DE602005005414T2

DE602005005414T2 - Verfahren zur Herstellung von L-Idit

Info

Publication number: DE602005005414T2
Application number: DE602005005414T
Authority: DE
Inventors: Patrick Fuertes
Original assignee: Roquette Freres SA
Current assignee: Roquette Freres SA
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: ES2304168T3; ATE389625T1; EP1647540A1; DK1647540T3; FR2876693A1; CN1762939B; DE602005005414D1; CA2522691A1; JP4969826B2; FR2876693B1; EP1647540B1; US20060096588A1; JP2006111628A; CN1762939A; US7674381B2; CA2522691C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem L-Idit.
L-Idit ist ein Hexit mit süßem Geschmack, das Anwendungen in der Lebensmittelindustrie finden könnte, wenn es gelänge, es in großen Mengen und zu niedrigen Kosten zu produzieren, oder das als Synthesezwischenprodukt zur Herstellung anderer Produkte und insbesondere von Produkten einer internen Anhydridbildung, wie Iditan und insbesondere Isoidid oder 1,4,3,6-Dianhydroidit, dienen könnte.
Diese Anhydride, bei denen Hydroxylgruppen und insbesondere die zwei -(OH)-Gruppen von Isoidid sehr leicht Veretherungs- oder Veresterungsreaktionen durchmachen, werden ihrerseits zu interessanten Zwischenprodukten, obwohl sie auch selbst Anwendungen, insbesondere als osmotische Mittel oder Wasserzurückhaltemittel, finden können.
Durch Veresterung von Isoidid mit Monocarbonsäuren lassen sich Diester erhalten, die als Weichmacher in synthetischen Harzen einsetzbar sind. Die Diether, wie Dimethylisoidid, erweisen sich als ausgezeichnete Lösungsmittel für bestimmte pharmazeutische Wirkstoffe oder auch für bestimmte natürliche oder synthetische Polymere.
Isoidid kann außerdem selbst, in Verbindung mit Disäuren und anderen zweiwertigen Alkoholen, eine der Monomereinheiten von Polyestern bilden.
In Analogie zur Hydrierung von D-Glucose, die mit fast vollständiger Ausbeute D-Sorbit liefert, könnte L-Idit mit einer fast stöchiometrischen Ausbeute durch Hydrierung von L-Idose erhalten werden. L-Idose ist jedoch kein Glucid, das man im natürlichen Zustand findet, und ihre Extraktion, zum Beispiel aus pflanzlichen Quellen, kann somit nicht in Betracht gezogen werden.
L-Idit, früher als Sorbierit bezeichnet, kommt in kleinen Mengen im Saft von Vogelbeeren (den Früchten der Eberesche) zusammen mit kleinen Mengen an Sorbit (D-Glucit) vor. Auch hier kann die Extraktion aus diesen Beeren industriell nicht in Betracht gezogen werden.
Man weiß, dass die katalytische Hydrierung von Ketosen zur Gewinnung von zwei Stereoisomeren führt. So lassen sich durch Hydrierung von L-Sorbose D-Sorbit und sein C5-Epimers, L-Idit, im Gemisch erhalten.
Die Verwendung bestimmter Katalysatoren und/oder der Einsatz besonderer Hydrierungsbedingungen gestatten es, die Anteile der beiden Enantiomere innerhalb bestimmter Grenzen zu variieren. Das 1981 veröffentlichte Dokument "Diastereoselectivity control in ketose hydrogenations with supported copper and nickel catalysts" von J. F. RUDDLESDEN et al. weist zum Beispiel darauf hin, dass es mit einem Katalysator auf Kupferbasis möglich ist, durch Hydrierung von L-Sorbose 68% D-Glucit (D-Sorbit) zu erhalten, und dass es mit einem Katalysator auf Nickelbasis möglich ist, einen größeren Teil des anderen Enantiomers, d. h. 64% L-Idit, zu erhalten.
Durch Isomerisierung leicht verfügbarer Hexite, wie Sorbit oder Mannit, kann man ebenfalls Idit herstellen, wenn auch in kleinen Mengen. Das Dokument "Catalytic isomerisation of the hexitols: D-glucitol, D-mannitol, L-iditol and galactitol" von L. WRIGHT und L. HARTMAN, Journal of Organic Chemistry, Bd. 26, Mai 1961, zeigt, dass bei 170°C und unter einem Wasserstoffdruck von 1900 psi (130 bar) sowie in Anwesenheit eines Nickelkatalysators ein Gleichgewicht für ein System erreicht wird, das 50% Sorbit, 25% Mannit und 25% Idit enthält.
Diese beiden Verfahren, Hydrierung von Ketosen und Isomerisierung von Hexiten, liefern somit D-Idit in annehmbaren Mengen, aber unglücklicherweise in schlechter Reinheit und schlechter Ausbeute, weil in dem Reaktionsmedium andere Polyole auftreten oder bestehen bleiben.
Die Extraktion von D-Idit aus diesen Reaktionsgemischen erweist sich somit als sehr komplex und wird gewöhnlich durchgeführt, indem man chemische Additionsverbindungen dieser verschiedenen Polyole (Benzoesäurealdehyd, Essigsäureanhydrid) und/oder Kristallisationen in einer organischen Lösungsmittelphase, Pyridin, Alkohol... dieser Verbindungen oder Polyole bildet.
Biologische Verfahren zur Reduktion von L-Sorbose praktisch ausschließlich zu L-Idit sind bekannt und ermöglichen es, sehr hohe Gehalte an L-Idit zu erhalten. Sie konnten jedoch niemals industriell eingesetzt werden, weil sie entweder mit schlechten Ausbeuten ablaufen oder ihre Durchführung sich in diesem Maßstab als unmöglich oder zu schwierig erweist.
Das Dokument "Microbial production of optically pure L-iditol by yeast strains", Appl. Environ. Microb. Bd. 46, Nr. 4, S. 912–916, 1983 lehrt, dass man mit Candida intermedia 50 g/l L-Idit aus 150 g/l L-Sorbose in 5 Tagen erreichen kann. Obwohl keinerlei L-Sorbose in der Kulturbrühe am Ende der Gärung verbleibt, hat sich die direkte Kristallisation von L-Idit sogar nach Entmineralisierung als unmöglich herausgestellt. Die Autoren mussten über das Hexaacetat und die Kristallisation in Methanol vorgehen, um Kristalle zu erhalten, die bei zwischen 70 und 73°C schmolzen.
Das Dokument "L-iditol production from L-sorbose by a methanol yeast, Candida boidinii (Kloeckera sp.) Nr. 2201", J. Ferment. Technol., Bd. 66, Nr. 5, S. 517–523, 1988, beschreibt ein rein enzymatisches Verfahren zur Reduktion von L-Sorbose zu L-Idit unter Verwendung von D-Sorbit-Dehydrogenase und immobilisierten C. boidinii-Zellen als Träger für NADH, dessen Regeneration durch eine Gruppe von Enzymen zu Oxidation von Methanol gewährleistet wird, wobei der Methanol die Wasserstoffquelle darstellt, die diese Regeneration gewährleistet. Die Ausbeute der Umwandlung stellt sich für eine Konzentration von nahezu 150 g/l bei etwa 96% in etwa vierzig Stunden ein. Es wird nicht gesagt, wie das L-Idit aus dem Reaktionsmedium isoliert werden kann. Dieses extrem komplizierte und empfindliche Verfahren ist niemals in industriellem Maßstab durchgeführt worden.
Folglich sucht man immer noch nach einem angemessenen Verfahren, um reichlich L-Idit in einer Ausbeute und Reinheit bereitzustellen, die ausreichend hoch sind, dass die Industrie über dieses Hexit in reichlicher Menge und unter vorteilhaften Kostenbedingungen verfügen kann.
Es ist das Verdienst der Anmelderin, dass sie für dieses seit vielen Jahren bestehende Problem eine Lösung herbeigeführt hat, indem sie gefunden hat, dass es möglich ist, L-Idit in hochreinem Zustand und unter völlig vorteilhaften ökonomischen Bedingungen zu erhalten, indem man eine chromatographische Fraktionierung eines Gemischs von L-Sorbose und L-Idit an kationischen Harzen oder Zeolithen durchführt, wobei die kationischen Harze bevorzugt sind und aus denjenigen bestehen, die man zur chromatographischen Trennung von Zuckern, wie Glucose und Fructose, oder von Polyolen, wie Sorbit und Mannit, verwendet.
Die Anmelderin hat tatsächlich am Ende zahlreicher Versuche festgestellt, dass die chromatographische Trennung von L-Sorbose und L-Idit sehr viel leichter erfolgt als die chromatographische Trennung von L-Idit und D-Sorbit, was a priori ein sehr viel einfacheres Verfahren bereitstellt.
Die Gemische von L-Sorbose und L-Idit, von denen die ersten von dem französischen Chemiker Gabriel BERTRAND am Anfang des letzten Jahrhunderts erhalten wurden (G. Bertrand, Bull. Soc. Chim., 3. Reihe, 1905, T. 33, S. 166 ff und S. 264–267), können, wie von BERTRAND angegeben, durch saure Hydrierung von L-Sorbose und anschließende bakterielle Oxidation des durch diese Hydrierung erhaltenen D-Sorbit/L-Idit-Gemischs erhalten werden.
Diese Gemische können auch aus einer selektiveren Hydrierung von Sorbose, welche die letztere auf eine erhöhte Produktion von L-Idit ausrichtet (J. F. RUDDLESDEN), und einer anschließenden bakteriellen Oxidation dieses Gemischs hervorgehen.
Sie können auch aus einem Verfahren zur Isomerisierung von Hexiten hervorgehen. In diesem Fall führt das Vorhandensein von Mannit nach der bakteriellen Oxidation zum entsprechenden Auftreten von Fructose, die geeigneterweise gleichzeitig mit der L-Sorbose im Chromatographieschritt zurückgewonnen wird, um diese beiden Ketosen von L-Idit abzutrennen.
Selbstverständlich können die verschiedenen Weisen der Gewinnung von Gemischen, die L-Idit enthalten, und ihre anschließende Oxidation kombiniert werden, wobei sich die Erfindung jedoch eher auf die Gemische bezieht, die kein(e) oder nur wenig Mannit und Fructose enthalten.
Vorteilhafterweise werden die chromatographischen Fraktionen, welche das oder die Oxidationsprodukt(e), nämlich im Wesentlichen L-Sorbose, aber auch gegebenenfalls Fructose, enthalten, entweder alleine oder in Gegenwart von neu eingesetzter L-Sorbose erneut hydriert. Diese Fraktionen werden dann erneut einer bakteriellen Oxidation unterworfen. Diese Vorgehensweise gestattet es, praktisch ausschließlich L-Idit mit einer stöchiometrischen Ausbeute, die sich an Eins annähert, ausgehend von L-Sorbose zu erhalten.
Es soll hier daran erinnert werden, dass die Hydrierung von Fructose die beiden an C2 epimeren Hexite, nämlich D-Sorbit und D-Mannit, erzeugt und dass in dem Fall, wenn die aus der Chromatographie stammende Sorbosefraktion außerdem Fructose enthält, man nach der Hydrierung eine ternäre Zusammensetzung vorfindet, die den Isomerisierungsprodukten der Hexite entspricht und D-Sorbit, D-Mannit und L-Idit enthält.
Es soll hier in zeitgemäßen Worten auch an die Regel von BERTRAND erinnert werden, die dieser bei der Untersuchung der Einwirkung von Bacterium xylinum (Acetobacter) auf eine ganze Reihe von Polyolen und insbesondere die in Vogelbeerensaft enthaltenen aufgestellt hat: "Das Sorbosebakterium führt eine stereospezifische Dehydrierung durch, die sich auf die sekundäre Alkoholfunktion in Nachbarschaft zu der primären Alkoholfunktion erstreckt, wenn die beiden am nächsten zu dem primären Alkohol gelegenen Hydroxyle sich in der cis-Stellung befinden." Weil dieses Bakterium Dehydrogenasen mit breitem Spektrum synthetisiert, ist es somit in der Lage, Glycerin in Dihydroxyaceton, Erythrit in Erythrulose, aber auch Xylit in Xylulose, Sorbit in Sorbose und Mannit in Fructose zu oxidieren, wobei diese Liste nicht vollständig ist.
Daraus folgt, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung und Reinigung von L-Idit dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Sirup eines Gemischs von L-Idit und L-Sorbose einer chromatographischen Behandlung unterworfen wird, die zur Gewinnung von mindestens zwei Fraktionen führt, von denen eine stark an L-Idit angereichert ist (Fraktion X1) und die andere stark an L-Sorbose angereichert ist (Fraktion X2).
Vorteilhafterweise wird die chromatographische Behandlung derart durchgeführt, dass die stark an L-Idit angereicherte Fraktion (Fraktion X1) aus Folgendem besteht, wobei die Prozentangaben als Gewicht bezogen auf die Trockenmassen ausgedrückt sind:
aus 80 bis 99,9%,
vorzugsweise 90 bis 99,5% und noch stärker bevorzugt 95 bis 99,5% L-Idit,
wobei der Rest bis 100% im Wesentlichen aus L-Sorbose besteht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gemisch aus L-Idit und L-Sorbose durch Fermentation einer Lösung von D-Sorbit und L-Idit mithilfe eines Dehydrogenasen produzierenden Mikroorganismus der Gattung Acetobacter oder Gluconobacter erhalten, der zur Umwandlung von D-Sorbit in L-Sorbose geeignet ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Lösung von D-Sorbit und L-Idit, die der Fermentation unterzogen wird, durch katalytische Hydrierung von L-Sorbose erhalten.
Gemäß einer anderen, ganz besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die stark an L-Sorbose angereicherte Fraktion X2 gesammelt, um sie mit der L-Sorbose zu mischen, die zur katalytischen Hydrierung bestimmt ist.
L-Sorbose ist eine Ketose, die in einem Maßstab von mehreren zehntausend Tonnen pro Jahr weltweit produziert wird, weil sie ein Zwischenprodukt bei der Synthese von Ascorbinsäure oder Vitamin C darstellt. Sie selbst wird durch Fermentation einer Lösung von reinem D-Sorbit am häufigsten mithilfe der gleichen Mikroorganismen erhalten, die zur Fermentation der Gemische von D-Sorbit und L-Idit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.
Reines D-Sorbit wird weltweit in einem Maßstab von mehreren hunderttausend Tonnen pro Jahr produziert und durch Hydrierung von Lösungen mit einem hohen Gehalt an D-Glucose erhalten. Diese Hydrierung kann mithilfe der gleichen Katalysatoren durchgeführt werden, die zur Hydrierung der Lösungen von L-Sorbose dienen.
An der Erfindung ist außerdem bemerkenswert, dass sie es gestattet, gemeinsame Materialien zu verwenden: Reaktoren und Fermenter, sowohl zur Gewinnung von L-Sorbose als auch zur Gewinnung der Gemische von L-Sorbose und L-Idit, die chromatographiert werden sollen. Ebenfalls gleich sind die zu verwendenden Katalysatoren: Metallkatalysatoren für die Hydrierung einerseits und biologische Katalysatoren für die Fermentation andererseits. Es ist somit besonders vorteilhaft, wenn man bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Schritte, die von D-Glucose zu L-Idit führen, an der gleichen Produktionsstätte vereinigt.
Das Interesse soll auf das beigefügte Schema 1 gelenkt werden, das die Schritte, die von D-Glucose zu L-Idit führen, in ihrer Gesamtheit darstellt, wobei die ganz besonders beanspruchten mit fetteren Buchstaben und Linien dargestellt sind.
Die Erfindung wird mithilfe der folgenden weiteren Beschreibung, des veranschaulichenden, aber nicht beschränkenden Beispiels sowie der hier angefügten Schemata besser verstanden, wobei diese weitere Beschreibung, das Beispiel und die Schemata sich nur auf eine vorteilhaften Ausführungsform beziehen.
Im vorstehend genannten Schema 1 entsprechen die Schritte M1 und M2 der Hydrierung von D-Glucose in D-Sorbit beziehungsweise der anschließenden fermentatorischen Umwandlung von D-Sorbit in L-Sorbose. Diese Schritte werden nicht mehr eingehend beschrieben, weil sie bereits ausreichend in der Literatur beschrieben sind, so dass der Fachmann sie ohne Schwierigkeiten durchführen kann. Auf jeden Fall können sie unter den nachstehend für die Schritte M3 und M4 beschriebenen Bedingungen durchgeführt werden.
Der Schritt M3 entspricht der Hydrierung von L-Sorbose in ein Gemisch von D-Sorbit und L-Idit. Er kann unter den Bedingungen durchgeführt werden, die im Artikel von J. F. RUDDLESDEN beschrieben sind und die zu einem enantiomeren Überschuss an L-Idit führen (64%, siehe Tabelle 5). Er kann auch mithilfe eines Ruthenium- oder Raney-Nickel-Katalysator auf kontinuierliche oder diskontinuierliche Weise durchgeführt werden. Wenn man eine kontinuierliche Hydrierung durchführt, wird vorzugsweise in Anwesenheit etwa 5 bis 10% Raney-Nickel bei einer Sorbosekonzentration zwischen 300 und 450 g Zucker pro Kilogramm Lösung und bei einer Temperatur zwischen 80 und 130°C gearbeitet. Um das Auftreten von Produkten der Isomerisierung von Hexiten zu verhindern, wird der pH vorzugsweise bei einem Wert unter 8,0 gehalten. Der Wasserstoffdruck wird zwischen 20 und 80 bar gehalten, bis der Gehalt an reduzierenden Zuckern in dem hydrierten Gemisch kleiner als 1% und vorzugsweise kleiner als 0,1% wird.
Anschließend folgenden die herkömmlichen Unterschritte zur Reinigung jedes hydrierten Sirups, d. h. die Schritte Dekantierung und anschließendes Abfiltrieren des Katalysators, und sowie die Schritte der Reinigung von löslichen Verunreinigungen durch Entfärbung mit Beinschwarz oder auf granulierter Aktivkohle und Entmineralisierung an kationischen und anionischen Ionenaustauschharzen, die jeweils im Wasserstoff- bzw. im Hydroxylzyklus arbeiten.
Der Schritt M4 entspricht der Oxidation des Gemischs von D-Sorbit und L-Idit, das durch die bakteriellen Dehydrogenasen erzeugt wird. Während der entsprechenden Fermentation wird das Sorbit, dessen an der C5-Position gelegene sekundäre Alkoholfunktion dem Gesetz von BERTRAND gehorcht, zu einer Ketonfunktion oxidiert. Somit entsteht L-Sorbose aus D-Sorbit. Das L-Idit, bei dem keine der vier sekundären Alkoholfunktionen diese Bedingungen erfüllt, bleibt während der Fermentation unverändert.

Für die Fermentation dieses Gemischs kann man auf ein Kulturmedium mit folgender Zusammensetzung zurückgreifen:

Gemisch von D-Sorbit und L-Idit:	100 bis 200 g/l
Organischer Stickstoff (in Form	2 g/l (Hefeextrakt)
von Maiseinweichwasser oder Hefe
extrakt)
KH₂PO₄	1 bis 3 g/l
MgSO₄, 7 H₂O	1 bis 2 g/l

das in einen Fermenter eingebracht, sterilisiert und dann mithilfe von etwa 10% einer Vorkultur von 20 Stunden eines Mikroorganismus der Gattung Acetobacter oder Gluconobacter, zum Beispiel Gluconobacterium oxydans, angeimpft wird.

Die Fermentation wird bei einer Temperatur von 25 bis 35°C unter einer Belüftung von 1 bis 1,5 Volumina Luft pro Volumen Kultur und pro Minute, bei einem pH von 4,0 bis 6,0 und in der Regel für eine Dauer zwischen 24 und 48 Stunden durchgeführt, wobei am Ende dieses Zeitraums das gesamte D-Sorbit in L-Sorbose umgewandelt worden ist.
Diese Fermentationsbrühe kann dann in bekannter Weise ihrerseits durch Filtration oder Zentrifugation, Entfärbung mit Beinschwarz oder auf granulierter Aktivkohle und anschließende Entmineralisierung an kationischem und anionischem Harz, das im Wasserstoff- bzw. im Hydroxylzyklus arbeitet, gereinigt werden. Dieser gereinigte Sirup wird dann eingeengt, so dass er dem Chromatographieschritt M5 unterworfen werden kann.
Dieser chromatographische Fraktionierungsschritt M5 kann in jeder an sich bekannten Weise, diskontinuierlich oder kontinuierlich (SMB simulated moving bed, ISMB improved simulated moving bed, SSMB sequential simulated moving bed...) an Adsorptionsmitteln des Typs stark saurer kationischer Harze, die vorzugsweise mit Alkali- oder Erdalkalimetallionen beladen sind, oder auch des Typs kationischer Zeolithe, die ebenfalls mit denselben Ionen beladen sind, durchgeführt werden.
Beispiele für solche chromatographischen Trennverfahren werden beispielsweise in den Patenten US 2.985.589 , US 3.291.726 , US 3.268.605 der Firma U. O. P gegeben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schritt der chromatographischen Trennung unter Verwendung des Verfahrens und der Ausrüstung durchgeführt, die im Patent US 4.422.881 und seiner französischen Entsprechung FR 2.454.830 , dessen Eigentümerin die Anmelderin ist, beschrieben sind.
Ungeachtet des gewählten chromatographischen Trennverfahrens greift man als Adsorptionsmittel auf ein kationisches Material, vorzugsweise ein stark kationisches Harz, des sulfonierten Polystyroltyps zurück, wobei dieses Harz ganz besonders bevorzugt zudem in der Calciumionenform verwendet wird und mit Divinylbenzol in einem Grad von etwa 4 bis 10% vernetzt ist. Die Auswahl der Parameter des Chromatographieschrittes, darunter insbesondere:

– die Elutionsrate,
– die Rate der Beschickung mit Sirup des L-Sorbose/L-Idit-Gemischs,
– der Rate der Extraktion der an L-Idit angereicherten Fraktion X1,
– die Zusammensetzung der Desorptions-, Adsorptions- und Anreicherungszonen,

Diese Auswahl erfolgt derart, dass die Fraktion X1, die durch das Harz stark adsorbiert wird, den folgenden Gehalt an L-Idit aufweist, wobei die Prozentangaben als Gewicht bezogen auf die Trockenmassen ausgedrückt sind:

– von 80 bis 99,9%,
– vorzugsweise von 90 bis 99,5% und noch stärker bevorzugt von 95 bis 99,5%,

Um diese Ergebnisse zu erreichen, werden diese Parameter wie folgt ausgewählt, wenn der Chromatographieschritt unter Verwendung des Verfahrens und der Ausrüstung durchgeführt wird, die im Patent US 4.422.811 beschrieben sind und wenn das verwendete Adsorptionsmittel ein kationisches Harz mit kleiner Granulometrie ist, das mit 7% Divinylbenzol vernetzt ist, (PCR732 von der Firma PUROLITE) und in der Calciumform verwendet wird:

– Elutionsrate von 375 bis 450 l/Std./m³ Adsorptionsmittel,
– Beschickungsrate mit Sirup des L-Sorbose/L-Idit-Gemischs von 30 bis 45 l/Std./m³ Adsorptionsmittel,
– Extraktionsrate der an L-Idit angereicherten Fraktion von 100 bis 140 l/Std./m³ Adsorptionsmittel.

Der Chromatographieschritt führt außerdem zur gleichzeitigen Gewinnung einer Fraktion X2, die von dem Harz ausgeschlossen wird und stark an L-Sorbose angereichert ist.
Diese stark an L-Sorbose angereicherte Fraktion X2 wird erfindungsgemäß vorzugsweise im Hydrierungsschritt rezykliert, am besten im Gemisch mit den Fermentationsbrühen, die aus dem Schritt M2 stammen, so dass man von einer gemeinsamen Reinigung profitiert. Diese Rezyklierung ist durch den Buchstaben "R" auf der rechten Seite des Pfeiles symbolisiert, der als Symbol dafür steht.
Vorzugsweise besteht diese Fraktion X2 aus Folgendem, wobei die Prozentangaben als Gewicht bezogen auf die Trockenmassen ausgedrückt sind:

– aus 60 bis 99,5% L-Sorbose,
– vorzugsweise 80 bis 99% und noch stärker bevorzugt 90 bis 99% L-Sorbose,

Die Reinheit dieser Fraktion X1 kann derart sein, dass sie oft direkt auf dem Nahrungsmittelgebiet oder als Ausgangsmaterial bei der Herstellung abgeleiteter Produkte, wie Produkte der internen Dehydratisierung, also Iditan oder Isoidid, verwendet werden kann. Jedoch eignet sich diese Fraktion X1, die das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene hochreine L-Idit darstellt, besonders gut zur Kristallisation. Durch einfaches Einengen auf eine Trockenmasse von nahezu 80%, vorzugsweise gefolgt von Abkühlen in einem Rührbehälter, erhält man eine Menge hervorragender Kristalle, die man leicht durch Trocknen von ihren Mutterlaugen abtrennt. Zur Durchführung dieser Kristallisation ist es nicht erforderlich, auf organische Lösungsmittel zurückzugreifen. Diese Vorgehensweise gestattet es, den Gehalt an L-Idit noch über das hinaus zu steigern, was in dieser Fraktion X1 vorlag.
BEISPIEL:
Ein Gemisch, das 45% L-Sorbose und 55% L-Idit enthält, wurde einer chromatographischen Fraktionierung unterworfen. Tatsächlich enthält dieses Gemisch einige Spuren anderer Zucker und Polyole in einem Gehalt von fast 2%. Dieses Gemisch wurde durch Fermentation eines Gemischs von D-Sorbit und L-Idit, das durch Hydrierung einer 40%igen L-Sorbose-Lösung erhalten wurde, mithilfe von Gluconobacter oxydans ATCC 19357 erhalten. Diese Hydrierung, die mithilfe von RANEY-Nickel unter im wesentlichen neutralen pH-Bedingungen durchgeführt wurde, lieferte einen Sirup, der 0,2% restliche reduzierende Zucker sowie D-Sorbit und L-Idit in im wesentlichen äquivalenten Mengen enthielt. Nach der Fermentation wurde dieser Sirup durch Filtration und anschließende Entfärbung auf granulierter Kohle und schließlich mittels Entmineralisierung an Ionenaustauscherharzen gereinigt, bevor er auf eine Trockenmasse von 50% aufkonzentriert wurde.
Wie in der 2 des amerikanischen Patents US 4.422.881 dargestellt, dessen Inhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird, umfasst die chromatographische Anlage acht Kolonnen oder Stufen von jeweils 200 Litern, die mit Adsorptionsmittel des Typs starker kationischer Harze in der Calciumform und einer feinen und homogenen Granulometrie (0,2 bis 0,3 mm) des Typs PCR732 der Firma PUROLITE befüllt sind.
In dieser Anlage wird das Öffnen und Schließen von Elektroventilen, die den simulierten Gegenstrom (simulated moving bed) erzeugen, derart reguliert, dass eine Zone I der Desorption von L-Idit von zwei Stufen, eine Zone II der Adsorption-Anreicherung von drei Stufen und eine Zone III des Ausschlusses von L-Sorbose von drei Stufen hergestellt wird, wie in dem erfindungsgemäßen Schema 2 dargestellt, das eine vereinfachte Darstellung der 2 des amerikanischen Patents US 4.422.881 ist und auf welchem nur folgendes dargestellt ist:

– die Kolonnen C1 bis C8,
– die Schließvorrichtung, welche die Richtung des Chromatographiestromes gewährleistet, in diesen Fall das Elektroventil, das sich zwischen den Kolonnen 6 und 7 befindet,
– die Leitung für die Beschickung mit dem Sirup von L-Idit und L-Sorbose, die getrennt werden sollen,
– die Leitung für die Beschickung mit Elutionswasser, das die Trennung gewährleistet,
– die Leitung für die Extraktion der an L-Idit angereicherten Fraktion X1 an der Kolonne 8,
– die Leitung für die Extraktion der an L-Sorbose angereicherten Fraktion X2 an der Kolonne 6.

Bei der verwendeten Bauweise erhält die Schließvorrichtung eine vollständige Dichtigkeit aufrecht zwischen einerseits der Zone III, die eine Ausschlusszone ist, an deren Ende die L-Sorbose gewonnen wird, und andererseits der Zone I zur Desorption von L-Idit, an deren Kopf das Desorptionswasser eingeleitet wird.
Eine Zeitschaltuhr gewährleistet für eine bestimmte Dauer und für die nachstehend angegebenen Durchflussraten eine ausreichende Beschickung mit Desorptionswasser zu der ersten Stufe oder ersten Kolonne der Zone I (Kolonne 7 in dem vorliegenden Schema 2), um die Desorption des gesamten L-Idit zu bewirken, sowie eine Beschickung (Kolonne 4) mit einem Volumen des Gemischs von L-Idit und L-Sorbose, die getrennt werden sollen, das mit dem Volumen des in der Kolonne enthaltenen Adsorptionsmittels und mit dessen Adsorptionskapazität kompatibel ist, so dass ein Grad der Extraktion von L-Sorbose erhalten wird, der mindestens gleich 80% der L-Sorbose beträgt, die in dem zu trennenden Gemisch vorliegt, und dies in einem Gehalt von mindestens 60% Sorbose.
Sind diese Bedingungen erfüllt, gewährleistet die Zeitschaltuhr die Verschiebung einer Stufe des Öffnens und Schließens aller Elektroventile nach rechts in der 2. Somit müssen acht Verschiebungen oder Zyklen gewährleistet werden, um den in dieser 2 dargestellten Zustand zu erreichen.
Die oben genannten Extraktionsgrade und Reinheiten werden konstant gehalten, indem die Rate der nicht dargestellten Extraktionspumpe an absorbiertem L-Idit eingestellt wird (Kolonne 8). Der Ausstrom der ausgeschlossenen L-Sorbose-Fraktion (Kolonne 6) erfolgt unter Atmosphärendruck und seine Rate ergibt sich aus dem Unterschied zwischen den Beschickungsraten und der Extraktionsrate. Es ist vernünftig, bei jedem Beginn eines Zyklus den Teil dieser Fraktion zu entfernen, der nur aus Wasser besteht.
Das Gemisch von L-Idit und L-Sorbose, das in die Anlage am Kopf der Ausschlusszone III eingebracht wird, weist, wie weiter oben dargelegt, einen Gehalt bezogen auf die Trockenmassen von nahezu 50% auf. Die Temperatur im Inneren der Trennkolonnen wird bei etwa 70°C gehalten. Man lässt die Anlage unter folgenden Bedingungen arbeiten:

– die Zeitschaltuhr wird auf eine Zyklusdauer von 20 min eingestellt,
– das Gemisch von L-Idit und L-Sorbose, die getrennt werden sollen, wird mit einer Rate von 60 Litern/Stunde zur Anlage geleitet,
– das Wasser, das die Elution gewährleistet, wird mit einer Rate von 660 Litern/Stunde zur Anlage geleitet,
– die L-Idit-Fraktion wird mit einer Rate von 198 Litern/Stunde extrahiert,
– die L-Sorbose-Fraktion, welche die Differenz darstellt zwischen den Raten der Flüssigkeiten, die in die Anlage eintreten, und denjenigen, die sie verlassen, wird somit automatisch mit einer Rate von 522 Litern/Stunde extrahiert. Man hebt sie jedoch nur für die letzten 10 Minuten jedes Zyklus auf, weil der vorhergehende Zeitraum einer Fraktion entspricht, die nur praktisch reines Wasser enthält, das für die Elution zurückgewonnen wird.

Die nachstehenden Tabellen 1 und 2 fassen die Bedingungen zusammen, welche die Funktionsweise der Chromatographievorrichtung kennzeichnen. TABELLE 1

Chromatographiebeschickungen	Sirup von L-Idit und L-Sorbose	Wasser	Gesamt
Rate l/Std.	60	660	720
Dichte kg/l	1,192	1,000	-
Trockenmassen	50%	0	35,8
Durchflussrate bezogen auf Masse (kg/Std.)	71,5	660	731,5
Gehalt an L-Idit (% bezogen auf Trockenmasse)	55	0	-
Durchflussrate bezogen auf Masse von L-Idit (kg/Std.)	19,7	0	19,7
Durchflussrate bezogen auf Masse von L-Sorbose (kg/Std.)	16,1	0	16,1

Die aus der Anlage extrahierten Ausströme sind in Tabelle 2 charakterisiert. TABELLE 2

Chromatographieausströme	an L-Idit angereicherte Fraktion (X1)	an L-Sorbose angereicherte Fraktion (X2)	überschüssiges Wasser	Gesamt
Rate (l/Std.)	198	261	261	720
Dichte	1,009	1,005	1,0	-
Trockenmassen (%)	9,9	6,2	< 0,1	35,8
Durchflussrate bezogen auf Masse (kg/Std.)	199,8	262,3		462,1
Gehalt an L-Idit (%)	99,4	< 0,1		-
Durchflussrate bezogen auf Masse von L-Idit (kg/Std.)	19,7	< 0,1		19,7
Gehalt an L-Sorbose (%)	< 0,1	98,8		-
Durchflussrate bezogen auf Masse von L-Sorbose (kg/Std.)	< 0,1	16,1		16,1

Dieses Ergebnis entspricht einem Grad der Extraktion von L-Idit von praktisch 100%.
Die mit L-Sorbose angereicherte Fraktion X2 wurde mithilfe des RANEY-Nickel-Katalysators unter einem Wasserstoffdruck von 45 bar und bei einer Temperatur von 120°C hydriert. Sie lieferte einen Sirup mit einem Gehalt von 54% L-Idit und 46% D-Sorbit.
Sie hätte auch unter den gleichen Bedingungen in Anwesenheit von neu eingesetzter L-Sorbose hydriert werden können.
Ein Teil der Fraktion X1 mit einem Gehalt, wie vorstehend angegeben, von 99,4% L-Idit, wurde unter Vakuum auf eine Trockenmasse von 80% eingeengt und dann in 24 Stunden unter langsamem Rühren auf eine Temperatur von 25°C abgekühlt. Die kristallisierte Masse wurde getrocknet und mit wenig absolutem Ethanol gewaschen. Es wurde kristallisiertes L-Idit mit einer Ausbeute von 55% in einem einzelnen Ansatz erhalten. Nach Trocknen auf einer Wirbelschicht wurden Kristalle erhalten, die weniger als 1% Feuchtigkeit und ein wenig Ethanol in Form von Spuren enthielten. Die Reinheit dieses L-Idits betrug mehr als 99,9%.
Ein anderer Teil dieser Fraktion X1 wurde auf eine Trockenmasse von 70% eingeengt und 700 g dieses Sirups wurden in einen Laborverdampfungsballon der Marke ROTAVAPOR überführt. Es wurden 0,1%, bezogen auf die Trockenmassen, an 98%iger Schwefelsäure hinzugefügt und der Ballon wurde in einem bei 150°C erhitzten Ölbad unter Vakuum gehalten.
Der Ablauf der Umsetzung wurde mittels Probennahmen verfolgt, die alle 30 Minuten während zweieinhalb Stunden durchgeführt wurden. Der Gehalt des Reaktionsmediums an Idit, Iditanen und Isoidid wurde mittels HPLC analysiert. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 3 aufgeführt. TABELLE 3

Zeit (Std.) % Idit % Iditane % Isoidid % andere

0 100 0 0 0

0,5 97,7 2,3 0 0

1,0 61,1 28,3 10,6 0

1,5 22,5 32,3 45,2 0

2,0 0,9 5,3 92,9 0,9

2,5 0 0 98,8 1,2
Am Ende der Umsetzung wurde das Medium mit seinem Gewicht an Wasser verdünnt und die Lösung wurde für 1 Stunde bei 70°C mit 2% Kohle behandelt. Anschließend wurde die Entmineralisierung des Isoidid-Sirups auf einem gemischten Bett aus Ionenaustauscherharzen durchgeführt. Anschließend ließ man das Isoidid kristallisieren, indem der Sirup auf eine Trockenmasse von 66,5% (refraktometrische Bestimmung) eingeengt und dann unter langsamem Rühren mit 2°C/Std. abgekühlt wurde. Die erhaltenen Kristalle wurden anschließend getrocknet und mit Aceton gewaschen.
Es wurde ein Produkt erhalten, das 10,9% Feuchtigkeit und 0,4% Iditane aufwies. Es wurde weder Isosorbid noch Isomannid nachgewiesen.

Claims

Verfahren zur Herstellung und Reinigung von L-Idit, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sirup eines Gemisches von L-Idit und L-Sorbose einer chromatographischen Behandlung unterworfen wird, die zur Gewinnung von mindestens zwei Fraktionen führt, von denen eine stark an L-Idit angereichert ist (Fraktion X1) und die andere stark an L-Sorbose angereichert ist (Fraktion X2).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an L-Idit angereicherte Fraktion X1 einen Gehalt an L-Idit von 80 bis 99,9% aufweist, wobei diese Prozentangaben bezogen auf das Gewicht der Trockensubstanzen ausgedrückt sind, und die Ergänzung zu 100% im Wesentlichen aus L-Sorbose besteht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an L-Idit angereicherte Fraktion X1 einen Gehalt an L-Idit von 90 bis 99,5% aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die an L-Idit angereicherte Fraktion X1 einen Gehalt an L-Idit von 95 bis 99,5% aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus L-Idit und L-Sorbose durch Fermentation einer Lösung von D-Sorbit und L-Idit mithilfe eines Dehydrogenasen produzierenden Mikroorganismus der Gattung Acetobacter oder Gluconobacter erhalten wird, der zur Umwandlung von D-Sorbit in L-Sorbose geeignet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung von D-Sorbit und L-Idit durch katalytische Hydrierung von L-Sorbose erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die stark an L-Sorbose angereicherte Fraktion (Fraktion X2) gesammelt wird, um sie mit L-Sorbose zu mischen, die zur katalytischen Hydrierung bestimmt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die chromatographische Behandlung kontinuierlich durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die chromatographische Behandlung mithilfe kationischer Harze durchgeführt wird, die stark mit Alkali- oder Erdalkaliionen geladen sind.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Erdalkaliionen um Calcium handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktion X1 zur Gewinnung von L-Idit-Kristallen durch Aufkonzentrierung verwendet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktion X1, ohne L-Idit darin zu kristallisieren, zur Herstellung von Isoidid verwendet wird.