PT2275399E - Composição líquida de ácido láctico e método para a sua - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

"COMPOSIÇÃO LÍQUIDA DE ÁCIDO LÁCTICO E MÉTODO PARA A SUA PRODUÇÃO"

Descrição A presente invenção refere-se a um método para a produção de uma composição liquida de ácido láctico altamente concentrada e uma composição obtenível pelo dito método. 0 ácido láctico assim como os seus sais e ésteres são há muito utilizados como aditivos alimentares e em várias aplicações químicas e farmacêuticas. Mais recentemente, o ácido láctico tem sido utilizado na produção de polímeros biodegradáveis tanto como um substituto de materiais plásticos atuais como em várias novas utilizações onde é necessária ou desejada a biodegradabilidade, tal como para implantes médicos e fármacos de libertação prolongada. Consequentemente existe uma crescente procura para processos de produção de ácido láctico aperfeiçoados e economicamente viáveis. 0 ácido láctico é normalmente comercializado como solução aquosa diluída ou concentrada, em que as soluções de ácido láctico concentradas geralmente têm uma concentração de ácido láctico de cerca de 90% (p/p) . Um processo para a produção de tais soluções de ácido láctico concentradas é descrito na, por exemplo, WO 00/56693 e WO 02/22546. A comercialização de composições de ácido láctico com concentrações ainda mais elevadas é porém desejável, p.ex. para diminuir os custos de embalagem e de transporte e para melhorar a facilidade de utilização em todos os tipos de aplicações técnicas e alimentares. No entanto, 2 concentrações mais elevadas não são possíveis, porque ocorre facilmente a cristalização do ácido láctico em tais composições altamente concentradas a temperatura ambiente, o que provoca problemas no manuseamento da composição de ácido láctico. É um objetivo da invenção tornar possível a disponibilização de uma composição líquida de ácido láctico altamente concentrada que não cristaliza a temperatura ambiente.

Para este efeito, num primeiro aspeto, é providenciado um método para a produção de uma composição líquida de ácido láctico que torna possível a produção de uma composição líquida de ácido láctico que tem um conteúdo total de ácido de pelo menos 94% (p/p) e que não cristaliza a uma temperatura acima de 10°C. 0 método compreende obter uma composição líquida de ácido láctico inicial que tem um conteúdo total de ácido de pelo menos 94% (p/p) e que cristaliza a uma temperatura acima de 10°C, e incubar a dita composição líquida de ácido láctico inicial a uma temperatura elevada, i.e. a uma temperatura acima do ponto de cristalização da composição líquida de ácido láctico inicial, por um período de tempo apropriado para obter a composição líquida de ácido láctico que não cristaliza a uma temperatura acima de 10°C. A composição líquida de ácido láctico obtida pelo método conforme descrito aqui, é uma composição líquida pronta a usar apropriada para ser embalada e colocada no mercado.

Preferivelmente, a composição líquida de ácido láctico que não cristaliza a uma temperatura acima de 10 °C tem um conteúdo total de ácido de pelo menos 95% (p/p), mais preferencialmente pelo menos 96%, 97%, 98%, 99% (p/p). 3

Especialmente preferido, a composição liquida de ácido láctico que não cristaliza a uma temperatura acima de 10°C tem um conteúdo total de ácido de 100% (p/p) · Além disso, uma composição liquida de ácido láctico com um conteúdo total de ácido acima de 100% (p/p) pode ser obtida através da remoção de parte ou toda a água que está presente na composição liquida de ácido láctico que está a ser submetida à incubação a uma temperatura elevada conforme descrito aqui. Esta água pode ser removida apropriadamente através de evaporação. É de referir que a presença de água numa tal composição liquida de ácido láctico se deve parcialmente ou totalmente (composição liquida com um conteúdo total de ácido de 100% (p/p) ) à incubação a uma temperatura elevada.

Foi surpreendentemente descoberto que uma composição liquida de ácido láctico que tem um elevado conteúdo total de ácido de pelo menos 94% (p/p) e que não cristaliza a uma temperatura acima de 10°C é obtida de uma composição de ácido láctico inicial que tem o mesmo conteúdo total de ácido que a composição liquida "final" mas que cristaliza a uma temperatura acima de 10°C, ao incubar a composição de ácido láctico inicial durante um prolongado periodo de tempo a uma temperatura elevada acima do ponto de cristalização da composição liquida de ácido láctico inicial.

Foi também descoberto que a composição liquida de ácido láctico resultante, com um conteúdo total de ácido de pelo menos 94% (p/p), tem um rácio de ácido total/ácido livre de 1,2-1,7, preferivelmente de 1,2-1,4. O conteúdo total de ácido (TA) de uma composição é o conteúdo de ácido monomérico medido após a hidrólise completa de qualquer ligação intermolecular éster com uma 4 quantidade precisamente conhecida de base em excesso e determinada por titulação de retorno da base remanescente com ácido. 0 conteúdo total de ácido dá assim o conteúdo de ácido láctico monomérico e oligomérico e é expresso como a percentagem (p/p) de ácido láctico monomérico. 0 ácido láctico oligomérico tipicamente compreende ácido dimérico (HL2), trimérico (HL3), tetramérico (HL4) e pentamérico (HL5), e uma pequena quantidade de dilactida (L2). 0 conteúdo de ácido livre (FA) de uma composição é determinado por titulação direta com base, i.e. sem hidrólise das ligações intermoleculares de éster. A composição liquida de ácido láctico inicial é uma composição que cristaliza a uma temperatura acima de 10°C e abaixo do seu ponto de cristalização. O ponto de cristalização irá depender da concentração da composição liquida de ácido láctico inicial. Por exemplo, o ponto de cristalização de uma composição de ácido láctico a 94% (p/p) é 37°C e a de ácido láctico a 100% é 53°C. Tipicamente, a composição liquida de ácido láctico inicial cristaliza a temperatura ambiente, por exemplo uma temperatura entre 15°C e 25°C. Uma tal composição inicial pode ser obtida de várias formas. A composição inicial pode por exemplo ser obtida ao concentrar uma solução de ácido láctico, por exemplo uma solução comercial, até que o conteúdo total de ácido seja 94% ou mais elevado. A concentração de uma solução de ácido láctico pode ser realizada através da evaporação de uma solução de ácido láctico diluída, através de tratamentos nos quais é feita a utilização de membranas ou crivos moleculares e/ou através de destilação sob pressão reduzida. 5 A composição inicial também pode ser obtida através da agitação de ácido láctico sólido numa quantidade apropriada de solvente e aquecendo a mistura até se tornar liquida. A composição inicial também pode ser obtida imediatamente após uma etapa do processo apropriada num processo para a produção de ácido láctico. Processos apropriados para a produção de ácido láctico são por exemplo divulgados na WO 98/55442 e WO 01/38283. Neste sentido, uma etapa do processo especialmente apropriada é a etapa de destilação conforme abaixo descrito. O ácido láctico é normalmente produzido por fermentação mediante um microrganismo, tal como bactérias, leveduras e fungos. O substrato de fermentação tipicamente compreende hidratos de carbono, tal como glucose, sacarose, amido, e semelhantes, juntamente com minerais apropriados e nutrientes que contêm azoto. Microrganismos conhecidos que produzem ácido S-láctico são várias bactérias do género Lactobacillus, tal como Lactobacillus casei, ou Bacillus, tal como Bacillus coagulans. Além disso são conhecidos microrganismos que produzem ácido (R)-láctico seletivamente.

Após a fermentação, o caldo de fermentação aquoso é processado de forma a obter ácido láctico com a pureza desejada. A via de processamento industrial usual geralmente consiste na separação da biomassa seguido por uma ou mais etapas de processamento adicionais.

Normalmente, a biomassa é separada mediante filtração, centrifugação, floculação, coagulação, flutuação ou combinações destes. Isto é por exemplo descrito na WO 01/38283 onde é descrito um processo contínuo para a produção de ácido láctico mediante fermentação. 6 0 líquido de fermentação é processado subsequentemente consoante necessário para obter uma solução de ácido láctico com a pureza desejada. Estas etapas do processo podem incluir etapas do processo bem conhecidas, tal como permuta de iões, destilação, cristalização, fusão, esterificação, evaporação de água, saponificação, acidulação, filtração, extração, adsorção. É preferido a solução de ácido láctico ser destilada sob pressão reduzida para se obter a composição de ácido láctico inicial que é para ser submetida a incubação a uma temperatura elevada conforme descrito aqui. Pressão reduzida é para ser entendido como uma pressão no intervalo de 0,01 a 100 mbar, preferivelmente de 0,1 a 20 mbar, em particular de 1 a 10 mbar. A temperatura durante a destilação sob pressão reduzida pode ser entre 100 a 200°C, em particular de 110 a 140°C. A destilação pode ser realizada como de seguinte, e repetida uma ou mais vezes consoante desejado, por exemplo como descrito na WO 01/38283.

Sucintamente, num primeiro passo, a solução de ácido láctico aquosa é convertida na fase gasosa através de, por exemplo, evaporação de película. Evaporação de película pode ser alcançada mediante evaporação de película lubrificada, evaporação de película fina e/ou evaporação de película descendente. Depois, o vapor é levado para uma coluna de destilação, na qual ocorre a separação em duas frações sob condições de refluxo. A coluna de destilação pode ter um número de tabuleiros de 1 a 10. A destilação sob pressão reduzida resulta na remoção de impurezas que têm um ponto de ebulição mais elevado do que o ácido láctico, pois o ácido láctico é obtido como o produto principal. O produto principal contém pelo menos 94% (p/p) 7 de ácido total, e o resíduo contém açúcares residuais e/ou ácido láctico polimérico.

No caso de uma solução de ácido láctico, o solvente é preferivelmente água, embora outros solventes tal como alcanóis C1-C5 (metanol, etanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-metil-l-propanol, 2-metil-2-propanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-metil-l-butanol, 2-metil-2-butanol, 3-metil-l-butanol, 3-metil-2-butanol e 2,2-dimetilpropanol) são também apropriados ou podem estar misturados com água. A composição de ácido láctico inicial com um conteúdo total de ácido de pelo menos 94% (p/p) é levada a uma temperatura elevada, i.e. uma temperatura acima do seu ponto de cristalização, e incubada à dita temperatura durante um período de tempo apropriado para se obter uma composição líquida de ácido láctico que não cristaliza a uma temperatura acima de 10°C. O limite superior para a temperatura de incubação pode ser apropriadamente o ponto de ebulição da composição de ácido láctico à pressão em causa. A incubação pode ser realizada sob agitação utilizando qualquer dispositivo de agitação do conhecimento do perito na especialidade.

Preferivelmente, a temperatura de incubação está num intervalo de 40° a 120°C, mais preferivelmente num intervalo de 50° a 100°C, ainda mais preferivelmente num intervalo de 60° a 90°C. O período de tempo para a incubação irá tipicamente depender da temperatura aplicada ou do intervalo de temperatura Quanto mais alta a temperatura de incubação, mais curto é o período de incubação. Por exemplo, a uma temperatura de 100°C o período de incubação pode ser de 1-4 horas, a uma temperatura de 80°C o período de incubação pode ser de 3-12 horas, e a uma temperatura de 60°C o período de incubação pode ser de 10-40 horas. Assim, o período de incubação pode ser pelo menos 30 minutos, preferivelmente pelo menos 1 hora, mais preferivelmente pelo menos 2 horas, ainda mais preferivelmente pelo menos 3 horas. A incubação pode ser realizada a uma temperatura fixa ou utilizando um intervalo de temperatura, e pode incluir um período para arrefecimento à temperatura ambiente. 0 perito irá compreender que a incubação pode ter terminado num tal momento em que é obtida uma composição liquida de ácido láctico que, após arrefecimento da composição a uma temperatura de 10°C, ainda está líquida e não contém cristais. Um tal momento pode ser apropriadamente determinado através da colheita de uma amostra de 50 mL, levar esta amostra a uma temperatura de 10°C e adicionando 1 g de sementes de cristais de ácido láctico sob agitação. Se as sementes de cristais se dissolverem em 1 hora sob agitação, a composição líquida de ácido láctico não cristaliza a uma temperatura acima de 10°C e a incubação pode ter terminado. A incubação da composição de ácido láctico inicial a uma temperatura elevada acima do seu ponto de cristalização conforme descrito aqui pode vantajosamente abranger uma etapa de processamento prévia e/ou adicional, desde que a dita etapa de processamento seja realizada a uma temperatura elevada. Por exemplo, uma etapa de processamento adicional pode ser a remoção de impurezas remanescentes tal como substâncias corantes. Esta remoção pode ser realizada passando a composição líquida de ácido láctico por uma coluna de carbono. O período de tempo da dita passagem, por exemplo 3 horas, pode ser incluído no período de tempo de incubação como mencionado anteriormente. 9 A presente invenção é aplicável a composições contendo ácido láctico em qualquer confiquração estereoquimica, i.e. ácido L+- ou D“-láctico ou qualquer mistura de ácido L+- e D“-láctico.

Num aspeto adicional, é providenciada uma composição liquida de ácido láctico que tem um conteúdo total de ácido de pelo menos 94% (p/p) e que não cristaliza a uma temperatura acima de 10°C. Preferivelmente, a composição liquida de ácido láctico que não cristaliza a uma temperatura acima de 10°C tem um conteúdo total de ácido de pelo menos 95% (p/p), mais preferivelmente pelo menos 96%, 97%, 98%, 99% (p/p). Especialmente preferido, a composição liquida de ácido láctico que não cristaliza a uma temperatura acima de 10°C tem um conteúdo total de ácido de 100% (p/p). A composição liquida de ácido láctico com um conteúdo total de ácido de pelo menos 94% (p/p) tem além disso um rácio de ácido total/ácido livre na ordem de 1,2 a 1,7, preferivelmente na ordem de 1,2 a 1,4. Em particular, a composição liquida de ácido láctico pode ter um conteúdo de ácido láctico monomérico (HL1) mais dimérico (HL2) num intervalo entre 65% e 85% (p/p), preferivelmente num intervalo entre 75% e 84% (p/p), e/ou pode ter um conteúdo de ácido láctico monomérico (HL1) mais dimérico (HL2) mais trimérico (HL3) num intervalo entre 80% e 91% (p/p), preferivelmente num intervalo entre 87% e 90% (p/p).

Tais composições liquidas de ácido láctico podem ter uma composição conforme abaixo especificado aqui (a uma temperatura de 25°C). A composição convenientemente pode ser determinada utilizando espectroscopia de massa. 10

Composição (% p/p) TA 94 96 FA 75,8 75,1 TA/FA 1,24 1,28 HL1 61,3 58,8 HL2 21,2 23, 0 HL3 5, 9 7,2 HL4 1,5 2,1 HL5 0,4 0, 6 L2 0,2 0,2 Água 9, 6 8,2 98 100 105 73,8 72,1 64,9 1,33 1,39 1, 62 55,7 51, 9 39, 6 24,7 26, 3 28,2 8,8 10,7 16, 1 2,8 3, 9 8,3 0, 9 1,4 4,1 0,3 0,3 0,7 6, 8 5, 6 3, 0 A composição deste aspeto é preferivelmente obtenível pelo método de acordo com o aspeto prévio. A composição liquida de ácido láctico altamente concentrada conforme divulgado aqui pode ser utilizada com vantagem em qualquer aplicação de ácido láctico. A forma liquida combinada com a elevada concentração de ácido providencia vantagens como a facilidade de utilização e custos de transporte o mais baixos possiveis.

Lisboa, 11 de Novembro de 2013

Claims (14)

1/ REIVINDICAÇÕES 1. Um método para produzir uma composição liquida de ácido láctico que tem um conteúdo total de ácido de pelo menos 94% (p/p) , o conteúdo total de ácido sendo o conteúdo de ácido monomérico medido após a hidrólise completa de qualquer ligação intermolecular éster com uma quantidade precisamente conhecida de base em excesso e determinada por titulação de retorno da base remanescente com ácido, e que não cristaliza a uma temperatura acima de 10°C, o método compreendendo obter uma composição liquida de ácido láctico inicial que tem um conteúdo total de ácido de pelo menos 94% (p/p) e que cristaliza a uma temperatura acima de 10°C e incubar a dita composição liquida de ácido láctico inicial a uma temperatura acima do ponto de cristalização da composição liquida de ácido láctico inicial durante um período de tempo para obter a composição líquida de ácido láctico que não cristaliza a uma temperatura acima de 10°C, em que a incubação pode ter terminado num tal momento em que é obtida uma composição líquida de ácido láctico que, após arrefecimento da composição a uma temperatura de 10°C, ainda está líquida e não contém cristais, cujo momento pode ser determinado através da colheita de uma amostra de 50 mL, levar esta amostra a uma temperatura de 10°C e adicionando 1 g de sementes de cristais de ácido láctico sob agitação, em que se as sementes de cristais se dissolverem em 1 hora sob agitação, a composição líquida de ácido láctico não cristaliza a uma temperatura acima de 10°C e a incubação pode ter terminado.

2/ 2. 0 método de acordo com a reivindicação 1 compreendendo além disso remover parte ou toda a água que está presente na composição liquida de ácido láctico obtida após a incubação a uma temperatura acima do ponto de cristalização da composição liquida de ácido láctico inicial.

3. 0 método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a temperatura de incubação está num intervalo entre 40°C e 120°C.

4. 0 método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o período de incubação é pelo menos 30 minutos.

5. 0 método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o período de incubação é pelo menos 1 hora.

6. O método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o período de incubação é pelo menos 2 horas.

7. 0 método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o período de incubação é pelo menos 3 horas.

8. O método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a composição de ácido láctico inicial é obtida imediatamente após uma etapa de destilação num processo para a produção de ácido láctico.

9. 0 método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a incubação a uma temperatura acima do ponto de cristalização da composição líquida de ácido láctico inicial abrange uma etapa de processamento prévia e/ou adicional realizada a uma 3/ temperatura acima do ponto de cristalização da composição liquida de ácido láctico inicial.

10. Uma composição liquida de ácido láctico que tem um conteúdo total de ácido de pelo menos 94% (p/p) e um rácio de ácido total/ácido livre de 1,2-1,7, o conteúdo total de ácido sendo o conteúdo de ácido monomérico medido após a hidrólise completa de qualquer liqação intermolecular éster com uma quantidade precisamente conhecida de base em excesso e determinada por titulação de retorno da base remanescente com ácido, e que não cristaliza a uma temperatura acima de 10°C.

11. A composição liquida de ácido láctico da reivindicação 10 com um conteúdo total de ácido de pelo menos 95% (p/p).

12. A composição líquida de ácido láctico da reivindicação 10 com um conteúdo total de ácido de pelo menos 98% (p/p). láctico da de ácido de

13. A composição líquida de ácido reivindicação 10 com um conteúdo total 100% (p/p).

14. A composição liquida de ácido láctico de qualquer uma das reivindicações 10-13 com um rácio de ácido total/ácido livre num intervalo de 1,2 a 1,7, o conteúdo total de ácido sendo o conteúdo de ácido monomérico medido após a hidrólise completa de qualquer ligação intermolecular éster com uma quantidade precisamente conhecida de base em excesso e determinada por titulação de retorno da base remanescente com ácido, e o conteúdo de ácido livre 4/ sendo determinado por titulação direta com base sem hidrólise das ligações intermoleculares de éster. Lisboa, 11 de Novembro de 2013