-
TECHNISCHER
BEREICH DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Malto-Oligosaccharid-Derivate und
Verfahren für
ihre Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung in ihren bevorzugten
Ausgestaltungen Malto-Oligosaccharide, die durch Oxydation, Veretherung,
Veresterung oder enzymatische Modifikation derivatisiert werden.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Oligosaccharide
werden gewöhnlich
durch eine kontrollierte hydrolytische Spaltung von Stärken hergestellt.
Bei der Herstellung solcher Oligosaccharide sind die glykosidischen
Bindungen der Stärkemoleküle teilweise
hydrolysiert, um wenigstens eine Oligosaccharidspezies und, typischer,
ein Gemisch aus Oligosaccharidspezies zu erhalten. So hergestellte
Oligosaccharidgemische beinhalten gewöhnlich wenigstens eine Malto-Oligosaccharid-Spezies.
Malto-Oligosaccharide sind dadurch gekennzeichnet, dass sie ein
Saccharidgerüst
haben, das überwiegend
1–4 Glykosidbindungen
umfasst.
-
Malto-Oligosaccharide
umfassen eine kommerziell wichtige Klasse von Kohlenhydraten, die
unter die allgemeine Klasse reduzierender Kohlenhydrate fallen,
bei denen es sich um Kohlenhydrate handelt, die eine Acetalgruppe
beinhalten, die mit ihrem jeweiligen Aldehyd oder Keton im Gleichgewicht
ist. Solche Malto-Oligosaccharide
finden in zahlreichen kommerziellen Einsatzbereichen Verwendung.
Derivatisierte Malto-Oligosaccharide sind ebenfalls in der Technik
bekannt. Solche derivatisierten Malto-Oligosaccharide haben ebenfalls
viele Verwendungsmöglichkeiten,
wie zum Beispiel Verkapselungsmittel, Säuerungsmittel, Flockungsmittel,
Klebstoffe, Antivergrauungsmittel, Waschmittelbuilder und so weiter.
-
Der
Stand der Technik stellt zahlreiche Verfahren zur Derivatisierung
von Malto-Oligosacchariden
bereit. Bekannte Verfahren sind konventionell und umfassen typischerweise
das Derivatisieren des Malto-Oligosaccharids über ein konventionelles Derivatisierungsverfahren,
um ein derivatisiertes Produkt zu bilden. Solche Verfahren des Standes
der Technik haben jedoch eine Reihe von Nachteilen. Wenn Malto-Oligosaccharide zum
Beispiel bestimmten Reaktionsbedingungen ausgesetzt werden, wie
alkalischen Bedingungen, dann können
sie abbauen und/oder mehrere Nebenreaktionen durchlaufen und entsprechende
unerwünschte
Abbauprodukte oder Reaktionsnebenprodukte bilden. Solche Nebenprodukte
und Abbauprodukte führen
zu schlechten Reaktionsausbeuten, einer unerwünschten Farbbildung und Schwierigkeiten
bei der Reinigung der gewünschten
derivatisierten Malto-Oligosaccharide.
-
Man
geht davon aus, dass die so genannte „alkalische Peeling-Reaktion", bei der der reduzierende Endzucker
eines Malto-Oligosaccharids in kleinere Moleküle abgebaut wird, wesentlich
zum Abbau und zur Nebenproduktbildung bei der Derivatisierung von
Malto-Oligosacchariden beiträgt.
In Anerkennung dieser alkalischen Peeling-Reaktion hat der Stand
der Technik in anderen Zusammenhängen
die Umwandlung eines Basissaccharids in ein Glykosid gelehrt, um
so eine Schutzgruppe einzubauen. Es ist zum Beispiel bekannt, eine
Methylschutzgruppe am reduzierenden Glucoseende einzubauen, um so
das alkalisch stabile Methylglykosid zu bilden. Eine weitere im
Stand der Technik angewendete Methode ist die Verwendung nicht reduzierender
Zuckerarten wie Saccharose und Trehalose als Schutzgruppen. Das
US-Patent 5,780,620 (Mandai et al.) offenbart zum Beispiel nicht
reduzierende Oligosaccharide, bei denen eine oder mehrere Glucosylgruppen an
beide Glucosylgruppen in Trehalose gebunden sind. Zwar kann die
Verwendung von Schutzgruppen wie Saccharose oder Trehalose in Verbindung
mit der Herstellung eines Glykosids ein alkalisch stabiles Produkt hervorbringen,
doch kann das Verfahren zur Herstellung solcher stabilisierten Malto-Oligosaccharide
umständlich
und wirtschaftlich unattraktiv sein.
-
Die
US-A-3890 300 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung propoxylierter
Stärke
nach einer Hydrogeneration.
-
Die
Hydrogenerationsbedingungen sind jedoch derart, dass das DP-Profil
der Stärke
im Wesentlichen nicht bewahrt wird.
-
Carbohydrate
Research, Bd. 315, Nr. 3–4,
beschreibt auf den Seiten 206–221
die Herstellung von Disaccharid-Alditolen durch nicht katalytische
Hydrierung von Di- oder Tetra-Saccharid unter Verwendung von NABH4, gefolgt von einer Peracetylierung.
-
Carbohydrate
Research, Bd. 123, 1983, Seiten 31–40 offenbart die Herstellung
von permethylierter Maltotriose durch nicht katalytische Hydrierung
mit NABH4, gefolgt von einer Per-O-Methylierung.
-
Es
ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Derivatisierung eines Malto-Oligosaccharids bereitzustellen.
Gemäß bevorzugten
Ausgestaltungen der Erfindung wird die Nebenproduktbildung und die
Bildung von Abbauprodukten im Vergleich zu Produkten, die durch
bekannte Malto-Oligosaccharid-Derivatisierungsreaktionen
gebildet werden, abgeschwächt.
Es ist außerdem
eine allgemeine Aufgabe der Erfindung, ein derivatisiertes Malto-Oligosaccharid-Produkt
bereitzustellen.
-
DIE ERFINDUNG
-
Die
Erfindung ist auf die überraschende
Entdeckung gegründet,
dass reduzierte Malto-Oligosaccharide nicht nur alkalisch stabil
sind im Vergleich zu unmodifizierten Malto-Oligosacchariden, sondern
zur Bildung derivatisierter Malto-Oligosaccharide auch derivatisiert
werden können,
wobei es zu einem überraschenden Rückgang von
Nebenprodukten und Abbauprodukten kommt und ferner noch andere unerwartete
Vorteile erzielt werden, einschließlich verbesserter Ausbeuten
und einer leichteren Reinigung. In Verbindung mit der Derivatisierung
eines Gemischs aus Malto-Oligosacchariden
ist ferner die Entdeckung überraschend,
dass die Veränderung
des DP-Profils des
Gemischs nach einer Oxydation und, so wird angenommen, einer anderen Derivatisierung,
in Verbindung mit reduzierten Malto-Oligosacchariden geringer ist
als bei unmodifizierten Malto-Oligosacchariden. Folglich führt die
Derivatisierung reduzierter Malto-Oligosaccharide nicht nur allgemein zu
einer relativ geringeren Bildung von Nebenprodukten und Abbauprodukten,
einer relativ höheren
Ausbeute und leichten Reinigung im Vergleich zu unmodifizierten
Malto-Oligosacchariden, sondern das DP-Profil des derivatisierten
Malto-Oligosaccharid-Gemischs wird dem des Ausgangsgemischs im Allgemeinen
relativ ähnlicher
sein.
-
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Gemischs
aus derivatisierten Malto-Oligosaccharid-Spezies bereitgestellt,
das die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen eines Gemischs
aus einer Mehrzahl von Malto-Oligosaccharid-Spezies,
katalytisches Hydrieren
des genannten Gemischs unter Hydrierungsbedingungen, die dazu geeignet
sind, das DP-(Polymerisierungsgrad)-Profil des genannten Gemischs
im Wesentlichen zu bewahren, um so ein hydriertes Malto-Oligosaccharid-Gemisch
zu erhalten, wobei das genannte Gemisch auf einen DE-(Dextroseäquivalent)-Wert
von im Wesentlichen Null hydriert wird, und
Derivatisieren
des genannten hydrierten Malto-Oligosaccharid-Gemischs durch Oxydieren,
Verestern oder enzymatisches Modifizieren des genannten Gemischs
oder durch Einleiten einer kationischen Ladung durch Verethern des
genannten Gemischs, um so ein derivatisiertes Malto-Oligosaccharid-Gemisch
zu bilden.
-
In
einem zweiten Aspekt der Erfindung werden derivatisierte Malto-Oligosaccharide bereitgestellt,
die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt werden.
-
Gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung wird ein derivatisiertes, kationisches
Malto-Oligosaccharid-Gemisch bereitgestellt, das durch ein Verfahren
der Erfindung hergestellt wird und einen Substitutionsgrad von 0,25
oder mehr hat.
-
Gemäß einem
vierten Aspekt der Erfindung wird ein Gemisch aus derivatisierten
Malto-Oligosaccharid-Spezies bereitgestellt, das durch ein Verfahren
hergestellt wird, das die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen
eines Gemischs aus einer Mehrzahl von Malto-Oligosaccharid-Spezies;
katalytisches
Hydrieren des genannten Gemischs unter Hydrierungsbedingungen, die
dazu geeignet sind, das DP-Profil des genannten Gemischs im Wesentlichen
zu bewahren, um so ein hydriertes Malto-Oligosaccharid-Gemisch zu
erhalten, wobei wenigstens 80 % der Malto-Oligosaccharid-Spezies
in dem Gemisch einen DP-Wert von größer 5 haben und das genannte
Gemisch auf einen DE-Wert von im Wesentlichen 0 hydriert wird; und
Derivatisieren
des genannten hydrierten Malto-Oligosaccharid-Gemischs durch Oxydieren,
Verestern oder enzymatisches Modifizieren des genannten Gemischs
oder durch Einleiten einer kationischen Ladung durch Verethern des
genannten Gemischs, um so das genannte derivatisierte Malto-Oligosaccharid-Gemisch
zu bilden.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein
hydriertes Malto-Oligosaccharid-Gemisch derivatisiert. Am bevorzugtesten
wird das Gemisch durch Hydrieren eines Gemischs aus Malto-Oligosacchariden
unter Reaktionsbedingungen erhalten, die dazu geeignet sind, das
DP-Profil des Reaktionsgemischs zu bewahren, wie in der WO 99/36442
gelehrt wird.
-
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN
-
Es
ist allgemein vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren für jede beliebige
Malto-Oligosaccharid-Spezies oder Gemische einer Mehrzahl von Malto-Oligosaccharid-Spezies
anwendbar ist. Mit „Malto-Oligosaccharid" ist jede beliebige
Spezies gemeint, die aus mehreren Saccharideinheiten besteht, die überwiegend über 1–4 Bindungen
verknüpft
sind, womit beispielsweise Maltodextrine und Sirupfeststoffe eingeschlossen
sind. In bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung sind wenigstens
50 % der Saccharideinheiten im Malto-Oligosaccharid über 1–4 Bindungen
verknüpft.
Bevorzugter sind wenigstens etwa 60 % der Saccharideinheiten über 1–4 Bindungen
verknüpft;
noch bevorzugter sind wenigstens etwa 80 % der Saccharideinheiten
so verknüpft.
Es werden Malto-Oligosaccharide erwogen, die Saccharidspezies mit
einem ungeraden DP-Wert einschließen, wie Maltotriose.
-
Malto-Oligosaccharide
können
nach ihrem Polymerisierungsgrad (DP) gekennzeichnet werden, der sich
auf die Anzahl von Saccharidmonomereinheiten in jedem Molekül bezieht.
Jede Malto-Oligosaccharid-Saccharidspezies kann außerdem nach
ihrem Dextroseäquivalent-Wert
(DE) gekennzeichnet werden, der im Allgemeinen den Anteil der Aldehyd-,
Hemiacetal- oder Ketongruppen im Molekül angibt. Malto-Oligosaccharide mit
einem DE von weniger als 20 vor der Hydrierung sind als Maltodextrine
bekannt, wohingegen Malto-Oligosaccharide mit einem DE von 20 oder
darüber
als Sirupfeststoffe bekannt sind. Die Erfindung soll vor allem in
Verbindung mit der Derivatisierung von Gemischen aus einer Mehrzahl
von Malto-OligosaccharidSpezies Anwendung finden. Die Malto-Oligosaccharid-Spezies
im Gemisch können
wenigstens einen unterschiedlichen DP-Wert haben, so dass ein DP-Profil
für die
Gemische definiert wird. Das DP-Profil kann teilweise durch eine
Saccharidspezies mit einem DP-Wert von 1 definiert werden, zum Beispiel
Dextrose oder Sorbitol. Das Gemisch kann ferner andere Saccharidspezies
oder andere Komponenten enthalten.
-
Vorzugsweise
hat in Verbindung mit der Derivatisierung eines Gemischs aus Malto-Oligosacchariden wenigstens
ein Teil der Malto-Oligosaccharid-Spezies im Gemisch einen DP-Wert
von mehr als 5, und bevorzugter hat wenigstens eine der Malto-Oligosaccharid-Spezies
im Gemisch einen DP-Wert von 8 oder darüber. Noch bevorzugter hat wenigstens
eine Spezies einen DP-Wert von wenigstens 10. In bevorzugten Ausgestaltungen
der Erfindung haben zum Beispiel wenigstens 80 % der Malto-Oligosaccharid-Spezies
im Gemisch einen DP-Wert von mehr als 5 und wenigstens 60 % haben
einen DP-Wert von mehr als 8. In einer anderen Ausgestaltung haben
wenigstens 80 % der Malto-Oligosaccharid-Spezies einen DP-Wert von
mehr als 10. In einigen Ausgestaltungen der Erfindung ist das DP-Profil
des Malto-Oligosaccharid-Gemischs
derart, dass wenigstens 75 % der Malto-Oligosaccharid-Spezies in dem Gemisch
einen DP-Wert von mehr als 5 und wenigstens 40 % der Spezies in
dem Gemisch einen DP-Wert von mehr als 10 haben. Solche Ausgangsmaterialien können konventionell
zum Beispiel durch die Partialhydrolyse von Stärke erhalten werden.
-
Geeignete
Malto-Oligosaccharide werden als Maltodextrine unter dem Warenzeichen
MALTRIN® von Grain
Processing Corporation aus Muscatine, Iowa verkauft. Die MALTRIN®-Maltodextrine
sind Malto-Oligosaccharid-Produkte, die jeweils ein bekanntes typisches
DP-Profil haben. Zu geeigneten MALTRIN®-Maltodextrinen, die
gemäß der vorliegenden
Erfindung derivatisiert werden können,
gehören
zum Beispiel MALTRIN® M040, MALTRIN® M050,
MALTRIN® M100,
MALTRIN® M150
und MALTRIN® M180.
Typische annähernde DP-Profile
der besagten MALTRIN-Maltodextrine sind in der folgenden Tabelle
dargelegt (wobei die in der Tabelle angegebenen DP-Profile Zirkawerte
sind):
-
-
Die
Erfindung schließt
die Derivatisierung von Maltodextrin-Ausgangsmaterialien ein, die im Wesentlichen
die zuvor genannten annähernden
DP-Profile haben,
unabhängig
von der Herstellung. Andere zur Verwendung in der Erfindung geeignete
Malto-Oligosaccharide schließen
andere Maltodextrine wie MALTRIN® M440,
MALTRIN® M510,
MALTRIN® M550,
MALTRIN® M580,
MALTRIN® M700
sowie Maisstärkesirupfeststoffe
wie MALTRIN® M200
und MALTRIN® M250
(die einen DE > 25
vor der Hydrierung haben) ein. Die Erfindung ist nicht auf die Derivatisierung
der zuvor genannten Malto-Oligosaccharid-Spezies oder Gemische beschränkt; in
der Tat kann jedes beliebige geeignete Malto-Oligosaccharid in Verbindung
mit der Erfindung derivatisiert werden.
-
Am
bevorzugtesten wird das Gemisch aus Malto-Oligosacchariden katalytisch
hydriert, um so die Malto-Oligosaccharide im Gemisch wesentlich
zu reduzieren, in einigen Fällen
auf einen DE-Wert von im Wesentlichen Null, wie in der WO 99/36442
ausführlicher
dargelegt ist. Mit „wesentlich
reduziert" ist gemeint,
dass der DE-Wert des Malto-Oligosaccharids um wenigstens etwa 85
%, vorzugsweise wenigstens etwa 90 % relativ zu seinem anfänglichen
DE-Wert reduziert wird. Der hierin mit Bezug auf den DE-Wert verwendete
Begriff „im Wesentlichen
Null" bezieht sich
auf ein hydriertes Produkt mit einem DE-Wert von weniger als etwa
1. Weitere Einzelheiten bezüglich
der katalytischen Hydrierung von Malto-Oligosaccharid-Gemischen
sind in der zuvor erwähnten
WO 99/36442 enthalten.
-
Ohne
uns durch eine spezielle Theorie zu binden, wird davon ausgegangen,
dass die reduzierende Endgruppe an der führenden C-1 Position der Malto-Oligosaccharid-Aldose im Allgemeinen
die reaktionsfreudigste Gruppe auf dem Molekül ist. Wird ein unmodifiziertes
Malto-Oligosaccharid zum Beispiel durch Oxydation derivatisiert,
dann geht man davon aus, dass die Oxydation zuerst an dieser Position
stattfindet und dann an den Primäralkohol-(C-6)-Positionen
auf dem Molekül.
Da die Reaktionsgeschwindigkeit an der reduzierenden Endgruppe (C-1)
höher ist,
kann es bis zu dem Zeitpunkt, da die C-6 Alkohole oxydiert werden, zu alternativen
Abbaumechanismen kommen. Wenn die reduzierende Endgruppe hydriert
wird, um das entsprechende Alditol zu bilden, wird dieses Phänomen jedoch
abgeschwächt.
Alle Primäralkoholgruppen
auf dem Malto-Oligosaccharid-Molekül oxydieren
mit ähnlichen
Geschwindigkeiten, so dass das Ausmaß an Nebenproduktbildung begrenzt
wird. Mit der Zunahme des Polymerisationsgrads des Malto-Oligosaccharids
nimmt auch die Anzahl von C-6 Gruppen relativ zur einzelnen führenden
C-1 Gruppe auf dem Malto-Oligosaccharid-Molekül zu, so dass proportional
größere Vorteile
erzielt werden.
-
Gemäß der Erfindung
wird das Malto-Oligosaccharid wie oben angegeben derivatisiert,
womit im Allgemeinen der Einbau von einem oder mehreren Substituenten
oder chemischen Modifikationen an einer oder mehreren Positionen
auf einer oder mehreren Saccharideinheiten im Malto-Oligosaccharidmolekül gemeint
ist. Das Ausmaß der
Derivatisierung kann über
den Substitutionsgrad (DS) des Malto-Oligosaccharids ausgedrückt werden.
In Verbindung mit der Erfindung ist es möglich, das Malto-Oligosaccharid auf
einen DS von mehr als oder gleich 0,25, bevorzugter auf einen DS
von etwa 0,5 und noch bevorzugter auf einen DS von mehr als etwa
0,8 zu derivatisieren. Gegebenenfalls kann das Ausmaß der Derivatisierung
hinsichtlich der molaren Substitution („MS") ausgedrückt werden. Das Ausmaß der Derivatisierung
kann dem für
eine bestimmte Anwendung erwünschten
Grad angepasst werden. Überraschenderweise
wurde gefunden, dass durch die Verwendung hydrierter Malto-Oligosaccharide
oft ein Produkt hervorgebracht wird, das einen höheren DS hat als jenes, das
man über
eine Derivatisierung eines unmodifizierten Malto-Oligosaccharids
unter ähnlichen
Reaktionsbedingungen erhalten würde.
Die Erfindung ist für
die Derivatisierung von Malto-Oligosaccharid-Gemischen anwendbar,
wobei wenigstens ein Teil der Malto-Oligosaccharide im Gemisch derivatisiert
wird. Mit „wenigstens
ein Teil" ist jeder
Teil der Malto-Oligosaccharide gemeint, einschließlich unter
anderem der Derivatisierung von einigen oder allen Malto-Oligosacchariden
mit einem bestimmten DP-Wert.
-
Zu
den in der vorliegenden Erfindung angewendeten Derivatisierungen
gehören
Oxydationen, Veretherungen und Veresterungen. Die Erfindung ist
auch für
enzymatische Modifikationen des Malto-Oligosaccharids anwendbar,
die in einem oxydierten, veretherten, veresterten oder anderweitig
derivatisierten oder modifizierten Malto-Oligosaccharid resultieren
können.
Das Malto-Oligosaccharid wird vorzugsweise in einer wässrigen
Lösung
bei einem pH-Wert von mehr als etwa 6,0 und bevorzugter unter alkalischen
Bedingungen (d.h. bei einem pH-Wert über 7,0) derivatisiert.
-
Im
Hinblick auf die Derivatisierung, die Oxydation des Malto-Oligosaccharids
an einer oder mehreren Primäralkoholpositionen
zur Bildung von Carbonsäuren,
ist zum Beispiel eine Vielfalt von Oxydationsreaktionen in der Technik
bekannt und zur Anwendung in Verbindung mit der Erfindung geeignet.
Zu geeigneten Oxydationsreaktanten gehören Nitroxylradikale, Stickstoffdioxid
und -tetroxid und Wasserstoffperoxid. Alternativ kann die Oxydation
auch enzymatisch oder über
elektrolytische Verfahren bewirkt werden. Geeignete Reaktionen sind
in Arts et al., Synthesis 1997 (6): 597–613; Roper, in Carbohydrates
As Organic Raw Materials, K. 13: 267–288 (1991); und in der veröffentlichten
internationalen Anmeldung Nr. WO 95/07303 offenbart.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Malto-Oligosaccharid in
Anwesenheit eines Metallkatalysators, wie Platin oder Palladium,
oxydiert. Die Oxydation von Glucose unter Verwendung von Palladium
auf Kohlenstoff, dotiert mit Wismut, ist in der
EP 142,725 und im US-Patent Nr. 4,845,208
beschrieben, und die Oxydation von Stärkehydrolysaten ist im US-Patent
4,985,553 und in der veröffentlichten internationalen
Anmeldung Nr. WO 97/34861 offenbart. Zur Oxydation von Alkoholgruppen
wird Platin gegenüber
Palladium bevorzugt, da Platin gegenüber einer Deaktivierung durch
Sauerstoff weniger anfällig
ist. Die platinkatalysierte Oxydation von Dextrose zur Gewinnung
von Glucarsäure
ist jedoch üblicherweise
mit einem hohen Grad an Nebenproduktbildung verbunden. In der
EP 775,709 ist ein Verfahren
zum Kombinieren einer Edelmetallkatalyse mit einer Elektrodialysetrennung
offenbart. Zu anderen in der Technik bekannten Oxydationsverfahren
gehören
die in Glattfeld und Gershon, J. Am. Chem. Soc. 60:2013 (1938);
Heynes und Paulsen, Ang. Chem. 69–600 (1957); Heynes und Beck,
Chem. Ber. 91:1720 (1958); dem US-Patent 5,109,128; der
EP 548,339 , WO 95/07303 (Verwendung
von 2,2,6,6-Tetramethylpiperdin-1-oxyl
in Verbindung mit einem Oxydanssystem, das Natriumbromid und Natriumhypochlorit
enthält,
zum selektiven Oxydieren von Kohlenhydraten an der C-6 Position
bei einem pH-Wert von 9,8 bis 11,5) und WO 92/18542 (alkalische
Oxydation in Anwesenheit von Metallionen in molekularem Sauerstoff
und einem Polydentat und Aminligand) offenbarten.
-
Die
Erfindung soll außerdem
für Reaktionen
zum Einleiten einer kationischen Ladung durch Veretherung anwendbar
sein, indem z.B. Reagenzien wie 3-Chlor-2-hydroxypropyl-trimethylammoniumchlorid
oder ähnliche
Reagenzien verwendet werden. Alle geeigneten Reagenzien in Reaktionsbedingungen,
die als geeignet bekannt sind oder die als geeignet befunden werden,
können
in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden. Es können zum
Beispiel Reagenzien wie Octylbromid, Allylbromid, Propylenoxid,
Ethylenoxid und ähnliche
Chemikalien verwendet werden, die konventionell in Verbindung mit
der Etherbildung verwendet werden, sowie Polymere von höherer Molekülmasse,
die konventionell in der Epoxidringöffnung oder in nucleophilen
Substitutionsreaktionen zum Einsatz kommen, wie Glycidylether und
so weiter. Die Veretherungsreaktion kann das Kombinieren von Malto-Oligosaccharid
und Alkylenoxid in jeder beliebigen Menge umfassen, die eine Derivatisierung
erreicht. In einer Ausgestaltung liegt das Alkylenoxid in einer
Menge von mehr als 40 Gew.-% des Malto-Oligosaccharid-Ausgangsmaterials
vor, z.B. in einer Menge von mehr als 45 Gew.-% des Malto-Oligosaccharid-Ausgangsmaterials.
Die Reaktionsbedingungen können
alle Bedingungen sein, die dazu geeignet sind, einen Malto-Oligosaccharid-Alkylether zu bilden.
-
Ein
weiteres Beispiel für
die Derivatisierung eines Malto-Oligosaccharids ist die Veresterung.
Die Veresterungsreaktion schließt
vorzugsweise jede Acylgruppe mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen ein.
Die Acylgruppe kann über
konventionelle Mittel zugegeben werden, wie z.B. unter Verwendung
eines Säurechlorids
oder Säureanhydrids,
oder durch andere Mittel, die als geeignet befunden werden. Das
Malto-Oligosaccharid kann verestert werden, um ein Acetat, Benzoat,
Octenylsuccinat oder einen anderen geeigneten Ester zu bilden. Eine allgemeine
Veresterungsreaktion, bei der ein hydriertes Malto-Oligosaccharid
von Vorteil wäre,
ist eine Octenyl-Sukzinylierungsreaktion, wie zum Beispiel die im
US-Patent 5,720,978 offenbarte.
-
Das
Malto-Oligosaccharid kann auch per enzymatische Modifikation derivatisiert
werden. Jedes Enzym, das als geeignet bekannt ist oder als geeignet
befunden wird, kann in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden,
um das Malto-Oligosaccharid zu modifizieren. Es ist vorgesehen,
dass die enzymatische Modifikation in einem Malto-Oligosaccharid resultieren
kann, das oxydiert, verestert oder anderweitig derivatisiert oder
modifiziert ist. Der Begriff „derivatisiert" soll in Verbindung
mit einem enzymatisch modifizierten Malto-Oligosaccharid solche
Modifikationen einschließen,
die durch die enzymatische Modifikation bewirkt werden können.
-
Die
folgenden nicht begrenzenden Beispiele sollen bevorzugte Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
-
BEISPIELE
-
1. Beispiel
-
Oxydation von Malto-Oligosaccharid
-
In
651 ml deionisiertes Wasser wurden 1,79 Gramm 10%iges Platin auf
Graphit (Johnson Matthey Typ B101026-10) eingeschlämmt. Der
Schlamm wurde unter Stickstoffspülung
(1,51/min) auf 60°C
erhitzt. Nachdem der Schlamm die Temperatur erreicht hatte, wurden
14,7 g hydriertes MALTRIN® M180 zugegeben. Der Stickstofffluss
wurde durch 0,2 l/min Sauerstoff ersetzt. Der pH-Wert des Reaktionsgemischs
wurde mit 0,5 M NaOH auf pH 9,0 eingestellt. Nachdem 0,25 Äquivalente
von NaOH verbraucht waren (5 Stunden), wurde der Sauerstofffluss
beendet und die Probe wurde auf 2 Liter verdünnt, anschließend durch
Whatman Filterpapier Nr. 3 vakuumfiltriert, gefroren und gefriergetrocknet.
Die Proben wurden im Hinblick auf Asche und den Carboxyl-Substitutionsgrad über einen
konventionellen titrametrischen Prozess analysiert. Es wurden MALDI-(matrixgestützte Laser-Desorption/Ionisation)-Massenspektren erhalten.
-
Als
Kontrolle wurden 14,8 g unmodifiziertes MALTRIN® M180
unter ähnlichen
Reaktionsbedingungen oxydiert. Nach 5 Stunden und 49 Minuten stellte
man fest, dass 0,127 Äquivalente
von NaOH verbraucht waren. Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:
-
-
Der
Substitutionsgrad war bei der Kontrolle höher, da die unkontrollierte
Oxydationsreaktion mehr Carboxylgruppen als Abbauprodukte hervorbrachte.
-
Die
Farbe des Produkts aus dem 1. Beispiel war bedeutend schwächer als
die der Kontrolle. Die Massenspektren zeigten einen bedeutenden
Rückgang
der Molekülmasse
insgesamt und des DP-Profils beider oxydierten Proben, allerdings
eine bedeutend bessere Aufrechterhaltung der Molekülmasse beim
Produkt des 1. Beispiels, wobei der Höchstpeak beim 1. Beispiel bei
4241 Dalton und bei der Kontrolle bei 3276 lag.
-
2. Beispiel
-
Propoxylierung von Malto-Oligosaccharid
-
In
einem 500-ml-Reaktionskolben, der mit einem Magnetrührer, einem
Temperaturregler und einem Kondensator ausgestattet war, wurden
200 g hydriertes Maltodextrin (MALTRIN® M180)
in 60 g deionisiertem Wasser gelöst.
Zu dieser Lösung
wurden 5,6 g Kaliumhydroxid und 62,8 g Propylenoxid gegeben. Das
Reaktionsgemisch wurde 16 Stunden lang unter Rückfluss erhitzt und auf 65°C erhitzen
gelassen. Nachdem die Reaktion die Temperatur erreicht hatte, wurde
sie durch Zugabe von 7 g Natriumbisulfit beendet. Das endgültige Reaktionsgemisch
war orangefarben. Das Reaktionsgemisch wurde auf einem Zweisäulensystem
mit 150 ml DOWEX® MONOSPHERE 66 (Hydroxidform)
und 150 ml DOWEX® MONOSPHERE 88 (Wasserstoffform) einem
Ionenaustausch unterzogen und dann gefriergetrocknet, um ein weißes Produkt
zu erhalten.
-
Als
Kontrolle wurden 140 g MALTRIN® M180 in ähnlicher
Weise propoxyliert. Das Reaktionsgemisch hatte nach dem Beenden
mit Natriumbisulfit eine dunkelorange bis braune Farbe. Nach dem
Ionenaustausch und Gefriertrocknen war das erzeugte Produkt gelb.
-
Jedes
Produkt wurde im Hinblick auf den Hydroxypropylsubstitutionsgrad über eine
konventionelle Technik beurteilt. Es wurden die folgenden Ergebnisse
erhalten:
-
-
Die
Farbe der Kontrolle war bedeutend stärker als die des Produkts des
2. Beispiels. Es wurde kein signifikanter Unterschied bei der maximalen
Molekülmasse
beobachtet. Die Propoxylierungsreaktion der vorliegenden Erfindung
brachte somit ein Produkt mit einer bedeutend schwächeren Farbe
und einem höheren DS-Wert
im Vergleich zur Kontrolle hervor.
-
3. Beispiel
-
Carboxymethylierung von
Malto-Oligosaccharid
-
Fünfzig Gramm
hydriertes MALTRIN® M
100 wurden in 100 ml Wasser gelöst.
Monochloressigsäure (0,5 Äquivalente)
wurde zugegeben und dann 24,2 g 50%iges NaOH (1,0 Äquivalent).
Das Gemisch wurde auf 70°C
erhitzt und 2 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten. Nach
2 Stunden lag der pH-Wert bei 11,2, anschließend wurde der pH-Wert durch
Zugabe von 6N HCl auf einen endgültigen
pH-Wert von 8,0 eingestellt. Der Reaktionsinhalt wurde gekühlt und
dann langsam in 2000 Liter Methanol gegossen, um einen beigefarbenen
Feststoff auszufällen.
Der Feststoff wurde mit einer zweiten 200-ml-Aliquote von Methanol
gewaschen und unter Vakuum 2 Tage lang getrocknet, so dass 58,1
g eines Produkts erhalten wurden, das 13,4 % Feuchtigkeit und 5,75
Asche enthielt. Die im Hinblick auf Asche/Feuchtigkeit bereinigte
theoretische Ausbeute des Produkts lag bei 85 %. Der DS-Wert wurde
mit einem konventionellen titrametrischen Prozess bestimmt und lag
bei 0,30. Eine MALDI-Molekülmassenanalyse
erbrachte eine maximale Molekülmasse
von 2241 Dalton und einen schlagenden Beweis für eine mono-, di- und tri-substituierte
Carboxymethylierung der Malto-Oligosaccharid-Moleküle.
-
Als
Kontrolle wurden 50 g MALTRIN® M 100 in einer ähnlichen
Reaktion carboxymethyliert. Nachdem das Ausgangsreaktionsgemisch
2 Stunden lang gehalten worden war, lag der pH-Wert der Reaktion
bei 8,0. Der ausgefällte
Feststoff war dunkelgelb und die Trockensubstanzausbeute lag bei
35,3 g Produkt, das 11,2 Prozent Feuchtigkeit und 4 % Asche enthielt.
Die im Hinblick auf Asche und Feuchtigkeit bereinigte theoretische
Ausbeute lag bei 54 % und der DS-Wert bei 0,22. Die maximale Molekülmasse betrug
1236 Dalton und die Massenspektrenanalyse ergab nur einige Hinweise
auf eine Monosubstitution. Die Kontrolle hatte eine bedeutend stärkere Farbe
als das Produkt des 3. Beispiels. Dieses Beispiel zeigt, dass mit
erfindungsgemäßen hydrierten
Malto-Oligosacchariden ein höherer
DS-Wert, eine bessere Rückgewinnung,
eine bessere Aufrechterhaltung der Molekülmasse und eine bessere Farbe
als mit der Kontrolle erhalten wurden.
-
4. Beispiel
-
Hydroxypropyltrimethylammoniumchlorid
-
Derivatisierung von Malto-Oligosaccharid
-
Zweihundert
Gramm (Trockensubstanz) hydriertes MALTRIN® M100
wurden in 280 ml Wasser gelöst. Zu
dieser Lösung
wurden 24,0 g einer 50%igen Lösung
(0,24 Äquivalente)
Natriumhydroxid über
einen Zeitraum von 10 Minuten gegeben. QUAB 151 (2,3-Epoxypropyl-n,n-trimethylammoniumchlorid,
DeGussa Corp.) 214,0 g einer 70%igen Lösung (0,8 Äquivalente) wurden zum Reaktionsgemisch
gegeben und die Temperatur wurde drei Stunden lang auf 60°C gehalten.
Nach drei Stunden hatte das Reaktionsgemisch eine rostbraune Farbe.
Die Lösung
wurde mit HCl auf einen pH-Wert von 6,0 eingestellt und gefriergetrocknet,
um 340 g eines hellbraunen Feststoffs zu erhalten. Die ungereinigte,
zurückgewonnene
Ausbeute lag nach einer Feuchtigkeits- und Aschebereinigung bei
88%. Eine MALDI-Molekülmassenanalyse
ergab eine maximale Molekülmasse
von etwa 1603 Dalton.
-
Als
Kontrolle wurden 200 g unmodifiziertes MALTRIN® M 100 in ähnlicher Weise derivatisiert.
Nach drei Stunden war das Reaktionsgemisch schwarz und viskos. Die
gereinigte, zurückgewonnene
Ausbeute betrug 92 %, eine MALDI-Molekülmassenanalyse
ergab jedoch eine maximale Molekülmasse
von etwa 1330 Dalton. Die Kontrolle war deutlich stärker gefärbt als
das Beispiel. Das Produkt des 1. Beispiels und das der Kontrolle
waren etwa in demselben Maß substituiert,
wie anhand einer Stickstoffverbrennungsanalyse belegt wurde. Folglich
brachte das Beispiel ein Produkt mit schwächerer Farbe und einer besseren
Aufrechterhaltung der Molekülmasse
als die Kontrolle hervor.
-
Alle
zuvor genannten Beispiele zeigen, dass ein verbessertes Produkt,
das leichter gereinigt werden kann (wie anhand der geringeren Farbwerte
belegt), unter Verwendung hydrierter Malto-Oligosaccharide erhalten
werden kann.
-
5. Beispiel
-
Enzymatische
Modifikation von Malto-Oligosaccharid
-
Hydriertes
MALTRIN® M
180, 50 g, wird in 25 g Wasser gelöst und der pH-Wert wird auf 7,0
eingestellt. Vinylacetat, 5 g, wird in das Reaktionsgemisch gegossen
und das System wird kräftig
gerührt.
Bauchspeicheldrüsenlipase
vom Schwein, 5 g, wird zugegeben und das Reaktionsgemisch wird 24
Stunden lang bei Umgebungstemperatur gerührt. Das resultierende Maltodextrin
wird durch Ausfällung
mit Ethanol isoliert und getrocknet, um ein teilweise acetyliertes
Produkt zu erhalten.
-
Es
wurden zwar spezielle Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt,
doch ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist,
da Modifikationen durch die fachkundige Person insbesondere angesichts
der zuvor genannten Lehren möglich
sind. Die angefügten
Ansprüche
erfassen daher alle solche Modifikationen, die Merkmale einschließen, die
die wesentlichen Merkmale dieser Verbesserungen darstellen, innerhalb
des Umfangs der Erfindung.
-
Es
wird auf die Offenbarung der WO99/36442 in ihrer Gesamtheit verwiesen.