ITMI951228A1 - Procedimento per la produzione di isomaltitolo - Google Patents
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Abstract
Procedimento migliorato per la fabbricazione di isomaltitolo mediante idrogenazione di siomaltulosio. Secondo il procedimento, una soluzione di isomaltulosio avente una concentrazione del 20-50% in peso viene idrogenata a una temperatura tra 80 e 130%°C usando un catalizzatore scelto da rutenio, nichel e loro miscele su un supporto inerte a una pressione inferiore a 50 atmosfere, il pH essendo mantenuto tra 3 e 8. Il prodotto risultante è sostanzialmente privo di altri polimeri. Tra i vantaggi del procedimento si deve menzionare il fatto che permette di ottenere il desiderato rapporto tra i due isomeri ?-Glucopiranosil-1, 1-Mannitolo (GPM) e ?-Glucopiranosil-1, 6-D-Sorbitolo (GPS).
Description
D E S C R I Z I O N E
annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo :
"PROCEDIMENTO PER LA PRODUZIONE DI ISOMALTITOLO"
D E S C R I Z I O N E
La presente invenzione si riferisce a un procedimento per la fabbricazione di polioli. In particolare, l’invenzione si riferisce a un procedimento migliorato per la fabbricazione di isomaltitolo, mediante idrogenazione di isorna1tulosio.
Il saccarosio è considerato la sostanza di partenza per la fabbricazione di isomaltulosio . L’isomaltulosio può essere ulteriormente idrogenato in una soluzione alcalina acquosa o neutra, in presenza di un catalizzatore, per produrre isomaltitolo .
Platino e palladio sono stati usati con buon successo come catalizzatori aventi il vantaggio che la rispettiva quantità richiesta è inferiore a quella necessaria di nichel, come catalizzatore. Tuttavia, tutti questi catalizzatori mostrano una conversione altamente efficiente soltanto a una temperatura di reazione oltre 160°C e una pressione oltre 160 atmosfere, il che è un serio inconveniente da un punto di vista tecnologico.
Secondo il brevetto britannico N° 1.429.334, isomaltitolo viene ottenuto dall’idrogenazione di una soluzione di isomaltulosio. Come menzionato, la soluzione di partenza dovrebbe avere una concentrazione tra il 35 e il 40% in peso, in presenza di nichel Raney come catalizzatore, a un pH di almeno 9,0, una pressione nella gamma di 30 -100 atmosfere e una temperatura nella gamma di 100 - 129°C.
Nel brevetto tedesco N° 2.520.173, miscele di glucopiranosile - mannitolo e glueopiranosile sorbitolo vengono ottenute da una soluzione di isomaltulosio avente una concentrazione superiore al 50% un peso, per idrogenazione in un mezzo neutro in presenza di nichel Raney come catalizzatore, a una pressione di circa 100 atmosfere.
Nel brevetto statunitense N° 2.868.847, viene descritto un procedimento per la produzione di polialcooli mediante idrogenazione di mono e disaccaridi. Il procedimento viene condotto a una pressione tra 7 e 105 atmosfere e una temperatura di 50 - 400°C, usando un catalizzatore scelto dal gruppo comprendente rutenio, ossido di rutenio, o rutenio miscelato a platino, su supporti di carbonio o allumina.
Uno dei principali svantaggi di tutti i procedimenti noti per ottenere isomaltitolo è la non selettività dell’idrogenazione allo scopo di ottenere il desiderato rapporto preferito tra glucopiranosile - mannitolo e glucopiranosile sorbitolo. Inoltre, l’idrogenazione nota di isomaltulcsio richiede un tempo di reazione relativamente lungo a una pressione molto elevata, allo scopo di ottenere una resa ottimale.
Un oggetto della presente invenzione è di fornire un procedimento per la fabbricazione di isomaltitolo mediante idrogenazione di isornaltulosio. Un altro oggetto della presente invenzione è di fornire un procedimento per la fabbricazione di isomaltitolo, in cui viene ottenuto un predeterminato rapporto tra i due componenti isomerici, t-D-Glucopiranosil-1, 1-DMannitolo (qui di seguito indicato come GPM) e a-D-Gluc olirono sii-1, 6-D-Sorbitolo (qui di seguito indicato come GPS) .
L’invenzione si riferisce a un procedimento per la fabbricazione di isomaltitolo mediante idrogenazione di una soluzione di isomaltulosio avente una concentrazione tra il 20 e il 50% in peso, a una temperatura tra 80 e 130°C, usando un catalizzatore scelto da rutenio, nichel e loro miscele, su un supporto inerte, la pressione esercitata essendo al di sotto di 50 atmosfere e il pH tra 3 e 8. E' stato trovato che in queste condizioni critiche l 'isomaltitolo prodotto è sostanzialmente privo di altri polioli, l’idrogenazione essendo completata dopo meno di circa 3 ore. Un importante vantaggio dell’invenzione è il fatto che permette di ottenere il rapporto desiderato tra le due forme isomeriche. Nei disegni:
la figura 1 illustra la correlazione della conversione di isomaltulosio in isomaltitolo come funzione della temperatura.
- La figura 2 illustra la velocità di conversione in isomaltitolo come funzione della quantità di catali zzato re.
La figura 3 illustra la velocità di conversione in isomaltitolo come funzione della pressione esercitata durante l 'idrogenazione.
LTisomaltitola, un polialcool consistente dei due polioli sopra menzionati: GPM e GPS, viene ottenuto, secondo la presente invenzione, a un rapporto in peso tra 38:62 e 62:38, che è il prodotto preferito noto sul mercato. 1 vari parametri che influenzano la reazione di idrogenazione sono stati studiati approfonditamente allo scopo di trovare i principali fattori che governano questa reazione per ottenere il summenzionato rapporto tra i due polioli.
ET stato sorprendentemente trovato, secando la presente invenzione, che un aumento della temperatura di reazione oltre 130°G, menzionata nella tecnica precedente, influenzerà sostanzialmente la qualità del prodotto isomaltitolo modificando il rapporto tra detti due polioli. Pertanto, nel summenzionato brevetto statunitense Νβ 2.B68.847 (colonna 1, righe 67 -69), è stato suggerito di ottenere l'idrogenazione anche a una temperatura oltre 200°C, specificando che le temperature elevate sono utili in un processo continuo, che è il migliore in un impianto industriale, Tuttavia a queste temperature elevate, vi è il pericolo di caramellizzazione .
Nell’allegata figura 1, è riportato un grafico che correla l’estensione della conversione dell ’isomaltulosio in isomaltitolo, come funzione della temperatura. Come si può osservare, a una temperatura di 100 °C detta conversione è l’82% circa, raggiungendo oltre il 99% a una temperatura di 120°C.
E' stato anche trovato che l’uso di una pressione sotto 50 atmosfere, anziché fino a 100 atmosfere suggerita nella tecnica precedente, è sufficiente per il sistema secondo la presente invenzione allo scopo di ottenere velocità di conversione molto elevate. Inoltre, ciò è pure un vantaggio significativo da un punto di vista tecnologico. E’ stato trovato che la pressione preferita era nella gamma di 10 - 20 atmosfere. Come si può vedere dalla figura 3, dopo 45 minuti a una pressione di Z0 atmosfere, si ottiene una conversione dell’83% circa, mentre a una pressione di 25 atmosfere, si raggiunge la conversione massima.
Il catalizzatore particolare usato nell’idrogenazione ha un’influenza significativa sulla reazione. Pertanto, nella tecnica precedente vengono menzionati platino e palladio come preferiti per questa idrogenazione, a ragione delle loro piccole quantità richieste per la reazione. Tuttavia, è stato trovato, secondo la presente invenzione, che il loro uso ha una cattiva influenza sul rapporto tra i due polioli dell 'isomaltìtolo. Il catalizzatore maggiormente preferito utile per la presente invenzione è rutenio come supporto inerte, la quantità richiesta essendo tra lo 0,28 e 1*1,1% in peso dei reagenti. Il rutenio può non essere assolutamente puro e può contenere piccole quantità di altri metalli. E* stato trovato che anche una miscela di rutenio e nichel è utile per detta idrogenazione. La correlazione tra la quantità di catalizzatore e la velocità di conversione appare in modo evidente nell’allegata figura 2, che mostra che con una quantità di catalizzatore del solo 0,86% si ottiene una conversione in isomaltitolo di oltre 1*85%. Queste quantità di catalizzatore secondo la presente invenzione sono molto inferiori a quelle utilizzate con altri catalizzatori suggeriti, come nichel Raney, in cui le quantità usate sono nell’ordine del 3 - 10%. Pertanto, il summenzionato brevetto britannico N 1.429.334 menziona in esempio anche una quantità dell'8% di questo catalizzatore .
Il supporto inerte per il catalizzatore può essere scelto da allumina, carbonio, silice, terra diatomacea, zeoliti e simili, il preferito essendo carbonio .
Un altro vantaggio del procedimento secondo la presente invenzione, è il fatto che il pH nel sistema è tra 3 e 8 e generalmente tra 4 e 6, mentre secondo la tecnica precedente il pH deve essere mantenuto tra 7 e 9 aggiungendo reagenti estranei .
la soluzione di isomaltitolo viene purificata, dopo la filtrazione del catalizzatore residuo, mediante carbonio attivo o con un'operazione di scambio ionico. Alla sua concentrazione oltre il 908 per evaporazione, verrà ottenuto un prodotto di fusione che potrebbe essere ulteriormente trasformato in un prodotto cristallino.
L'isomaltitolo prodotto si presenta come una sostanza inodore, bianca e non igroscopica, avente un punto di fusione tra 145 e 155°C. Essendo considerato un agente a basse calorie in vista della sua proprietà dolcificante, viene usato con successo per molti scopi, come: dolciumi, gelati, prodotti caseari, prodotti al forno, preparati conservati e frutta, ecc. In particolare, viene usato come alimento dietetico e non, come pure come trasportatore per dolcificanti artificiali. L’invenzione verrà qui di seguito illustrata da alcuni esempi, tenendo presente che questi esempi vengono riportati soltanto per una migliore comprensione della stessa senza limitarne l’ambito coperto dalle allegate rivendicazioni.
Un esperto nella tecnica può inserire piccole variazioni nella descrizione di detti esempi, senza allontanarsi dalla allegate rivendicazioni.
Nei seguenti esempi, le concentrazioni menzionate sono date in peso, a meno che non venga diversamente specificato.
ESEMPIO 1
I seguenti reagenti sono stati introdotti in un’autoclave sotto agitazione:
325 g acqua;
125,6 g isomaltulosio, e
1,58 g rutenio su carbonio (su base secca) come catalizzatore .
L’autoclave è stata chiusa, spurgata con azoto e quindi è stato introdotto idrogeno gassoso fino a 16 atmosfere. La temperatura è stata alzata a 120 °C.
La reazione è cessata dopo 60 minuti, ottenendo una completa conversione in isomaltitolo, consistente del 42,9% di GPM e 57,1% di GPS.
ESEMPIO 2
Sono stati introdotti i seguenti reagenti in un’autoclave sotto agitazione:
325 g acqua;
125,6 g isomaltulosio, e
1,9 g rutenio al 5% su carbonio (su base secca), come catalizzatore.
L’autoclave è stata chiusa, spurgata con azoto e quindi è stato introdotto idrogeno fino a 16 atmosfere .
La temperatura è stata portata a 120°C. La reazioiie è cessata dopo 90 minuti, ottenendo una completa conversione in isomaltitolo, consistente del 47,8% di GPM e 52,2% di GPS.
ESEMPIO 3
Sono stati introdotti i seguenti reagenti in un’autoclave sotto agitazione:
227,6 g acqua,
91,4 g isomaltulosio, e
0,86 g rutenio al 5% su carbonio (su base secca) e 1,83 g nichel al 54% su carbonio come catalizzatori .
l’autoclave è stata chiusa, spurgata con azoto e quindi è stato introdotto idrogeno fino a 16 atmosfere .
La temperatura è stata alzata a 120°C.
La reazione è cessata dopo 120 minuti, ottenendo una completa conversione in isomaltitolo, consistente nel 56,1% di GPM e 43,9% GP3.
ESEMPIO 4
Sono stati introdotti i seguenti reagenti in un’autoclave sotto agitazione:
275 g acqua;
225 g isomaltulosio, e
1,25 g rutenio al 5% su carbonio (su base secca) come catalizzatore.
L’autoclave è stata chiusa, spurgata con azoto e quindi è stato introdotto idrogeno fino a 16 atmosfere. La temperatura è stata alzata a 120°C. La reazione è cessata dopo 45 minuti, ottenendo una completa conversione in isomaltitolo, consistente d del 46,3% di GPM e 53,7% di GPS.
ESEMPIO 5
Sono stati introdotti i seguenti reagenti in un’autoclave sotto agitazione:
443 g acqua;
110 g isomaltulosio, e
1,39 g rutenio al 5% su carbonio (su base secca) e 0,55 g nichel (543⁄4) su carbonio, come catalizzatori .
L’autoclave è stata chiusa, spurgata con azoto e quindi è stato introdotto idrogeno fino a 10 atmosfere .
La temperatura è stata alzata a 120°C.
La reazione è cessata dopo 150 minuti, ottenendo una completa conversione in isomaltitolo, consistente del 50,5% di GPM e 49,5% di GPS.
ESEMPIO 6
Sono stati introdotti i seguenti reagenti in un’autoclave sotto agitazione:
700 g acqua;
300 g isomaltulosio, e
1 g rutenio al 5% su carbonio (su base secca) come catalizzatore.
L’autoclave è stata chiusa, spurgata con azoto e quindi è stato introdotto idrogeno fino a 14 atmosfere .
La temperatura è stata alzata a 100’C.
La reazione è cessata dopo 90 minuti, ottenendo una completa conversione in isomaltitolo consistente del 44,18 di GPM e 55,98 di GPS
Claims (8)
- R I V E N D I C A Z I O N I 1. Procedimento per la fabbricazione di isomaltitolo mediante idrogenazione di una soluzione di isomaltulosio avente una concentrazione tra il 20 e il 50$ in peso, a una temperatura tra 80°C e 130°C, usando un catalizzatore scelto da rutenio e nichel e loro miscele su un supporto inerte, la pressione esercitata essendo al disotto di SO atmosfere e il pH essendo tra 3 e 8.
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il rapporto in pe30 tra i due polioli a-D-Glucopiranosil-l, 6-D-Mannitolo (GPM) e a-D-Glucopiranosil-l,6-Sorbitolo (GPS) è nella gamma da 38:2 a 62:38.
- 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta idrogenazione viene ottenuta a una temperatura di circa 100°C.
- 4. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 - 3, caratterizzato dal fatto che la pressione prevalente durante l’idrogenazione è tra 10 e 30 atmosfere .
- 5. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 - 4, caratterizzato dal fatto che il pH nel sistema è tra 4 e 6.
- 6. Procedimento secondo la rivendicazioni 1 - 5, caratterizzato dal fatto che la quantità preferita di catalizzatore è nella gamma tra 0,28S e 1,1% in peso dei reagenti.
- 7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto catalizzatore è un supporto inerte scelto da carbonio, silice e allumina .
- 8. Procedimento per la fabbricazione di isomaltìtolo, sostanzialmente come specificato nella descrizione e rivendicato in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni.
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