Komplexbildner für die Bildung des zweiten Präzipitats und der zweiten Flüssigkeit sowie für die Bildung des dritten Präzipitats und der dritten Flüssigkeit Toluen ist.