RO106424B1 - Procedeu de fabricare a lactulozei - Google Patents

Abstract

Procedeul consta in tratarea, la cald, a unei soluții de lactoza monohidrat, borax si apa deionizata, la pH = 8,3, la raport gravimetric 1:2, 26:4,57 intre componente timp de 3 h, iar amestecul de zaharuri obtinut se supune separării, prin treceri succesive, in ordinea indicata, pe diferite tipuri de schimbători de ioni, si anume: schimbători de ioni slab acid, schimbători de ioni puternic acid, iar soluția rezultata, după o concentrare prealabila la 15% substanța uscata, se trece pe o coloana cromatografica umpluta cu schimbător de ioni slab bazic, pentru separarea lactulozei din amestec, apoi se purifica de acid boric pe un schimbător specific de borax si se evapora la vid, pina la un conținut de 65 % lactuloza, care se utilizează ca atare, sub forma de sirop sau condiționat sub forma de pulbere. Boraxul se obține in timpul procesului, simultan cu lactoza, in soluție apoasa, prin reacția acidului boric cu ionii de sodiu, care migTeaza datorita fenomenului de dializa, prin membrane schimbătoare de ioni, din compartimentul anodic, continind soluția produselor de conversie, in compartimentul catodic, care conțin acidul boric si lactoza. Cel de-al doilea procedeu pornește de la lactoza monohidrat, acid boric si apa deionizata, in condiții bine stabilite, urmata de separarea lactulozei din amestecul de conversie rezultat.

Description

Invenția se referă la un procedeu de fabricare a lactulozei, în două variante.

Este cunoscut un procedeu de obținere a lactulozei sub forma unui sirop sau a unui produs cristalin, prin tratarea la 95°C a unei soluții apoase de lactoză, care conține Na^Ch, cu MgO, în raporturi bine stabilite. Lactoza neconvertită în lactuloză se filtrează, iar filtratul este trecut printr-o rășină puternic schimbătoare de ioni, apoi pe o rășină slabă schimbătoare de anioni și concentrat în vid, pentru a rezulta o soluție 50% de lactuloză cu pH=4 ... 6, utilizabilă ca medicament. Formă cristalină, care poate fi utilizată ca îndulcitor, se obține din soluția de concentrație 50% substanță uscată la vid până la un conținut rezidual în umiditate de < 7%, prin precipitare cu etanol 96% (Brevet U.S. nr. 4536221/ /1985).

De asemenea, este cunoscută utilizarea unor rășini selective, copolimeri acrilici aminați epiclorhidrinici ai acidului boric sau ai derivaților acestuia, la separarea lactulozei din amestecuri care conțin lactuloză, lactoză, galactoză și alte zaharuri (EP. 284.959; CA. 110, 115.907 h, 1989, EP. 284.960, CA 110, 96.490 y, 1989].

Se cunosc procedee de fabricare a lactulozei, prin convertirea unei soluții apoase alcaline de lactoză și borax la 80°C, urmată de separarea produselor de conversie care rezultă.

[Japan 7700.091; C.A. voi. 86, 173.392 h, 1977].

[Japan 7771,409; CA. vol.87, 169.522 d, 1977].

Deoarece convertirea lactozei la lactuloză necesită pH alcalin, se adaugă suplimentar hidroxid de sodiu. Acidul boric formează cu lactuloza un complex care deplasează echilibrul departe de lactoză. Suplimentar, se formează din lactoză, ca produse de conversie, galac2 toza, tagatoza, alte zaharuri, acizi organici și substanțe colorate.

Prezenta invenție se referă la un procedeu de obținere a lactulozei, în care, întro primă etapă, o soluție de lactoză monohidrat, borax și apă deionizată, cu pH=8,3, la raport gravimetric 1 : 0,26 ; 4,57 între componenți, se convertește la temperatura de 95°C, timp de 3 h, într-un amestec de zaharuri, constituit din 46,87% lactuloză, 47,56% lactoză, 5,05% galactoză și 0,5% tagatoza, care, într-o a doua etapă, se supune separării succesive pe un schimbător de ioni slab acid (rășină poliacrilat cu grupe carboxil sub forma - COOH), apoi pe un schimbător puternic acid (rășină polistirenicâ cu grupe sulfonil în forma -SOjH), pentru îndepărtarea ionilor de sodiu rezultați din borax, iar soluția obținută, după o concentrare până la 15% substanță uscată, se trece pe o coloană cromatografică umplută cu un schimbător de ioni slab bazic (rășină polistirenică cu grupe amino terțiare ca bază liberă - NRj), la 40......60°C, pentru separarea din amestec a lactulozei, care, în final, se purifică de acid boric pe un schimbător specific de borax (rășină polistirenică cu grupe amino cu baze libere [-NR₂*, -NR₃* (OH', Cl')] și se evaporă la 40 mbar până la un conținut de 65% lactuloză, care se utilizează ca atare, sub formă de sirop, sau se condiționează sub formă de pulbere.

Invenția prezintă avantaje prin faptul câ procedeul se realizează fără adăugare suplimentară de substanță alcalină, cu reciclarea ionilor de sodiu prin electrodializă, evitându-se, totodată, încărcarea deșeurilor de canal cu săruri alcaline, care se formează după îndepărtarea ionilor alcalini cu schimbători de ioni.

Procedeul conform prezentei invenții poate fi realizat în prezență de borax, fără adăugarea unei alte substanțe alcalinizante.

O întruchipare a prezentei invenții constă în faptul că boraxul este preparat într-o soluție apoasă de acid boric, de preferință, simultan cu lactoza, în care ionii de sodiu sunt transferați din soluția cu produsele de conversie, în soluția de acid boric, prin electrodializă.

A

In acest fel, este posibilă o reciclare completă a ionilor de sodiu. Pentru acest scop, sunt necesare numai două compartimente separate printr-o membrană schimbătoare de cationi. Un compartiment este compartimentul catodic, iar soluția de acid boric, de preferință soluția de acid boric - lactoză, circulă prin acesta.

Soluția cu produsele de conversie circulă prin celălalt compartiment, care este compartimentul anodic. Datorită voltajului aplicat, ionii de sodiu se deplasează în primul compartiment, astfel că, în compartimentul catodic se formează o soluție de borax.

O altă realizare a invenției constă în aceea că ionii de sodiu sunt îndepărtați din soluția cu produse de conversie, în mod pe cât posibil complet, cu ajutorul unui schimbător de ioni mai puternic acid, în timp ce schimbătorul de ioni slab acid este, de preferință, cel puțin parțial regenerat cu acid boric, și boraxul astfel format este refolosit, cel puțin parțial.

Deci, atâta timp cât concentrația ionilor de sodiu în soluția de produse de conversie este așa de mare că un schimbător de ioni slab acid leagă ionii de sodiu, va fi folosit un astfel de schimbător de ioni. Un schimbător de ioni puternic acid va fi folosit apoi, numai pentru separarea completă a ionilor de sodiu din soluție. Ca rezultat al regenerării preferențiale a schimbătorului de ioni slab acid cu acid boric, ionii de sodiu legați în același fel vor rămâne în ciclul de producție. Numai restul este îndepărtat ca reziduu de canal. Cu toate acestea, în cazul în care schimbătorul de ioni slab acid nu este regenerat cu acid boric, este avantajoasă folosirea acestuia. Oricum, poate fi regenerat cu un acid slab, care este mai bun din punct de vedere ecologic. Acidul carbonic, de exemplu, este corespunzător ecologic.

Pentru separarea lactulozei, soluția cu produse de reacție, după separarea ionilor de sodiu, care poate avea loc înainte sau după separarea ionilor de borat, de preferință după evaporarea la 15 sau 20% material uscat, este trecută printr-un conteiner lung, umplut cu schimbător de ioni slab bazic, ca o coloană cromatografîcă, de preferință la 30 până la 60°C, apa fiind folosită ca un eluent.

Această nouă folosire a unui schimbător de ioni conduce la o excelentă separare a lactulozei, dar, de asemenea, și a galactozei din amestecul de produse de regenerare.

Poate fi obținută o lactuloză având un grad de puritate de peste 99%, care, până acum, a fost posibilă la scară industrială numai la prețuri enorme.

Deoarece ultima fază a procedeului conform invenției indică fabricarea lactulozei pulbere, prin pulverizarea unei soluții de lactuloză de concentrație și puritate cel puțin 90% față de materialul solid, ta o lactuloză pulbere care este menținută sub amestecare, de preferat sub agitare atât de ușoară și distribuită în pulbere atât de fin și de rapid, astfel că soluția de lactuloză să formeze întotdeauna un film subțire pe suprafața particulelor solide, din care se formează lactuloza pulbere.

Este cunoscut faptul că nu este posibil ca lactuloza să cristalizeze simplu, prin concentrare din soluție apoasă.

Metanolul sau alt solvent organic a fost utilizat pentru fabricarea lactulozei pulbere, deoarece lactuloza în acești solvenți are o solubilitate mai mică și precipită. Pulberea uscată și separată mecanic după aceea este totdeauna contaminată cu un rest de solvent.

Metoda conform invenției permite fabri106424 s

carea unei lactuloze pudră de mare puritate, care curge liber și este numai slab higroscopică.

Decisiv pentru această metodă este adăugarea slabă și distribuirea imediată și întinderea siropului de lactuloză pe granule, pentru a forma un film subțire. Chiar numai acumulări locale de sirop trebuie să fie eliminate și mai cu seamă materialul cristalin nu trebuie să se dizolve iarăși în sirop. Apte pentru acest scop sunt, de exemplu, uscătoare spray, uscătoare cu plăci și alte uscătoare cu aer cald, care au un mecanism de agitare.

Sugestiile de mai sus pentru formarea de soluție de borax prin electrodializă, îndepărtarea ionilor de sodiu din soluția produselor de conversie cu ajutorul unui schimbător de ioni slab acid, separarea lactulozei cu ajutorul unui schimbător de ioni slab bazic, ca o coloană cromatografică și fabricarea de pudră de lactuloză sunt în combinație avantajoasă cu scopul invenției de față, dar fiecare din aceste măsuri poate fi, de asemenea, separat pentru a obține anumite avantaje.

în cadrul prezentei invenții au fost utilizați următorii schimbători ionici:

- schimbător de ioni slab acid tip Bayer CNP - 80: rășină poliacrilat cu grupe carboxil în formă / - COOH /;

- schimbător de ioni puternic acid tip Bayer SP - 112: rășină polistirenică cu grupe sul fonii în forma -SOjH;

- schimbător de ioni slab bazic tip Bayer MP 62: rășină polistirenică cu grupe aminoterțiare ca baze libere (-NRj);

- schimbător de ioni specific borului tip Rohm și Haas IRA-743: (rășină polistirenică cu grupe amino ca baze libere [-NR* -NR₃*(OH',C1·)].

în continuare sunt redate 2 exemple de realizare a invenției, în legătură și cu figura, care reprezintă separarea amestecului de zaharuri.

Exemplul 1. 175 kg de lactoză mono6 hidrat, 46,3 kg de borax și 800 kg de apă deionizată sunt încălzite la 95°C și menținute la această temperatură timp de trei ore. Se formează un amestec de produse de reacție, care cuprinde, în mod substanțial,

74,2 kg de lactuloză; 75,3 kg de lactoză; 8,0 kg de galactoză și 0,8 kg de tagatoză. Soluția rezultată cu amestec de zaharuri este trecută peste schimbătorul de ioni slab acid și în mod substanțial peste schimbătorul de ioni puternic acid, astfel că ionii de sodiu, care iau naștere din borax sunt îndepărtați. Soluția este apoi evaporată până la 15% material uscat.

Soluția având această concentrație este trecută peste o coloană cromatografică constând dintr-un schimbător de ioni slab bazic.

Coloana constă dintr-un cilindru scobit având un diametru de aproximativ 90 cm și o înălțime de 2m, umplut cu 1000 1 de rășină schimbătoare de ioni slab bazică. Se adaugă 1000 1 de soluție la o temperatură între 40 și 60°C, în coloana care a fost în prealabil umplută cu apă și după aceea reumplută cu apă la o viteză de curgere de 1-2 volume/strat/pe oră.

Figura arată separarea realizată a componentelor din soluție. Apare că numai cu o mică pierdere poate fi obținută fracțiunea de lactuloză aproape pură, fără alte zaharuri. Separarea clară a lactozei și lactulozei este în special surprinzătoare. Soluția de lactuloză care rezultă este eliberată de acid boric într-un schimbător specific de borax și este apoi evaporată până la un conținut de 65% lactuloză, de exemplu, la vid de 40 mbar. Este astfel obținut un sirop comercializabil.

Siropul de lactuloză poate fi, de asemenea, convertit în pulbere.

în acest scop, de exemplu, este folosit un uscător cu placă încălzit cu vapori (De

Detrich SP 200) cu o capacitate totală de

200 1 și conținut utilizabil 130 1, viteză de agitare 10/rot/min. în interiorul conteineru106424 lui se pun 20 kg de praf de lactuloză și în total 100 kg de sirop încălzit la 60°C sunt scoase la o viteză de curgere de 2 1/h. Totul este apoi usact timp de 30 min. 20 kg de praf care rezultă rămâne ca o probă pentru șarja următoare.

Exemplul 2. Se dizolvă 175 kg lactuloză - monohidrat și 30 kg acid boric în 600 kg apă deionizată, sub agitare, la 45°C, după care amestecul este trecut printr-un schimbător de ioni slab acid tip Bayer CNP 80, conținând ioni de sodiu. Eluarea se face cu apă deionizată. Soluția obținută după regenerarea parțială cu acid boric a schimbătorului de ioni și care conține ioni de sodiu este supusă unei corecții de pH până la valoarea de 8,3 cu soluție de hidroxid de sodiu, valoare de pH corespunzătoare soluției lactoză-borax.

Soluția rezultată este încălzită la 95°C, timp de 3 h. Amestecul produselor de reacție format cuprinde, în principal, 76,8 kg lactuloză, 740 lg lactoză, 7,8 kg galactoză și 0,8 kg tagatoză.

Amestecul de reacție conținând zaharuri este trecut separat și apoi pe un schimbător de ioni puternic acid tip Bayer SP 112, astfel încât ionii de sodiu conținuți în borax să fie îndepărtați. Soluția se concentrează prin evaporare până la un conținut de 15% substanță uscată.

Soluția având concentrația de mai sus este trecută apoi pe o coloana cromatografică conținând drept umplutură schimbător de ioni slab bazic tip Bayer MP 62.

Coloana cromatografică se compune dintr-un cilindru cu diametrul de 90 cm și o înălțime de 2 m, umplută cu 1000 1 rășină schimbătoare de ioni slab bazică.

Prin coloana schimbătoare de ioni umplută anterior cu apă se trec 1000 1 soluție de separat, Ia o temperatură cuprinsă între 40 și 60°C și un debit de 1 - 2 volu8 me/strat/oră.

Soluția de lactuloză rezultată este apoi separată de acidul boric cu ajutorul unui schimbător specific de bor, după care soluția se concentrează până la 65% lactuloză, sub vid de 40 mbar, obținându-se un sirop de lactuloză comercializabil.

Claims (7)

1. Procedeu de fabricare a lactulozei, prin tratarea la cald a unei soluții alcaline de lactoză și borax, urmată de separarea lactulozei din amestecul de conversie rezultat, pe coloana schimbătoare de ioni, caracterizat prin aceea că, într-o primă etapă, o soluție de lactoză monohidrat, borax și apă deionizată, cu pH = 8,3 și raport gravimetric 1:0,26:4,57 între componenți, se convertește la temperatura de 95°C, timp de 3 h, într-un amestec de zaharuri, constituit din 46,87 % lactuloză, 47,56% lactoză 5,05% galactoză și 0,5% tagatoză, care, într-o a doua etapă, se supune separării succesive pe un schimbător de ioni slab acid (rășină poliacrilat cu grupe - COOH), apoi pe un schimbător puternic acid (rășină polistirenică cu grupe sulfonil - SOjH) pentru îndepărtarea ionilor de sodiu rezultați din borax, iar soluția obținută, după o concentrare până la 15% substanță,, uscată, se trece pe o coloană cromatografică umplută cu un schimbător de ioni slab bazic (rășină polistirenică cu grupe aminoterțiare - NRJ, la 40-60°C pentru separarea din amestec a lactulozei, care, în final, se purifică de acid boric pe un schimbător specific de borax (rășină polistirenică cu grupe amino ca baze libere (-Nh2,-NRj*,(OH·, CI')] și se evaporă la 40 mbar, până la un conținut de 65 % lactuloză, care se utilizează ca atare, sub formă de sirop sau se condiționează sub formă de pulbere.

2. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că,boraxul se obține în timpul procesului, simultan cu lactoza, în soluție apoasă, din reacția acidului boric cu ionii de sodiu, care migrează datorită fenomenului de electrodializă, prin membrane schimbătoare de ioni, din compartimentul anodic, conținând soluția produșilor de conversie, în compartimentul catodic care conține acidul boric și lactoza.

3. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, pentru obținerea lactulozei sub formă de pudră, siropul de lactuloză, de concentrație 65%, se spreiază în film subțire, sub agitare, la 60°C, cu o viteză de curgere de 2 1/h, peste lactuloză pulbere, într-un utilaj adecvat, de tip uscător cu placă, încălzit cu vapori, apoi se supune uscării timp de 30 min.

4. Procedeu de preparare a lactulozei prin tratare la cald a unei soluții de lactoză și acid boric, urmată de separarea lactulozei din amestecul de reacție format, pe coloane schimbătoare de ioni, caracterizat prin aceea că, într-o primă etapă, amestecul de lactoză monohidrat, acid boric și apă deîonizată, la raport gravimetric între componenți de 1:0,17:4,5, io se încălzește la temperatura de 45°C, se trece printr-un schimbător de ioni slab acid, iar soluția rezultată după efuare cu apă deîonizată se supune unei corecții de pH cu

5 soluție de hidroxid de sodiu, până la valoarea 8,3, apoi se convertește la temperatura de 95°C, timp de trei ore, într-un amestec de zaharuri, constituit din 49,10% lactulozâ, 45,39% lactoză, 4,98% galactoză

10 și 0,51% tagatoză, care, într-o a doua etapă, se supune separării succesive pe un schimbător de ioni slab acid (rășină poliacrilat cu grupe carboxil în forma - COOH), apoi pe un schimbător de ioni puternic

15 acid, (rășină polistirenică cu grupe sulfonil - SOjH), iar soluția obținută după concentrare până la 15% substanță uscată, se trece pe o coloană cromatografică umplută cu un schimbător de ioni slab bazic (râși20 nă polistirenică cu grupe aminoterțiare ca baze libere - NRJ, la 40 ... 60°C, pentru separarea din amestec a lactulozei, care, în final, se purifică de acid boric pe un schimbător specific de borax (rășină poli25 stirenică cu grupe amino ca baze libere [-NR₂\ -NRj⁺ (OH, Cl)] și se evaporă la vid, până la un conținut de 65% lactuloză.