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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft einen neuen Mischkristall, umfassend die Süßstoffe
Aspartam (APM) und N-[N-(3,3-Dimethylbutyl)-L-α-aspartyl-L-phenylalanin-methylester,
fortan N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM oder kurz APM-Derivat bezeichnet,
sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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HINTERGRUND DES FACHGEBIETS
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Nachdem
in den letzten Jahren die Ernährung
einen sehr hohen Stand erreicht hat, sind nun Übergewicht durch übermäßige Aufnahme
von Zucker und die damit einhergehenden Erkrankungen ein Problem.
Es besteht deshalb Bedarf für
ein kalorienarmes Süßungsmittel
als Ersatz für
Zucker. Aspartam (APM) ist in bezug auf Sicherheit und Süßeeigenschaften
hervorragend, und es wird weithin als Süßungsmittel verwendet. Jedoch
ist seine Stabilität
etwas problematisch.
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Das
französische Patent 2697844 untersucht
daher Derivate, in denen an der Aminogruppe der Asparaginsäure, die
in Aspartam enthalten ist, ein Alkylrest eingeführt ist. Hierdurch sollen Stabilität und Süßkraft leicht
besser bzw. besser sein. Unter den Derivaten ist die Süßkraft von
N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM deutlich höher. N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM
lässt sich
herstellen durch reduktive Alkylierung von APM in Gegenwart von 3,3-Dimethylbutylaldehyd
mit Natriumcyanoborhydrid in Methanol (siehe
FR 2697844 , Beschreibung), oder durch
reduktive Alkylierung von APM in Gegenwart von 3,3-Dimethylbutylaldehyd
mit Platin-Kohlenstoff als Katalysator in einem Lösungsmittelgemisch
aus Wasser und Methanol bei einem pH im Bereich von 4,5 bis 5 (siehe
WO 95/30689 , Beschreibung).
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Hinsichtlich
der Süßkraft ist
N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM ein Süßstoff von
hohem Süßgrad und
APM ein Süßstoff auf
Aminosäurebasis,
wobei die Süßkraft bezogen
auf das Gewicht 10 000 mal (siehe japanische Offenlegungsschrift
JP-A-8-503206 )
beziehungsweise 200 mal der von Saccharose ust (siehe japanisches
Patent
JP-B-47-31031 ).
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Die
Beschaffenheit der Süße von N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM
wird nicht im Detail beschrieben. Wir fanden, dass diese Verbindung
einen sehr schwachen Anfangsgeschmack hat (im Mund schmeckt der
Süßstoff so
früh wie
Saccharose süß), dass
aber der Nachgeschmack sehr stark ist (der Süßstoff schmeckt also länger als
Saccharose süß). Sie
besitzt eine hohe Adstringenz (einen zusammenziehenden Geschmack)
und die Süße ist Vergleich
zu Saccharose schlecht ausgewogen. Bei APM hingegen ist die Süße im Anfangsgeschmack
schwach und der Nachgeschmack stark, wenngleich nicht ganz so schlecht
wie bei N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM. Somit hat keine der beiden Verbindungen
die Süßungseigenschaften
(der Anfangsgeschmack ist nämlich
jeweils schwach und der Nachgeschmack stark), welche eine gute Süße verlangt,
wenn man Saccharose als Maß für eine natürlich gute
Süße nimmt.
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Es
gibt verschiedene Vorschläge,
wie man deren Süßungseigenschaften
hauptsächlich
hinsichtlich des Nachgeschmacks verbessern kann (siehe zum Beispiel
die japanischen Offenlegungsschriften
JP-A-56-148255 ,
JP-A-58-141760 ,
JP-A-58-220668 ).
Sie umfassen Verfahren zur Anpassung an die natürlichen Süßungseigenschaften von Saccharose,
auch in dem man sie zum Beispiel mit Saccharose vereinigt (siehe
japanische Offenlegungsschrift
JP-A-57-152862 ). Andererseits kann man auch
den Anfangsgeschmack verstärken,
den Nachgeschmack schwächen
und die Adstrigenz verringern, indem man die Süßungseigenschaften ausgleicht
und zwar, indem man N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM,
ein Süßstoff mit
hohem Süßegrad,
und APM, ein Süßstoff auf
Aminosäurebasis,
homogen und geeignet gemäß der Erfindung
zusammenbringt. Zum Beispiel kann man N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM,
dessen Anfangsgeschmack schwach ist, und APM so geeignet und homogen
zusammenbringen, dass der Anfangsgeschmack besser wird. Man erhält dadurch
einen Süßstoff mit
hohem Süßegrad,
dessen Süßungseigenschaften
insgesamt gut ausgewogen sind, näher
denen von Saccharose, und zwar besser als bei N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM
oder APM alleine.
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Die
Süßkraft von
N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM ist bezogen auf das Gewicht 10 000 mal
höher als
die von Saccharose (siehe japanische Offenlegungsschrift
JP-A-8-503206 ) und in der Praxis problematisch
einzustellen.
WO 98/32767 bildet
einen Stand der Technik gemäß Art. 54(3)
EPC und enthält
ein Verfahren zur Herstellung eines N-alkylierten Aspartamderivats. Eine geeignete
Kombination von N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM und APM in Süßungsmitteln
könnte
nicht nur hinsichtlich der Süße, sondern
auch hinsichtlich der Anwendungen Verbesserungen erwarten lassen.
Eine Verbesserung der Süßungseigenschaften
durch eine geeignete Kombination ist aber ein Problem, das noch
durch eine Erfindung zu lösen
wäre.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, bei Beachtung der Süßeeigenschaften,
welche APM und N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM wie vorstehend beschrieben
besitzen, eine geeignete Kombination von APM und N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM
bereitzustellen, welche die Süßungseigenschaften
verbessert und das vorstehend genannte Problem löst.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Für eine Lösung dieses
Problems und zur Erreichung der gestellten Aufgabe, haben die Erfinder
die Sache ernsthaft untersucht und gefunden, dass man einen neuen
Mischkristall aus N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM und Aspartam (APM) erhalten
kann, indem man eine Lösung,
die N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM und APM in einem Verhältnis gemäß Anspruch
4 enthält,
einer Kristallisationsprozess unterwirft und dass zudem der so erhaltene
Mischkristall die vorstehend erwähnte
Aufgabe erfüllt.
Der neue Mischkristall ist homogen und besitzt erheblich bessere
Süßungseigenschaften
als ein einfaches Gemich mit Kristallen (zwei Arten von Kristallen) der
beiden (2) Verbindungen, in der die Kristalle jeweils getrennt für sich erhalten
wurden.
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Das
Pulver-Röntgenbeugungsmuster
(Cu K☐-ray; und so weiter) des Kristalls gleicht dem von
reinem APM (der feuchte Kristall ist z.B. ein Kristall des Typs
IA, und der trockene Kristall einer des Typs IB, wie der japanischen
Patentschrift
JP-B-6-31312 zu
entnehmen). In der HPLC-Analyse wird aber N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM
gefunden. Werden also N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM-Kristalle und APM-Kristalle
einfach gemischt, findet man Maxima für die beiden jeweiligen Kristalle
der zwei Verbindungen im Pulver-Röntgenbeugungsbild. Die Tatsache,
dass man N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM in der HPLC-Analyse findet, wenngleich
das Pulver-Röntgenbeugungsmuster
aber dasselbe ist wie von reinem APM, zeigt, dass der erhaltene
Kristall wie erwähnt
ein neuer Mischkristall ist, der (3,3-Dimethylbutyl)-APM und APM
enthält.
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Weiterhin
wurde gefunden, dass der neue Mischkristall mit APM und (3,3-Dimethylbutyl)-APM
einfach erhalten werden kann, indem man eine Lösung von APM und N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM
in einem wie in Anpruch 4 definierten Verhältnis einer Kristallisation
unterzieht und die ausgefallenen Kristalle abtrennt.
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Die
Erfindung beruht auf diesen Entdeckungen und deren Umsetzung.
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Die
Erfindung betrifft somit einen neuen Mischkristall, der mindestens
N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM
und APM enthält,
und ein Verfahren zur Herstellung der neuen Mischkristalle, die
mindestens N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM und APM enthalten, umfassend
das Unterwerfen einer Lösung
einem Kristallisationsprozess, welche zwei unterschiedliche Verbindungen
enthält,.
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Weiterhin
umfasst die Erfindung:
- 1. Den vorgenannten
Mischkristall, der APM und APM-Derivat in einem Gewichtsverhältnis von
APM zu APM-Derivat von 100 zu 0,1-10 enthält, und vorzugsweise 100 zu
0,3-3, als Süßungsmittel.
Kristalle,
die den Mischkristall enthalten, oder Kristalle mit dem Mischkristall
in diesen Bereichen können einfach
hergestellt werden, indem man bei ihrer Herstellung die Kristallisationsbedingung
passend wählt, wie
nachstehend beschrieben.
- 2. Das vorgenannte Verfahren zur Herstellung des Mischkristalls,
wobei das zur Kristallisation verwendete Lösungsmittel Wasser oder ein
reiner Alkohol ist, ausgewählt
aus Wasser und Alkoholen, oder ein Lösungsmittelgemisch, das mehr
als ein Lösungsmittel
wahlfrei gemischt enthält
und ausgewählt
aus der Gruppe, umfassend eine Vielzahl Alkohole und Wasser.
- 3. Das vorgenannte Verfahren, wobei die Alkohole Ethylalkohol
und Methylalkohol sind.
- 4. Das vorgenannte Verfahren, wobei in der Kristallisationslösung als
Erstkonzentration das Verhältnis
von APM zu N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM 4 oder größer ist (nicht kleiner als
4), vorzugsweise 10 oder größer ist (nicht
kleiner 10), jeweils bezogen auf das Gewicht.
- 5. Das vorstehende Verfahren, wobei der Kristallisationsvorgang
die Schritte umfasst: Einstellen (Setzen) einer APM-Erstkonzentration
in der Kristallisationslösung,
so dass APM in einer Menge von 10 Gramm oder mehr (nicht weniger
als 10 Gramm), vorzugsweise in etwa 20 bis 100 Gramm pro 1 Liter
Lösungsmittel
Lösung
zugegen ist und nach Abkühlen
der APM-haltigen Lösung
ausfallen sollte, und Kühlen
der Lösung durch
Wärmeübertragung
mittels Wärmleitung,
ohne dass irgendeine erzwungene Strömung oder ein mechanisches
Rühren
erfolgt, so dass in der gesamten Lösung eine pseudo-feste Phase
entsteht, die wie Eiskonfekt oder ein Sorbet aussieht, und man eine
pseudo-feste Phase gewinnt.
- 6. Ein Süßungsmittel,
umfassend den vorstehenden Mischkristall oder den vorstehenden Mischkristall
mit einem für
Süßungsmittel
geeigneten Träger,
falls erforderlich, sowie ein Verfahren zum Süßen, umfassend die Schritte:
Verwenden des Mischkristalls für
ein zu süßendes Material
wie Lebensmittel, Mundreinigungsmittel (Zahnspülung, Mundwaschung), orale
pharmazeutische Produkte für
Mensch und Tier.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Der
neue Mischkristall gemäß der Erfindung
kann, wie vorstehend erklärt,
ausgezeichnet als Süßungsmittel
verwendet werden, und es können
erfindungsgemäß zur Herstellung
des Kristalls bekannte Kristallisationsverfahren (Schritte) eingesetzt
und verwendet werden.
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Das
heißt:
bei der Herstellung des Mischkristalls mit N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM und AMP wird
ein Material, das zwei Arten von Verbindungen in Form einer Lösung enthält, einer
Kristallisation unterworfen und die ausfallenden Mischkristalle,
welche N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM
und AMP enthalten, abgetrennt und damit gewonnen.
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Das
zur Kristallisation verwendeten Lösungsmittel wird so gewählt, dass
man die Löslichkeit
der beiden Verbindungen untersucht oder betrachtet und dann danach
eines wählt.
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Das
Lösungsmittel
kann beispielsweise ausgewählt
werden aus Wasser, Ethylacetat, Methylacetat, Essigsäure, Toluol,
Hexan, Tetrahydrofuran, Acetonitril, Dimethoxyethan, Ethylether,
Isopropylalkohol, Ethylalkohol, Methylalkohol, Dichlor methan, Chloroform
und 1,2-Dichlorethan und Lösungsmittelgemischen,
die zwei oder mehr der vorstehend gelisteten Lösungsmittel enthalten.
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Damit
keine Fragen oder ernsten Probleme bei der Produktqualität auftreten,
wenn etwas Lösungsmittel
im Endprodukt verbleiben sollte, wird vorzugsweise Wasser verwendet
oder ein Lösungsmittelgemisch
aus Wasser und einem Lösungsmittel
auf Alkoholbasis wie beispielsweise Ethylalkohol, Methylalkohol.
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Als
Ausgangsmaterial für
die Kristallisation, das heißt,
als Lösung
von N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM
und APM, kann jede Lösung
dienen, die mindestens die zwei Arten von Verbindungen enthält. Und
somit kann eine Aufschlämmung
oder eine Lösung
davon, die im Verlauf der Herstellung der jeweiligen Verbindungen
erhalten wird, damit gemischt und als Ausgangsmaterial verwendet
werden. Es kann auch ein N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM- und APM-haltige
Aufschlämmung
oder Lösung,
die bei der Herstelllung von N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM anfällt, verwendet
werden.
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Die
so erhaltene Lösung
kann üblichen
oder herkömmlichen
Kristallisationsschritten unterzogen werden, wie einer Kristallisation
durch Kühlen,
Hochkonzentrieren, Neutralisieren, wobei dann ein Mischkristall von
APM und N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM
erhalten wird. Ist viel APM enthalten, können kleine oder aufgereinigte
Kristalle beim Rühren
der Lösung
entstehen. Die Lösung
wird daher bevorzugt durch Stehenlassen (statische Kristallisation)
kristallisiert oder, falls nötig,
nach der Kristallisation durch Stehenlassen einer Kristallisation
unter Rühren,
um so die Bildung von Kleinkristallen zu unterbinden. Bei der Kristallisation
der Lösung durch
Stehenlassen (statische Kristallisation) erfolgt das Einstellen
(Setzen) oder das Steuern der Anfangskonzentration der Kristallisationslösung so,
dass das APM darin in einer Menge von 10 Gramm oder mehr, vorzugsweise
20 bis 100 Gramm, pro 1 Liter Lösungsmittel
zugegen ist, und dann durch Kühlen
der Lösung
ausgefällt
wird. Das Kühlen
der Lösung
erfolgt durch Wärmeleitung,
ohne dass irgendeine erzwungene Strömung oder irgendein physikalisches
Bewegen wie mechanisches Rühren
erfolgt. Man erhält
dann in der ganzen Lösung
eine vom Aussehen her pseudo-feste Phase, ähnlich einem Eiskonfekt oder
einer Eisspeise (Sorbet), wie hier und zum Beispiel in der japanischen
Patentschrift
JP-B-03-025438 beschrieben.
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Bei
der Anfangskonzentrationen von APM und N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM
in der zu kristallisierenden Lösung
gilt, wenn das Verhältnis
von APM zu N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM bezogen auf das Gewicht nicht
größer als
4 ist, dass keine vollständigen
Mischkristalle entstehen. Das einzusetzende Verhältnis von APM zu N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM
ist nicht kleiner als 4, vorzugsweise nicht kleiner als 10, bezogen
auf das Gewicht.
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Ein
Pluspunkt (Vorteil) des Mischkristalls ist natürlich die Tatsache, dass, gegenüber einem
Gemisch, das durch Mischen von Kristallen aus N-(3,3-Dimethylbutyl)- APM und Kristallen
aus APM erhalten wird – letztere
jeweils getrennt voneinander hergestellt, man eine homogene Mischform
erhält.
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Gegenüber dem
Sorbet oder der Aufschlämmung,
die bei der Kristallisation erhalten werden, kann man das Endprodukt
dann erhalten, indem man das feste Material aus der Flüssigkeit
abtrennt, es trocknet und, falls erforderlich, es zudem noch granuliert.
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Das
Abtrennen des festen Materials von einer Flüssigkeit kann erfolgen bespielsweise
durch Filtrieren und Zentrifugieren. Das Trocknen kann beispielsweise
erfolgen in einem Vakuumtrockner, einem Wirbelschichttrockner, einem
Sprühtrockner
und einem Mikrotrockner. Das Granuluieren kann zum Beispiel erfolgen durch
Trockengranulation und Nassgranulation. Die möglichen Verfahren sind jedoch
nicht auf die Beispiele beschränkt.
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Es
bereitet keine Schwierigkeiten, den erfindungsgemäßen Mischkristall
als Süßungsmittel
zu verwenden oder ein solches herzustellen. Zum Beispiel kann dies
ohne weiteres mit den bekannten Herstellungsverfahren für Süßstoffe
erfolgen und man kann diese auch im vorliegenden Fall verwenden.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nun im Detail mit Bezug auf nachstehende
Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben.
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BEISPIEL 1
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APM
(15,6 g, 0,051 mol) mit einem Wassergehalt von 3,9 Gewichtsprozent
und N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM (0,06 g, 0,15 mmol) mit einem Wassergehalt
von 5,5 Gewichtsprozent wurden zu Wasser (300 ml) gegeben und 1
Stunde auf 70°C
erhitzt und gelöst.
Somit betrugen die Konzentrationen an so gelöstem APM und N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM
in der Lösung
5,2 g beziehungsweise 0,02 g auf 100 ml Lösung und das Verhältnis von
APM zu N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM in der Anfangskonzentration war
260. Die so erhaltene Lösung wurde
bei 5°C
3 Stunden kristallisiert, wobei ein sorbet-ähnliches Material entstand.
Das sorbet-ähnliche
Material wurde über
Nacht durch Rühren
in eine Aufschlämmung
gebracht und die Übersättigung
beendet. Die so erhaltene Aufschlämmung wurde durch ein 1 μm-Filterpapier
filtriert und die nassen Kristalle von der Mutterlauge abgetrennt.
Die nassen Kristalle wurden unter vermindertem Druck bei 50°C über Nacht
getrocknet. Es wurde 13,2 g trockene Kristalle mit einem Wassergehalt
von 3,4 Gewichtsprozent erhalten (APM: 97,4 Gewichtsprozent; N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM:
0,2 Gewichtsprozent, bestimmt durch HLPC). Das zugehörige Pulver-Röntgenbeugungsmuster
(Cu Kα-ray)
zeigte einen Kristall des Typs IB.
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BEISPIELE 2 bis 11
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Es
wurden wässrige
Lösungen
mit APM und N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM (siehe Tabelle 1) hergestellt und
einer Kristallisation unterzogen. Die Zusammensetzungen der Kristallisationslösungen und
die Zusammensetzungen der so erhaltenen, trockenen Kristalle sind
Tabelle 1 zu entnehmen. Alles so erhaltenen trockenen Kristalle
waren Mischkristalle. TABELLE 1 Zusammensetzungen der Kristallisationslösungen und
der daraus erhaltenen trockenen Kristalle
Bei spiel Nr. | Konzentration
der Kristallisationslösung
[g/dl] | Verhältnis
von APM zu N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM in Anfangskonzentration | Zusammensetzung
getrockneter Kristalle [Gewichts-%] |
| APM | N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM | APM | N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM | Wasser |
2 | 4,87 | 0,05 | 97 | 93,1 | 0,6 | 2,9 |
3 | 4,74 | 0,09 | 53 | 92,8 | 1,0 | 3,6 |
4 | 5,05 | 0,50 | 10 | 87,7 | 4,7 | 3,8 |
5 | 4,99 | 0,98 | 5 | 90,4 | 7,3 | 3,0 |
6 | 5,08 | 1,31 | 4 | 87,5 | 9,5 | 3,4 |
7 | 4,17 | 0,05 | 83 | 95,4 | 0,7 | 3,1 |
8 | 4,15 | 0,10 | 42 | 93,8 | 1,4 | 3,0 |
9 | 3,63 | 0,04 | 91 | 97,3 | 0,8 | 2,9 |
10 | 3,54 | 0,10 | 35 | 93,3 | 1,6 | 2,9 |
11 | 2,07 | 0,05 | 41 | 94,7 | 1,1 | 3,5 |
12 | 2,06 | 0,10 | 21 | 92,3 | 2,0 | 3,8 |
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[VERGLEICHSBEISPIEL 1]
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APM
(5,31 g, 0,017 mol) mit einem Wassergehalt von 3,9 Gewichtsprozent
und N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM (1,76 g, 4 mmol) mit einem Wassergehalt
von 5,5 Gewichtsprozent wurden zu Wasser (100 ml) gegeben und 1
Stunde auf 70°C
erhitzt und gelöst.
Somit betrugen die Konzentrationen an gelöstem APM und N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM in der Lösung 5,1
g beziehungsweise 1,7 g pro 100 ml Lösung, und das Verhältnis von
APM zu N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM in der Anfangskonzentration war
3. Die so erhaltene Lösung
wurde über
Nacht bei 5°C
einer Kristallisation unterzogen und hierzu stehengelassen, um so
die Übersättigung
aufzulösen.
Die erhaltenen Kristalle wurden durch ein ein 1 μm-Filterpapier filtriert und
die feuchten Kristalle von der Mutterlauge abgetrennt wurden. Die
feuchten Kristalle wurden unter vermindertem Druck bei 50°C über Nacht
getrocknet. Es wurden 13,2 g trockene Kristalle mit einem Wassergehalt
von 6,75 Gewichtsprozent erhalten (APM: 80,0 Gewichtsprozent; N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM:
9,0 Gewichtsprozent, bestimmt mit HPLC). Das Pulver-Röntgenbeugungsmuster
(Cu Kα-ray) zeigte einen
Kristall des Typs IB.
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WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Der
erfindungsgemäße neue
Mischkristall mit N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM und APM kann als Süßungsmittel
verwendet werden und besitzt erheblich bessere Süßeeigenschaften. Es wird damit
ein homogenes und qualitativ hochwertiges Süßungsmittel bereitgestellt,
welches verschieden ist von einem Gemisch getrennt hergestellter
Kristalle aus N-(3,3-Dimethylbutyl)-APM beziehungsweise Kristalle
aus APM, die dann miteinander gemischt werden.
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Der
erfindungsgemäße neue
Mischkristall kann einfach industriell herge stellt werden, indem
eine Lösung,
welche die beiden unterschiedlichen Verbindungen enthält, einem
herkömmlichen
Kristallisationsprozess unterworfen wird. Die hierbei ausfallenden
Mischkristalle werden dann abgetrennt.