FI106861B - Menetelmä tagatoosin valmistamiseksi ja talteenottamiseksi sekä metallihydroksidi-tagatoosikompleksi - Google Patents

Description

106861

Menetelmä tagatoosin valmistamiseksi ja talteenottamiseksi sekä metallihyd-roksidi-tagatoosikompleksi

Keksinnön käyttöalue 5 Tämä keksintö koskee menetelmiä sokerigalaktoosin muuttamiseksi isomeeriseksi sokeritagatoosiksi. Keksintö koskee myös tagatoosin valmistusta käyttäen raaka-aineena laktoosia, heraa tai deproteinoitua heraa ja tagatoosin talteenottoa sokereiden seoksista.

Asiaan liittyvän kirjallisuuden kuvaus 10 Lobry De Bruyn et ai. Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas (1897) 16:262-273 kuvaavat D-tagatoosin eristämisen alhaisella saannolla kompleksiseoksesta, joka on saatu käsittelemällä D-galaktoosia emäksellä. Reichstein et ai. Helv. Chim. Acta, (1934) 17:753-761, esittävät D-galaktoosin isomeroinnin D-tagatoosiksi käyttäen pyridiiniä. Pavlouska et ai. Czechoslavakia Patent No. 142 959, 31. maaliskuu-15 ta, 1971, esittävät D-tagatoosin valmistuksen käyttäen pyridiiniä. Näiden prosessien saanto oli rajoitettu, koska tasapaino oli epäsuotuisa, galaktoosia suosiva. Hicks julkaisussa US-patentti 4 273 922, 16. kesäkuuta, 1981 esittää boorihapon lisäämisen aldoosisokereihin tertiääristen tai kvatemääristen amiinien läsnäollessa. Boorihappo kompleksoi ketoosin sen muodostuttua ja siirtää tasapainon tehokkaasti. Tällä me-20 nettelytavalla saadaan noin 50 % D-tagatoosia. Boorihapon poisto reaktion tapahtumisen jälkeen on vaikeata ja vaatii kalliin tähän tarkoitukseen sopivan ioninvaih-tohartsin. Szeja et ai. esittävät PL-patentissa 113 487, 15.5.1952, D-tagatoosin valmistuksen D-galaktoosista käyttäen 1,3-disykloheksyylikarbodiimidiä isomeroivana ja kompleksoivana aineena. Kubala et ai. esittävät CS-patentissa 221 039, 15.9.1982 25 D-tagatoosin valmistuksen galaktoosista isomeroimalla vahvasti emäksisellä anio-ninvaihtohartsilla hydroksyylimuodossa. Barker et ai. esittävät EP-patenttihakemuk-sessa 0 109 203, 23.5.1984 aldoosien isomeroinnin ketooseiksi happamissa olosuhteissa kalsiumkloiidilla. Kubala esittää CS-patentissa 8402745-A, 1985 L-galaktoo-sin isomeroinnin L-tagatoosiksi ioninvaihtimilla. Kaikki tekniikan tason prosessit 30 ovat osoittautuneet epäsopiviksi tagatoosin massatuotantoon.

Keksinnön yhteenveto

Ketoheksoosit D-tagatoosi ja L-tagatoosi ovat käyttökelpoisia vähäkalorisina ruoan makeutus-ja paksunnosaineina, välituotteina muiden optisesti aktiivisten yhdistei- 2 106861 den synteesissä, ja lisäaineina pinta-aktiivisissa, kosmeettisissa ja farmaseuttisissa valmisteissa.

Tämä keksintö koskee D-tagatoosin tai L-tagatoosin valmistusta. Tarkemmin se koskee D- tai L-galaktoosin reaktiota metallihydroksidin kanssa emäksisissä olosuh-5 teissä ja katalyytin läsnä ollessa. Näissä olosuhteissa kiinteä metallihydroksidi-taga- toosikompleksivälituote muodostuu nopeasti ja suurella saannolla. Välituotteesta saadaan vastaavasti D- tai L-tagatoosi hapolla neutraloitaessa.

Keksinnön oleelliset tunnusmerkit on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa.

Tässä kuvattu prosessi on kaksivaiheinen menetelmä D- tai L-tagatoosin synteesiin 10 D- tai L-galaktoosista, tässä järjestyksessä. Ensimmäisessä vaiheessa, isomeroinnis-sa, D-galaktoosi tai L-galaktoosi saatetaan kosketuksiin reaktioastiassa emäksisen metallihydroksidin kanssa vahvasti emäksisissä olosuhteissa katalyytin läsnäollessa ja suhteellisen alhaisessa lämpötilassa, jolloin muodostuu reaktion välituote. Välituote on metallihydroksidin ja tagatoosin muodostama yhdiste. Riippuen käytettävän 15 prosessin erityisestä muodosta välituote voidaan suodattaa pois reaktioseoksesta ennen toista vaihetta, tai reaktioseosta voidaan käyttää suoraan toiseen vaiheeseen ilman suodatusta.

Toisessa vaiheessa, neutraloinnissa, välituotteena muodostunut metallihydroksidi-tagatoosikompleksi neutraloidaan hapolla tagatoosin ja suolan saamiseksi.

20 Menetelmä tagatoosin valmistamiseksi herasta tai deproteinoidusta herasta tai laktoosista esitetään myöskin. Ensimmäisessä vaiheessa, hydrolyysissä, laktoosi hydro-lysoidaan hapon tai entsyymin katalysoimassa hydrolyysissä, jolloin saadaan D-galaktoosin ja D-glukoosin muodostama seos. D-glukoosi voidaan erottaa tai jättää reaktioliuokseen. Seuraavat vaiheet ovat samat kuin kuvattiin D-tagatoosin valmis-25 tukselle D-galaktoosista.

Tämän keksinnön tarkoituksena on tarjota käyttöön suuren saannon tuottava valmistusprosessi tagatoosille. Tämän keksinnön tarkoituksena on taijota käyttöön tagatoosin valmistusprosessi, jossa käytetään runsaasti saatavilla olevia ja halpoja lähtöaineita. Tämän keksinnön tarkoituksena on tarjota käyttöön tagatoosin valmistus-30 prosessi, joka ei sisällä kalliita erotusvaiheita. Tämän keksinnön tarkoituksena on tarjota käyttöön matalassa lämpötilassa tapahtuva valmistusprosessi tagatoosille. Tämän keksinnön tarkoituksena on tarjota käyttöön sopiva menetelmä tagatoosin suurimittaista valmistusta varten. Toinen tämän keksinnön tarkoitus on taijota käyttöön tagatoosin valmistusprosessi, joka on taloudellinen toiminnaltaan ja ilman hai- 3 106861 tallisia vaikutuksia ympäristöön. Tämän keksinnön tarkoitus on taijota käyttöön prosessi tagatoosin valmistamiseksi herasta, deproteinoidusta herasta tai laktoosista. Tämän keksinnön viimeinen tarkoitus on tarjota käyttöön menetelmä tagatoosin tal-teenottamiseksi liuoksista, joissa tagatoosi on sekoittunut muihin sokereihin.

5 Piirrosten lyhyt kuvaus

Kuva 1 on kulkukaavio laktoosin hydrolyysistä ja sitä seuraavasta D-galaktoosin isomeroinnista D-tagatoosiksi.

Kuva 2 on kulkukaavio tagatoosin talteenotosta liuoksista, joissa tagatoosi on sekoittunut muihin sokereihin.

10 Kuva 3 on kromatogrammi, joka esittää D-galaktoosin ja D-tagatoosin huiput. Kuva 4 on IR-spektri kalsiumhydroksidi-tagatoosikompleksista.

Edullisten toteutusmuotojen kuvaus Reagoivat aineet Lähtöreaktioaineiden valinta riippuu halutusta tagatoosin enantiomeeristä, raaka-15 aineiden saatavuudesta ja jossain määrin siitä, millainen prosessilaitteisto on käytettävissä. Tämä kuvaus kohdistuu ensisijaisesti D-tagatoosin valmistukseen D-galak-toosista, joka on saatu laktoosista. Mikä tahansa muu D-galaktoosin lähde, olkoon sitten puhdas tai seos muiden yhdisteiden kanssa, voi kuitenkin toimia raaka-aineena. Hera, juustonvalmistuksen sivutuote, tai deproteinoitu hera, ts. hera, josta suurin 20 osa proteiinia on poistettu, voivat toimia raaka-aineina. Tulisi myös ymmärtää, että tässä kuvattu tekniikka soveltuu L-tagatoosin valmistukseen L-galaktoosista tai L-galaktoosia sisältävistä seoksista. Koska L-galaktoosia ei ole luonnossa runsaasti saatavissa, se on tavallisesti synteettisesti valmistettua. Siitä huolimatta tässä kuvattu synteesi on merkittävä parannus verrattuna olemassa oleviin menetelmiin L-taga-25 toosin valmistamiseksi.

v « « D-galaktoosi D-tagatoosin taloudellinen tuotanto tällä menetelmällä vaatii valmiin D-galaktoosin lähteen. Paras D-galaktoosin lähde on laktoosi, runsaasti saatavissa oleva, halpa di-sakkaridi, joka on juustonvalmistuksen sivutuote. Hapon tai entsyymin katalysoi-30 massa hydrolyysissä laktoosista saadaan ekvimolaariset määrät D-glukoosia ja D- galaktoosia. Kulloinkin käytettävä hydrolyysimenetelmä ei ole kriittinen prosessin tapahtumiselle; niinpä mikä tahansa tunnettu menetelmä sopii.

, 106861 4

Kun D-galaktoosin ja D-glukoosin seos on saatu, on kaksi mahdollista prosessivaih-toehtoa. Ensimmäinen vaihtoehto on erottaa nämä kaksi sokeria joko täysin tai osit-5 tain kromatografisesti, kiteyttämällä tai muulla menetelmällä. Kun tämä on tehty, D-glukoosi voidaan myydä tai käsitellä edelleen kaupaksi meneväksi tuotteeksi, kuten runsaasti fruktoosia sisältäväksi maissisiirapiksi (HFCS). Alhaisemmat kokonaistuo-tantokustannukset voivat johtua D-glukoosin talteensaamisesta. Myös tämä vaihtoehto minimoi jätteenkäsittelykustannukset. Toinen vaihtoehto voi olla edullisempi, 10 jos keinoja D-glukoosin talteenottamiseksi ei ole käytettävissä. Tässä tapauksessa sokeriseosta käytetään suoraan isomerointivaiheeseen. D-glukoosi (ja sen isome-rointisivutuotteet) erotetaan metallihydroksidi-D-tagatoosikompleksista isomerointi-vaiheen jälkeen.

Metallihydroksidi 15 Tämän prosessin isomerointivaiheessa D-galaktoosin annetaan reagoida emäksisissä olosuhteissa metallihydroksidin kanssa stabiilin D-tagatoosikompleksin muodostamiseksi. Edullisin metallihydroksidi halpaan tagatoosituotantoon on kalsiumhyd-roksidi Ca(OH)2 tai natrium- ja kalsiumhydroksidien seos. Normaalisti kalsium-hydroksidi lisätään D-galaktoosiliuokseen vesilietteenä. Liete voidaan saada joko 20 sekoittamalla Ca(OH)2 veden kanssa tai sekoittamalla kalkki (CaO) veden kanssa ja antamalla hydraatioreaktion (sammumisen) tapahtua. Käyttökelpoisia ovat myös muut metallihydroksidit, kuten bariumhydroksidi, lyijy(II)hydroksidi, strontiumhyd-roksidi, magnesiumhydroksidi, tina(II)hydroksidi ja alumiinihydroksidi.

Katalyytti 25 Tiettyjen yhdisteiden on pieninä määrinä lisättynä todettu edistävän isomeroitumis-reaktiota. Tehokkaimpia yhdisteitä ovat epäorgaaniset suolat, jotka ovat liukoisia emäksiseen reaktioväliaineeseen. Natriumkloridi, kalsiumkloridi, magnesiumkloridi, natriumasetaatti, kaliumkloridi, kaliumbromidi, kaliumasetaatti, kalsiumbromidi ja kalsiumasetaatti on kaikki todettu aktiivisiksi katalyyteiksi. Vaadittava määrä kata-30 lyyttisuolaa on noin 1-5 mooli-% perustuen D-galaktoosin määrään. Toinen katalyytin edullinen vaikutus on nousu isomeroitumisnopeudessa. Ollessaan läsnä katalyytti edistää myös välituotteen saostumista hienojakoisena kiinteänä aineena. Kun katalyyttiä ei lisätä, muodostuu paksu geeli, joka on vaikea suodattaa.

5 106861

Neutralointihappo

Neutralointivaihe suoritetaan käyttäen tavanomaista tekniikkaa ja mitä hyvänsä happoa. On erityisen mukavaa käyttää happoa, joka muodostaa liukenemattoman suolan, joka voidaan erottaa tagatoosiliuoksesta suodattamalla. Jäljelle jäävät ionit eli-5 minoidaan sitten kuljettamalla liuos standardi-ioninvaihtohartsin läpi. Edullinen happo teolliseen käyttöön halvan hintansa ja muiden prosessiin tuomiensa etujen vuoksi on hiilidioksidi. Välituotteena syntyvän kalsiumhydroksidi-tagatoosikomp-leksin neutraloiminen C02:lla johtaa liukenemattoman CaC03:n muodostumiseen samalla kun tagatoosi tulee liukoiseksi. Talteenotettu CaC03 voidaan käyttää uudel-10 leen sen jälkeen, kun se on muutettu kuumentamalla takaisin CaOiksi. Tavanomaisia proottisia happoja, kuten rikki-, vetykloridi-ja fosforihappoja, voidaan myös käyttää neutraloimaan välituotekompleksia.

Reaktio Tämän keksinnön mukainen prosessi sisältää kaksi vaihetta. Ensimmäisessä vaihees-15 sa, isomeroinnissa, D-galaktoosin annetaan reagoida kalsiumhydroksidin kanssa vesiliuoksessa katalyytin läsnäollessa ja suhteellisen alhaisessa lämpötilassa, jolloin muodostuu liukenematon kalsiumhydroksidi-D-tagatoosikompleksi, joka on pysyvä emäksisissä olosuhteissa.

Liukenemattoman Ca(OH)2-tagatoosikompleksin muodostuminen on tämän reaktion 20 tärkeä osa useistakin syistä. Ensinnäkin, liukenemattoman kompleksin muodostuminen ajaa tasapainoa voimakkaasti kohti D-tagatoosia. Toiseksi, sokerit ovat tunnetusti pysymättömiä emäksisissä olosuhteissa ja ovat taipuvaisia läpikäymään joukon " muita isomeroitumisia (esim. D-sorboosin muodostuminen) ja hajoamisreaktioita.

Kompleksoituminen stabiloi D-tagatoosin näiltä ei-toivotuilta sivureaktioilta. Toinen 25 etu on se, että liukenematon kompleksi voidaan suodattaa reaktioliuoksesta sen erottamiseksi sivutuotteista tai muista sokereista, joita mahdollisesti on läsnä lähtöaineessa. Tämä seikka auttaa suuresti prosessin taloudellisuutta, koska lähtöaineeksi ... ei tarvita puhdasta galaktoosia. Sen sijaan voidaan käyttää seosta, joka sisältää ga- laktoosia, kuten sellaista, jota saadaan laktoosin hydrolyysistä.

30 Suhteellisen alhaisen lämpötilan säilyttämisen tärkeys isomerointivaiheen aikana oli odottamaton ja tärkeä seikka tässä keksinnössä. Erityisesti tulisi lämpötilan olla alueella -15-40 °C. Korkeammat lämpötilat johtavat hajottaviin sivureaktioihin, jotka estävät halutun metallihydroksidi-tagatoosikompleksin muodostumista.

• * 6 106861

Toisessa vaiheessa, neutraloinnissa, välituote neutraloidaan, jolloin syntyy liukoinen D-tagatoosi ja kalsiumsuola.

Isomerointivaihe

Seuraavassa on kuvaus tämän prosessin isomerointivaiheen edullisesta toteutusmuo-5 dosta. Muutoksia voidaan tehdä keksinnön aiotun piirin puitteissa, ja useita näistä kuvataan jäljessä. On ilmeistä, että muutos prosessin olosuhteissa ja vaatimuksissa perustuu osaksi tiettyihin reagoiviin aineisiin ja käytettävään laitteistoon.

Reaktioastia, joka on varustettu voimakkaalla sekoittajalla ja laitteilla reaktorin sisällön säilyttämiseksi lämpötilassa noin 15-30 °C, ladataan 20-painoprosenttisella 10 D-galaktoosin vesiliuoksella. Erillisessä astiassa valmistetaan vesipitoinen Ca(OH)2-liete lisäämällä Ca(OH)2:a veteen tai lisäämällä kalkkia (CaO) veteen ja antamalla hydraatioreaktion (sammumisen) tapahtua. Katalyytti, kalsiumkloridi, lisätään joko lietteeseen tai sokeriliuokseen. Ei-toivottujen sivureaktioiden estämiseksi, joita liika lämpö aiheuttaa, liete jäähdytetään 25 °C:een ennen sen lisäämistä galaktoosiin. Re-15 aktorin sisältöä sekoittaen lisätään Ca(OH)2-liete, ja suurin osa Ca(OH)2:sta liukenee. Sekoittamista jatketaan, ja reaktorin lämpötila pidetään noin 25 °C:ssa. Noin 0,5-1 tunnin kuluttua tapahtuu reaktioväliaineessa merkittävä viskositeetin kasvu. Tämä on merkki siitä, että välituote, kalsiumhydroksidi-tagatoosikompleksi, muodostuu. Tänä aikana käytetään HPLC-analyysiä seuraamaan galaktoosin häviämistä, 20 ja kun konversio ylittää arvon noin 80 %, isomeroitumisvaihe on kokonaan tapahtunut. Tässä kohdassa reaktori sisältää välituotteen, kalsiumhydroksidi-tagatoosikomp-leksin, joka suodatuksen jälkeen on hienojakoista, valkoista, tahmeata kiinteätä ai- • netta.

• ·

Vaihtoehtoisissa toteutusmuodoissa, kuten silloin, kun raaka-aineena on laktoosi, D-25 glukoosin ja D-galaktoosin seos, edullinen menettelytapa on jonkin verran erilainen.

Seuraavassa kuvataan isomerointivaihetta lähtien laktoosista ilman D-galaktoosin erotusta. Kuva 1 on kulkukaavio tästä prosessista.

• » .. Reaktioastia, joka nyt on varustettu laitteilla sisällön kuumentamiseksi, on ladattu vesipitoisella liuoksella, joka sisältää noin 20 paino-% laktoosia. Seos kuumenne-30 taan noin lämpötilaan 50 °C, sitten lisätään laktaasientsyymiä. Kun hydrolyysi on kestänyt noin 4 tuntia, HPLC-analyysi osoittaa, että liuos sisältää 45 % D-glukoosia, 45 % D-galaktoosia ja 10 % laktoosia, perustuen läsnä olevien sokerien kokonaismäärään. Liuos jäähdytetään 25 °C:een valmistauduttaessa isomerointireaktioon. Edellä kuvatulla tavalla valmistettu CA(OH)2-liete lisätään sokeriseokseen, ja seosta 7 106861 sekoitetaan. Noin 2 tunnin kuluttua liuos on paksuntanut, ja läsnä on erittäin hienojakoinen sakka. Sakka erotetaan seoksesta suodattamalla tai sentrifugoimalla, ja pestään pienellä määrällä vettä. Tahmea suodatinkakku lietetään uudelleen veteen ja on nyt valmis neutralointivaiheeseen.

5 Kalsiumhydroksidi-tagatoosikompleksin analyysi

Kun kalsiumhydroksidi-tagatoosikompleksi on suodatettu reaktioseoksesta ja ilmakuivattu, se on valkoista jauhetta. Analyysi HPLC:llä osoittaa, että 65 % painosta on tagatoosia. Alkuaineanalyysi osoittaa, että se sisältää 14,8 paino-% kalsiumia. Yhdiste on hydratoitunut kalsiumhydroksidi-tagatoosikompleksi, jonka kaava on 10 Ca(OH)2 · tagatoosi · H2O. Sen kaava on C6Hi609Ca ja molekyylimassa 272. Laskettu paino-% oli: tagatoosia 66,2; kalsiumia 14,7. Todettu paino-% oli: tagatoosia 65,8; kalsiumia 14,8. Vakuumissa kompleksista poistuu vesi ja väri muuttuu keltaiseksi. Kuva 4 esittää IR-spektriä vedettömästä kompleksista. Vedettömällä kompleksilla ei ole tarkoin määriteltävää sulamispistettä. Se hajoaa asteittain kuumentues-15 saan.

Neutralointivaihe Tämän keksinnön prosessin toinen vaihe on välituotteen, kalsiumhydroksidi-taga-toosikompleksin, neutralointi, jolloin muodostuu tuote, joka sisältää D-tagatoosin liuoksessa. Neutralointivaiheeseen sopivia ovat erittäin tavalliset epäorgaaniset ha-20 pot, kuten H2SO4, HC1 tai H3PO4, ja erityisesti CO2. Neutraloinnin suorittamiseksi lisätään noin yksi ekvivalentti happoa suhteessa kalsiumhydroksidi-tagatoosikomp-leksivälituotteen määrään, joka on läsnä. On kätevää seurata neutraloitumista seu-v raamalla pH:n muuttumista. Kun pH on alle 7, neutraloituminen on tapahtunut. Ha pon lisäyksen aikana tulisi lämpötila pitää 25 °C:ssa tai sen alapuolella haitallisten 25 sivureaktioiden välttämiseksi. Kun pH on siirtynyt 7:n alapuolelle, reaktorin sisältö koostuu vapaasta tagatoosista ja neutraalista suolasta. Puhdistetun D-tagatoosituot-teen talteenottamiseksi on välttämätöntä poistaa suolat, tavallisesti suodatuksen ja . ... ioninvaihdon yhdistelmällä. Deionisoinnin jälkeen liuos on valmis konsentroitavaksi vakuumissa ja kiteytettäväksi. Vaihtoehtoisesti talteenotettua tagatoosia voidaan 30 käyttää suoraan neutraloinnin jälkeen ilman deionisointia siirappina jatkoreaktioissa.

Puhtaan tagatoosin talteenotto epäpuhtaista tagatoosisiirapeista

Toinen tämän keksinnön toteutusmuoto on ottaa tagatoosi talteen epäpuhtaista, ki-teyttämiseen kelpaamattomista siirapeista. Viimeinen vaihe D-tagatoosin valmistusprosessista on normaalisti puhtaan D-tagatoosin kiteyttäminen emäliuoksesta. Suo- 8 106861 dokseen jää jäljelle jonkin verran tagatoosia sekä lisääntynyt määrä epäpuhtauksia. Kun useita eriä kiteitä on otettu talteen, epäpuhtauksien määrä nousee arvoon, jolloin tagatoosi ei enää kiteydy. Tagatoosi epäpuhtaista siirapeista voidaan ottaa talteen käsittelemällä kalsiumhydroksidilla liukenemattoman kalsiumhydroksidi-taga-5 toosikompleksin muodostamiseksi, suodattamalla ja neutraloimalla kompleksi. Kuva 2 ja esimerkki 7 esittävät, kuinka prosessia voidaan käyttää tagatoosin talteenottoon kiteyttämiseen soveltumattomista siirapeista jatkuvassa valmistusprosessissa.

Esimerkki 1 D-galaktoosin isomerointi ilman katalyyttiä 10 Ca(OH)2-liete valmistettiin pienessä saavissa sekoittamalla huolellisesti 4,66 kg CaO 14 litraan vettä eksotermisessä reaktiossa. 230 litran vetoiseen, ruostumattomasta teräksestä valmistettuun kattilaan, joka oh varustettu voimakkaalla sekoittajalla, ladattiin 15,0 kg D-galaktoosia ja 135 1 deionisoitua vettä ja sekoitettiin, kunnes sokeri liukeni. Sekoittaen liuosta 20 °C:ssa lisättiin kattilaan vähän kerrallaan 15 Ca(OH)2-liete, joka painoi 18,7 kg. Lisäys kesti 1 tunnin. Reaktion etenemistä seurattiin HPLC-analyysillä joka 0,5 tunnin kuluttua, kuten jäljessä on kuvattu. 2 tunnin kuluttua seos oli muuttunut paksuksi geeliksi; voimakasta sekoittamista jatkettiin. Noin 4 tunnin kuluttua galaktoosin konversio saavutti arvon yli 85 %, ja reaktio pysäytettiin lisäämällä hitaasti 50 paino-% fosforihappoa, kunnes pH oli 5,8. Tässä 20 prosessissa geeli liukeni ja kalsiumfosfaatti saostui. Kiinteä kalsiumfosfaätti erotettiin reaktioseoksesta sentrifugoimalla. Hydratoituneet kalsiumsuolat pestiin sitten uudelleen sekoittamalla niitä 25 l:n kanssa vettä kattilassa vielä tunnin ajan. Sentri-; fugia käyttäen pesunesteet erotettiin ja yhdistettiin reaktioseokseen. 150 1 reaktiose- osta deionisoitiin kuljettamalla se läpi pylväiden, joissa oli ensin AMBERLITE IR-25 120:tä (H+ -muoto, 7 1) ja sitten AMBERLITE IR-68:aa (vapaa emäsmuoto, 9 1).

AMBERLITE IR-120 on tavaramerkki kationiselle ioninvaihtohartsille, jota myy Rohm and Haas, Philadelphia, PA. AMBERLITE IR-68 on tavaramerkki anioniselle ioninvaihtohartsille, jota myy Rohm and Haas, Philadelphia, PA. Kontaktiaika kummassakin hartsissa oh ainakin 20 minuuttia. 200 1 väritöntä eluenttia analysoitiin • · 30 HPLC:llä, joka osoitti, että liuenneet kiintoaineet sisälsivät 72 % D-tagatoosia käytettyyn D-galaktoosimäärään nähden. Liuoksen suuren tilavuuden vuoksi liuos jaettiin useisiin eriin kiteytystä varten. Deionisoidun liuoksen ensimmäisen erän kon-sentrointi vakuumissa antoi 5862 g paksua siirappia, johon lisättiin 5871 g 95 % ETOH. Sekoitettua seosta kuumennettiin siirapin liuottamiseksi, sitten se jäähdy-35 tettiin ja lisättiin siemeneksi muutama D-tagatoosikide. 24 tunnin sekoittamisen jälkeen kiteinen D-tagatoosi, joka painoi 2390 g ja oh HPLC:llä määritettynä 93 % 9 106861 puhdasta, eristettiin vakuumisuodatuksella. Uudelleenkiteyttämällä 95 % EtOHista saatiin 1386 g D-tagatoosia, jonka sulamispiste oli 127-130 °C ja HPLCrllä määritettynä seuraava koostumus: D-tagatoosia 97,5 %, D-sorboosia 1,00 %, tuntematonta ainetta nro 1 0,65 % ja tuntematonta ainetta nro 2 1,00 % (arvion mukaan tunte-5 maton aine nro 2 ei ollut hyvin liuennut uudelleen). Jäljellä olevat osat deionisoitua liuosta konsentroitiin ja kiteytettiin samalla tavoin. Kustakin osasta saatiin kaksi erää kiteitä. Siirapista, joka sisälsi alle 60 % D-tagatoosia, ei enää saatu kiteitä.

Kaikkiaan eristettiin 4,15 kg kiteistä D-tagatoosia, sp. 131-133 °C, saanto D-galak-toosiin nähden 27,6 %.

10 Reaktion seuranta HPLC:llä

Erä, joka sisälsi noin 1 g reaktioseosta, otettiin erilleen kattilasta ja laimennettiin kymmenkertaisesti deionisoidulla vedellä. Käyttäen pH-anturia ja magneettisekoitta-jaa lisättiin 10 paino-% H3P04:ää pisaroittain kunnes pH oli 6,2-6,5. Suodatettu näyte analysoitiin käyttäen AMINEX HPX-87C -kolonnia. AMINEX on tavara-15 merkki HPLC-pylväälle hiilihydraattianalyysiä varten ja sitä myy BioRad, Richmond, CA. Liikkuva faasi oli 50 ppm kalsiumasetaattia deionisoidussa ja kaasupois-tetussa vedessä. Pylvään lämpötila oli 85 °C ja virtausnopeus 0,6 ml minuutissa. Injektointisilmukka oli 20 mikrolitraa ja käytettiin taittoindeksin detektoria. Kuva 3 on kromatogrammi näytteestä, joka on otettu kaksi tuntia reaktion jälkeen ja osoittaa 20 45 % konversiota D-galaktoosista D-tagatoosiksi.

Kiteiset D-tagatoosinäytteet (25 mg/ml H20:ssa) analysoitiin käyttäen samaa pylvästä ja samoja olosuhteita.

··

Esimerkki 2 D-galaktoosin isomerointi käyttäen katalyyttiä 25 Ca(OH)2:a ja katalyyttiä sisältävä liete valmistettiin sekoittamalla huolellisesti . .. 4,66 kg CaO ja 0,231 kg kalsiumkloridia 14 litraan vettä eksotermisessä reaktiossa.

** 230 l:n vetoiseen ruostumattomaan teräskattilaan ladattiin 15,0 kg D-galaktoosia ja 135 1 deionisoitua vettä ja sisältöä sekoitettiin kunnes sokeri liukeni. Sekoittaen liuosta 20 °C:ssa lisättiin 18,7 kg Ca(OH)2:n ja kalsiumkloridin lietettä vähän kerral-30 laan kattilaan. Kun lisäys oli suoritettu, liuoksen pH mitattiin. Lisättiin pieni määrä 10 % NaOH pH:n nostamiseksi arvoon 12,5. Reaktion edistymistä seurattiin, kuten . esimerkissä 1 HPLC-analyysillä joka 0,5 tunnin kuluttua. 0,5 tunnin kuluttua seos • · 1 muuttunut paksuksi geeliksi, ja sakka alkoi muodostua. Noin 1,5 tunnin kuluttua 10 106861 galaktoosin konversion saavutettua arvon yli 85 % reaktio pysäytettiin poreilutta-malla hiilidioksidia seokseen, kunnes pH oli pudonnut arvoon 6,5. Tässä prosessissa sakka liukeni ja kalsiumkarbonaattisaostuma muodostui. Kalsiumkarbonaatti erotettiin sentrifugoimalla reaktioseoksesta, joka sisälsi sokeriliuosta. Reaktioseos, jon-5 ka tilavuus oli 150 1, deionisoitiin, kuten esimerkissä 1. Analysoimalla HPLC:llä, kuten esimerkissä 1, 200 1 väritöntä eluenttia osoittautui, että läsnä oli 10,8 kg D-tagatoosia, saanto 72 % käytettyyn D-galaktoosiin nähden.

Esimerkki 13

Laktoosista syntetisoitu tagatoosi 10 230 litran vetoiseen ruostumattomaan teräskattilaan ladattiin 10,0 kg laktoosia ja 401 deionisoitua vettä, sekoitettiin ja kuumennettiin 50 °C:een. TAKAMINE Brand Fungal Lactase 30 000 entsyymiä lisättiin seokseen ja sitä sekoitettiin. TAKAMINE Brand Fungal Lactase 30 000 on tavaramerkki laktaasientsyymille, joka on eristetty Aspergillus oryzae -lajista ia iota myy Miles Laboratories, Inc. Elkhart, IN. 6 tannin 15 kuluttua HPLC-analyysi osoitti, että laktoosin hydrolysoituminen oli olennaisesti täysin tapahtunut. Seos sisälsi suunnilleen 10 % laktoosia, 45 % D-glukoosia ja 45 % D-galaktoosia. Reaktioseos jäähdytettiin 25 °C:een valmistauduttaessa isome-rointivaiheeseen. Jäähdytettäessä 154 g kalsiumldoridia liukeni hydrolysoituun lak-toosiliuokseen, sitten kattilaan lisättiin vähän kerrallaan Ca(OH)2-liete, joka oli val-20 mistettu sekoittamalla 2,0 kg Ca(OH)2 2,5 litraan vettä. Kun lisäys oli suoritettu, liuoksen pH mitattiin. Pieni määrä 10 % NaOH-liuosta lisättiin nostamaan pH arvoon 12,5. 3,0 tunnin kuluttua seos oli paksuntanut ja sakka oli muodostunut. Sakka . suodatettiin reaktioseoksesta käyttäen sentrifugia, jolloin saatiin pastamainen suo- datinkakku. Suodatinkakku lietettiin uudelleen kattilassa 25 litraan vettä, ja liete 25 neutraloitiin lisäämällä C02:a. Lopullinen pH oli 6,5. Neutralointiprosessissa suodatinkakku liukeni ja kalsiumkarbonaattisakka muodostui. Kalsiumkarbonaatti erotettiin reaktioseoksesta sentrifugoimalla. 35 1 reaktioseosta deionisoitiin, kuten esimerkissä 1. 50 1 väritöntä eluenttia tutkittiin HPLC:llä kuten esimerkissä 1, ja sen havaittiin sisältävän 2,38 kg D-tagatoosia, saanto 47,6 %.

· · 30 Esimerkki 4

Laktoosista syntetisoitu tagatoosi, glukoosi talteenotettuna 100 ml:n pullo, joka sisälsi 10,0 g laktoosia ja 50 ml vettä, lämmitettiin 50 °C:een ja käsiteltiin 80 mg:lla laktaasi 30 000 entsyymiä, kuten esimerkissä 3. 6 tunnin kuluttaa liuos analysoitiin HPLC:llä ja sen todettiin sisältävän 10 % laktoosia, 45 % D- 11 106861 glukoosia ja 45 % D-galaktoosia, lisättyyn laktoosiin perustuen. Seos kuumennettiin 75 °C:een lyhyesti proteiinin denaturoimiseksi, ja suodatettiin sitten. Sisähalkaisijal-taan 2,5 cm oleva 60 cm pitkä lasikolonni pakattiin noin 300 ml:lla BIO-RAD AG 50W-X8 -hartsia kalsiummuodossa, miinus 400 meshiä. BIO-RAD AG 50W-X8 on 5 tavaramerkki kationiselle ioninvaihtohartsille, jota myy Bio-Rad, Richmond, CA. Kolonni kuumennettiin 70 °C:een. Liikkuva faasi oli deionisoitua vettä, joka oli suodatettuja kaasu oli poistettu ja jota pumpattiin virtausnopeudella 4,0 ml minuutissa. Tyypillinen paine oli 208 kPa ylipaine (30 psig). Näytteen injektointisilmukka oli 10 ml. Ajoaika oli noin 55 minuuttia. Edellä kuvattu suodatettu reaktioseos kon-10 sentroitiin noin 30 %:ksi kiintoaineiden suhteen, injektoitiin sitten pienissä erissä kolonniin. Käyttäen taittoindeksin detektoria eluentin seuraamiseksi seos erotettiin kahdeksi fraktioryhmäksi. Yhdistetty ensimmäinen fraktioryhmä sisälsi 0,8 g laktoosia ja 4,2 g D-glukoosia. Yhdistetty toinen fraktioryhmä sisälsi 0,3 g D-glukoosia ja 4,4 g D-galaktoosia. Toinen fraktioryhmä konsentroitiin 10 %:ksi kiintoaineiden 15 suhteen isomerointivaihetta varten. D-galaktoosiliuos, jota sekoitettiin huoneenlämmössä pienessä pullossa, käsiteltiin 2,0 g:lla kalsiumhydroksidia ja 0,15 g:lla kal-siumkloridia, ja sakka muodostui 1,5 tunnissa. Kalsiumhydroksidi-tagatoosikomp-leksi neutraloitiin C02:lla, jolloin saatiin 2,2 g D-tagatoosia.

Esimerkki 5 20 D-galaktoosin isomerointi bariumhydroksidilla 100 ml:n erlenmeyer-kolviin ladataan 150 ml vettä, 15,0 g D-galaktoosia, 25,2 g Ba(OH)2-oktahydraattia ja 0,83 g BaCl2. Seosta sekoitetaan huoneenlämmössä sa-maila seuraten HPLC.llä kuten esimerkissä 1. 3 tunnin kuluttua analyysi osoitti D-galaktoosin 80 % konversiota D-tagatoosiksi, ja reaktio pysäytetään poreiluttamalla 25 C02:a seokseen. Neutraloitu seos suodatetaan BaCOsin poistamiseksi, deionisoi- daan, konsentroidaan vakuumissa ja kiteytetään, jolloin saadaan D-tagatoosia.

Esimerkki 6 > * * .. L-galaktoosin isomerointi, kalsiumasetaattikatalyytti 25 ml:n erlenmeyer-pulloon, joka oli varustettu magneettisekoittajalla, lisättiin 0,5 g 30 L-galaktoosia, 5 ml vettä, 0,2 g kalsiumhydroksidia ja 22 mg kalsiumasetaattia. Seosta sekoitettiin. 2 tunnin kuluttua liuos suodatettiin muodostuneen kalsiumhydrok-sidi-L-tagatoosikompleksin keräämiseksi. Tahmea kompleksi lietettiin uudelleen 5 mlraan H20, ja C02:a poreilutettiin lietteen läpi kunnes pH oli alle 7. Liuos deio-nisoitiin kalsiumkarbonaatin suodatuksen jälkeen, kuten esimerkissä 1, ja konsent- 12 106861 roitiin vakuumissa siirapiksi, josta muutaman L-tagatoosikiteen siemeneksi lisäämisen jälkeen saatiin 0,22 g puhdasta L-tagatoosia, 44 %:n saannolla.

Esimerkki 7

Puhtaan tagatoosin talteenottaminen epäpuhtaasta siirapista 5 Voimakkaalla sekoittajalla varustettuun 22 litran pulloon ladattiin 9,5 1 sokeriseosta, joka sisälsi 20 paino-% kiintoaineita, jossa oli 53 % D-tagatoosia, 21 % D-galaktoo-sia, 16 % D-sorboosia, 5 % glukoosia, 2 % mannoosia ja 3 % fruktoosia. Seokseen lisättiin 414 g Ca(OH)2 ja 15,0 g CaCl2, ja seosta sekoitettiin huoneenlämmössä. 2 tunnin kuluttua kalsiumhydroksidi-D-tagatoosikompleksisakka kerättiin suurella 10 Buchner-suppilolla ja pestiin pienellä määrällä vettä. Sakka neutraloitiin C02:lla, jolloin saatiin 420 g puhdasta D-tagatoosia.

Koska edellä oleva esitys on alttiina muutoksille, tulisi ymmärtää, että edellä olevat esimerkit ovat pelkästään valaisevia ja että tässä esitettyä keksintöä tulisi rajoittaa ainoastaan patenttivaatimuksin.

« · > ·« · 4 1 2 2 »·«

Claims (20)

106861

1. Menetelmä tagatoosin synteesiin galaktoosista, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheet: A. isomeroidaan galaktoosin vesiliuos metallihydroksidilla siten, että läsnä on ka-5 talyyttisiä määriä kukoista alkalimetallisuolaa tai maa-alkalimetallisuolaa, pH:ssa yli 10 ja lämpötilassa noin -15 - 40 °C, kunnes muodostuu liukenematon sakka, joka oleellisesti on muodostunut metallihydroksidi-tagatoosikompleksista, B. neutraloidaan mainittu sakka sopivalla hapolla, kunnes pH on alle noin 7, ja C. otetaan tagatoosi talteen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että galaktoosi on D-galaktoosi ja tagatoosi on D-tagatoosi.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että galaktoosi on L-galaktoosi ja tagatoosi on L-tagatoosi.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metallihyd-15 roksidi on valittu ryhmästä, johon kuuluvat alumiinihydroksidi, bariumhydroksidi, kalsiumhydroksidi, lyijy(II)hydroksidi, magnesiumhydroksidi, strontiumhydroksidi ja tma(II)hydroksidi.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metallihydroksidi on kalsiumhydroksidi. • · • · ^

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alkalimetalli- suola tai maa-alkalimetallisuola on valittu ryhmästä, johon kuuluvat bariumkloridi, kalsiumkloridi, kaliumkloridi, natriumkloridi, magnesiumkloridi, kalsiumbromidi, kaliumbromidi, kalsiumasetaatti, kaliumasetaatti ja natriumasetaatti. .. 7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alkalimetalli- *' 25 suola tai maa-alkalimetallisuola on valittu ryhmästä, johon kuuluvat bariumkloridi, kalsiumkloridi ja kalsiumasetaatti. 1 • · · Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happo on valittu ryhmästä, johon kuuluvat hiilidioksidi, hiilihappo, rikkihappo, vetykloridihappo ja fosforihappo. 14 106861

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happo on valittu ryhmästä, johon kuuluvat C02 ja fosforihappo.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötila on noin 15-30 °C.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että galaktoosin vesipitoinen liuos on hera.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että galaktoosin vesiliuos on deproteinoitu hera.

13. Metallihydroksidi-tagatoosikompleksi, tunnettu siitä, että se on saatu patentti-10 vaatimuksen 1 mukaisen menetelmän kohdan A mukaisesti.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen metallihydroksidi-tagatoosikompleksi, tunnettu siitä, että sillä on kaava Ca(OH)2 · tagatoosi.

15. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä D-tagatoosin syntetisoimiseksi D-galaktoosista, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet:

15 A. isomeroidaan D-galaktoosin vesiliuos kalsiumhydroksidilla siten, että läsnä on katalyyttisiä määriä kalsiumldoridia, pH:ssa noin 12,5 ja lämpötilassa noin 15-30 °C, kunnes muodostuu liukenematon sakka, joka olennaisesti sisältää kalsiumhyd-roksidi-tagatoosikompleksia, B. neutraloidaan mainittu kompleksi hiilidioksidilla, kunnes pH on noin 6,5, ja • ·

20 C. otetaan D-tagatoosi talteen kiteyttämällä.

16. Menetelmä D-tagatoosin syntetisoimiseksi laktoosista, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet: A. hydrolysoidaan mainittu laktoosi muodostamalla D-galaktoosia ja D-glukoosia, • « • « B. isomeroidaan mainitun D-galaktoosin vesipitoinen liuos metallihydroksidilla 25 siten, että läsnä on katalyyttisiä määriä liukoista alkalimetallia tai maa- alkalimetallia, pH:ssa yli 10 ja lämpötilassa noin -15-40 °C, kunnes muodostuu liukenematon sakka, joka olennaisesti on muodostunut metallihydroksidi-D-tagatoosikompleksista, 1 · « C. eristetään mainittu sakka, 106861 D. neutraloidaan mainittu sakka sopivalla hapolla kunnes pH on noin 7, ja E. otetaan D-tagatoosi talteen.

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se edelleen käsittää A- ja B-vaiheiden välissä vaiheen: 5 erotetaan mainittu D-galaktoosi mainitusta D-glukoosista.

18. Menetelmä D-tagatoosin talteenottamiseksi vesiliuoksesta, jossa D-tagatoosi on sekoittunut muihin sokereihin, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet: A. annetaan mainitun vesiliuoksen reagoida metallihydroksidin kanssa siten, että läsnä on katalyyttisiä määriä liukoista alkalimetallisuolaa tai maa-alkalimetalli- 10 suolaa, pH:ssa yli 10, ja lämpötilassa noin -15 °C, kunnes muodostuu liukenematon sakka, joka olennaisesti on muodostunut metallihydroksidi-D-tagatoosikompleksista, B. eristetään mainittu sakka, C. neutraloidaan mainittu sakka sopivalla hapolla, kunnes pH on alle noin 7, ja D. otetaan D-tagatoosi talteen.

19. Menetelmä kiteisen tagatoosin talteenottamiseksi siirapeista, jotka sisältävät tagatoosia sekoittuneena muihin sokereihin, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet: A. annetaan mainitun siirapin reagoida metallihydroksidin kanssa siten, että läsnä ' on katalyyttisiä määriä liukoista alkalimetallisuolaa tai maa-alkalimetallisuolaa, 20 pH:ssa yli noin 10, ja lämpötilassa noin -15-40 °C, kunnes muodostuu liukenematon sakka, joka olennaisesti koostuu metallihydroksidi-tagatoosikompleksista, B. eristetään mainittu sakka, “ *1 C. neutraloidaan mainittu sakka sopivalla hapolla kunnes pH on alle noin 7, ja »»< D. otetaan tagatoosi talteen kiteyttämällä. »· I 0 106861