PL136708B2 - Process for manufacturing mannitol and lactic acid - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania mannitolu i kwasu mlekowego z mieszaniny fruktozy i glukozy, korzystnie wywaru podekstranowego powstajacego przy fermentacyjnej pro¬ dukcji dekstranu z sacharozy.Wywar podekstranowy jest rozcienczonym wodnym roztworem wieloskladnikowym, zawie¬ rajacym mineralne skladniki pozywki dodawane do roztworu sacharozy przed fermentacja deks¬ tranowa, nie przereagowana glukoze i fruktoze oraz czesc zwiazków organicznych powstalych w roztworze cukrów pod ubocznym dzialaniem bakterii Leuconostoc mesenteroides. Sa to oligosa- charydy, drobnoczasteczkowy dekstran, mannitol i kwas mlekowy. Udzial dwóch ostatnich sklad¬ ników w suchej substancji wywaru nie przekracza 10%.Znany z opisu patentowego CSRS nr 102741 sposób otrzymywania mannitolu z wywaru podekstranowego polega na krystalizacji mannitolu w temperaturze -10 do -12°C z zageszczonego roztworu wywaru w srodowisku alkoholowym.Znany z polskiego opisu patentowego nr 129 430 sposób otrzymywania mannitolu i fruktozy z wywaru podekstranowego polega na chromatograficznym rozdzieleniu skladników suchej sub¬ stancji wywaru na dwie frakcje, z których z jednej wzbogaconej w mannitol i fruktoze w drodze sukcesywnej krystalizacji otrzymuje sie obydwa skladniki w postaci krystalicznej.Odmienny sposób otrzymywania mannitolu z wywaru polegajacy na wtórnej fermentacji fruktozy zawartej w wywarze do mannitolu z uzyciem bakterii Lactobacillus brevis jest znany z opisu patentowego RFN nr 1 296613.Wedlug monografii „The Bacteria", wydanej przez J. C.Gunzalesa w Academii Press z 1961 r., bakterie Lactobacillus brevis fermentuja fruktoze do mannitolu, kwasu mlekowego i kwasu octowego, zas glukoze do kwasu mlekowego, octowego i glicerolu. W wyniku dluzszego oddzialy¬ wania na mannitol wymienione bakterie rozkladaja równiez mannitol do kwasu mlekowego i octowego. Z czasopisma „Zeitschrift fur Allgemeine Mikrobiologie", 6, 323 1966r. wiadomo, ze optimum fermentacji samej fruktozy jest nastepujace: temperatura 25-35°C, stezenie 8%, czas 24 godziny oraz dodatek ekstraktu drozdzowego 0,3-0,5%. Wiadomo tez, ze ze wzrostem stezenia fruktozy wydluza sie czas fermentacji i zwieksza sie stezenie nie przereagowanej fruktozy.Wada znanych sposobów otrzymywania mannitolu bezposrednio z wywaru podekstranowego jest niewielka wydajnosc procesu ograniczonego zawartoscia mannitolu w surowcu. W przypadku2 136 708 zas otrzymywania mannitolu po wtórnej fermentacji fruktozy do mannitolu wada jest otrzymywa¬ nie tylko jednego skladnika, znaczny koszt ekstraktu drozdzowego i koniecznosc stosowania niskiego stezenia roztworu fermentacyjnego, co czyni proces energochlonnym oraz wymaga uzycia duzych fermentorów.Sposób wytwarzania mannitolu i kwasu mlekowego z mieszaniny glukozy i fruktozy, korzyst¬ nie z wywaru podekstranowego powstajacego przy fermentacjnej produkcji dekstranu z sacha¬ rozy wedlug wynalazku polegai na tym, ze mieszanine glukozy i fruktozy o stezeniu 14-24% z dodatkiem CaC03 i autolizatu z odpadowych drozdzy piwnych w postaci gestwy o dawce równo¬ waznej stezeniu azotu 0,1-0,4 g Nj/dm3, poddaje sie fermentacji z udzialem bakterii Lactobacillus brevis, w temperaturze 30-35°C w czasie 20-36 godzin do przereagowania 60-80% poczatkowej ilosci cukrów redukujacych, zawartych w plynie fermentacyjnym. Nastepnie roztwór fermenta¬ cyjny ogrzewa sie do temperatury 75-90°C i neutralizuje wodorotlenkiem wapniowym oraz przez filtracje oddziela precypitat fosforanu wapniowego i bialka. Filtrat odsala sie z uzyciem kationitu i anionitu, przy czym odsolony roztwór mannitolu zageszcza sie do 40-60% wagowych i krystalizuje mannitol pierwszego rzutu. Po odwirowaniu krystalicznego mannitolu roztwór macierzysty ponownie zageszcza sie do stezenia 52-60% i krystalizuje mannitol drugiego rzutu. Roztwór macierzysty po odwirowaniu mannitolu drugiego rzutu zawierajacy nie wykrystalizowany manni¬ tol, nie przereagowana fruktoze i glukoze oraz izomaltoze i izodekstryny rozdziela sie chromato¬ graficznie na trzy frakcje: glukozowo-dekstranowa o stezeniu 25-30%, fruktozowa o stezeniu 14-20% i mannitolowa o stezeniu 6-9%. Frakcjaglukozowo-dekstranowa jest uzytecznym produk¬ tem ubocznym. Frakcje fruktozowa laczy sie z wywarem uzywanym do fermentacji, zas frakcje mannitolowa laczy sie z odsolonym roztworem mannitolu poddawanym nastepnie krystalizacji.Zatrzymany w zlozu anionitowym kwas mlekowy z przefiltrowanego roztworu pofermenta¬ cyjnego desorbuje sie 4-8% roztworem kwasu solnego, a nastepnie usuwa sie z desorbentu chlorki oraz zwiazki barwne w dodatkowej kolumnie anionitowej, zawierajacej anionit w postaci jonu mleczanowego. Oczyszczony roztwór kwasu mlekowego zageszcza sie do stezenia nie mniejszego niz 50%?.Zaleta sposobu wedlug wynalazku jest niski koszt wytwarzania oraz duza dostepnosc pozywki azotowej, zezwalajacej na równoczesna produkcje dwóch cennych produktów chemicznych,jakim jest mannitol i kwas mlekowy. Nadto krótki jest czas fermentacji, dostosowany do wydajnej fazy procesów biochemicznych, latwe oddzielenie bakterii od plynu fermentacyjnego oraz zminimalizo¬ wanie zapotrzebowania na jonity stosowane do odsalania, przez zakonczenie fermentacji przed rozpoczeciem fazy wzmozonego powstawania kwasów w roztworze.Przedmiot wynalazku ilustruje blizej ponizszy przyklad nie ograniczajac jego zakresu.Przyklad . W fermentatorze kwasoodpornym o pojemnosci 150dm3 zaopatrzonym w mieszadlo i plaszcz parowo-wodny umieszczono 100 dm3 wywaru dekstranowego o stezeniu 16,5% wagowych, 2 kg weglanu wapniowego oraz 4 dm3 autolizatu drozdzy piwnych. Zawartosc fermen¬ tom poddano pasteryzacji i po ochlodzeniu roztworu do 32°C dodano 6dm3 inoculum bakterii Lactobacillus brevis. Fermentacje przy ciaglym mieszaniu prowadzono w temperaturze 31-33°C w czasie 30 godzin. W tym czasie stezenie cukrów redukujacych obnizylo sie z 131 g/dm3do 38 g/dm3, czyli o 71%, jednoczesnie nastapil przyrost wapnia w roztworze o 4,8g/dm3. Nastepnie roztwór fermentacyjny ogrzano do temperatury 82°C i zneutralizowano przez dodanie 2,2 dm3 0,8 molo¬ wego mleka wapniowego, po czym odsaczono wytracony precypitat fosforanu wapniowego i bialka, uzyskujac 95 dm3 roztworu, który odsolono z uzyciem dwóch kolumn jonitowych zawiera¬ jacych po 30 dm kationitu i anionitu. Po odrzuceniu wycieku o stezeniu nie wiekszym niz 3% otrzymano HOdm odsolonego roztworu mannitolu o srednim stezeniu 10,3%. Roztwór manni¬ tolu zageszczono pod zmniejszonym cisnieniem w temperaturze 65°C do 43%, uzyskujac 23 dm3 roztworu do krystalizacji mannitolu pierwszego rzutu. Po zakonczeniu krystalizacji mannitolu pierwszego rzutu otrzymano 4,5 kg mannitolu surowego o zawartosci wody ponizej 0,5% oraz 20 dm3 roztworu macierzystego o stezeniu 29%. Po zageszczeniu roztworu macierzystego do 55% uzyskano 1,4 kg mannitolu surowego drugiego rzutu oraz 10,0 dm3 roztworu macierzystego o stezeniu 43%, to jest 5,0 kg suchej substancji. Roztwór macierzysty rozdzielono chromatograficznie w kolumnie jonitowej zawierajacej 5dm3 kationitu na trzy frakcje, otrzymujac 7,5 dm3 frakcji dekstranowej zawierajacej 2,5 kg suchej substancji, 5,0 dm3 frakcji fruktozowej zawierajacej 1,1 kg136708 3 suchej substancji oraz 10,0 dm3 frakcji mannitolowej zawierajacej 0,8 kg suchej substancji. Frakcje fruktozowa zawrócono do fermentacji nastepnej szarzy, a frakcje mannitolowa zuzyto do zage¬ szczenia lacznie z odsolonym roztworem mannitolu nastepnej szarzy. Po rekrystalizacji mannitolu surowego obydwu rzutów z roztworu wodnego otrzymano 5,1 kg produktu o czystosci farmakopealnej.W celu otrzymania kwasu mlekowego, kolumne zawierajaca 30dm3anionitu przemyto woda destylowana w ilosci 50 dm3 i poddano desorpcji z uzyciem 40 dm3 6% roztworu kwasu solnego, który w nastepnej kolejnosci wyparto 60 dm3 wody. Wyciek o stezeniu nie przekraczajacym 2% odrzucono, po czym odebrano 25 dm3 frakcji glównej surowego kwasu mlekowego o stezeniu 1,1 M. Surowy kwas mlekowy oczyszczono w kolumnie anionitowej zawierajacej 2dm3anionitu obsadzonego jonem mleczanowym. Otrzymano 19 dm3 kwasu mlekowego o stezeniu 1 M, nastep¬ nie roztwór zatezono do zawartosci kwasu 500g w 1 dm3. Otrzymano 3,3 dm3 produktu.Zastrzezenie patentowe Sposób wytwarzania mannitolu i kwasu mlekowego z mieszaniny fruktozy i glukozy, korzyst¬ nie wywaru podekstranowego, droga fermentacji fruktozy i glukozy z udzialem bakterii Lactoba- cillus brevis, a nastepnie odsoleniu roztworu pofermentacyjnego, zageszczeniu roztworu i dwurzutowej krystalizacji mannitolu oraz chromatograficznego rozdzielenia w zlozu kationito- wym koncowego roztworu macierzystego na frakcje, znamienny tym, ze fermentacji poddaje sie roztwór fruktozy i glukozy o stezeniu 14-24% wagowych z dodatkiem 0,l-0,4g azotu na ldm3 wywaru w postaci autolizatu drodzy piwnych oraz CaCoa po czym po przereagowaniu 60-80% poczatkowej ilosci cukrów redukujacych, roztwór fermentacyjny ogrzewa sie do 75-90°C, neutrali¬ zuje wodorotlenkiem wapniowyn , filtruje utworzony precypitat fosforanu wapniowego i bialka, a nastepnie filtrat odsala sie z uzyciem kationitu i anionitu, zas odsolony roztwór mannitolu zageszcza sie do 40-60% wagowych i krystalizuje mannitol z roztworu wodnego, nastepnie kon¬ cowy roztwór macierzysty rozdziela sie chromatograficznie na trzy frakcje: dekstranowa o stezeniu 25-30% wagowych, fruktozowa o stezeniu 14-20% wagowych i mannitolowa o stezeniu 6-9% wagowych, z których frakcje fruktozowa recyrkuluje sie do fermentacji, zas frakcje mannitolowa recyrkuluje sie do zageszczenia i krystalizacji, nadto zatrzymany w zlozu1 anionitowym kwas mlekowy desorbuje sie 4-8% roztworem kwasu solnego, po czym usuwa sie z desorbentu chlorki i zwiazki barwne w zlozu anionitowym obsadzonym jonem mleczanowym. PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób wytwarzania mannitolu i kwasu mlekowego z mieszaniny fruktozy i glukozy, korzyst¬ nie wywaru podekstranowego, droga fermentacji fruktozy i glukozy z udzialem bakterii Lactoba- cillus brevis, a nastepnie odsoleniu roztworu pofermentacyjnego, zageszczeniu roztworu i dwurzutowej krystalizacji mannitolu oraz chromatograficznego rozdzielenia w zlozu kationito- wym koncowego roztworu macierzystego na frakcje, znamienny tym, ze fermentacji poddaje sie roztwór fruktozy i glukozy o stezeniu 14-24% wagowych z dodatkiem 0,l-0,4g azotu na ldm3 wywaru w postaci autolizatu drodzy piwnych oraz CaCoa po czym po przereagowaniu 60-80% poczatkowej ilosci cukrów redukujacych, roztwór fermentacyjny ogrzewa sie do 75-90°C, neutrali¬ zuje wodorotlenkiem wapniowyn , filtruje utworzony precypitat fosforanu wapniowego i bialka, a nastepnie filtrat odsala sie z uzyciem kationitu i anionitu, zas odsolony roztwór mannitolu zageszcza sie do 40-60% wagowych i krystalizuje mannitol z roztworu wodnego, nastepnie kon¬ cowy roztwór macierzysty rozdziela sie chromatograficznie na trzy frakcje: dekstranowa o stezeniu 25-30% wagowych, fruktozowa o stezeniu 14-20% wagowych i mannitolowa o stezeniu 6-9% wagowych, z których frakcje fruktozowa recyrkuluje sie do fermentacji, zas frakcje mannitolowa recyrkuluje sie do zageszczenia i krystalizacji, nadto zatrzymany w zlozu1 anionitowym kwas mlekowy desorbuje sie 4-8% roztworem kwasu solnego, po czym usuwa sie z desorbentu chlorki i zwiazki barwne w zlozu anionitowym obsadzonym jonem mleczanowym. PL