ES2841357T3 - Método para la preparación de cristal de d-psicosa - Google Patents
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Abstract
Un método para producir cristales de D-psicosa de alta pureza que tienen una pureza del 98 % (p/p) o más y un tamaño de grano de MA200 (tamaño de grano promedio medio de 200 μm) o más, que comprende: eliminar las impurezas de una solución de D-psicosa para obtener una solución de D-psicosa purificada; concentrar la solución de D-psicosa purificada hasta una concentración sobresaturada; enfriar la solución concentrada de D-psicosa hasta 30 °C a 40 °C mediante un intercambiador de calor; cristalizar por semilla la solución de D-psicosa al añadir un cristal semilla de D-psicosa y aumentar el tamaño del cristal a 30 °C a 40 °C para obtener una masa cocida cristalizada por semillas que contiene una D-psicosa que tiene un tamaño de cristal de MA100 a 150; y cristalizar a gran escala la masa cocida cristalizada por semillas a 30 °C a 40 °C para producir los cristales de D-psicosa que tienen una pureza del 98 % (p/p) o más y un tamaño de grano de MA 200 o más.
Description
d e s c r ip c ió n
Método para la preparación de cristal de D-psicosa
Antecedentes de la invención
Campo técnico
La presente invención se refiere a un método para producir cristales de D-psicosa de alta pureza a partir de una solución de D-psicosa mediante el uso de la sobresaturación.
Descripción de la técnica relacionada
Se ha informado que la D-psicosa es un edulcorante que apenas se metaboliza en el cuerpo a diferencia de la fructosa o la sacarosa, no tiene sustancialmente calorías y tiene poco efecto sobre el aumento de peso corporal porque inhibe la formación de grasas corporales (Matuo, T. y otros, Asia Pac. J. Clin. Untr., 10, 233-237, 2001; Matsuo, T. y K. Izumori, Asia Pac. J. Clin. Nutr., 13, S127, 2004).
Recientemente, los presentes inventores han informado un método para producir económicamente D-psicosa mediante la isomerización de D-glucosa a D-fructosa, seguido de hacer reaccionar la D-fructosa resultante con células inmovilizadas capaces de producir D-psicosa epimerasa (solicitud de patente de Corea núm. 10-2009 0118465). Dado que las soluciones de reacción que contienen D-psicosa producidas por la reacción enzimática son productos de baja pureza que contienen D-psicosa con un contenido de sólidos de aproximadamente 20 % (p/p) a aproximadamente 3o % (p/p), es necesario purificar la D-psicosa mediante cromatografía para producir partículas de cristal de D-psicosa que tengan una alta pureza del 98 % (p/p) o más. Hasta ahora, no existe ningún caso que muestre D-psicosa cristalizada disponible industrialmente que tenga una alta pureza del 98 % (p/p) o más.
Para producir D-psicosa en forma de cristal, se ha informado un método en el que se usa una gran cantidad de etanol después de eliminar la D-fructosa sin reaccionar en la solución de reacción de D-psicosa a través de fermentación con levadura (Kei T, y otros, J. B íoscí. Bioeng., 90(4), 453-455, 2000). Sin embargo, dicha exclusión total de la D-fructosa sin reaccionar del flujo del proceso por fermentación con levadura no puede lograr ningún efecto de reducción de costos mediante la reutilización de la D-fructosa sin reaccionar en la eliminación de los subproductos. Además, la adición de una gran cantidad de etanol al proceso de cristalización puede provocar un aumento en los costos de los materiales subsidiarios y requerir instalaciones para la prevención de la explosión y la recuperación del etanol añadido mediante un método de destilación, lo que provoca de esta manera un aumento en el costo para la preparación de D-psicosa. Por estas razones, el método anterior tiene un límite en la producción en masa debido a los altos costos de producción. Además, el uso de una gran cantidad de etanol en la cristalización de la D-psicosa puede dar como resultado que la D-psicosa tenga un olor a etanol, que es desfavorable, lo que provoca de esta manera una limitación tecnológica en vista de la idoneidad de los materiales.
Los métodos convencionales para cristalizar azúcares pueden clasificarse ampliamente en dos métodos. Uno es un método de concentración y cristalización y el otro es un método de cristalización por enfriamiento. Ambos métodos son métodos para cristalizar azúcares y utilizan el principio de inducir el crecimiento de cristales en una zona (región) metaestable de sobresaturación. El método de concentración y cristalización se usa generalmente en la cristalización de azúcares con una alta tasa de crecimiento de los cristales tal como la sacarosa, mientras que el método de cristalización por enfriamiento se usa en la cristalización de azúcares con una tasa de crecimiento de los cristales significativamente menor que la sacarosa.
Además, los métodos para cristalizar azúcares se realizan en una zona metaestable, en donde la zona metaestable significa que la concentración de soluciones de azúcar existe desde una concentración de equilibrio, es decir, una concentración saturada hasta un estado sobresaturado mínimo, lo que precipita espontáneamente los cristales. En esta zona no se produce un fenómeno de cristalización tal como la nucleación de cristales. Sin embargo, cuando se añade un cristal semilla, puede producirse el crecimiento del cristal, lo que aumenta de esta manera el tamaño del cristal. A saber, cuando se introduce una semilla en una solución que excede la concentración de saturación para producir cristales, la semilla puede crecer en una zona metaestable, lo que conduce al crecimiento de cristales. Cuando las soluciones para la cristalización se concentran excesivamente o se enfrían rápidamente, las soluciones se sobresaturan, superan la zona metaestable, lo que conduce a una nueva nucleación de cristales en lugar de un crecimiento de los cristales. Dado que la generación de una nueva nucleación de cristales es un factor que inhibe el crecimiento de los cristales debido al aumento de la población, las condiciones de temperatura y las concentraciones de sobresaturación de entrada iniciales son importantes para asegurar el crecimiento de los cristales.
La D-psicosa exhibe propiedades que apenas cambian en la tasa de generación de cristales y la tasa de crecimiento de cristales en un intervalo de concentración de sobresaturación y, por lo tanto, pueden clasificarse como azúcares que tienen condiciones de cristalización difíciles para el crecimiento del grano. Típicamente, se conoce que el tamaño de grano de los cristales es un factor importante en las industrias de cristalización de azúcar. Cuando los cristales producidos en un sistema de producción en masa son cristales de grano fino, la separación entre los
cristales y el licor madre en un dispositivo de centrifugación de cristales no se realiza fácilmente debido a la viscosidad de la zona de concentración sobresaturada, lo que deteriora de esta manera la pureza de los productos finales debido al efecto del licor madre restante. Además, el licor madre restante puede provocar la agregación de cristales al secarse, lo que disminuye de esta manera la cantidad empaquetada de los productos finales o deteriora la comerciabilidad. Por estas razones, los cristales atomizados no son adecuados para la producción en masa. Un ejemplo de la técnica relacionada se describe en la publicación de patente de Corea núm. 2011-0035805A (publicada el 6 de abril de 2011). Otro ejemplo de la técnica relacionada se describe en el documento US 2011/237790, que se dirige a un método para producir cristales de D-psicosa que comprende (i) eliminar las impurezas de una solución de D-psicosa para obtener una solución de D-psicosa purificada, (ii) concentrar la solución de D-psicosa purificada, y (iii) cristalizar la D-psicosa de la solución de D-psicosa concentrada en un estado sobresaturado en una zona metaestable.
Resumen de la invención
Modalidades de la invención proporcionan un método para obtener una solución de D-psicosa de alta pureza separada mediante cromatografía continua sin fermentación con levadura de modo que la D-fructosa sin reaccionar sea reutilizable en lugar de eliminarse del flujo del proceso.
Modalidades de la invención proporcionan un método para producir D-psicosa capaz de minimizar la pérdida de una solución de D-psicosa en el curso de la separación, secado y empaquetado a través del crecimiento del grano a partir de la solución de D-psicosa de alta pureza separada sin utilizar solventes orgánicos tales como etanol, etc., lo que facilita de esta manera la separación de los cristales a partir de un licor madre.
Modalidades de la invención proporcionan un método para cristalizar D-psicosa con un costo de producción reducido mediante la reducción de los costos tanto variables como fijos.
Modalidades de la invención proporcionan un método para producir D-psicosa de alta pureza que tenga una pureza del 98 % (p/p) o más y un tamaño de grano de MA200 o más con flujo del proceso de cristalización y comerciabilidad del producto mejorados. En este contexto, MA200 (o MA 200) o más se refieren a un tamaño de grano promedio medio de 200 pm o más.
De acuerdo con una modalidad, la presente invención proporciona un método para producir cristales de D-psicosa de alta pureza que tienen una pureza del 98 % (p/p) o más y un tamaño de grano de MA 200 o más, lo que incluye: eliminar las impurezas de una solución de D-psicosa para obtener una solución de D-psicosa purificada; concentrar la solución de D-psicosa purificada hasta una concentración sobresaturada; enfriar la solución concentrada de D-psicosa hasta 30 °C a 40 °C mediante un intercambiador de calor; sembrar la solución de D-psicosa mediante la adición de cristal semilla de D-psicosa y aumentar el tamaño del cristal a 30 °C a 40 °C para obtener una masa cocida que contiene D-psicosa con un tamaño de cristal de MA 100 a MA 150; y cristalizar a gran escala la masa cocida cristalizada a 30 °C a 40 °C para producir cristales de D-psicosa que tienen una pureza del 98 % (p/p) o más y un tamaño de grano de MA 200 o más.
De acuerdo con la presente invención, el método de producción puede producir cristales de D-psicosa puros en una forma adecuada para su aplicación industrial mediante un proceso de cristalización económico a partir de una solución de D-psicosa sin solventes orgánicos.
Breve descripción de los dibujos
Los aspectos, características y ventajas anteriores y otros de la presente invención resultarán evidentes a partir de la descripción detallada de las siguientes modalidades junto con los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 muestra cambios de pureza en una solución de D-psicosa de 80 Brix (%) desnaturalizada por calor en dependencia de las temperaturas;
la Figura 2 es un gráfico que representa el tamaño de grano (diámetro de partícula) de D-psicosa preparada a partir de la cristalización por semillas; y
la Figura 3 es un gráfico que representa el tamaño de grano (diámetro de partícula) de D-psicosa preparada a través de cristalización a gran escala.
Descripción detallada
A continuación, se describirán con más detalle modalidades de la presente invención. En la presente descripción se omitirán descripciones de detalles evidentes para los expertos en la técnica.
Una modalidad de la presente invención se refiere a un método para producir cristales de D-psicosa que tienen una
alta pureza del 98 % (p/p) o más y un tamaño de grano de MA 200 o más, lo que Incluye: eliminar las Impurezas de una solución de D-psicosa para obtener una solución de D-psicosa purificada; concentrar la solución de D-psicosa purificada hasta una concentración sobresaturada; enfriar la solución concentrada de D-psicosa hasta 30 °C a 40 °C, preferentemente, 35 °C a 40 °C, mediante un intercambiador de calor; cristalizar por semilla la solución de D-psicosa mediante la adición de un cristal semilla de D-psicosa y aumentar el tamaño del cristal a 30 °C a 40 °C para obtener una masa cocida que contiene D-psicosa que tenga un tamaño de cristal de MA 100 a MA 150; y cristalizar a gran escala la masa cocida cristalizada por semillas a 30 °C a 40 °C para producir cristales de D-psicosa que tienen una pureza del 98 % (p/p) o más y un tamaño de grano de MA 200 o más.
La solución de D-psicosa usada en la presente invención puede producirse por microorganismos pertenecientes al género Corynebacterium capaces de expresar D-psicosa epimerasa a partir de D-fructosa o D-psicosa epimerasa aislada del género Corynebacterium. El término “D-psicosa epimerasa” se refiere a la D-psicosa-3-epimerasa capaz de convertir la D-fructosa en D-psicosa.
La solución de D-psicosa puede obtenerse al cultivar Corynebacterium glutamicum KCTC 13032 capaz de producir D-psicosa epimerasa, inmovilizar el microorganismo obtenido o una enzima aislada a partir del microorganismo en un portador inmovilizador tal como el alginato de sodio, e introducir D-fructosa como un sustituyente, como se describe en la solicitud de patente de Corea núm. 2009-0118465, sin limitarse a los mismos.
Para recolectar cristales de D-psicosa de la solución de D-psicosa, se eliminan de la solución de D-psicosa otras sustancias que afectan la purificación y la cristalización de la D-psicosa, de manera que la solución de D-psicosa tenga un estado adecuado para una cristalización eficiente. En consecuencia, el método para producir cristales de D-psicosa de acuerdo con la presente invención incluye eliminar las impurezas de la solución de D-psicosa para obtener una solución de D-psicosa purificada.
Específicamente, la etapa de obtener la solución de D-psicosa purificada puede incluir decolorar la solución de D-psicosa al pasarla a través de una columna empaquetada con un agente decolorante; desalar la solución de D-psicosa decolorada mediante cromatografía de resina de intercambio iónico; y pasar la solución de D-psicosa desalada a través de una columna de cromatografía continua empaquetada con una resina de intercambio iónico a la que están unidos grupos activadores de potasio, por lo que se obtiene de esta manera una solución de D-psicosa purificada.
Más específicamente, la etapa de desalar la solución de D-psicosa puede realizarse mediante un método cromatográfico al pasar la solución de D-psicosa a través de una columna empaquetada con una resina de intercambio catiónico y una columna empaquetada con una resina de intercambio aniónico. Cuando se usa una resina aniónica básica fuerte en la purificación por resina de intercambio iónico para producir la solución de D-psicosa purificada, la D-psicosa puede desnaturalizarse, lo que provoca una disminución en la pureza de la solución de D-psicosa. Por lo tanto, para producir cristales de D-psicosa de alta pureza, es necesario usar una resina aniónica alcalina débil al 100 %. La desnaturalización de la D-psicosa también se observa en una resina mixta que consiste en una resina catiónica ácida fuerte y una resina aniónica alcalina fuerte usada típicamente en la purificación de azúcar. Por lo tanto, para realizar una desalación eficaz sin desnaturalizar la D-psicosa, se usa una resina aniónica alcalina débil al 100 % para desalar la solución de D-psicosa.
Además, para obtener D-psicosa de alta pureza, puede realizarse la separación mediante cromatografía continua. El contenido de D-psicosa en la solución de D-psicosa para los cristales de D-psicosa es, preferentemente, del 90 % al 95 % o más, con mayor preferencia, del 95 % o más. Dado que la D-psicosa en la solución de D-psicosa preparada mediante la D-psicosa epimerasa tiene una baja pureza de aproximadamente el 24 % (p/p), no puede realizarse la cristalización directa a partir de la solución de D-psicosa. Para obtener cristales de D-psicosa de alta pureza, la solución de D-psicosa se somete a decoloración y desalación para eliminar las impurezas antes de la cristalización, seguido de purificación mediante una columna de cromatografía continúa empaquetada con una resina de intercambio iónico a la que se unen grupos activadores de calcio. La etapa de pasar a través de una columna de cromatografía continua puede ser un proceso de lecho móvil simulado (SMB).
En un método típico para cristalizar azúcares, la solución de D-psicosa se enfría lentamente desde una temperatura alta hasta un cierto intervalo de temperatura a una tasa específica por hora dentro de un intervalo de concentración sobresaturada. A diferencia de un método tan típico, en el método para producir cristales de D-psicosa de acuerdo con la presente invención, la solución de D-psicosa concentrada hasta una concentración sobresaturada en el intervalo de 80 a 85 Brix (%) (solución de D-psicosa x 100/solución total) se enfría rápidamente mediante un intercambiador de calor hasta una temperatura de 30 °C a 40 °C a una tasa de 5 °C a 20 °C por hora, y después se introduce en un dispositivo de cristalización. Cuando la solución de D-psicosa se enfría hasta 30 °C a 40 °C, puede evitarse que la solución de D-psicosa concentrada hasta una concentración sobresaturada en el intervalo de 80 a 85 Brix (%) (solución de D-psicosa x 100/solución total) se desnaturalice por calor, por lo cual puede preservarse la pureza de la solución de D-psicosa de alta pureza separada, lo que proporciona de esta manera una mejora en el rendimiento y tamaño de grano de los cristales tras el proceso de cristalización. Para transferir la solución de D-psicosa concentrada hasta una concentración sobresaturada en el intervalo de 80 a 85 Brix (%) (solución de D-psicosa x 100/solución total) al dispositivo de cristalización, la solución de D-psicosa concentrada hasta una
concentración sobresaturada en el intervalo de 80 a 85 Brix (%) se recolecta y almacena en un tanque de almacenamiento intermedio, cuya temperatura es de 60 °C a 75 °C lo que corresponde a una temperatura de desnaturalización por calor para la D-psicosa.
Específicamente, el tiempo para la cristalización de la D-psicosa es de 80 horas a 120 horas. La cristalización de la D-psicosa puede realizarse al enfriar rápidamente la solución concentrada de D-psicosa dentro de un intervalo de concentración sobresaturada hasta 30 °C a 40 °C a una tasa de 5 °C a 20 °C por hora mediante un intercambiador de calor, seguido de introducir la solución de D-psicosa en el dispositivo de cristalización y calentar y enfriar repetidamente la solución de D-psicosa dentro del intervalo de temperatura de cristalización de 30 °C a 40 °C de 5 a 10 veces. Es decir, la solución de D-psicosa concentrada hasta un intervalo de concentración sobresaturada de 80 a 85 Brix (%) a 30 °C a 40 °C se introduce en una cantidad de 5 % (v/v ) a 20 % (v/v ) basado en la capacidad de funcionamiento del dispositivo de cristalización, en el cual el agua de enfriamiento se hace circular dentro del intervalo de temperatura de 30 °C a 35 °C. La cristalización de la D-psicosa se inicia mediante la introducción de la semilla de D-psicosa preparada en una cantidad de 10 ppm a 100 ppm (v/v ) basado en una cantidad inicial de D-psicosa para obtener una masa cocida. En la presente descripción, el término "masa cocida" se refiere a una suspensión mixta que consiste en cristales y soluciones cuando la semilla de D-psicosa desencadena la cristalización.
Además, para inducir el crecimiento de cristales de D-psicosa, la solución de D-psicosa concentrada hasta un intervalo de concentración sobresaturada de 80 a 85 Brix (%) a 30 °C a 40 °C se introduce en una cantidad de 5 % (v/v ) a 20 % (v/v ) basado en la capacidad de funcionamiento del dispositivo de cristalización por 10 horas a 20 horas desde el inicio de la cristalización hasta el dispositivo de cristalización. Dicha manipulación puede repetirse de 5 a 10 veces de manera que el calentamiento y enfriamiento se repiten de 5 a 10 veces dentro de la temperatura del producto, que varía de 30 °C a 40 °C dentro de la masa cocida de cristales, lo que induce de esta manera el crecimiento de los cristales de D-psicosa.
Los cristales de D-psicosa obtenidos mediante el método de producción de acuerdo con la presente invención tienen específicamente un tamaño de grano de MA 200 o más, más específicamente, un tamaño de grano de MA 300 o más.
Como se usa en la presente, el tamaño de grano se refiere a un tamaño promedio de cristales. De acuerdo con JIS o ASTM, el tamaño de grano se representa por el número de granos por unidad de área (25 mm2) en una microfotografía tomada a 100x , que también se denomina número de tamaño de grano. Recientemente, el tamaño de grano se emplea para significar un tamaño promedio de los cristales. En la presente invención, el tamaño de grano se refiere a un tamaño promedio (diámetro de partícula) de los cristales.
Los métodos para medir el tamaño de grano de la D-psicosa no están particularmente limitados, y puede emplearse cualquier método usado típicamente en la técnica. Los ejemplos del método para medir el tamaño de grano incluyen un procedimiento de comparación (FGC), un procedimiento planimétrico (FGI) y un procedimiento de intersección (FGP), sin limitarse a los mismos.
Para obtener cristales de D-psicosa que tengan un tamaño de grano de MA 200 o más, la cristalización puede realizarse mediante dos etapas, es decir, cristalización por semillas y cristalización a gran escala, en donde la cristalización por semillas se realiza, preferentemente, en una cantidad del 5 % (v/v ) al 20 % (v/v ) en comparación con la cristalización a gran escala. El tamaño de grano para los cristales de semilla preparados mediante el método de acuerdo con la presente invención varía de MA lOo a MA 150. La cantidad total de los cristales de semilla preparados se transfiere a un dispositivo para la cristalización a gran escala, seguido de realizar la cristalización a gran escala de la misma manera que se indicó anteriormente, por lo que se obtiene finalmente una D-psicosa de alta pureza que tiene una pureza del 98 % (p/p) o más y un tamaño de grano de MA 2OO o más, con mayor preferencia, MA 3OO o más.
Como dispositivo de cristalización, puede usarse cualquier dispositivo de cristalización de azúcar usado típicamente en la técnica sin cambios o con una modificación adecuada. Como un dispositivo para separar los cristales de D-psicosa de alta pureza y el licor madre de la masa cocida de cristales final, puede usarse cualquier dispositivo de separación de azúcar usado típicamente en la técnica sin cambios o con una modificación adecuada.
En lo adelante, la presente invención se describirá con más detalle con referencia a algunos ejemplos. Debe entenderse que estos ejemplos se proporcionan únicamente con fines ilustrativos y no deben interpretarse en modo alguno como limitantes de la presente invención.
En la presente descripción se omitirán descripciones de detalles evidentes para los expertos en la técnica.
Ejemplos
Ejemplo preparativo
Como se describe en la solicitud de patente de Corea núm. 1O-2OO9-O118465, la D-psicosa se produjo mediante un
método para producir continuamente D-psicosa, lo que incluye la fermentación de Corynebacterium glutamicum KCTC 13032 y la conversión de D-fructosa en D-psicosa por medio de portadores en los que se inmoviliza el microorganismo anterior o D-psicosa epimerasa separada del microorganismo. La D-psicosa preparada mediante el método tenía una baja pureza de aproximadamente un 24 % (p/p), lo que dificulta de esta manera realizar la cristalización directa. La solución de D-psicosa producida se concentró hasta 50 Brix (%) y se pasó a través de una columna decolorante empaquetada con carbón activado granulado para eliminar las sustancias coloreadas de la solución concentrada.
Ejemplo 1
La solución de D-psicosa resultante obtenida en el Ejemplo de preparación tiene una pureza del 24 % (p/p), que debe aumentarse hasta el 90 % al 95 % (p/p) o más para realizar la cristalización. Para una separación eficiente de la D-psicosa mediante cromatografía continua, deben eliminarse los iones de la solución de D-psicosa. Cuando los componentes iónicos están presentes en la solución a separar, los componentes iónicos pueden reemplazar a los grupos activadores de la resina de separación, lo que disminuye la capacidad de separación de la resina, lo que a su vez hace imposible realizar la separación continua de la D-psicosa hasta una pureza del 90 % al 95 % (p/p) o más mediante el uso de la resina de separación.
En consecuencia, la solución de D-psicosa que tiene una pureza del 24 % (p/p) obtenida en el Ejemplo de preparación se pasó a través de una columna empaquetada con una resina de intercambio catiónico ácida fuerte (Bayer S1668) sustituida con grupos hidrógeno y una columna empaquetada con una resina de intercambio aniónico básica débil (Bayer Bayer S4528) sustituida con grupos hidroxilo, lo que elimina de esta manera los componentes iónicos restantes en la solución. La eliminación de los componentes iónicos se midió mediante el uso de un medidor de conductividad, en donde la conductividad se ajustó a no más de 10 microsiemens por cm, y la pureza de la D-psicosa se mantuvo al 24 % (p/p). Una resina de intercambio aniónico débil disponible comercialmente conserva parcialmente fuertes propiedades básicas. Por lo tanto, para realizar una desalación sin pérdida de D-psicosa debido a la disminución de la pureza, debe usarse una resina aniónica básica débil al 100 % que no tenga propiedades básicas fuertes.
Ejemplo 2
La solución de D-psicosa que tiene una pureza del 24 % (p/p) obtenida en el Ejemplo 1 mediante la eliminación de materiales coloreados y componentes iónicos mediante decoloración y desalación se concentró hasta 60 Brix (%). La D-psicosa concentrada se pasó a través de una resina de intercambio iónico (Amberlite CR1310 Ca) sustituida con grupos de calcio por medio de una torre ASMB 6 (fabricada por Organo Co., Ltd.) para producir una solución de D-psicosa purificada. La cantidad de la resina de intercambio iónico empaquetada en la columna de resina de intercambio iónico fue 10 l. La cantidad de muestra que pasó a través de la columna, es decir, la solución de D-psicosa purificada preparada en el Ejemplo 1, fue de 2 l/ciclo, y la temperatura de la operación fue de 60 °C. Después de introducir la muestra y eluir con 5 l/ciclo de agua desionizada, la D-psicosa resultante tenía una pureza del 95 % (p/p).
Ejemplo 3
La solución de D-psicosa que tiene una pureza del 95 % (p/p) purificada y separada en el Ejemplo 2 se concentró hasta 80 Brix (%). La solución de D-psicosa que tiene una pureza del 95 % (p/p) se enfrió rápidamente hasta 40 °C a una tasa de 10 °C por hora mediante un intercambiador de calor y se introdujo en un dispositivo de cristalización en una cantidad del 20 % (v/v ) basado en la capacidad de funcionamiento del dispositivo de cristalización. El agua de enfriamiento en el dispositivo de cristalización se hizo circular para mantener 35 °C. A continuación, la semilla de D-psicosa preparada se introdujo en una cantidad de 100 ppm (v/v ) para iniciar la cristalización de la semilla de D-psicosa. Para inducir el crecimiento de cristales de D-psicosa, la solución de D-psicosa concentrada hasta 80,0 Brix (%) a 40 °C se añadió posteriormente en una cantidad del 20 % (v/v ) basado en la capacidad de funcionamiento del dispositivo de cristalización por 12 horas desde el inicio de la cristalización al dispositivo de cristalización. Dicha manipulación se repitió 4 veces de manera que el calentamiento y enfriamiento se repitieron 4 veces dentro del intervalo de temperatura del producto de 35 °C a 40 °C dentro de la masa cocida de cristales. Finalmente, se realizó la reacción del cristal de semilla de D-psicosa desde el inicio de la cristalización durante 60 horas. La masa cocida cristalizada de semilla de D-psicosa se separó, se secó y se tamizó mediante un dispositivo de centrifugación de cristales a través de la separación de cristales de D-psicosa y un licor madre para producir cristales de D-psicosa finales que tienen una pureza del 99,4 % (p/p) y un tamaño de grano de MA 135,5, con un rendimiento del 35,2 %. Ejemplo 4
La cristalización a gran escala de D-psicosa se realizó mediante el uso de masa cocida cristalizada con semillas de D-psicosa preparada en el Ejemplo 3. Se introdujo masa cocida cristalizada con semilla de D-psicosa en un dispositivo de cristalización en una cantidad del 20 % (v/v ) basado en la capacidad de funcionamiento del dispositivo de cristalización. En el dispositivo de cristalización, se hizo circular agua de enfriamiento para mantener 35 °C. La solución de D-psicosa que tiene una pureza del 95 % (p/p) purificada y separada en el Ejemplo 2 se concentró hasta
80 Brix (%). La solución de D-psicosa que tiene una pureza del 95 % (p/p) se enfrió rápidamente hasta 40 °C a una tasa de 10 °C por hora mediante un intercambiador de calor. A continuación, la solución de D-psicosa enfriada se introdujo en el dispositivo de cristalización en una cantidad del 20 % (v/v ) basado en la capacidad de funcionamiento del dispositivo de cristalización, de manera que la cantidad total inicial para la cristalización a gran escala se convirtió en el 40 % (v/v ) basado en la capacidad de funcionamiento del dispositivo de cristalización. Para inducir el crecimiento de cristales de D-psicosa, la solución de D-psicosa concentrada hasta 80,0 Brix (%) a 40 °C se añadió posteriormente en una cantidad del 20 % (v/v ) basado en la capacidad de funcionamiento del dispositivo de cristalización por 20 horas desde el inicio de la cristalización hasta el dispositivo de cristalización. Dicha manipulación puede repetirse 3 veces de modo que el calentamiento y enfriamiento se repiten 3 veces dentro del intervalo de temperatura del producto de 35 °C a 4o °C dentro de la masa cocida de cristales. Finalmente, se realizó la cristalización de D-psicosa a gran escala durante 80 horas. La masa cocida cristalizada de semilla de D-psicosa se separó, se secó y se tamizó mediante un dispositivo de centrifugación de cristales a través de la separación de cristales de D-psicosa y un licor madre para producir cristales de D-psicosa finales que tienen una pureza del 99,8 % (p/p) y un tamaño de grano de MA 373,9, con un rendimiento del 52,8 %.
Ejemplo comparativo 1
La solución de D-psicosa que tiene una pureza del 24 % (p/p) obtenida en el Ejemplo de preparación se pasó a través de una columna empaquetada con una resina de intercambio catiónico ácida fuerte (Bayer S1668) sustituida con grupos hidrógeno y una columna empaquetada con una resina de intercambio aniónico básica débil (Bayer Bayer S4528) sustituida con grupos hidroxilo. Finalmente, la solución de D-psicosa resultante se pasó a través de una columna de intercambio iónico (Bayer NM60) empaquetada con una mezcla de una resina de intercambio catiónico ácida fuerte y una resina de intercambio aniónico básica fuerte, lo que elimina de esta manera los componentes iónicos restantes en la solución. La eliminación de los componentes iónicos se identificó mediante el uso de un medidor de conductividad, en donde la conductividad se ajustó a no más de 10 microsiemens por cm, y la pureza de la D-psicosa se redujo al 21,2 % (p/p).
Ejemplo comparativo 2
La solución de D-psicosa con una pureza del 24 % (p/p) obtenida en el Ejemplo de preparación se pasó a través de una columna empaquetada con una resina de intercambio catiónico ácida fuerte (Bayer S1668) sustituida con grupos hidrógeno y una columna empaquetada con una resina de intercambio aniónico básica débil (Bayer S4528) sustituida con grupos hidroxilo, lo que elimina de esta manera los componentes iónicos restantes en la solución. La eliminación de los componentes iónicos se identificó mediante el uso de un medidor de conductividad, en donde la conductividad se ajustó a no más de 10 microsiemens por cm, y la pureza de la D-psicosa se redujo al 22,8 % (p/p). Ejemplo comparativo 3
La solución de D-psicosa que tiene una pureza del 95 % (p/p) purificada y separada en el Ejemplo 2 anterior se concentró hasta 85 Brix (%). La solución de D-psicosa que tiene una pureza del 95 % (p/p) en el dispositivo de cristalización se enfrió de 50 °C a 35 °C a una tasa de 0,31 °C por hora durante 48 horas para realizar la cristalización. La masa cocida de cristales de D-psicosa final se separó mediante la separación de los cristales de D-psicosa y el licor madre mediante el uso de un dispositivo de centrifugación de cristales. Como resultado, no hubo separación entre los cristales de D-psicosa y las aguas madres en la masa cocida de cristales final.
Ejemplo comparativo 4
La solución de D-psicosa que tiene una pureza del 95 % (p/p) purificada y separada en el Ejemplo 2 anterior se concentró hasta 82,5 Brix (%). La solución de D-psicosa que tiene una pureza del 95 % (p/p) en el dispositivo de cristalización se enfrió de 50 °C a 35 °C a una tasa de 0,30 °C por hora durante 50 horas para realizar la cristalización. La masa cocida de cristales de D-psicosa final se separó, se secó y se tamizó mediante un dispositivo de centrifugación de cristales a través de la separación de los cristales de D-psicosa y el licor madre para producir cristales de D-psicosa finales que tienen una pureza del 98,5 % (p/p) y un tamaño de grano de m A 82, con un rendimiento del 20,9 %.
Ejemplo comparativo 5
La solución de D-psicosa que tiene una pureza del 95 % (p/p) purificada y separada en el Ejemplo 2 anterior se concentró hasta 82,5 Brix (%). La solución de D-psicosa que tiene una pureza del 95 % (p/p) en el dispositivo de cristalización se enfrió de 50 °C a 35 °C a una tasa de 0,15 °C por hora durante 1o0 horas para realizar la cristalización. La masa cocida de cristales de D-psicosa final se separó, se secó y se tamizó mediante un dispositivo de centrifugación de cristales a través de la separación de los cristales de D-psicosa y el licor madre para producir cristales de D-psicosa finales con una pureza del 98,9 % (p/p) y un tamaño de grano de MA 95, con un rendimiento del 24,5 %.
Ejemplo comparativo 6
La solución de D-psicosa que tiene una pureza del 95 % (p/p) purificada y separada en el Ejemplo 2 anterior se concentró hasta 82,5 Brix (%). La solución de D-psicosa que tiene una pureza del 95 % (p/p) en el dispositivo de cristalización se enfrió de 50 °C a 35 °C a una tasa de 0,08 °C por hora durante 200 horas para realizar la cristalización. La masa cocida de cristales de D-psicosa final se separó, se secó y se tamizó mediante un dispositivo de centrifugación de cristales a través de la separación de los cristales de D-psicosa y el licor madre para producir cristales de D-psicosa finales con una pureza del 97,9 % (p/p) y un tamaño de grano de MA 75, con un rendimiento del 17,2 %.
La pureza de la D-psicosa preparada en los Ejemplos comparativos 1 y 2, en donde la resina de intercambio iónico ácida fuerte se usó en el Ejemplo comparativo 1 y la resina de intercambio iónico básica débil disponible comercialmente, excepto la resina de intercambio iónico básica débil al 100 %, se usó en el Ejemplo comparativo 2, fue menor que la pureza de la D-psicosa preparada en el Ejemplo 1. Además, los ejemplos comparativos 1 a 3, en donde se emplearon métodos de cristalización de azúcar convencionales, es decir, métodos para enfriar lentamente la solución de D-psicosa desde una temperatura alta a un cierto intervalo de temperatura a una tasa específica por hora para la concentración sobresaturada, no mostraron separación entre los cristales de D-psicosa y el licor madre, o mostraron menor pureza, tamaño de grano y rendimiento, en comparación con los de los Ejemplos. A partir de estos resultados, puede verse que el método para preparar cristales de D-psicosa de acuerdo con la presente invención puede producir D-psicosa con una mejor comerciabilidad en comparación con los métodos de cristalización por enfriamiento existentes.
Claims (11)
1. Un método para producir cristales de D-psicosa de alta pureza que tienen una pureza del 98 % (p/p) o más y un tamaño de grano de MA200 (tamaño de grano promedio medio de 200 |jm) o más, que comprende: eliminar las impurezas de una solución de D-psicosa para obtener una solución de D-psicosa purificada; concentrar la solución de D-psicosa purificada hasta una concentración sobresaturada;
enfriar la solución concentrada de D-psicosa hasta 30 °C a 40 °C mediante un intercambiador de calor; cristalizar por semilla la solución de D-psicosa al añadir un cristal semilla de D-psicosa y aumentar el tamaño del cristal a 30 °C a 40 °C para obtener una masa cocida cristalizada por semillas que contiene una D-psicosa que tiene un tamaño de cristal de MA100 a 150; y
cristalizar a gran escala la masa cocida cristalizada por semillas a 30 °C a 40 °C para producir los cristales de D-psicosa que tienen una pureza del 98 % (p/p) o más y un tamaño de grano de MA 200 o más.
2. El método para producir cristales de D-psicosa de alta pureza de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la etapa de eliminar las impurezas de una solución de D-psicosa para obtener una solución de D-psicosa purificada comprende:
decolorar la solución de D-psicosa al pasarla a través de una columna empaquetada con un agente decolorante;
desalar la solución de D-psicosa decolorada mediante cromatografía con resina de intercambio iónico; y pasar la solución de D-psicosa desalada a través de una columna de cromatografía continúa empaquetada con una resina de intercambio iónico a la que se unen grupos activadores de calcio.
3. El método para producir cristales de D-psicosa de alta pureza de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la resina de intercambio iónico usada en la cromatografía con resina de intercambio iónico es una resina aniónica básica débil al 100 %.
4. El método para producir cristales de D-psicosa de alta pureza de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la etapa de pasar a través de una columna de cromatografía continua es un proceso de lecho móvil simulado (SMB).
5. El método para producir cristales de D-psicosa de alta pureza de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la solución de D-psicosa purificada a través de la columna de cromatografía continua tiene una pureza del 95 % (p/p) o más.
6. El método para producir cristales de D-psicosa de alta pureza de acuerdo con la reivindicación 5, en donde la etapa de concentrar la solución de D-psicosa purificada comprende concentrar dicha solución hasta una concentración de 80 Brix (%) a 85 Brix (%).
7. El método para producir cristales de D-psicosa de alta pureza de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la solución de D-psicosa purificada concentrada hasta una concentración sobresaturada se almacena a 60 °C a 75 °C.
8. El método para producir cristales de D-psicosa de alta pureza de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde el enfriamiento de la solución concentrada de D-psicosa hasta 3o °C a 40 °C mediante un intercambiador de calor se realiza a una tasa de 5 °C a 20 °C por hora.
9. El método para producir cristales de D-psicosa de alta pureza de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la etapa de obtener masa cocida cristalizada por semillas comprende además añadir una solución de D-psicosa concentrada enfriada en una cantidad del 5 % (v/v ) al 20 % (v/v ) basado en la capacidad de operación de un dispositivo de cristalización.
10. El método para producir cristales de D-psicosa de alta pureza de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la cristalización a gran escala de la masa cocida cristalizada por semilla comprende añadir una solución de D-psicosa que tiene una pureza del 95 % (p/p), enfriada hasta 30 °C a 40 °C mediante intercambio de calor y concentrada hasta 80 Brix (%) a 85 Brix (%), a la masa cocida cristalizada por semillas, y calentar y enfriar repetidamente la solución de D-psicosa dentro de un intervalo de temperatura de 30 °C a 40 °C.
11. El método para producir cristales de D-psicosa de alta pureza de acuerdo con la reivindicación 10, en donde calentar y enfriar repetidamente la solución de D-psicosa se logra al añadir soluciones de D-psicosa enfriadas hasta 30 °C a 40 °C a una tasa de dos o más veces por hora.
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