SK1552023U1 - Spôsob získavania D-manózy z epimerizačnej zmesi D-glukózy - Google Patents
Spôsob získavania D-manózy z epimerizačnej zmesi D-glukózy Download PDFInfo
- Publication number
- SK1552023U1 SK1552023U1 SK155-2023U SK1552023U SK1552023U1 SK 1552023 U1 SK1552023 U1 SK 1552023U1 SK 1552023 U SK1552023 U SK 1552023U SK 1552023 U1 SK1552023 U1 SK 1552023U1
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- solution
- mannose
- glucose
- resulting
- epimerization
- Prior art date
Links
- WQZGKKKJIJFFOK-QTVWNMPRSA-N D-mannopyranose Chemical compound OC[C@H]1OC(O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-QTVWNMPRSA-N 0.000 title claims abstract description 60
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000006345 epimerization reaction Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 11
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000013375 chromatographic separation Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 14
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 claims abstract description 6
- VLAPMBHFAWRUQP-UHFFFAOYSA-L molybdic acid Chemical compound O[Mo](O)(=O)=O VLAPMBHFAWRUQP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 16
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 15
- 239000006188 syrup Substances 0.000 claims description 7
- 235000020357 syrup Nutrition 0.000 claims description 7
- 238000004185 countercurrent chromatography Methods 0.000 claims description 6
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 claims description 5
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 4
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 claims description 3
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 64
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 16
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 9
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 9
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 7
- 239000003480 eluent Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N D-Mannitol Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N 0.000 description 4
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- -1 mannose anilide Chemical class 0.000 description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 4
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 3
- 230000005526 G1 to G0 transition Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 150000003931 anilides Chemical class 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000012824 chemical production Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 2
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical group 0.000 description 2
- 235000010355 mannitol Nutrition 0.000 description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 2
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 2
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 2
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 1
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 1
- ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-M Thiocyanate anion Chemical compound [S-]C#N ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 206010064921 Urinary tract inflammation Diseases 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- UMFGRWMVBROGTO-SSPAHAAFSA-N aniline (2R,3S,4R,5R)-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal Chemical group NC1=CC=CC=C1.O=C[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO UMFGRWMVBROGTO-SSPAHAAFSA-N 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000002246 antineoplastic agent Substances 0.000 description 1
- 229940041181 antineoplastic drug Drugs 0.000 description 1
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000011138 biotechnological process Methods 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 235000015872 dietary supplement Nutrition 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007071 enzymatic hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 239000012065 filter cake Substances 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 239000000796 flavoring agent Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 235000013355 food flavoring agent Nutrition 0.000 description 1
- 235000003599 food sweetener Nutrition 0.000 description 1
- 150000002303 glucose derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000008642 heat stress Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002402 hexoses Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 235000021374 legumes Nutrition 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 238000011169 microbiological contamination Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 230000003020 moisturizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 239000005445 natural material Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-O phenylazanium Chemical compound [NH3+]C1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 1
- 230000003319 supportive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003765 sweetening agent Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009283 thermal hydrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Treatment Of Liquids With Adsorbents In General (AREA)
Abstract
Opísaný je spôsob získavania D-manózy z epimerizačnej zmesi D-glukózy, zahŕňajúci epimerizáciu D-glukózy katalyzovanú kyselinou molybdénovou, deionizáciu reakčnej zmesi na odstránenie katalyzátora, kde reakčná zmes sa po odstránení katalyzátora očkuje D-glukózou a nechá sa kryštalizovať. Zo vzniknutej suspenzie kryštálov sa oddelí vykryštalizovaná glukóza a materské lúhy. Materské lúhy sa zbavia metanolu, prečistia aktívnym uhlím, získaný supernatant sa filtruje a deionizuje. Výsledný roztok sa podrobí mikrofiltrácii a následne chromatografickej separácii D-manózy od D-glukózy. Prúd s obsahom D-manózy sa následne zahustí pomocou reverznej osmózy, prečistí pomocou aktívneho uhlia, filtruje, deionizuje a podrobí mikrofiltrácii. Ku koncentrovanému roztoku sa dávkuje etanol a následne sa nechá kryštalizovať.
Description
Oblasť techniky
Technické riešenie sa týka spôsobu získavania D-manózy z epimerizačnej zmesi D-glukózy.
Doterajší stav techniky
D-manóza je prírodný bioaktívny monosacharid, hexóza. Je to biologicky významný sacharid, 2-epimér D-glukózy, t. j. od D-glukózy sa líši iba konfiguráciou na druhom uhlíkovom atóme. D-manóza sa nachádza v mnohých druhoch ovocia, zeleniny, rastlinách, strukovinách, ale aj v kvasniciach a orechoch. D-manóza sa používa celosvetovo v rôznych aplikáciách. Najviac sa používa ako doplnok výživy na podpornú liečbu pri zápaloch urinárneho traktu, a to samostatne, alebo v kombinácii s inými látkami. Ďalej sa D-manóza používa v potravinárskom priemysle ako špeciálne sladidlo a dochucovadlo, v medicíne ako východisková látka na syntézu imunostimulátorov, protinádorových liečiv, vitamínov a D-manitolu, v kozmetike ako zvlhčovacia látka a taktiež sa používa ako médium v rôznych biotechnologických procesoch. Ide o produkt s využitím v širokom spektre priemyselných aplikácií a odvetví.
D-manóza sa vyrába extrakčnými metódami z prírodných zdrojov (ovocie, rastliny), ktoré zahŕňajú kyslú, tepelnú a enzymatickú hydrolýzu, prípadne mikrobiálnu fermentačnú hydrolýzu. Po hydrolýze nasledujú rôzne spôsoby izolácie D-manózy. Ďalším spôsobom výroby sú chemické metódy založené na katalytickej epimerizácii D-glukózy na D-manózu alebo oxidácii D-manitolu na D-manózu.
Pri chemickom spôsobe výroby vzniká veľmi čistá D-manóza, ktorá na rozdiel od výroby z prírodných zdrojov nie je kontaminovaná inými sacharidmi a prírodnými látkami. Po epimerizácii nasleduje spôsob izolácie D-manózy cez anilid manózy, čistenie cez rôzne systémy filtrácií a kryštalizáciami. Pri príprave izolovaného medziproduktu čistenia D-manózy, jeho anilidu, sa používa chemická látka anilín. Anilín patrí medzi pomerne silné jedy. Je to nebezpečná toxická látka. V procese čistenia D-manózy môže byť anilín takmer úplne z produktu odstránený, pričom jeho úroveň vo finálnom produkte nepresahuje hodnotu 5 ppm. Napriek týmto kvalitatívnym parametrom D-manózy je použitie anilínu v procese výroby vnímané ako kritický nedostatok jestvujúceho procesu výroby. Potreba eliminácie tohto kritického nedostatku procesu výroby a jeho inovácie je dôležitá a žiaduca nie len z regionálneho a národného hľadiska, ale aj z medzinárodného resp. celosvetového hľadiska (negatívne vplyvy na životné prostredie; globálny trend - dopyt po produktoch, ktorých výroba nezaťažuje prostredie) výroby a použitia D-manózy v potravinárskom a farmaceutickom priemysle. I keď D-manóza prakticky neobsahuje nebezpečné látky použité v procese jej chemickej výroby a následného čistenia, tak v kontexte celosvetového trendu znižovania dopadov na životné prostredie, znižovania potenciálnych dopadov na ľudské zdravie pri styku s nebezpečnými látkami vo výrobnom procese a citlivé vnímanie spotrebiteľov už dlhšiu dobu jestvuje dopyt zo strany odberateľov po produkte, D-manóze, pri ktorého procese výroby nebola použitá nebezpečná chemická látka.
Cieľom tohto technického riešenia je najmä eliminácia kritického faktora vo výrobnom procese D-manózy, ktorým je využívanie toxickej látky anilín-u, pričom sa zároveň obmedzia náročné separačné a purifikačné postupy, zníži sa materiálová nákladovosť (absencia anilínu, úspora energií a ďalšie faktory), zníži sa zaťaženie životného prostredia a v neposlednom rade sa zlepšenia pracovné podmienky pre výrobný personál.
Podstata technického riešenia
Uvedený cieľ sa dosiahne spôsobom získavania D-manózy z epimerizačnej zmesi D-glukózy podľa tohto technického riešenia, zahŕňajúci epimerizáciu D-glukózy katalyzovanú kyselinou molybdénovou, a deionizáciu reakčnej zmesi na odstránenie katalyzátora. Podstata spôsobu podľa tohto riešenia spočíva v tom, že reakčná zmes sa po odstránení katalyzátora zahustí, ku vzniknutému sirupu sa dávkuje metanol, následne sa zmes zaočkuje D-glukózou a nechá sa kryštalizovať. Vzniknutá suspenzia kryštálov sa podrobí oddeľovaniu, pričom sa oddelí vykryštalizovaná glukóza a materské lúhy.
Materské lúhy sa zbavia metanolu, vzniknutý roztok sa nariedi, do roztoku sa nadávkuje aktívne uhlie, zauhlený roztok sa mieša a následne sa nechá sedimentovať do vyčírenia roztoku od aktívneho uhlia. Supernatant sa filtruje, po čom sa prečerpá cez katexovú kolónu, následne cez anexovú kolónu a nakoniec cez kolónu naplnenú chromatografickým nosičom bez aktívnej iónovej formy. Výsledný roztok sa podrobí mikrofiltrácii. Tento výsledný roztok sa podrobí chromatografickej separácii D-manózy od D-glukózy prostredníctvom simulovanej protiprúdovej chromatografie, pričom celková koncentrácie sacharidov v roztoku vstupujúcom do chromatografickej separácie je najviac 22 g/l. Produktový prúd s obsahom D-manózy
SK 155-2023 U1 sa následne zahustí pomocou reverznej osmózy.
Do zahusteného D-manózového roztoku sa nadávkuje aktívne uhlie, zauhlený roztok sa mieša a následne sa nechá sedimentovať do vyčírenia roztoku od aktívneho uhlia. Supernatant sa filtruje, po čom sa prečerpáva cez katexovú a anexovú kolónu. Zdeionizovaný roztok D-manózy sa podrobí mikrofiltrácii, po čom sa koncentruje. Ku koncentrovanému roztoku sa dávkuje etanol a následne sa nechá kryštalizovať.
Vzniknutá suspenzia kryštálov D-manózy sa podrobí oddeľovaniu, pričom sa oddelia kryštály a materské lúhy. Oddelené kryštály D-manózy sa vysušia.
Výhodne, vykryštalizovaná D-glukóza s celkovým obsahom nečistôt pod 5 % po jej oddelení z reakčnej zmesi po odstránení katalyzátora sa použije do epimerizačnej reakcie. Výhodne, glukózový roztok vzniknutý po chromatografickej separácii sa použije do epimerizačnej reakcie.
Výhodne, materské lúhy vzniknuté po oddeľovaní kryštálov D-manózy sa odliehujú a použijú do prípravy roztoku pre následnú chromatografickú separáciu.
Prehľad obrázkov na výkresoch
Technické riešenie je bližšie vysvetlené pomocou obrázkov na sprievodných výkresoch, na ktorých
Obr. 1 znázorňuje blokovú schému postupu jednotlivých výrobných operácií na získavanie D-manózy, podľa tohto technického riešenia;
Obr. 2 schematicky znázorňuje priebeh procesu simulovanej protiprúdovej chromatografie (SMB), pričom t je čas 0 a t* je čas obrátky (preswitchovania) kolón;
Obr. 3 schematicky znázorňuje usporiadanie systému simulovanej protiprúdovej chromatografie (SMB) v prípade použitia otvárania a zatvárania ventilov a čerpadiel;
Obr. 4 znázorňuje trojuholníkový diagram SMB separácie;
Obr. 5 znázorňuje schému filtrácie zdeionizovaného roztoku D-manózy cez ultrafiltračnú jednotku.
Príklady uskutočnenia
Ďalej bude toto technické riešenie podrobne opísané na príklade uskutočnenia spôsobu získavania D-manózy z epimerizačnej zmesi D-glukózy, s odkazom na blokovú schému na obr. 1, a obr. 2 až 5 na sprievodných výkresoch.
V kroku P-1 epimerizácie sa do zariadenia nadávkuje demineralizovaná voda a za neustáleho miešania a ohrevu sa pridá D-glukóza v hmotnostnom pomere 4 : 3 Po úplnom rozpustení glukózy sa pri teplote 55 až 60 °C za neustáleho miešania a ohrevu dávkuje kyselina molybdénová v hmotnostnom pomere 1 : 333 ku D-glukóze. Reakčná zmes sa za neustáleho miešania ohreje na teplotu 90 °C, od tohto momentu sa zmes pri tejto teplote ďalej mieša 3 hodiny (reakčný čas epimerizácie), pričom teplota reakčnej zmesi môže dosiahnuť 98 °C. Po ukončení reakcie sa reakčná zmes za neustáleho miešania ochladí pod teplotu 60 °C.
Následne, v kroku P-2 deionizácie reakčnej zmesi získanej v kroku P-1 epimerizácie, sa reakčná zmes prečerpá cez anexovú kolónu aby sa odstránili ióny Molybdénu a zabránilo sa spätnej premene D-manózy na východiskovú D-glukózu. Objem použitého adsorbentu musí byť minimálne 2,5 násobok ekvivalentu kapacity ionexu. Po zdeionizovaní sa z kolóny odoberie vzorka, s použitím ktorej sa vykoná rodanidová skúška prítomnosti katalyzátora v eluáte. Zdeionizovaný roztok sa z anexovej kolóny vytlačí demineralizovanou vodou.
Ďalej, v kroku P-3 koncentrovania, kryštalizácie a odstreďovania reakčnej zmesi deionizovanej v kroku P2, sa reakčná zmes po odstránení katalyzátora zahustí na cirkulačnej odparke, kde sa koncentruje za vákua pri teplote maximálne 60 °C. Ku vzniknutému sirupu sa dávkuje metanol v pomere 1,25 ml/1 g D-glukózy pri teplote od 35 do 40 °C za súčasného miešania až do vyčírenia roztoku. Následne sa zmes zaočkuje D-glukózou a nechá sa kryštalizovať pri teplote okolo 25 °C minimálne 16 hodín.
Suspenzia kryštálov sa oddeľuje na odstredivke minimálne 30 minút. Odstredený filtračný koláč predstavuje odkryštalizovaných 63 % D-glukózy z množstva použitého v epimerizačnej reakcii.
Vzniknuté materské lúhy z odstreďovania predstavujú hlavný produktový prúd kde pomer D-glukóza : D-manóza je 1 : 1.
V prípade pomeru prídavku metanolu v pomere 1,66 ml/1 g D-glukózy, je množstvo odseparovanej glukózy vzhľadom na množstvo použité v epimerizačnej reakcii 28,7 %. Pomer D-glukóza : D-manóza v materskom lúhu je následne 1 : 2.
V prípade pomeru prídavku metanolu v pomere 1,50 ml /1 g D-glukózy, je množstvo odseparovanej
SK 155-2023 U1 glukózy vzhľadom na množstvo použité v epimerizačnej reakcii 47 %. Pomer D-glukóza : D-manóza v materskom lúhu je následne 1 : 1,5.
D-glukózu, odkryštalizovanú v uvedenom kroku P-3, je možné opätovne použiť ako vstupnú surovinu v epimerizačnej reakcii. Za týmto účelom, v kroku V-1 spracovania odkryštalizovanej D-glukózy, sa vykryštalizovaná D-glukóza vysuší vo vákuovej sušiarni pri teplote 60 °C počas 10 hodín od metanolu. Následne sa uskutoční laboratórna analýza, v prípade celkového obsahu nečistôt pod 5 % hmotnostných sa D-glukóza môže opätovne použiť ako vstupná surovina v epimerizačnej reakcii. V opačnom prípade je nutná jej rekryštalizácia.
Materské lúhy vzniknuté z odstreďovania v uvedenom kroku P-3 koncentrovania, kryštalizácie a odstreďovania reakčnej zmesi, sú následne zbavené metanolu, v kroku P-4 oddestilovania metanolu, kde sa tieto materské lúhy zahustia od metanolu na cirkulačnej odparke za vákua pri teplote maximálne 45 °C. Vzniknutý sirup sa v pomere 1 : 5 rozpustí v demineralizovanej vode. Zmes sa znova destiluje v cirkulačnej vákuovej odparke až do úplného oddestilovania metanolu pri vákuu a teplote do 60 °C.
Roztok vzniknutý v kroku P-4 oddestilovania metanolu, sa následne v kroku P-5 rafinácie a filtrácie nariedi aby výsledná koncentrácia bola do 20 g cukrov na 100 g pripraveného roztoku. Roztok sa ohreje na teplotu od 20 do 30 °C a nadávkuje sa aktívne uhlie v hmotnostnom pomere 1 : 75 pripraveného roztoku. Zauhlený roztok sa mieša minimálne 2 hodiny a následne sa nechá sedimentovať po dobu nevyhnutnú na vyčírenie roztoku od aktívneho uhlia. Supernatant sa filtruje cez filtračnú jednotku.
Supernatant sa v ďalšom kroku P-6 deionizácie a mikrofiltrácie, prečerpá cez katexovú kolónu, následne cez anexovú kolónu a na záver cez kolónu naplnenú chromatografickým nosičom bez aktívnej iónovej formy. Objem použitých adsorbentov musí byť minimálne 30 % objemu prečerpávaného roztoku. Celý roztok sa prefiltruje cez mikrofilter s veľkosťou pórov 0,2 pm a je skladovaný pri teplote do 20 °C v inertnej atmosfére dusíka, kvôli mikrobiologickej kontaminácii. Je potrebné vykonať kontrolu celkovej koncentrácie sacharidov, ktorá nesmie presiahnuť 22 g/l. V prípade potreby sa do zásobníku so vstupnou surovinou doplní potrebné množstvo demineralizovanej vody, ktorá sa prefiltruje cez mikrofilter s veľkosťou pórov 0,2 pm.
V následnom kroku P-7 sa uskutočňuje chromatografická separácia D-manózy od D-glukózy prostredníctvom simulovanej protiprúdovej chromatografie, ďalej označovaná aj ako SMB, pri ktorej sa roztok sa prečerpáva cez sústavu chromatografických kolón za vhodných separačných podmienok.
Výhodou SMB oproti elučnej chromatografii je vyššia účinnosť a produktivita pri menšej spotrebe eluentu. Výsledný produkt je koncentrovanejší a čistejší.
V simulovanej protiprúdovej chromatografii sa pohyb stacionárnej fázy simuluje. Princíp separácie spočíva v afinite zložiek suroviny k adsorbentu. Silne adsorbujúce sa zložky sa po nástreku suroviny zachytia na adsorbent až do momentu, kým nie sú vytlačené čistým eluentom. Slabo adsorbujúce zložky sú naopak unášané mobilnou fázou von z kolóny. Priebeh celého procesu je schematicky znázornený na obr. 2.
Obr. 2 predstavuje systém už ustálených 12 kolón 1 až 12, ktoré sú prepojené za sebou, v uzavretom systéme. Efekt pohyblivej stacionárnej fázy sa dosahuje zmenou polohy vstupov - surovina a eluent, a výstupov - rafinát a extrakt. Surovina sa nastrekuje na vstup do siedmej kolóny 7. Slabo adsorbujúce sa zložky, na obr. 2 zobrazené ako „krúžok“ sú unášané mobilnou fázou a odvádzané v rafináte. Silno adsorbujúce zložky, na obr. 2 zobrazené ako „štvorec“ ostávajú zachytené na adsorbente, až kým sa neprivedie na vstup čistý eluent ako je možné vidieť na vstupe do prvej kolóny 1. Čistý eluent vytláča silne adsorbujúce sa zložky na základe rovnováhy medzi stacionárnou a mobilnou fázou. Extrakt, ktorý sa odťahuje na výstupe z tretej kolóny 3 obsahuje silno adsorbujúce sa zložky suroviny. Surovina, eluent, extrakt a rafinát sa privádzajú, respektíve odvádzajú rôznymi rýchlosťami.
V celom systéme sa udržuje jednosmerný tok pomocou recyklačného čerpadla 13. To zabezpečuje, že v zóne 2 a 4 sa udržuje tok mobilnej fázy. V presne definovanom čase, ktorý je do veľkej miery ovplyvnený kapacitou kolóny, sa vstupy a výstupy presunú v smere toku mobilnej fázy o jednu kolónu. Pohyb vstupov a výstupov sa môže uskutočniť viacerými cestami. Obr. 3 predstavuje jednu z alternatív, kde pomocou otvárania a zatvárania ventilov 15 a čerpadiel 14 sa takisto dosahuje efekt pohybujúcej sa simulovanej pevnej vrstvy.
Pre oddelenie 95 % D-manózy z nastrekovaného množstva sa použije ako adsorbent Eurocat Ca 50 pm s funkčnou iónovou skupinou Ca2+. Porozita častíc je 0,259. Systém pozostáva z 8 chromatografických kolón 1 až 8, pričom rozdelenie do zón 1 až 4 je rovnomerné 2/2/2/2. Pomer priemeru kolóny k dĺžke kolóny musí byť 1 : 75. Medzerovitosť sa pohybuje v rozmedzí 0,33 až 0,38. SMB prevádzkové parametre v závislosti od veľkosti kolón v jednotlivých zónach 1 až 4, spolu s časom t* obrátky (preswitchovania) kolón sú uvedené v tabuľke 1. Prevádzkové parametre SMB systému sú znázornené aj v trojuholníkovom diagrame na obr. 4.
SK 155-2023 U1
Tabuľka 1 - Prehľad prevádzkových parametrov SMB chromatografie
| Parameter | Požadovaná hodnota |
| Henryho konštanta Rafinát | 0,299 |
| Henryho konštanta Extrakt | 0,394 |
| mI | 0,5 |
| mu | 0,365 |
| mm | 0,370 |
| mIV | 0,2 |
| Minimálny prietok v Zóne 1 | 3 ml/min. |
| Minimálny prietok v Zóne 2 | 2,523 ml/min. |
| Minimálny prietok v Zóne 3 | 0,018 ml/min. |
| Minimálny prietok v Zóne 4 | 1,941 ml/min. |
| Čas obrátky t* v pomere k retenčnému času D-manózy | 1 : 1,75 |
Separáciou vznikajú dva prúdy: produktový (extrakt), ktorý obsahuje celkové množstvo D-manózy z nástreku a do 5 % D-glukózy a vedľajší prúd (rafinát), ktorý obsahuje zvyšné množstvo D-glukózy.
V oboch prúdoch sa stupeň zriedenia pohybuje zhruba od 5 do 7 násobku oproti vstupnej koncentrácii.
Po chromatografickej separácii môže byť vedľajší prúd z uvedeného kroku P-7, obsahujúci zvyšnú Dglukózu, ďalej spracovaný v kroku V-2 spracovania vedľajšieho prúdu po chromatografickej separácii, kde sa vzniknutý glukózový roztok čiastočne zahustí na cirkulačnej odparke za vákua na koncentráciu zhruba 10 násobne. Po analytickom stanovení koncentrácie D-glukózy sa tento glukózový roztok môže opätovne použiť do epimerizačnej reakcie.
Produktový prúd s obsahom D-manózy z uvedeného kroku P-7 chromatografickej separácie, sa následne zahustí pomocou reverznej osmózy v kroku P-8 koncentrovania produktového prúdu pomocou reverznej osmózy. Roztok sa zakoncentruje zhruba na 20 g cukrov na 100 g roztoku napríklad pomocou membrány na reverznú osmózu typu Fluid Systems TFC SW8 Elements. Proces beží pri teplote 45 °C, tlaku okolo 5,200 kPa, prietoku permeátu 5 dm3/min. Pomer prietoku permeátu a zásobného roztoku je daný rozdielom tlakov maximálne do 34 kPa.
Do zahusteného D-manózového roztoku o teplote medzi 20 až 30 °C sa v ďalšom kroku P-9 rafinácie a filtrácie dávkuje aktívne uhlie v hmotnostnom pomere 1 : 35 k pripravenému roztoku. Zauhlený roztok Dmanózy sa mieša minimálne 1 hodinu a následne sa nechá sedimentovať po dobu nevyhnutnú na vyčírenie roztoku od aktívneho uhlia. Supernatant sa filtruje cez filtračnú jednotku.
Následne, v kroku P-10 deionizácie, sa prečistený roztok D-manózy kontinuálne prečerpáva cez katexovú kolónu a anexovú kolónu. Objem použitých adsorbentov musí byť minimálne 20 % objemu prečerpávaného roztoku. Po zdeionizovaní sa roztok D-manózy z kolón vytlačí demineralizovanou vodou pod hodnotu refrakcie 1 °Bx.
V ďalšom kroku P-11 ultrafiltrácie sa zdeionizovaný roztok D-manózy filtruje cez ultrafiltračnú jednotku s membránou napríklad typu P-Series, Polyethersulfone, cut-off je 10 000 MW, podľa schémy uvedenej na obr. 5. Ultrafiltračná membrána umožňuje, aby rozpúšťadlo (ako napríklad molekuly vody), anorganické soli a malé molekulové organické látky v roztoku prechádzali, a makromolekulové látky, ako sú suspendované látky, koloid, proteín a mikroorganizmy v roztoku, boli zachytávané, čím sa čistia a oddeľujú.
Ďalej, v kroku P-12 koncentrovania a rekryštalizácie, sa filtrát získaný v predchádzajúcom kroku P-11, kontinuálne nastrekuje do cirkulačnej odparky, kde sa koncentruje za vákua pri teplote maximálne 60 °C. Pred samotným nábehom koncentrovania D-manózového roztoku sa vypočíta minimálny nástrek do odparky podľa vzorca:
Vnástrek [L] = —————— x 100 refr akcia [°Bx]
K vzniknutému sirupu sa dávkuje etanol v päťnásobnom prebytku voči objemu sirupu a vzniknutý etanolový roztok sa ohreje na teplotu 50 až 60 °C za súčasného miešania až do vyčírenia roztoku, následne sa roztok rovnomerne vypustí do kryštalizačných nádob, kde sa premiešava minimálne 16 hodín za súčasnej kryštalizácie.
V ďalšom kroku P-13 odstreďovania rekryštálov, sa suspenzia kryštálov odstreďuje na odstredivke minimálne 60 minút. Vzniknuté materské lúhy z odstreďovania sa zachytávajú a predstavujú vedľajší produktový prúd.
SK 155-2023 U1
Uvedený vedľajší produktový prúd z kroku P-13 odstreďovania rekryštálov, môže byť ďalej spracovaný v kroku V-3 spracovania vedľajšieho produktového prúdu, kde vzniknuté materské lúhy z odstreďovania sa odliehujú za vákua pri teplote maximálne 60 °C a po odliehovaní sa zahustia na hustý sirup, ktorý po analýze môže vstupovať do kroku P-6 deionizácie a mikrofiltrácie pred chromatografickou separáciou.
Nakoniec, v kroku P-14 sušenia, sa odstredený rekryštál suší za vákua v sušiarni. Prvých 10 hodín pri teplote 50 °C a ďalších 10 hodín pri teplote 90 °C. Po vychladnutí sa kryštál D-manózy pomelie cez sito s veľkosťou oka minimálne 6 pm.
Spôsobom získavania D-manózy podľa tohto technického riešenia sa dosiahne značné zredukovanie a zjednodušenie výrobných operácií v porovnaní s chemickými postupmi známymi z doterajšieho stavu techniky využívajúcimi anilidáciu. V spôsobe podľa tohto technického riešenia nie je potrebné vykonať anilidáciu a operácie s ňou súvisiace ako odstreďovanie a rozklad anilidu. Prečistený roztok po epimerizácii s použitím deionizácie, rafinácie a následnej deionizácie, je možné roztok priamo nastrekovať na chromatografické zariadenie, ktoré zabezpečí separáciu produktu od ostatných zložiek roztoku. Takto získaný produktový prúd je natoľko čistý, že je ho možné po ultrafiltrácii a zahustení rovno kryštalizovať za vzniku finálneho produktu. Vo výrobnom postupe podľa doterajšieho stavu techniky je na dosiahnutie takejto čistoty produktu nutné opätovne kryštalizovať roztok D-manózy, keďže kryštalizácia sa považuje za čistiacu operáciu s najvyššou čistiacou účinnosťou. Kryštalizácia je však energeticky i časovo náročný proces a v neposlednom rade pri nej dochádza k strate výťažku produktu, vznikajú odpady a pri tepelnom namáhaní pred kryštalizáciou paradoxne aj nečistoty. V spôsobe podľa tohto technického riešenia sú operácie spojené s kryštalizáciou produktu vykonané iba jedenkrát na rozdiel od doterajšieho postupu kde ich bolo potrebné vykonať dvakrát.
Podstatnou výhodou spôsobu podľa tohto technického riešenia je vylúčenie použitia potenciálne karcinogénneho a zdraviu škodlivého anilínu a jeho derivátov, ktoré vznikajú v chemických postupoch využívajúcich anilidáciu. Anilín glukózy tvorí priamy nebezpečný odpad pri izolácii anilidu manózy, a po rozklade anilidu manózy a následnej regenerácii katexu na ktorom sa rozklad deje, odchádza všetok anilín vo forme rovnako nebezpečného anilínium hydrochloridu. Práca s anilínom a jeho derivátmi predstavuje riziká a pracovnú záťaž aj pri dodržiavaní všetkých zásad bezpečnosti pri práci a znamená nezanedbateľnú nákladovú položku pri likvidácii takýchto odpadov, a taktiež predstavuje záťaž na životné prostredie všeobecne.
Ďalej, pri spôsobe podľa tohto technického riešenia, v optimálnom prípade, t. j. pri dosiahnutí úplnej vzájomnej separácie D-manózy od glukózy za vhodných podmienok, je možné úplne, alebo aspoň čiastočne recyklovať hlavnú surovinu, D-glukózu z vedľajšieho/odpadového prúdu späť do výrobného procesu. Toto predstavuje ďalšie vylepšenie ekonomiky výroby a zníženie odpadového zaťaženia podniku.
Vyššie uvedený príklad uskutočnenia spôsobu získavania D-manózy podľa tohto technického riešenia je uvedený len ako ilustratívny príklad, ktorý nijakým spôsobom neobmedzuje toto technické riešenie len na tento konkrétne opísaný príklad uskutočnenia, pričom sú možné aj ďalšie alternatívne uskutočnenia spôsobu spadajúce do rozsahu myšlienky tohto technického riešenia definovanej v nárokoch.
Claims (4)
1. Spôsob získavania D-manózy z epimerizačnej zmesi D glukózy, zahŕňajúci epimerizáciu D-glukózy katalyzovanú kyselinou molybdénovou, a deionizáciu reakčnej zmesi na odstránenie katalyzátora, vyznačujúci sa tým, že reakčná zmes sa po odstránení katalyzátora zahustí, ku vzniknutému sirupu sa dávkuje metanol, následne sa zmes zaočkuje D-glukózou a nechá sa kryštalizovať, vzniknutá suspenzia kryštálov sa podrobí oddeľovaniu, pričom sa oddelí vykryštalizovaná glukóza a materské lúhy, vzniknuté materské lúhy sa zbavia metanolu, vzniknutý roztok sa nariedi, do roztoku sa nadávkuje aktívne uhlie, zauhlený roztok sa mieša a následne sa nechá sedimentovať do vyčírenia roztoku od aktívneho uhlia, získaný supernatant sa filtruje, po čom sa prečerpá cez katexovú kolónu, následne cez anexovú kolónu a nakoniec cez kolónu naplnenú chromatografickým nosičom bez aktívnej iónovej formy, výsledný roztok sa podrobí mikrofiltrácii, potom sa tento výsledný roztok podrobí chromatografickej separácii D-manózy od Dglukózy prostredníctvom simulovanej protiprúdovej chromatografie, pričom celková koncentrácie sacharidov v roztoku vstupujúcom do chromatografickej separácie je najviac 22 g/l, produktový prúd s obsahom Dmanózy sa následne zahustí pomocou reverznej osmózy, do zahusteného D-manózového roztoku sa nadávkuje aktívne uhlie, zauhlený roztok sa mieša a následne sa nechá sedimentovať do vyčírenia roztoku od aktívneho uhlia, vzniknutý supernatant sa filtruje, po čom sa prečerpáva cez katexovú a anexovú kolónu, zdeionizovaný roztok D-manózy sa podrobí mikrofiltrácii, po čom sa koncentruje, ku koncentrovanému roztoku sa dávkuje etanol a následne sa nechá kryštalizovať, vzniknutá suspenzia kryštálov D-manózy sa podrobí oddeľovaniu, pričom sa oddelia kryštály D-manózy a materské lúhy, po čom sa oddelené kryštály Dmanózy vysušia.
2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že vykryštalizovaná D-glukóza s celkovým obsahom nečistôt pod 5 % po jej oddelení z reakčnej zmesi po odstránení katalyzátora sa použije do epimerizačnej reakcie.
3. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že glukózový roztok vzniknutý po chromatografickej separácii sa použije do epimerizačnej reakcie.
4. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že materské lúhy vzniknuté po oddeľovaní kryštálov D-manózy sa odliehujú a použijú do prípravy roztoku pre následnú chromatografickú separáciu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK155-2023U SK9997Y1 (sk) | 2023-09-28 | 2023-09-28 | Spôsob získavania D-manózy z epimerizačnej zmesi D-glukózy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK155-2023U SK9997Y1 (sk) | 2023-09-28 | 2023-09-28 | Spôsob získavania D-manózy z epimerizačnej zmesi D-glukózy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK1552023U1 true SK1552023U1 (sk) | 2023-11-22 |
| SK9997Y1 SK9997Y1 (sk) | 2024-03-27 |
Family
ID=88836318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK155-2023U SK9997Y1 (sk) | 2023-09-28 | 2023-09-28 | Spôsob získavania D-manózy z epimerizačnej zmesi D-glukózy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SK (1) | SK9997Y1 (sk) |
-
2023
- 2023-09-28 SK SK155-2023U patent/SK9997Y1/sk unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SK9997Y1 (sk) | 2024-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106008645B (zh) | 一种从罗汉果中提取罗汉果苷v的方法 | |
| CN111517944A (zh) | 用于提取阿魏酸的具有预处理的优化方法 | |
| EP3741770A1 (en) | Purification of oligosaccharides from a fermentation broth by using filtration | |
| CN102363594A (zh) | 一种从发酵液中分离纯化丁二酸的工艺 | |
| CN108358989A (zh) | 一种从微生物发酵液中分离纯化胞苷的方法 | |
| JP2017051117A (ja) | 発酵生成物の分離精製法 | |
| CN100509760C (zh) | 四区模拟移动床分离纯化发酵液中的谷氨酰胺的方法 | |
| CN112979482A (zh) | 一种高纯度l-缬氨酸及其制备方法和其应用 | |
| CN1266158C (zh) | 一种利用膜分离技术从发酵液中分离提取d－核糖的方法 | |
| CN107513042B (zh) | 一种非化学溶剂提取申嗪霉素的方法 | |
| KR100828706B1 (ko) | 결정화 공정을 이용한 5'-이노신산 발효액의 정제방법 | |
| CN110759959B (zh) | 一种从发酵液中分离提取维生素b12的方法 | |
| CN103130664A (zh) | 一种膜分离技术提取γ-氨基丁酸的工艺方法 | |
| CN109385414B (zh) | 菠萝蛋白酶的纯化方法 | |
| SK1552023U1 (sk) | Spôsob získavania D-manózy z epimerizačnej zmesi D-glukózy | |
| CN103113423A (zh) | 一种采用离子交换与膜分离技术从发酵液中提取d-核糖的方法 | |
| CN104356140B (zh) | 一种高纯度莫西克汀的膜分离制备方法 | |
| WO2016161686A1 (zh) | 一种从脱脂麦胚中提取制备高纯度棉子糖的工艺 | |
| CN113429448B (zh) | 一种从发酵液中提取肌苷的方法 | |
| CN103145771B (zh) | 一种采用超滤与离子交换技术从发酵液中提取d-核糖的方法 | |
| CN114044797A (zh) | 一种α-熊果苷的提取方法和应用 | |
| CN110437070B (zh) | 一种以甜菊叶为原料综合利用制备绿原酸的方法及其制备得到的绿原酸 | |
| CN100509757C (zh) | 15n-l-精氨酸的分离提纯方法 | |
| CN113754704A (zh) | 一种利用离子树脂高效制备葡萄糖粉的制备方法 | |
| CN112390817B (zh) | 一种盐析萃取他克莫司发酵液的方法 |