WO2004056841A1 - Verfahren zum extrahieren von 2-keto-l-gulonsäure (kgs) aus einem polaren, vorzugsweise wässrigen lösungsmittel - Google Patents

Verfahren zum extrahieren von 2-keto-l-gulonsäure (kgs) aus einem polaren, vorzugsweise wässrigen lösungsmittel Download PDF

Info

Publication number
WO2004056841A1
WO2004056841A1 PCT/EP2003/014192 EP0314192W WO2004056841A1 WO 2004056841 A1 WO2004056841 A1 WO 2004056841A1 EP 0314192 W EP0314192 W EP 0314192W WO 2004056841 A1 WO2004056841 A1 WO 2004056841A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ascorbic acid
solvent
kgs
extraction
acid
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/014192
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Domschke
Martin Merger
Petra Deckert
Friedrich Sauer
Original Assignee
Basf Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE2002160085 external-priority patent/DE10260085A1/de
Priority claimed from DE2003116268 external-priority patent/DE10316268A1/de
Application filed by Basf Aktiengesellschaft filed Critical Basf Aktiengesellschaft
Priority to JP2005502539A priority Critical patent/JP2006516148A/ja
Priority to US10/539,960 priority patent/US20060149084A1/en
Priority to CA002510026A priority patent/CA2510026A1/en
Priority to EP03782392A priority patent/EP1575968A1/de
Priority to AU2003290036A priority patent/AU2003290036A1/en
Publication of WO2004056841A1 publication Critical patent/WO2004056841A1/de

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
    • C07H1/00—Processes for the preparation of sugar derivatives
    • C07H1/06—Separation; Purification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
    • C07H7/00—Compounds containing non-saccharide radicals linked to saccharide radicals by a carbon-to-carbon bond
    • C07H7/02—Acyclic radicals
    • C07H7/027—Keto-aldonic acids

Definitions

  • L-ascorbic acid (vitamin C, ascorbic acid, L-xylo-ascorbic acid, L-threo-hex-2-enolic acid- ⁇ -lactone) is usually made from 2-keto-L-gulonic acid (KGS), monoacetone-2-keto-L -gulonic acid or diacetone ketogulonic acid.
  • KGS is obtained in a one- or multi-stage fermentative process, for example through the two-stage fermentation of sorbitol via sorbose with suitable, sometimes specially modified microorganisms.
  • KGS or the diacetone-2-keto-L-gulonic acid obtained in the "Reichstein process” is lactonized directly or via intermediates such as esters, in particular methyl or butyl esters.
  • Acids usually mineral acids, especially concentrated hydrochloric acid (acid Lactonization) or bases such as, for example, sodium hydroxide solution, NaHC0 3 , Na 2 C0 3 , alcoholates, etc. (alkaline lactonization) is also described, and the autocatalytic conversion of KGA to ascorbic acid is described KGS, from which the ascorbic acid must then be purified.
  • ascorbic acid and KGS can be separated from one another from aqueous solution by crystallizing the KGS as Na-KGS. In a subsequent step, KGS must be released from Na-KGS.
  • the process according to JP 31856 also provides crystalline ascorbic acid.
  • the publication describes the acid-catalyzed lactonization of diacetone-2-keto-L-gulonic acid hydrate in a mixture of toluene, an alcohol and acetone as solvent.
  • halogenated hydrocarbons are added as precipitation aids in order to achieve sufficient yields and ascorbic acid purities. This creates unwanted by-products, such as alkyl halides, which have to be disposed of at great expense.
  • the sodium salt of ascorbic acid is first formed, which must be converted into free ACS in a further process step and is associated with an equimolar amount of NaCl or Na 2 S0 4 . After that, another crystallization step is usually necessary.
  • DE 861 841 describes direct lactonization with partial conversion and ascorbic acid removal by selective crystallization and starting material recycling. Unreacted starting material is separated off by crystallization of the ascorbic acid. After crystallization, the starting material may only be present in the mother liquor in a low concentration, since otherwise the product will be contaminated. It is therefore necessary to operate on high sales.
  • No. 1,904,619 describes a process for continuous KGS (derivative) lactonization with partial conversion in aqueous solution.
  • the product is isolated by crystallization and recrystallization from methanol. All mother liquors must be combined, concentrated and transferred back to an aqueous solution.
  • WO 98/08584 describes a process for the liquid / liquid extraction of acids from aqueous solutions with supercritical CO 2 . However, it is only used for the pure isolation of KGS or ascorbic acid from a fermentation broth. A selective separation of KGS and ACS from a more aqueous solution is not described. According to FR 1050832 and FR 1099614, impurities are extracted from aqueous solution by liquid / liquid extraction, and ascorbic acid is thus separated from sugars and crude ascorbic acid is purified.
  • the educt or product is derivatized. So in particular
  • Methyl or butyl esters of KGS are formed, which are soluble in alcohol as opposed to ascorbic acid.
  • the separation processes described are very complex and not very efficient. Due to the high consumption of energy and the use of organic, largely toxic solvents, they are also ecologically questionable.
  • ascorbic acid is characterized by special requirements in terms of purity and yield in all process stages: on the one hand to enable the use of the end product in human nutrition and on the other hand to reduce the production costs as much as possible.
  • the object of the present invention is therefore to provide an advantageous process for selectively and economically separating 2-keto-L-gulonic acid from a mixture containing ascorbic acid and 2-keto-L-gulonic acid.
  • the present invention consequently relates to a method for extracting 2-keto-L-gulonic acid (KGA) from a polar solvent, characterized in that the method comprises the following step:
  • R1, R2, and / or R3 is in each case a saturated unbranched or branched alkyl radical with 6 to 14 carbon atoms independently of one another or simultaneously;
  • GB 1,426,018 describes the extraction of i.a. Citric acid, lactic acid and oxalic acid from aqueous solutions by extraction.
  • EP 828725 discloses a process for extracting ascorbic acid from an aqueous solution with the addition of an acid with a water-immiscible composition, which (a) comprises at least one secondary or tertiary alkylamine in which the total number of carbon atoms is at least 20, contains as the primary extractant and (b) a polar extraction enhancer compound (“enhancer”).
  • enhancer a polar extraction enhancer compound
  • KGS can now be extracted selectively from a polar solvent by providing the method according to the invention.
  • KGA can be selectively and economically separated from ascorbic acid by the inventive method described herein. So far it has not been shown that the two similar organic acids ascorbic acid and KGS can be selectively separated from one another by liquid-liquid extraction.
  • KGA is advantageously extracted from a polar solvent which contains ascorbic acid and KGA.
  • extraction means according to the invention that the substances contained therein, in particular ascorbic acid or KGA, are transferred from a solid or liquid sample with non-polar to polar solvents or solvent mixtures into the respective extractant or extractant mixture Extracting agent is also understood below to mean a mixture of different solvents, as long as the mixture has the properties described for the extracting agent, in particular can serve as an extracting agent for ascorbic acid or KGA.
  • the extraction is a “liquid-liquid extraction”.
  • a “liquid-liquid extraction” is understood to mean an extraction of a substance dissolved in a liquid solvent by means of a second liquid solvent.
  • the extraction conditions e.g. the extractant or the temperature can be chosen so that a specific substance is extracted essentially or preferably or not.
  • polar solvents are aqueous solutions, including water, or polar aprotic or protic organic solvents, e.g. alkyl alcohols with an alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, e.g. Methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol or butanol or e.g. Acetone, acetonitrile or dimethyl sulfoxide or mixtures thereof.
  • polar aprotic or protic organic solvents e.g. alkyl alcohols with an alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, e.g. Methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol or butanol or e.g. Acetone, acetonitrile or dimethyl sulfoxide or mixtures thereof.
  • aqueous solution is understood to mean water or an aqueous solution, including, for example, deionized, demineralized, distilled or bidistilled water.
  • aqueous solution can be dissolved or mixed in the aqueous solution.
  • the solvent preferably contains a KGA portion as described below.
  • the KGS portion and the acorbic acid portion are as described below.
  • extract 1 is understood to mean a solvent or solvent mixture which is not miscible with the solvent and which has a miscibility gap with the solvent.
  • the extractant 1 preferably contains essentially the tertiary Am according to the invention in the formula
  • R1, R2, and / or R3 is in each case a saturated unbranched or branched alkyl radical with 6 to 14 carbon atoms independently of one another or simultaneously, in particular R1, R2, and / or R3 can be - (CH 2 ) n -CH 3 with in each case n is 6 to 14 or consist of a mixture of the amines according to the invention and the organic polar diluent.
  • the extractant preferably consists only of the amines mentioned or a mixture thereof and the organic polar diluent.
  • an alkyl radical having 8 to 12 carbon atoms is particularly preferred, so in particular n is preferably 8 to 12.
  • R1 is R2 is R3. Consequently, in a very particularly preferred embodiment, the process according to the invention relates to extraction with an extraction agent which contains tri-n-octylamine and / or tri-n-decylamine.
  • the term “diluent” also includes the polar, in particular protic, enhancers disclosed in EP 828725, in particular alkanols, ketones, aldehydes, esters and ethers.
  • the polar organic diluent contained in the extractant preferably consists of a saturated branched or unbranched Alkyl alcohol having 4 to 14 carbon atoms, preferably the diluent is a saturated branched or unbranched alkyl alcohol having 8 to 12 carbon atoms, most preferably it is i- or n-decanol, or a mixture thereof.
  • the extractant 1 thus preferably consists of tri-n-octylamine and tri-n-decylamine, in particular in a ratio of 1: 0 to 0: 1, preferably in a ratio of 30:60 to 60:30, and the diluent, in particular decanol.
  • amine mixtures are commercially available under the trade name Hostarex.
  • the preferred ratio of amine to diluent depends on the particular components. Preferably the ratio is 20:80 to 80:20.
  • a particularly preferred ratio of tri-n-octylamine / tri-n-decylamine to isodecanol is 40/60.
  • amine tri-n-octylamine / tri-n-decylamine 50:50 and amine to isodecanol: 40:60.
  • an economical separation of KGS from a mixture of ascorbic acid and KGS can be achieved if the ratio of the distribution coefficients under normal conditions for KGS to ascorbic acid is at least 1.5: 1, preferably 4: 1, more preferably 7: 1 or more, the Distribution coefficient of course depends on the temperature.
  • the distribution coefficient can be determined using methods familiar to those skilled in the art, e.g. after a one-step extraction with subsequent HPLC analysis and iodometric titration.
  • the extraction according to the invention can be carried out as described in the documents cited herein or as described in the examples, e.g. using a countercurrent extraction column or a multi-stage mixer-decanter cascade (mixer-settle ⁇ .
  • the extractant 1 and the mixture of ascorbic acid and KGA in the solvent are preferably used in the process according to the invention in a ratio of 0.5: 1 to 3: 1, a ratio of 2: 1 to 1: 1 is particularly preferred is a 1: 1 ratio.
  • an aqueous solution or a branched or unbranched C 1 -C 4 -alkyl alcohol is used as the solvent in the process according to the invention.
  • Water or an aqueous solution is preferably used.
  • aqueous solutions as defined herein includes both water and buffers, fermentation solutions, salt solutions and other solutions which contain substances, for example to influence the pH, the sterility of the solution or the stability of the substances.
  • the solvent can also a fermentation broth or the supernatant of a decanted, filtered or otherwise purified fermentation broth.
  • the product discharge from the preceding lactonization reaction can be concentrated, as described below, for example. will.
  • the solution is advantageously cooled and then the KGA is extracted.
  • the concentration is advantageously carried out by evaporation at elevated temperature and reduced pressure, for example as described herein.
  • water or an aqueous solution e.g. a fermentation broth, e.g. with the KGS and ascorbic acid proportions described below, and 1 tri-n-octylamine / tri-n-decylamine / iDecanol in the ratio 20:20:60 as extractant.
  • the extraction of step (a) preferably takes place at a temperature between 10 ° C. and 60 ° C.
  • a temperature between 15 ° C. and 30 ° C. is particularly preferred.
  • the person skilled in the art will weigh the extraction efficiency against the use of cooling energy to achieve the respective extraction temperatures and the solubility of the starting materials at the respective extraction temperatures.
  • a temperature can be preferred which can be achieved for cooling or heating without additional energy supply (ambient temperature).
  • the process step according to the invention is most preferably carried out at 30 ° C. to 60 ° C., preferably at 40 ° C. ,
  • the method according to the invention comprises the following further step:
  • “Full or partial back-extraction” is understood according to the invention to mean that KGAs are back-extracted essentially, preferably at least 30% by weight to 100% by weight, into the extracting agent 2. 50% by weight are preferred, 75% by weight are more preferred .-% or more.
  • the concentration of KGA in extraction medium 2 before the back extraction is lower than in extraction medium 1, i.e. the proportion is preferably 10% by weight, more preferably 5% by weight or 1% by weight or less, most preferably 0.1 or less% by weight.
  • the extractant 2 is a polar solvent as described above, preferably it is water or an aqueous solution or a branched or unbranched d to C 4 alkyl alcohol.
  • the extraction agent 2 and the solvent consist essentially of the same solvent components.
  • Essentially consisting of the same solvent components means here that the two agents do not differ essentially in their solvent components, for example 30% or less, more preferred are 10%, even more preferred are 5% difference or an identical composition.
  • one agent may consist essentially of an aqueous solution with a small proportion of an alkyl alcohol, while the other agent consists only of an aqueous solution, In a preferred embodiment the two agents are identical in terms of their solvent components and proportions.
  • the extractant 2 is preferably also polar.
  • the solvent and extractant 2 are particularly preferably water or aqueous solutions.
  • the solvent and extractant 2 consist of solutions in which essentially the same substances are contained apart from the proportion of ascorbic acid and KGA.
  • Constants consisting essentially the same substances except for the proportion of ascorbic acid and KGA means that both agents are essentially identical in the proportion of dissolved and undissolved constituents apart from ascorbic acid and KGA and differ only slightly, 30% are preferred, even more preferably 5% or less of the components other than KGS or ascorbic acid are different.
  • the extraction temperature T T for the extraction of the KGA from the solvent containing a mixture of ascorbic acid and KGA is 5 ° C to 100 ° C lower than the back extraction temperature T 2 for the back extraction of the KGA from the extractant 1 with the extractant 2.
  • a difference of 15 ° C. to 70 ° C. is preferred, more preferably 20 ° C. to 40 ° C.
  • the temperature of the extraction is 10 ° C to 30 ° C and the back extraction temperature is 20 ° C to 80 ° C.
  • the combination is preferred tion of ambient temperature or room temperature, here a temperature of 15 ° C to 30 ° C is understood for the extraction, with a temperature of 40 ° C to 60 ° C for the back extraction.
  • the method according to the invention also comprises the following step:
  • step (c) Returning the extractant 1 from which the KGA was back-extracted in step (b) to the extraction in step (a).
  • the extractant is preferably discharged partially or completely before the recycling and reuse as the extractant in step (a), worked up and only then returned. Impurities are removed by the discharge.
  • the extraction agent can be cleaned e.g. by distillation, micro- or nanofiltration or adsorption (e.g. on activated carbon).
  • the proportion of discharged material essentially depends on the purity of solvent 1 and the proportion of back-extracted product of value, i.e. from KGS in the extractant 1 after back extraction. If the extractant contains only a small proportion of valuable product and a high proportion of impurities after the back extraction with extractant 2, a large proportion of contaminated extractant 1 can be discharged. If only partial extraction is carried out in the back extraction, there is still a high proportion of the product of value in the extraction medium 1 and the person skilled in the art will routinely weigh up the loss due to discharge against the degree of contamination.
  • the method according to the invention for extracting the KGA preferably comprises the following further step:
  • step (d) Returning the extraction agent 2 loaded with KGS from the back extraction according to step (b) to a process for producing ascorbic acid from KGS.
  • the KGA-laden solvent is advantageously returned to a lactonization step and converted there to ascorbic acid.
  • the product discharge of the lactonization can then be subjected to the steps of the method according to the invention described here or the steps of another method known to the person skilled in the art to obtain the ascorbic acid.
  • the method according to the invention comprises the following further step: (e) concentrating the extractant 2 loaded with the KGS before returning to step (d); and optionally the step
  • “Concentration” is understood here to mean that the volume of the sample is concentrated and the concentration of KGA or ascorbic acid after concentration is higher than in the starting solution, but without precipitating out. Thus 10% by volume or more of the solvent can The ascorbic acid is preferably drawn off or evaporated to the solubility limit of the loaded extractant 2. In a preferred embodiment, just enough solvent is evaporated that steady states can occur in the continuous system with recirculation. understood a "concentration”.
  • Concentration can take place, for example, by heating, in particular under reduced pressure, for example a circulation evaporator, thin-film evaporator, etc. Samples can also be restricted by dialysis. The concentration should be done gently, preferably at -20 ° C to 100 ° C depending on the reaction time, pressure and solvent. Concentration at 30 ° C. to 90 ° C. is preferred, particularly preferably at 30 ° C. to 50 ° C. It is advantageous to carry out the narrowing under reduced pressure. Depending on the solvent or solvent mixture, the concentration can be carried out at normal pressure (1013 mbar) to 10 mbar. In the case of aqueous solutions, the concentration is preferably at 500 mbar to 10 mbar. After evaporation, the solution can be cooled, e.g. to the ambient temperature or the temperature of the following process step, e.g. by means of heat exchangers.
  • the concentration is advantageously carried out by evaporating off the solvent at 30 ° C. to 50 ° C. and a pressure of 50 to 80 mbar. Possibly. After the concentration, the solution can be cooled and only then fed to the lactonization reactor.
  • the vapors of the concentration consist essentially of extractant 2 and can therefore advantageously be used again as extractant 2 in step (b).
  • the method includes the following further step:
  • Various process steps for obtaining the ascorbic acid from polar solvents are known to the person skilled in the art. For example, Evaporation, cooling or displacement crystallizations or various drying processes, e.g. Spray drying for carboxylic acids, especially also for ascorbic acid.
  • Evaporation, cooling or displacement crystallizations or various drying processes e.g. Spray drying for carboxylic acids, especially also for ascorbic acid.
  • spray drying for carboxylic acids, especially also for ascorbic acid.
  • insoluble salts or derivatives can also be formed, which then precipitate out in the solvent.
  • the ascorbic acid is preferably isolated by evaporation, cooling or displacement crystallization.
  • the method according to the invention can contain at least one of the following further steps before step (j):
  • the washing can take place in the upper part of the extraction column in which the extraction can be carried out.
  • the concentration takes place as described above.
  • the concentration is carried out up an evaporation of the solvent at 30 ° C to 50 ° C and at reduced pressure, advantageously a temperature of 40 C C and a pressure of 50 to 100 mbar.
  • step (j) Since the mother liquor remaining in step (j) during the crystallization of the ascorbic acid can still contain ascorbic acid, in a preferred embodiment the process according to the invention also contains one of the following further steps:
  • KGS could also be separated from a mixture of ascorbic acid, KGS, monoacetone-2-keto-L-gulonic acid and / or diacetone ketogulonic acid.
  • the present invention also relates to a process for the preparation of ascorbic acid from 2-keto-L-gulonic acid, which comprises the following steps:
  • Lactonization preferably partial lactonization of 2-keto-L-gulonic acid
  • Extracting the KGA from the ascorbic acid / KGA mixture according to the method described herein and iii. Isolate the ascorbic acid from the solvent loaded with the ascorbic acid.
  • the mixture of KGA and ascorbic acid can be prepared by methods known to those skilled in the art, e.g. by a method for lactonizing KGS described herein.
  • the mixture is preferably produced by direct partial lactonization, in particular by autocatalytic lactonization, from KGA to ascorbic acid.
  • partial lactonization means an incomplete conversion of the starting material to ascorbic acid.
  • An embodiment with a KGS partial conversion of 20% by weight to 40% by weight is particularly preferred.
  • the lactonization reaction (i) can be carried out by methods as described in the prior art since 1933, as long as a mixture of the starting material, preferably KGA, and ascorbic acid in a polar solvent, preferably in an aqueous solution, in particular water, is obtained. Due to the lack of separation processes, the literature generally describes full conversions of KGS to ascorbic acid or, if only partial implementation, combines the separation with the derivatization of KGS to an ester and subsequent crystallization of the ascorbic acid as described above. Lactonization processes are described in the above-mentioned prior art and the documents cited therein, which are hereby expressly included in the disclosure content of this description.
  • Ascorbic acid is usually produced from 2-keto-L-gulonic acid, monoacetone-2-keto-L-gulonic acid or diacetone ketogulonic acid.
  • Other starting materials e.g. L-Gulon- ⁇ -lactone and the sodium salt of the ⁇ -alkyl-KGS-pyranoside have also been described.
  • Direct lactonizations are usually acid-catalyzed, preferably with hydrochloric acid as a gas or with aqueous hydrochloric acid and have long been known in the art.
  • alkaline catalyzed processes the reaction rate of lactonization is higher, which leads to higher space-time yields in the apparatus.
  • alkali metal salts of weak acids eg NaHC0 3 or sodium acetate
  • Na 2 C0 3 or sodium methylate in alcohols are used as basic catalysts.
  • the sodium salt of ascorbic acid is initially formed, which must be converted into the free ascorbic acid in a further process step.
  • a method for producing free ascorbic acid is described in US 5,041,563.
  • the catalyst has to be separated off.
  • the acid can decompose the product.
  • an ascorbic acid salt is first produced, which must be converted into the free ascorbic acid.
  • the process according to the invention can now be used to carry out a direct acidic or alkaline-catalyzed or an auto-catalyzed partial lactonization, for example via an acidic ion exchanger (for example Bayer Lewatit) or, preferably, by means of a fixed bed catalysis.
  • Lactonization is preferably carried out at low temperatures lead to a slight derivatization or decomposition of the ascorbic acid formed, particularly preferably below 60 ° C., for example by means of bio- or enzyme catalysis or in acid catalysis.
  • step (i) for the lactonization of 2-keto-L-gulonic acid thus takes place autocatalytically and partially in the process according to the invention. Lactonizations in most processes are carried out with complete conversion of the respective educt.
  • An advantage of the autocatalytic reaction is that neither catalysts nor other auxiliaries are required and must be removed from the reaction discharge.
  • An economical use of the autocatalytic lactonization has so far failed due to the fact that complete conversion is not efficient and takes place in low yields.
  • KGS can be lactonized in aqueous solutions by the action of an elevated temperature (T> 25 ° C, T ⁇ 200 ° C). Temperatures of 40 to 180 ° C. are preferred. A very short reaction time in the reactor can advantageously be achieved in this way. If a solution of KGS in water is heated to 80-150 ° C and the residence time in the reactor is kept between 1 and 30min, KGS conversions of 25-30% ascorbic acid selectivities can be obtained by 90% in solution. Partial conversion with educt recycling has so far only been described in the case of KGS esters.
  • the initial concentration of KGA in water preferably does not exceed 30%.
  • the present invention also relates to a process for the preparation and recovery of ascorbic acid, step (i) for lactonizing the 2-keto-L-gulonic acid being carried out autocatalytically under partial conversion under the following conditions:
  • a KGA initial mass fraction of 10 to 15% by weight, a reactor temperature of 110 ° C. to 150 ° C. with a residence time of 3 to 5 minutes and a conversion of KGA of 20 to 25% by weight are particularly preferred.
  • Suitable reactors for lactonization are, for example, tube bundles, plate heat exchangers, spiral tube reactors or propulsion jet reactors.
  • reaction discharge from the lactonization reaction is concentrated in order to achieve a steady-state operating state in accordance with the concentration steps described above.
  • the ascorbic acid or KGA can then be separated off in step (a) from the reaction effluent, which is preferably cooled to ambient temperature or from 20 ° C. to 25 ° C.
  • the reaction discharge after the concentration preferably has a KGA content of 5 to 30% by weight, 8 to 25% by weight is particularly preferred, and an ascorbic acid content of 3 to 20% by weight, 5 to 10 is particularly preferred wt .-%. Consequently, the KGA-containing solvent of step (a) also has a KGA content of 5 to 30% by weight, 8 to 25% by weight being particularly preferred.
  • the solvent of step (a) has a KGA content of 5 to 30% by weight, particularly preferably 8 to 25% by weight, and an ascorbic acid content of 3 to 20% by weight, particularly 5 to 10% by weight are preferred.
  • the solvent loaded with ascorbic acid is preferably concentrated and the ascorbic acid is crystallized from the solvent.
  • the condensed vapors of the various evaporation steps largely remain in the process in the process according to the invention and are used there as solvents, as was described for the different process steps above.
  • the evaporation of the respective solvents is particularly preferably operated via the respective operating pressure such that energy can be transferred from the vapor condenser of a first evaporation to the evaporator of a second evaporation.
  • the individual steps of the method described herein can be carried out continuously or discontinuously.
  • the preferred embodiment is the continuous execution of the steps.
  • the process according to the invention for the production of ascorbic acid or for the production of ascorbic acid contains all steps (a) to (g) and / or (i) to (iii) and / or (aa) to (cc) described herein.
  • ascorbic acid and / or KGS is obtained without salt accumulation.
  • the present invention is illustrated by the following example, which is not intended to be limiting in any way.
  • a distribution coefficient (quotient of the concentration of the absorbing / releasing phase) of 1.1 kg / kg was measured for ascorbic acid and 6.6 kg / kg for KGS. Accordingly, the ratio of the distribution coefficients, i.e. H. the selectivity equal to 6. With regard to the back extraction of the KGA from the extractant 1, it was found that the distribution coefficient of the KGA at 80 ° C. is reduced to 0.18 under otherwise comparable conditions.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Furan Compounds (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Extraction Or Liquid Replacement (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Extrahieren von 2-Keto-L-gulonsäure (KGS) aus einem polaren, vorzugsweise wässrigen Lösungsmittel, vorzugsweise aus einem Lösungsmittel, das ein Gemisch von Ascorbinsäure und 2-Keto-L-gulonsäure, enthält, mittels Flüssig-Flüssig-Extraktion mit einem Extraktionsmittel, das ein tertiäres Amin und ein polares organisches Verdünnungsmittel enthält. Vorzugweise umfasst das erfindungsgemässe Verfahren auch Schritte zum Rückextrahieren der KGS und Rückführen des Extraktionsmittel . Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Ascorbinsäure aus KGS und Isolierung der hergestellten Ascorbinsäure.

Description

Verfahren zum Extrahieren von 2-Keto-L-gulonsäure (KGS) aus einem polaren, vorzugsweise wässrigen Lösungsmittel
Beschreibung
L-Ascorbinsäure (Vitamin C, Ascorbinsaure, L-xylo-Ascorbinsäure, L-threo-hex-2-enolsäure-γ- lakton) wird üblicherweise aus 2-Keto-L-gulonsäure (KGS), Monoaceton-2-keto-L-gulonsäure oder Diacetonketogulonsäure hergestellt. In neueren Verfahren wird KGS in einem ein- oder mehrstufigen fermentativen Prozess gewonnen, beispielsweise durch die zweistufige Fermenta- tion von Sorbitol über Sorbose mit hierzu geeigneten, teils speziell modifizierten Mikroorganismen.
KGS bzw. die im „Reichstein-Verfahren" anfallende Diaceton-2-keto-L-gulonsäure wird direkt oder über Zwischenstufen wie z.B. Ester, insbesondere Methyl- oder Butylester, lactonisiert. Als Katalysator werden Säuren, meist Mineralsäuren, insbesondere konzentrierte Salzsäure (saure Lactonisierung) oder Basen wie z.B. Natronlauge, NaHC03, Na2C03, Alkoholate usw. (alkalische Lactonisierung) eingesetzt. Ebenso ist die autokatalytische Umsetzung von KGS zu Ascorbinsaure beschrieben. Als Produkt der Lactonisierungsreaktion entsteht Rohascorbinsäure mit einem mehr oder weniger hohen Anteil an KGS, woraus dann die Ascorbinsaure aufgereinigt werden muss.
In der Literatur sind verschiedene Trennverfahren beschrieben. Grundsätzlich ist eine wirtschaftliche Auftrennung eines Gemisches aus Ascorbinsaure und KGS recht schwierig. Ascorbinsaure und KGS unterscheiden sich in ihrer chemischen Struktur nur durch die während der Lactonisi- sierung gebildete Lactonstruktur der Ascorbinsaure. Dementsprechend ähneln sie sich in ihren chemischen Reaktionseigenschaften und haben ähnliche physikalische Eigenschaften. So zeigen beide Säuren unter den üblichen verfahrenstechnischen Herstellung- und Aufreinigungsbedingungen eine vergleichbare pH- und temperaturabhängige Neigung zu Zersetzung und Bildung gefärbter Nebenkomponenten. Die Löslichkeit der KGS und Ascorbinsaure wird durch die vier hydrophilen Hydroxy-Gruppen und die Säure-Gruppe geprägt. Beide besitzen ein ähnliches Löslichkeitsprodukt in polaren Lösungsmitteln: sie sind gut in polaren Lösungsmitteln, insbesondere Wasser, aber nur wenig in unpolaren organischen Medien löslich.
Dies zeigt sich insbesondere bei den im Stand der Technik für die Ascorbinsäureherstellung beschriebenen Verfahren für die Trennung der Ascorbinsaure vom Edukt KGS oder seinen Derivaten.
Gemäß JP 85019285 können Ascorbinsaure und KGS aus wässriger Lösung durch Kristallisation der KGS als Na-KGS voneinander abgetrennt werden. Aus Na-KGS muss dann in einem Folgeschritt KGS freigesetzt werden. Kristalline Ascorbins ure liefert auch das Verfahren nach JP 31856. Die Druckschrift beschreibt die sauer katalysierte Lactonisierung von Diaceton-2-keto-L-gulonsäurehydrat in einem Gemisch aus Toluol, einem Alkohol und Aceton als Lösungsmittel.
In DE 641639 werden Halogenkohlenwasserstoffe als Fällungshilfsmittel zugeführt, um ausreichende Ausbeuten und Ascorbinsäure-Reinheiten zu erzielen. Hierdurch entstehen ungewollte Nebenprodukte, wie Alkylhalogenide, die aufwendig entsorgt werden müssen.
Bei alkalisch katalysierten Verfahren entsteht zunächst das Natriumsalz der Ascorbinsaure, das in einem weiteren Verfahrensschritt in die freie ACS überführt werden muss und mit einem ä- quimolaren Anfall an NaCI oder Na2S04 verbunden ist. Danach ist meist ein weiterer Kristallisationsschritt nötig.
Ein Verfahren, welches freie Ascorbinsaure ohne Salzanfall liefert, ist in US 5041563 beschrie- ben. Hier wird die basisch katalysierte Lactonisierung eines KGS-Esters mit einem langkettigen Amin in einem dipolaren Lösungsmittel zu einem Ammoniumascorbat vorgeschlagen. Die As- corbinsäurefreisetzung wird dann durch Extraktion des Am ins mit einem unpolaren Lösungsmittel herbeigeführt. Dabei werden auch farbige Nebenprodukte mitextrahiert.
Katalysatorfreie Methoden zur Ascorbinsäuresynthese aus KGS-Estem sind seid ca. 1940 bekannt.
In DE 861 841 ist eine Direktlactonisierung mit Partialumsatz und Ascorbinsäure-Abtrennung durch selektive Kristallisation und Eduktrückführung beschrieben. Nicht umgesetztes Edukt wird durch Kristallisation der Ascorbinsaure abgetrennt. Das Edukt darf nach der Kristallisation nur in geringer Konzentration in der Mutterlauge vorliegen, da sonst das Produkt verunreinigt wird. Daher muss bei hohen Umsätzen operiert werden.
US 1,904,619 beschreibt ein Verfahren zur kontinuierlichen KGS (-Derivat)-Lactonisierung unter Partialumsatz in wässriger Lösung. Das Produkt wird durch Kristallisation und Umkristallisation aus Methanol isoliert. Alle Mutterlaugen müssen vereinigt, auf konzentriert und wieder in eine wässrige Lösung überführt werden.
WO 98/08584 beschreibt ein Verfahren zur Flüssig/Flüssig-Extraktion von Säuren aus wässri- gen Lösungen mit überkritischem C02. Es wird aber nur zur Reinisolierung von KGS oder Ascorbinsaure aus einer Fermentationsbrühe angewandt. Eine selektive Trennung von KGS und ACS aus einer wässrigeren Lösung ist nicht beschrieben. Gemäß FR 1050832 und FR 1099614 werden Verunreinigungen durch Flüssig/Flüssig- Extraktion aus wässriger Lösung extrahiert und so eine Abtrennung von Ascorbinsaure von Zuckern erreicht bzw. die Reinigung von Rohascorbinsäure ermöglicht.
Bisher wurden im Stand der Technik keine wirtschaftlichen Verfahren zur Trennung von Ascorbinsaure und KGS zur Verfügung gestellt, sodass in der Regel in den Herstellungsprozessen für Ascorbinsaure die Lactonisierung unter Vollumsatz der KGS oder des jeweiligen Edukts durchgeführt werden muss, um eine Verunreinigung der Ascorbinsaure mit KGS zu vermeiden.
Bei vielen Verfahren wird das Edukt oder Produkt derivatisiert. So werden insbesondere die
Methyl- oder Butyl-Ester der KGS gebildet, die in Alkohol im Gegensatz zu Ascorbinsaure löslich sind. Die beschriebenen Trennverfahren sind sehr komplex und wenig effizient. Aufgrund des hohen Verbrauchs an Energie sowie der Verwendung von organischen, größtenteils toxischen Lösungsmittel sind sie zudem ökologisch bedenklich.
Die Herstellung von Ascorbinsaure zeichnet sich aber durch besondere Anforderungen an Reinheit und Ausbeute in allen Verfahrensstufen aus: zum einen, um dem Einsatz des Endprodukts bei der Anwendung zur menschlichen Ernährung zu ermöglichen und andererseits, um die Kosten bei der Herstellung möglichst zu verringern.
Die Aufgabe der vorliegend Erfindung ist es somit, ein vorteilhaftes Verfahren zur Verfügung zu stellen, um selektiv und wirtschaftlich 2-Keto-L-gulonsäure aus einem Ascorbinsaure- und 2- Keto-L-gulonsäure enthaltenden Gemisch trennen zu können.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch die hierin beschriebenen und in den Ansprüchen charakterisierten Ausführungsformen gelöst.
Die vorliegende Erfindung betrifft folglich ein Verfahren zum Extrahieren von 2-Keto-L- gulonsäure (KGS) aus einem polaren Lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfah- ren folgenden Schritt umfasst:
(a) Extrahieren der 2-Keto-L-gulonsäure aus dem polaren, vorzugsweise wässrigen Lösungsmittel mit einem Extraktionsmittel 1 enthaltend ein tertiäres Amin der Formel,
N l wobei R1 , R2, und/oder R3 jeweils ein gesättigter unverzweigter oder verzweigter Alkyl- rest ist mit unabhängig von einander oder gleichzeitig 6 bis 14 Kohlenstoffatomen;
und einem polaren organischen Verdünnungsmittel; und wobei das Extraktionsmittel 1 die mit dem Lösungsmittel eine Mischungslücke aufweist.
In DE 3831 071 wird KGS in Gegenwart von zwei bis sechs Moläquivalente eines langkettigen Amins bei einem C02-Partialdruck von 10 bis 60 bar extrahiert.
In EP 359645 wird eine verdünnte Lösung von KGS mit einer volumengleichen Lösung eines Amins (Adogen 83) in Kerosin extrahiert und mit Salpetersäure rückextrahiert.
GB 1,426,018 beschreibt die Gewinnung von u.a. Zitronensäure, Milchsäure und Oxalsäure aus wässrigen Lösungen mittels Extraktion.
Darauf aufbauend offenbart EP 828725 ein Verfahren zur Extraktion von Ascorbinsaure aus einer wässrigen Lösung unter Zugabe einer Säure mit einer mit Wasser nicht mischbaren Zusammensetzung, die (a) mindestens ein sekundäres oder tertiäres Alkylamin, bei dem die Ge- samtzahl der Kohlenstoffatome mindestens 20 beträgt, als primäres Extraktionsmittel und (b) eine polare Extraktionsverstärkerverbindung („Enhancer") enthält. Dabei beträgt das Verhältnis von Amin zu Enhancer mindestens 1:2.
Überraschenderweise kann nun durch die Zurverfügungstellung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens aus einem polaren Lösungsmittel KGS selektiv extrahiert werden. Vorteilhafterweise kann insbesondere aus einem polaren Lösungsmittel, das sowohl KGS als auch Ascorbinsaure gelöst enthält, KGS durch das hierin beschriebene erfindungsgemäße Verfahren selektiv und wirtschaftlich von Ascorbinsaure getrennt werden. Bisher wurde nicht gezeigt, dass sich die beiden ähnlichen organischen Säuren Ascorbinsaure und KGS durch eine Flüssig-Flüssig- Extraktion selektiv voneinander trennen lassen.
Folglich wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorteilhaft KGS aus einem polaren Lösungsmittel extrahiert, das Ascorbinsaure und KGS enthält.
Eine wirtschaftliche Trennung durch Extraktion ist dann möglich, wenn zwischen dem Extraktionsmittel und dem Lösungsmittel eine Mischungslücke besteht und der Unterschied der Verteilungskoeffizienten für die zu trennenden Substanzen, hier von Ascorbinsaure und KGS, in einem Extraktionsmittel ausreichend groß ist. Aufgrund der strukturellen Ähnlichkeit von Ascorbinsaure und KGS war nicht zu erwarten, dass ein Extraktionsmittel gefunden werden könnte, für das ein ausreichend unterschiedlicher aber auch ausreichend hoher Verteilungskoeffizient zu einem polaren Lösungsmittel, insbesondere Wasser, existiert. Dies zeigt sich auch darin, dass, obwohl die Vorteile einer partiellen autokatalytischen Lactonisierung und eines Verzichts auf Katalysato- ren zwar seit 1940 bekannt sind, dieser Verfahrensschritt bei der Herstellung von Ascorbinsaure aufgrund des Fehlens geeigneter Trennverfahren für Edukt und Produkt großtechnisch nicht zum Einsatz kommt.
Im folgenden wird unter dem Begriff "Extraktion" oder „Extrahieren" erfindungsgemäß verstan- den, dass aus einer festen oder flüssigen Probe mit unpolaren bis polaren Lösungsmitteln oder Lösungsmittelgemischen die darin enthaltenen Substanzen, insbesondere Ascorbinsaure oder KGS, in das jeweilige Extraktionsmittel oder Extraktionsmittelgemisch überführt werden. Unter Extraktionsmittel wird im folgenden auch ein Gemisch aus verschiedenen Lösungsmittel verstanden, solange das Gemisch die hierin für das Extraktionsmittel beschriebenen Eigenschaften aufweist, insbesondere als Extraktionsmittel für Ascorbinsaure oder KGS dienen kann.
Erfindungsgemäß ist die Extraktion eine „Flüssig-flüssig-Extraktion". Unter einer „Flüssig- Flüssig-Extraktion" wird erfindungsgemäß eine Extraktion eines in einem flüssigen Lösungsmittel gelösten Stoffes mittels eines zweiten flüssigen Lösungsmittel verstanden. Die Extraktions- bedingungen, z.B. das Extraktionsmittel oder die Temperatur, können so gewählt sein, dass eine spezifische Substanz im wesentlichen oder bevorzugt extrahiert oder nicht extrahiert wird.
Polare Lösungsmittel sind erfindungsgemäß wässrige Lösungen, inklusive Wasser, oder polare aprotische oder protische organische Lösungsmittel, bspw. Alkylalkohole mit einem Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, z.B. Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol oder Butanol oder z.B. Aceton, Acetonitril oder Dimethylsulfoxid oder es sind Gemische davon.
Unter dem Begriff „wässrige Lösung" wird Wasser oder eine wässrige Lösung verstanden, auch z.B. deionisiertes, demineralisiertes, destilliertes oder bidestilliertes Wasser. Es können eine oder mehr Substanzen in der wässrigen Lösung gelöst oder damit vermischt sein. So können Substanzen enthalten sein, die die Extraktion, Stabilität oder Löslichkeit der Wertstoffe verbessern oder zu bevorzugten Eigenschaften, z.B. pH-Wert, Leitfähigkeit, Salzkonzentration usw., führen, wie z.B. Salz- oder Pufferlösungen.
Das Lösungsmittel enthält vorzugsweise einen KGS-Anteil wie weiter unten beschrieben. In einer bevorzugten Ausführungsform, in der das Lösungsmittel auch Ascorbinsaure enthält ist der KGS-Anteil und der Acorbinsäure-Anteil wie weiter unten beschrieben. Unter „Extraktionsmittel 1" wird erfindungsgemäß ein Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch verstanden, das nicht mit dem Lösungsmittel mischbar ist und eine Mischungslücke mit dem Lösungsmittel besitzt. So wird durch die Extraktion eine Phase 1, die mit KGS beladenes Extraktionsmittel enthält und eine Phase 2, die das Lösungsmittel und ggf. Ascorbinsaure enthält, er- halten.
Bevorzugt enthält das Extraktionsmittel 1 im wesentlichen das erfindungsgemäße tertiäre Am in der Formel
Rl> -R2
N I
R3
wobei R1 , R2, und/oder R3 jeweils ein gesättigter unverzweigter oder verzweigter Alkylrest ist mit unabhängig von einander oder gleichzeitig 6 bis 14 Kohlenstoffatomen, insbesondere kann R1 , R2, und/oder R3 gleich -(CH2)n-CH3 sein mit jeweils n gleich 6 bis 14 oder aus einem Ge- misch aus den erfindungsgemäßen Aminen und dem organischen polaren Verdünnungsmittel bestehen. Vorzugsweise besteht das Extraktionsmittel nur aus den genannten Aminen oder einem Gemisch davon und dem organischen polaren Verdünnungsmittel.
Besonders bevorzugt ist ein Alkylrest mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen, insbesondere ist somit n vorzugsweise gleich 8 bis 12. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist R1 gleich R2 gleich R3. Folglich betrifft das erfindungsgemäße Verfahren in einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform die Extraktion mit einem Extraktionsmittel, das Tri-n-octylamin und/oder Tri-n-decylamin enthält.
Unter dem Begriff „Verdünnungsmittel" werden erfindungsgemäß auch die in der EP 828725 offenbarten, polaren, insbesondere protischen Enhancer verstanden, insbesondere Alkanole, Ketone, Aldehyde, Ester und Ether. Das in dem Extraktionsmittel enthaltene polare organische Verdünnungsmittel besteht vorzugsweise aus einem gesättigten verzweigten oder unverzweigten Alkylalkohol mit 4 bis 14 Kohlenstoffatomen. Vorzugsweise ist das Verdünnungsmittel ein gesättigter verzweigter oder unverzweigter Alkylalkohol mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen, ganz bevorzugt ist es i- oder n-Decanol, oder ein Gemisch davon.
Vorzugsweise besteht das Extraktionsmittel 1 somit aus Tri-n-octylamin und Tri-n-decylamin, insbesondere in dem Verhältnis von 1:0 bis 0:1, vorzugsweise in den Verhältnissen 30:60 bis 60:30 und dem Verdünnungsmittel, insbesondere Decanol. Kommerziell sind solche Amin- Gemische unter dem Handelsnamen Hostarex erhältlich. Das bevorzugte Verhältnis von Amin zu Verdünnungsmittel hängt von den jeweiligen Komponenten ab. Vorzugsweise ist das Verhältnis 20:80 bis 80:20. Bevorzugt ist die Verwendung eines Gemisches, das Tri-n-octylamin/Tri-n-decylamin enthält zusammen mit einem C8 bis Cι2-Alkylalkohl, vorzugsweise n- oder i-Decanol, vorzugsweise in einem Verhältnis von Tri-n-octylamin/Tri-n-decylamin zu n- oder Isodecanol von 20:80 bis 80:20. Ein besonders bevorzugtes Verhältnis von Tri-n-octylamin/Tri-n-decylamin zu Isodecanol ist 40/60.
Am meisten bevorzugt ist die Extraktion mit den folgenden Komponenten und Anteilen: Amin: Tri-n-octylamin/Tri-n-decylamin 50:50 und Amin zu Isodecanol: 40:60.
Erfindungsgemäß ist eine wirtschaftliche Trennung von KGS aus einem Gemisch aus Ascorbinsaure und KGS erreichbar, wenn das Verhältnis der Verteilungskoeffizienten bei Normalbedingungen für KGS zu Ascorbinsaure mindestens 1,5:1, vorzugsweise 4:1, mehr bevorzugt 7:1 oder mehr ist, wobei der Verteilungskoeffizient natürlich von der Temperatur abhängig ist. Der Verteilungskoeffizient kann mit dem Fachmann geläufigen Methoden bestimmt werden, z.B. nach einer einstufigen Extraktion mit anschließender HPLC-Analyse und iodometrischer Titration.
Die erfindungsgemäße Extraktion kann wie in den hierin zitierten Dokumenten oder wie in den Beispielen beschrieben durchgeführt werden, z.B. mittels einer Gegenstromextraktionskolonne oder einer mehrstufigen Mischer-Dekanter-Kaskade (Mixer-Settleή.
Vorzugsweise wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren das Extraktionsmittel 1 und das Gemisch aus Ascorbinsaure und KGS im Lösungsmittel in einem Verhältnis von 0,5:1 bis 3:1 ein- gesetzt, bevorzugt ist ein Verhältnis von 2:1 bis 1:1, besonders bevorzugt ist ein Verhältnis von 1:1.
In einer Ausführungsform wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Lösungsmittel eine wässrige Lösung oder ein verzweigter oder unverzweigter C-, bis C -Alkylalkohol verwendet. Vorzugsweise wird Wasser oder eine wässrige Lösung verwendet. Der Begriff „wässrige Lösungen" umfasst nach der hierin verwendeten Definition sowohl Wasser als auch Puffer, Fermentationslösungen, Salzlösungen und andere Lösungen, die Substanzen enthalten, um z.B. den pH, die Sterilität der Lösung oder die Stabilität der Substanzen zu beeinflussen. Das Lösungsmittel kann auch eine Fermentationsbrühe oder der Überstand einer dekantierten, filtrierten oder an- ders aufgereinigten Fermentationsbrühe sein.
Vor der Extraktion der KGS nach Schritt (a) kann in einer Ausführungsform der Produktaustrag der vorhergehenden Lactonisierungsreaktion aufkonzentriert werden, wie z.B. unten beschrie- ben wird. So folgt nach der Aufkonzentration vorteilhaft eine Abkühlung der Lösung und dann die Extraktion der KGS. Vorteilhaft erfolgt die Aufkonzentration über eine Eindampfung bei erhöhter Temperatur und reduziertem Druck, z.B. wie hierin beschrieben.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Lösungsmittel Wasser oder eine wässrige Lösung, z.B. eine Fermentationsbrühe, z.b. mit den unten beschriebenen KGS- und Ascorbinsäureanteilen, und als Extraktionsmittel 1 Tri-n- octylamin/Tri-n-decylamin/iDecanol im Verhältnis 20:20:60 verwendet.
Vorzugsweise findet in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Extraktion des Schrittes (a) bei einer Temperatur zwischen 10 °C und 60 °C statt. Besonders bevorzugt ist eine Temperatur zwischen 15 °C und 30 °C. Der Fachmann wird bei der Wahl der bevorzugten Temperatur die Extraktionseffizienz gegen den Kühlenergieeinsatz zum Erreichen der jeweiligen Extraktionstemperaturen sowie die Löslichkeit der Edukte bei den jeweiligen Extraktionstemperaturen ab- wägen. Aus ökonomischen und ökologischen Gründen kann eine Temperatur bevorzugt sein, die ohne zusätzliche Energiezufuhr zum Kühlen oder Erwärmen erreicht werden kann (Umgebungstemperatur).. Am meisten bevorzugt ist die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrensschritt bei 30 °C bis 60 °C, vorzugsweise bei 40 °C.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den folgenden weiteren Schritt:
(b) vollständiges oder partielles Rückextrahieren der Ascorbinsaure oder der KGS aus dem beladenen Extraktionsmittel 1 mit einem polaren Extraktionsmittel 2, wobei ein mit KGS beladenes Extraktionsmittel 2 erhalten wird.
Unter „vollständiges oder partielles Rückextrahieren" wird erfindungsgemäß verstanden, dass KGS im wesentlichen, vorzugsweise mindestens zu 30 Gew.-% bis 100 Gew.-% in das Extraktionsmittel 2 rückextrahiert werden. Bevorzugt sind 50 Gew.-%, mehr bevorzugt sind 75 Gew.-% oder mehr.
Um eine effiziente Rückextraktion zu ermöglichen ist die Konzentration der KGS vor der Rückextraktion im Extraktionsmittel 2 geringer als in dem Extraktionsmittel 1, d.h. vorzugsweise beträgt der Anteil 10 Gew.-%, mehr bevorzugt 5 Gew.-% oder 1 Gew.-% oder geringer, am meis- ten bevorzugt sind 0,1 oder weniger Gew.-%.
Das Extraktionsmittel 2 ist ein polares Lösungsmittel wie oben beschrieben, vorzugsweise ist es Wasser oder eine wässrige Lösung oder ein verzweigter oder unverzweigter d bis C4- Alkylalkohol. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Extraktionsmrttel 2 und das Lösungsmittel im wesentlichen aus den gleichen Lösungsmittelkomponenten.
„Im wesentlichen aus den gleichen Lösungsmittelkomponenten bestehend" bedeutet hierin, dass sich die beiden Mittel im wesentlichen in ihrer Lösungsmittelbestandteile nicht unterscheiden, z.B. sind 30% oder weniger, mehr bevorzugt sind 10%, noch mehr bevorzugt sind 5% Unterschied oder eine identische Zusammensetzung. So kann z.B. ein Mittel im wesentlichen aus einer wässrigen Lösung bestehen mit einem geringen Anteil an einem Alkylalkohol, während das andere Mittel nur aus einer wässrigen Lösung besteht. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Mittel bezüglich ihrer Lösungsmittelkomponenten und -anteile identisch.
Bevorzugt ist das Extraktionsmittel 2 ebenfalls polar. Besonders bevorzugt handelt es sich bei Lösungsmittel und Extraktionsmittel 2 um Wasser oder wässrige Lösungen.
In einer Ausführungsform bestehen Lösungsmittel und Extraktionsmittel 2 aus Lösungen, in denen im wesentlichen die gleichen Substanzen bis auf den Anteil an Ascorbinsaure und KGS enthalten sind.
„Im wesentlichen die gleichen Substanzen bis auf den Anteil an Ascorbinsaure und KGS enthalten" heißt, dass beide Mittel sich in dem Anteil der gelösten und ungelösten Bestandteile außer Ascorbinsaure und KGS im wesentlichen identisch sind und nur gering unterscheiden, bevorzugt sind 30%, noch mehr bevorzugt sind 5% oder weniger der Bestandteile außer KGS oder Ascorbinsaure unterschiedlich.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Extraktionstemperatur TT für die Extraktion der KGS aus dem Lösungsmittel, das ein Gemisch aus Ascorbinsaure und KGS enthält, 5 °C bis 100 °C niedriger ist als die Rückextraktionstemperatur T2 für die Rückextraktion der KGS aus dem Extraktionsmittel 1 mit dem Extraktionsmittel 2. Bevorzugt ist eine Differenz von 15 °C bis 70 °C, mehr bevorzugt von 20 °C bis 40 °C.
Wie in der GB 1,426,018 gezeigt kann bei Rückextraktionen mit höheren Temperaturen als bei der ersten Extraktion mit dem gleichen Lösungsmittel, wie z.B. bei einer Extraktion bei Raumtemperatur und einer Rückextraktion bei 100 °C, in dem Rückextrakt eine höhere Konzentration erreicht werden.
Folglich ist in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Temperatur der Extraktion 10 °C bis 30 °C und die Rückextraktionstemperatur 20 °C bis 80 °C. Bevorzugt ist die Kombina- tion von Umgebungstemperatur oder Raumtemperatur, worunter hier eine Temperatur von 15 °C bis 30 °C verstanden wird, für die Extraktion, mit einer Temperatur von 40 °C bis 60 °C für die Rückextraktion.
In einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren auch den folgenden Schritt:
(c) Rückführen des Extraktionsmittels 1 , aus dem die KGS gemäß Schritt(b) rückextrahiert wurde, in die Extraktion nach Schritt (a).
Vorzugsweise wird das Extraktionsmittel vor der Rückführung und Wiederverwendung als Extraktionsmittel in Schritt (a) partiell oder vollständig ausgeschleust, aufgearbeitet und dann erst zurückgeführt. Durch die Ausschleusung werden Verunreinigungen entfernt. Die Reinigung des Extraktionsmfttels kann z.B. durch Destillation, Micro- oder Nanofiltration oder Adsorption (z.B. an Aktivkohle) erfolgen.
Der Anteil an ausgeschleustem Material hängt im wesentlichen von der Reinheit des Lösungsmittels 1 und dem Anteil an rückextrahiertem Wertprodukt, d.h. an KGS in dem Extraktionsmittel 1 nach erfolgter Rückextraktion ab. Enthält das Extraktionsmittel nach der Rückextraktion mit Extraktionsmittel 2 nur geringe Anteile an Wertprodukt und einen hohen Anteil an Verunreinigungen, so kann ein großer Anteil an verunreinigtem Extraktionsmittel 1 ausgeschleust werden. Wird in der Rückextraktion nur partiell rückextrahiert, dann befindet sich in dem Extraktionsmittel 1 noch ein hoher Anteil an Wertprodukt und der Fachmann wird routinemäßig den Verlust durch eine Ausschleusung gegen den Grad der Verunreinigung abwägen.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Extraktion der KGS den folgenden weiteren Schritt:
(d) Rückführen des mit KGS beladenen Extraktionsmittels 2 aus der Rückextraktion gemäß Schritt (b) in ein Verfahren zur Herstellung von Ascorbinsaure aus KGS.
Vorteilhafterweise wird das mit KGS beladene Lösungsmittel in einen Lactonisierungsschritt zurückgeführt und dort zu Ascorbinsaure umgesetzt. Der Produktaustrag der Lactonisierung kann dann zur Gewinnung der Ascorbinsaure den hierin beschriebenen Schritten des erfin- dungsgemäßen Verfahren oder den Schritten eines anderen der dem Fachmann bekannten Verfahren unterworfen werden.
In einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren folgenden weiteren Schritt: (e) Auf konzentrieren des mit der KGS beladenen Extraktionsmittel 2 vor dem Rückführen nach Schritt (d); und optional den Schritt
(f) Rückführen der Brüden aus einer Eindampf ung nach (e) als Extraktionsmittel 2 in Schritt (b).
Unter „Aufkonzentrieren" wird hierin verstanden, dass die Probe in ihrem Volumen eingeengt wird und die Konzentration der KGS bzw. Ascorbinsaure nach der Aufkonzentrierung höher als in der Ausgangslösung ist, ohne jedoch auszufallen. So können 10 Vol-% oder mehr des Lö- sungsmittels abgetrennt werden. Bevorzugt wird bis an die Löslichkeitsgrenze der Ascorbinsaure aus dem beladenen Extraktionsmittel 2 abgezogen oder abgedampft. In einer bevorzugten Ausführungsform wird genau soviel Lösungsmittel abgedampft, dass sich in der kontinuierlichen Anlage mit Rückführungen stationäre Zustände einstellen können. Folglich wird hierin unter „Eindampfen" ein „Aufkonzentrieren" verstanden.
Eine Aufkonzentrierung kann beispielsweise durch Erwärmen, insbesondere unter reduziertem Druck, beispielsweise Umlaufverdampfer, Dünnschichtverdampfer etc. erfolgen. Durch Dialyse lassen sich ebenfalls Proben einengen. Die Einengung sollte schonend geschehen, vorzugsweise bei -20 °C bis 100 °C in Abhängigkeit von Reaktionsdauer, Druck und Lösungsmittel. Bevor- zugt wird das Aufkonzentrieren bei 30 °C bis 90 °C, besonders bevorzugt bei 30 °C bis 50 °C. Vorteilhaft ist es, die Einengung unter reduziertem Druck durchzuführen. Je nach Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch kann das Aufkonzentrieren bei Normaldruck (1013 mbar) bis 10 mbar durchgeführt werden. Bei wässrigen Lösungen wird vorzugsweise bei 500 mbar bis 10 mbar aufkonzentriert. Nach dem Eindampfen kann die Lösung abgekühlt werden, z.B. auf Um- gebungstemperatur oder Temperatur des folgenden Verfahrensschritts, z.B. mittels Wärmeaustauscher.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Aufkonzentrierung vorteilhaft über ein Abdampfen des Lösungsmittels bei 30 °C bis 50 °C und einem Druck von 50 bis 80 mbar. Ggf. kann nach dem Aufkonzentrieren die Lösung abgekühlt werden und dann erst dem Lactonisie- rungsreaktor zugeführt werden.
Die Brüden der Auf konzentrierung bestehen im wesentlichen aus dem Extraktionsmittel 2 und können daher vorteilhaft erneut als Extraktionsmittel 2 in Schritt (b) verwendet werden.
Wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Trennung von Ascorbinsaure und KGS in einem Gemisch KGS durch Extraktion in das Extraktionsmittel überführt, bleibt der wesentliche Anteil an Ascorbinsaure in dem Lösungsmittel zurück. Zur Gewinnung der Ascorbinsaure kann in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Verfahren den folgenden weiteren Schritt enthalten:
(j) Isolieren der Ascorbinsäuren aus dem mit der Ascorbinsaure beladenen Lösungsmittel, wobei eine Mutterlauge zurückbleibt, vorzugsweise durch Kristallisieren.
Dem Fachmann sind verschiedene Verfahrensschritte zur Gewinnung der Ascorbinsaure aus polaren Lösungsmittel bekannt. So sind z.B. Verdampfungs-, Kühlungs- oder Verdrängungskristallisationen oder verschiedene Trocknungsverfahren, z.B. Sprühtrocknung für Carbonsäuren, insbesondere auch für Ascorbinsaure, beschrieben. Zur Isolierung der Ascorbinsaure können ebenso unlösliche Salze oder Derivate gebildet werden, die dann in dem Lösungsmittel ausfallen. Bevorzugt wird die Ascorbinsaure durch eine Verdampfungs-, Kühlungs- oder Verdrängungskristallisation isoliert.
Es kann daher vorteilhaft sein, zunächst das mit der Ascorbinsaure beladende Lösungsmittel aufzukonzentrieren. Folglich kann das erfindungsgemäße Verfahren in einer Ausführungsform mindestens einen der folgenden weiterer Schritte vor Schritt (j) enthalten:
(g) Waschen des mit KGS beladenen Extraktionsmittels 1 mit dem Lösungsmittel oder mit der Mutterlauge aus der Kristallisation der Ascorbinsaure aus dem Lösungsmittel und
Vereinigung der Ascorbinsäure-haltigen Waschlösung mit dem mit Ascorbinsaure beladenen Lösungsmittel gemäß Schritt (a); und (h) Auf konzentrieren des mit Ascorbinsaure beladenen Lösungsmittels 1 nach der Extraktion der KGS gemäß Schritt (a).
Das Waschen kann in dem oberen Teil der Extraktionskolonne in dem die Extraktion durchgeführt werden kann, erfolgen.
Das Aufkonzentrieren erfolgt wie oben beschrieben wurde. Besonders vorteilhaft erfolgt die Auf- konzentrierung über ein Abdampfen des Lösungsmittels bei 30 °C bis 50 °C und bei reduziertem Druck, vorteilhafter ist eine Temperatur von 40 CC und ein Druck von 50 bis 100 mbar.
Da die in Schritt (j) bei der Kristallisation der Ascorbinsaure zurückbleibende Mutterlauge noch Ascorbinsaure enthalten kann, enthält in einer bevorzugten Ausführungsform das erfindungs- gemäße Verfahren auch einen der folgenden weiteren Schritte:
(i) Rückführen des Lösungsmittelaustrags aus Schritt (h) in die Rückextraktion nach Schritt
(b) als Extraktionsmittel 2. (k) Rückführen der Mutterlauge in die Aufkonzentrierung nach Schritt (h). Bei dem Lösungsmittelaustrag aus der Eindampfung der Ascorbinsaure wird Lösungsmittel gewonnen, das dann als Extraktionsmittel 2 zur Rückextraktion der KGS aus dem Extraktionsmittel nach Schritt (b) verwendete werden kann. Somit wird der Lösungsmittelgebrauch im Verfahren reduziert.
Mit dem hierin beschriebenen Verfahren könnte KGS aus einem Gemisch auch aus Ascorbinsaure, KGS, Monoaceton-2-keto-L-gulonsäure und/oder Diacetonketogulonsäure abgetrennt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einer Ausführungsform auch ein Verfahren zur Herstellung von Ascorbinsaure aus 2-Keto-L-gulonsäure, das die folgenden Schritte enthält:
i. Lactonisieren, vorzugsweise partielles Lactonisieren von 2-Keto-L-gulonsäure; ii. Extrahieren der KGS aus dem Ascorbinsäure/KGS-Gemisch gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren; und iii. Isolieren der Ascorbinsaure aus dem mit der Ascorbinsaure beladenen Lösungsmittel.
Das Gemisch aus KGS und Ascorbinsaure kann nach dem Fachmann bekannten Verfahren hergestellt werden, z.B. nach einem hierin beschriebenen Verfahren zur Lactonisierung von KGS. Bevorzugt wird das Gemisch durch eine direkte partielle Lactonisierung, insbesondere durch eine autokatalytische Lactonisierung von KGS zu Ascorbinsaure hergestellt.
Unter „partielle Lactonisierung" wird erfindungsgemäß eine nicht vollständige Umsetzung des Eduktes zu Ascorbinsaure verstanden. Vorzugsweise werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren 10 Gew.-% bis 95 Gew.-% mehr bevorzugt 20 Gew.-% bis 50 Gew.-% des Eduktes zu Ascorbinsaure umgesetzt. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform mit einem KGS- Partialumsatz von 20 Gew.-% bis 40 Gew.-%.
Die Lactonisierungsreaktion (i) kann nach Verfahren, wie im Stand der Technik seit 1933 beschrieben, durchgeführt werden, solange eine Mischung aus dem Edukt, vorzugsweise KGS, und Ascorbinsaure in einem polaren Lösungsmittel, vorzugsweise in einer wässrigen Lösung, insbesondere Wasser, erhalten wird. Aufgrund der fehlenden Trennverfahren beschreibt die Literatur in der Regel Vollumsetzungen von KGS zu Ascorbinsaure oder verbindet bei nur par- tieller Umsetzung die Trennung mit der Derivatisierung der KGS zu einem Ester und folgender Kristallisation der Ascorbinsaure wie oben beschrieben. Verfahren zu Lactonisierung sind in dem oben erwähnten Stand der Technik und den darin zitierten Dokumenten beschrieben, die hiermit ausdrücklich in den Offenbarungsgehalt dieser Beschreibung mit aufgenommen sind.
Durch das hierin beschriebenen Verfahren ist es nun erstmals möglich in einer Lactonisie- rungreaktion KGS z.B. schonend durch kurze Lactonisierungszeiten oder autokatalytisch nur partiell zu Ascorbinsaure umzusetzen und dann selektiv Ascorbinsaure und KGS zu trennen.
Das hierin beschriebene Verfahren könnte auch zur Trennung von Ascorbinsaure von anderen Ausgangsprodukten dienen. Ascorbinsaure wird üblicherweise aus 2-Keto-L-gulonsäure, Mono- aceton-2-keto-L-gulonsäure oder Diacetonketogulonsäure hergestellt. Andere Edukte, wie z.B. L-Gulon-γ-lacton und das Natriumsalz des α-Alkyl-KGS-pyranosids wurden auch beschrieben.
Direktlactonisierungen werden meist sauer katalysiert, bevorzugt mit Salzsäure als Gas oder mit wässriger Salzsäure und sind im Stand der Technik lange bekannt.
Bei alkalisch katalysierten Verfahren ist die Reaktionsgeschwindigkeit der Lactonisierung höher, was zu höheren Raum-Zeit-Ausbeuten in den Apparaten führt. Als basische Katalysatoren werden neben NaOH in verschiedenen Alkohol- oder Alkohol-Wasser-Mischungen, Alkalisalze schwacher Säuren (z.B. NaHC03 oder Natriumacetat), Na2C03 oder Natriummethylat in Alkoholen eingesetzt. Bei diesen Verfahren entsteht zunächst das Natriumsalz der Ascorbinsaure, das in einem weiteren Verfahrensschritt in die freie Ascorbinsaure überführt werden muss. Ein Verfahren zur Herstellung von freier Ascorbinsaure ist in US 5,041 ,563 beschrieben.
Bei den genannten sauren Verfahren muss der Katalysator abgetrennt werden. Die Säure kann das Produkt zersetzen. Unter alkalischer Katalyse wird zunächst ein Ascorbinsäuresalz hergestellt, das in die freie Ascorbinsaure überführt werden muss.
Seid ca. 1940 ist auch die katalysatorfreie Lactonisierung von KGS und KGS-Estern zu Ascor- binsäure durch einfaches Erhitzen in Wasser, Alkoholen oder Gemischen von Wasser mit einem hydrophilen Lösungsmittel bei Temperaturen oberhalb 130°C und Verweilzeiten von 30 Minuten bis 90 Stunden beschrieben. Ein Zusatz von Zitronensäure und Phosphat als Puffer zum Einstellen eines konstanten pH-Wertes soll die Ausbeuten steigern können.
Vorteilhafterweise kann durch das erfindungsgemäße Verfahren nun eine direkte saure oder alkalisch katalysierte oder eine autokatalysierte Partiallactonisierung durchgeführt werden, z.B. über einen sauren Ionenaustauscher (z.B. Bayer Lewatit) oder, bevorzugt, mittels einer Festbettkatalyse. Vorzugsweise wird die Lactonisierung bei geringen Temperaturen durchgeführt, die zu einer geringen Derivatisierung oder Zersetzung der entstandenen Ascorbinsaure führen, besonders bevorzugt unter 60 °C, z.B. mittels Bio- oder Enzymkatalyse oder in einer sauren Katalyse.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Schritt (i) zur Lactonisierung der 2-Keto-L-gulonsäure somit autokatalytisch und partiell. Die Lactonisierungen in den meisten Verfahren werden unter vollständigem Umsatz des jeweiligen Eduktes durchgeführt. Vorteilhaft bei der autokatalytischen Umsetzung ist, dass weder Katalysatoren noch sonstige Hilfsstoffe benötigt werden und aus dem Reaktionsaustrag abgetrennt werden müssen. Ein wirtschaftlicher Einsatz der autokatalytischen Lactonisierung scheiterte bisher daran, dass eine vollständige Umsetzung nicht effizient und mit geringen Ausbeuten erfolgt. Ein geeignetes Trennverfahren zur Gewinnung der Ascorbinsaure aus einem Gemisch aus KGS und Ascorbinsaure, wie es durch eine partielle Umsetzung erhalten wird, war nicht beschrieben und wird erst in der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt.
Es ist bekannt, dass KGS in wässrigen Lösungen durch Einwirkung einer erhöhten Temperatur (T > 25 °C, T < 200 °C) lactonisiert werden kann. Bevorzugt sind Temperaturen von 40 bis 180 °C. Vorteilhaft kann so eine sehr kurze Umsetzungszeit im Reaktor erreicht werden. Erhitzt man eine Lösung von KGS in Wasser auf 80-150°C und hält die Verweilzeit im Reaktor zwischen 1 und 30min, können bei KGS-Umsätzen um 25 - 30 % Ascorbinsäureselektivitäten um 90 % in Lösung erhalten werden. Partialumsatz mit Eduktrückführung wurde bisher nur im Falle der KGS-Ester beschrieben. Vorzugsweise überschreitet die Anfangskonzentration der KGS in Wasser 30% nicht.
Folglich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung und Gewinnung von Ascorbinsaure, wobei der Schritt (i) zur Lactonisierung der 2-Keto-L-gulonsäure autokatalytisch unter Partialumsatz unter folgenden Bedingungen durchgeführt wird:
(aa) bei einer Temperatur von 60 °C bis 180 °C, vorzugsweise zwischen 100 °C und 160 °C; (bb) bei einem Anfangsmassenanteil der 2-Keto-L-gulonsäure von 5 Gew.-% bis 50 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 10 % und 15 %; (cc) bei einer Umsetzung der KGS zu 10 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise zu 20 bis 30 Gew.-%; und/oder (dd) einer Verweilzeit im Laktonisierungs-Reaktor von 1 bis 30 min, vorzugsweise 10 min oder weniger.
Besonders bevorzugt sind ein Anfangsmassenanteil der KGS von 10 bis 15 Gew.-%, eine Reaktortemperatur von 110 °C bis 150 °C bei einer Verweilzeit von 3 bis 5 min und eine Umsetzung an KGS von 20 bis 25 Gew.-%. Als Reaktoren für die Lactonisierung eignen sich z.B. Rohrbündel, Plattenwärmetauscher, Wendelrohrreaktor oder Treibstrahlreaktoren.
Der Reaktionsaustrag aus der Lactonisierungsreaktion wird zur Erreichung eines stationären Betriebszustands gemäß den oben beschriebenen Auf konzentrierungssch ritten eingeengt. Aus dem vorzugsweise auf Umgebungstemperatur oder 20 °C bis 25 °C abgekühlten Reaktionsaustrag kann dann gemäß Schritt (a) die Ascorbinsaure oder die KGS abgetrennt werden.
Vorzugweise besitzt der Reaktionsaustrag nach der Auf konzentrierung einen KGS-Anteil von 5 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt sind 8 bis 25 Gew.-%, und einen Ascorbinsäureanteil von 3 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt sind 5 bis 10 Gew.-%. Folglich besitzt das KGS- enthaltenen Lösungsmittel des Schrittes (a) auch einen KGS-Anteil von 5 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt sind 8 bis 25 Gew.-%. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besitzt das Lösungsmittel des Schrittes (a) einen KGS-Anteil von 5 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt sind 8 bis 25 Gew.-%, und einen Ascorbinsäureanteil von 3 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt sind 5 bis 10 Gew.-%.
Vorzugsweise wird für die Isolierung der Ascorbinsaure das mit Ascorbinsaure beladene Lö- sungsmittel eingeengt und die Ascorbinsaure aus dem Lösungsmittel kristallisiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform verbleiben in dem erfindungsgemäßen Verfahren die kondensierten Brüden der verschieden Eindampfungsschritte weitgehend im Prozess und werden dort als Lösungsmittel eingesetzt, wie es für die verschiedenen Verfahrensschritte oben beschrieben wurde. Besonders bevorzugt wird die Abdampfung der jeweiligen Lösungsmittel über den jeweiligen Betriebsdruck so betrieben, dass eine Energieübertragung vom Brüdenkondensator einer ersten Eindampfung auf den Verdampfer einer zweiten Eindampfung erfolgen kann.
Erfindungsgemäß können die einzelnen Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens kontinuierlich oder diskontinuierlich ausgeführt werden. Bevorzugte Ausführungsform ist die kontinuierliche Ausführung der Schritte.
In einer Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von Ascor- binsäure oder zur Herstellung von Ascorbinsaure alle hierin beschriebenen Schritte (a) bis (g) und/oder (i) bis (iii) und/oder (aa) bis (cc). Vorteilhafterweise wird dadurch Ascorbinsaure und/oder KGS ohne Salzanfall gewonnen. Die vorliegende Erfindung wird durch das folgende Beispiel verdeutlicht, ohne dass dieses in irgendeiner Weise als einschränkend gelten soll.
Beispiele:
Im Laborversuch wurde eine wässrige Lösung, die 5 Gew-% Ascorbinsaure und 10 Gew-% KGS enthielt, mit einem Gemisch aus Hostarex/i-Decanol 40/60 bei 30°C und einem Verhältnis des Extraktionsmittels 1 zum Lösungsmittel, in dem die KGS und Ascorbinsaure in der genannten Konzentration vorlag, von 1 kg/kg extrahiert.
Für die Ascorbinsaure wurde ein Verteilungskoeffizient (Quotient der Konzentration von aufnehmender/abgebender Phase) von 1,1 kg/kg und für KGS von 6,6 kg/kg gemessen. Demnach beträgt der Verhältnis der Verteilungskoeffizienten, d. h. die Selektivität gleich 6. Hinsichtlich der Rückextraktion der KGS aus dem Extraktionsmittel 1 wurde gefunden, dass sich der Verteilungskoeffizient der KGS bei 80 °C bei sonst vergleichbaren Bedingungen auf 0,18 vermindert.
Dies bedeutet, dass für die Rückextraktion der KGS mit dem Extraktionsmittel 2 (Wasser) aus dem Extraktionsmittel 1 ein vergleichsweise hoher Verteilungskoeffizient von 5,5 (Kehrwert von 0,18) veranschlagt werden kann. Durch die gezielte Temperaturführung gelingt damit eine wirtschaftlich Extraktion / Rückextraktion der KGS.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Extrahieren von 2-Keto-L-gulonsäure (KGS) aus einem polaren Lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgenden Schritt umfasst: (a) Extrahieren der 2-Keto-L-gulonsäure aus dem polaren, vorzugsweise wässrigen
Lösungsmittel mit einem Extraktionsmittel 1 enthaltend ein tertiäres Amin der Formel
N I
R3
wobei R1 , R2, und/oder R3 jeweils ein gesättigter unverzweigter oder verzweigter Alkylrest ist mit unabhängig von einander oder gleichzeitig 6 bis 14 Kohlenstoffatomen; und einem polaren organischen Verdünnungsmittel; und wobei das Extraktionsmittel 1 mit dem Lösungsmittel eine Mischungslücke aufweist,
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Lösungsmittel Ascorbinsaure und 2-Keto-L- gulonsäure enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Alkylrest R1 , R2 und/oder R3 jeweils 8 bis 12 Kohlenstoffatome enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das tertiäre Amin Tri-n-octylamin und/oder Tri-n-decylamin ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verdünnungsmittel ein gesättigter verzweigter oder unverzweigter Alkylalkohol mit 4 bis 14 Kohlenstoffatomen oder ein Amid oder ein Aromat ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verdünnungsmittel i- oder n- Decanol ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verhältnis vom tertiären Amin der Formel I zu dem Verdünnungsmittel 20:80 bis 80:20, vorzugsweise 40:60 ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend den folgenden weiteren Schritt:
(b) Rückextrahieren der KGS aus dem beladenen Extraktionsmittel 1 mit einem polarem Extraktionsmittel 2, wobei ein mit KGS beladenes Extraktionsmittel 2 er- halten wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Extraktionsmittel 2 und das Lösungsmittel im wesentlichen aus den gleichen Lösungsmittelkomponenten bestehen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Extraktionstemperatur Tt 5 °C bis 100 °C niedriger ist als die Rückextraktionstemperatur T2.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, umfassend den folgenden weiteren Schritt: (c) Rückführen des Extraktionsmfttels 1 , aus dem die KGS gemäß Schritt (b) rückextrahiert wurde, in die Extraktion nach Schritt (a).
12. Verfahren nach einem der Ansprüchen 8 bis 11 , umfassend den folgenden weiteren Schritt: (d) Rückführen des mit KGS beladenen Extraktionsmittel 2 aus der Rückextraktion gemäß Schritt (b) in ein Verfahren zur Herstellung von Ascorbinsaure aus KGS.
13. Verfahren nach Anspruch 12, umfassend folgende weiteren Schritte:
(e) Aufkonzentrieren des mit der KGS beladenen Extraktionsmittel 2 vor dem Rück- führen nach Schritt (d); und
(f) optional, Rückführen der Brüden aus der Eindampf ung nach (e) als Extraktionsmittel 2 in Schritt (b).
14. Verfahren nach Anspruch 10 umfassend mindestens einen der folgenden weiteren Schritte:
(g) Waschen des mit KGS beladenen Extraktionsmittels 1 mit dem Lösungsmittel oder mit der Mutterlauge aus der Kristallisation von Ascorbinsaure aus dem Lösungsmittel und Vereinigung der Ascorbinsäure-haltigen Waschlösung mit dem mit Ascorbinsaure beladenen Lösungsmittel gemäß Schritt (a); (h) Aufkonzentrieren des mit Ascorbinsaure beladenen Lösungsmittels 1 ; und
(i) Rückführen des Lösungsmittelaustrags aus Schritt (h) in die Rückextraktion nach Schritt (b) als Extraktionsmittel 2.
15. Verfahren nach Anspruch 11 , umfassend folgende weiteren Schritte:
(j) Isolieren der Ascorbinsaure aus dem mit der Ascorbinsaure beladenen Lösungsmittel, wobei eine Mutterlauge zurückbleibt; und (k) optional, Rückführen der Mutterlauge aus Schritt (j) in die Aufkonzentrierung nach Schritt (h).
16. Verfahren zur Herstellung von Ascorbinsaure, das die folgenden Schritte enthält: i. Lactonisieren von 2-Keto-L-gulonsäure; ii. Extrahieren der KGS aus dem Ascorbinsäure/KGS-Gemisch gemäß einem der
Ansprüche 2 bis 12; und iii. Isolieren der Ascorbinsaure aus dem mit der Ascorbinsaure beladenen Lösungsmittel.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Lactonisierung partiell durchgeführt wird.
PCT/EP2003/014192 2002-12-19 2003-12-13 Verfahren zum extrahieren von 2-keto-l-gulonsäure (kgs) aus einem polaren, vorzugsweise wässrigen lösungsmittel WO2004056841A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005502539A JP2006516148A (ja) 2002-12-19 2003-12-13 極性の、好ましくは水性の溶媒から２−ケト−ｌ−グロン酸（ｋｇａ）を抽出する方法
US10/539,960 US20060149084A1 (en) 2002-12-19 2003-12-13 Method for extracting 2-ketone-l-gulonic acid from a polar, preferably aqueous solvent
CA002510026A CA2510026A1 (en) 2002-12-19 2003-12-13 Method for extracting 2-ketone-l-gulonic acid from a polar, preferably aqueous solvent
EP03782392A EP1575968A1 (de) 2002-12-19 2003-12-13 Verfahren zum extrahieren von 2-keto-l-gulonsäure (kgs) aus einem polaren, vorzugsweise wässrigen lösungsmittel
AU2003290036A AU2003290036A1 (en) 2002-12-19 2003-12-13 Method for extracting 2-ketone-l-gulonic acid from a polar, preferably aqueous solvent

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002160085 DE10260085A1 (de) 2002-12-19 2002-12-19 Verfahren zum Extrahieren von 2-Keto-L-gulonsäure (KGS) aus einem polaren, vorzugsweise wässrigen Lösungsmittel
DE10260085.6 2002-12-19
DE2003116268 DE10316268A1 (de) 2003-04-08 2003-04-08 Verfahren zum Extrahieren von 2-Keto-L-gulonsäure (KGS) aus einem polaren, vorzugsweise wässrigen Lösungsmittel
DE10316268.2 2003-04-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004056841A1 true WO2004056841A1 (de) 2004-07-08

Family

ID=32683466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2003/014192 WO2004056841A1 (de) 2002-12-19 2003-12-13 Verfahren zum extrahieren von 2-keto-l-gulonsäure (kgs) aus einem polaren, vorzugsweise wässrigen lösungsmittel

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20060149084A1 (de)
EP (1) EP1575968A1 (de)
JP (1) JP2006516148A (de)
AU (1) AU2003290036A1 (de)
CA (1) CA2510026A1 (de)
WO (1) WO2004056841A1 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AR070082A1 (es) * 2008-01-04 2010-03-10 Tate & Lyle Technology Ltd Metodo para la produccion de sucralosa
CN101977664B (zh) * 2008-03-20 2014-02-26 塔特和莱利技术有限公司 从叔酰胺溶剂中去除酸
US8436157B2 (en) * 2008-03-26 2013-05-07 Tate & Lyle Technology Limited Method for the production of sucralose
US8497367B2 (en) * 2008-04-03 2013-07-30 Tate & Lyle Technology Limited Sucralose purification process
CN101981044B (zh) * 2008-04-03 2014-08-06 塔特和莱利技术有限公司 碳水化合物浓度对三氯半乳蔗糖萃取效率的影响
JP2011148740A (ja) * 2010-01-22 2011-08-04 Univ Of Tokyo 水中の有機酸回収方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0359043A1 (de) * 1988-09-13 1990-03-21 BASF Aktiengesellschaft Verfahren zur Isolierung von 2-Keto-polyphydroxy-C6-carbonsäuren, insbesondere von 2-Keto-L-gulonsäure aus wässrigen Fermentationsausträgen
EP0359042A2 (de) * 1988-09-13 1990-03-21 BASF Aktiengesellschaft Verfahren zur Isolierung von 2-Keto-polyhydroxy-C6-carbonsäuren, insbesondere von 2-Keto-L-gulonsäure aus wässrigen Fermentationsausträgen

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2636343B1 (de) * 1988-09-13 1994-11-25 Rhone Poulenc Sante
US6172242B1 (en) * 1996-05-31 2001-01-09 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Process for the production of erythorbic acid
US6670505B1 (en) * 2000-03-07 2003-12-30 Eastman Chemical Company Process for the recovery of organic acids from aqueous solutions
EP1383903B1 (de) * 2001-04-04 2008-09-24 Genencor International, Inc. Verfahren zur herstellung von ascorbinsäurezwischenprodukten in wirtszellen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0359043A1 (de) * 1988-09-13 1990-03-21 BASF Aktiengesellschaft Verfahren zur Isolierung von 2-Keto-polyphydroxy-C6-carbonsäuren, insbesondere von 2-Keto-L-gulonsäure aus wässrigen Fermentationsausträgen
EP0359042A2 (de) * 1988-09-13 1990-03-21 BASF Aktiengesellschaft Verfahren zur Isolierung von 2-Keto-polyhydroxy-C6-carbonsäuren, insbesondere von 2-Keto-L-gulonsäure aus wässrigen Fermentationsausträgen

Also Published As

Publication number Publication date
CA2510026A1 (en) 2004-07-08
JP2006516148A (ja) 2006-06-22
AU2003290036A1 (en) 2004-07-14
EP1575968A1 (de) 2005-09-21
US20060149084A1 (en) 2006-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2813494A1 (de) Verfahren zur Herstellung von 5-Hydroxymethylfurfural (HMF)
DE10260085A1 (de) Verfahren zum Extrahieren von 2-Keto-L-gulonsäure (KGS) aus einem polaren, vorzugsweise wässrigen Lösungsmittel
EP1575968A1 (de) Verfahren zum extrahieren von 2-keto-l-gulonsäure (kgs) aus einem polaren, vorzugsweise wässrigen lösungsmittel
EP1562965A2 (de) VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON 2-KETO-L-GULONSÄURE-C-4 C-10 /sb -ALKYLESTERN
EP0012298B1 (de) Verfahren zur Reindarstellung von Kaliumribonat und Ribonolacton
EP1048663A1 (de) Verfahren zur Herstellung von L-Ascorbinsäure
WO2003033448A1 (de) Verfahren zur isolierung von salzen von organischen säuren aus einer fermentationsbrühe und zur freisetzung der organischen säure
DE10231890B4 (de) Verfahren zur Abtrennung von Ascorbinsäure aus einem polaren, Ascorbinsäure und 2-Keto-L-gulonsäure enthaltenden Lösungsmittel
EP3802505A1 (de) Salz- und säuregemisch-katalysierte hmf-herstellung
EP2780309B1 (de) Verfahren zur gewinnung von di-trimethylolpropan und mit trimethylolpropan angereicherten produktströmen aus den nebenströmen der trimethylolpropanherstellung
EP0359042B1 (de) Verfahren zur Isolierung von 2-Keto-polyhydroxy-C6-carbonsäuren, insbesondere von 2-Keto-L-gulonsäure aus wässrigen Fermentationsausträgen
DE10316268A1 (de) Verfahren zum Extrahieren von 2-Keto-L-gulonsäure (KGS) aus einem polaren, vorzugsweise wässrigen Lösungsmittel
WO2011082976A1 (de) Verfahren zur reinigung von aminogruppen-enthaltenden verbindungen
CH419113A (de) Verfahren zur Herstellung von D-Homo-androstan-18-säuren
EP1280788B1 (de) Verfahren zur herstellung von l-ascorbinsäure durch lactonisierung von 2-keto-l-gulonsäure oder 2-keto-l-gulonsäureestern
DE60123046T2 (de) Ein lösungsmittelaustauschverfahren
DE2751363C2 (de) Verfahren zur Reinigung von p-Toluylsäure, die durch Oxidation von p-Xylol mit Luftsauerstoff in Gegenwart von Schwermetallsalz-Katalysatoren erhalten worden ist
DE19954511A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Alkalisalzen der L-Ascorbinsäure
EP1775282B1 (de) Verfahren zur Herstellung von 4-(Aminomethyl)benzoesäuremethylester
DE60203008T2 (de) Verbesserte synthesen von allofuranose
EP0359043A1 (de) Verfahren zur Isolierung von 2-Keto-polyphydroxy-C6-carbonsäuren, insbesondere von 2-Keto-L-gulonsäure aus wässrigen Fermentationsausträgen
EP3424915A1 (de) Verfahren zur extraktion von 5-hydroxymethylfurfural (5-hmf)
DE2754719A1 (de) Verfahren zur herstellung eines gemischs von 2-ketogulonsaeure und 2-ketogluconsaeure oder deren salze
DE2923266A1 (de) Verfahren zur herstellung von n-d-ribityl-3,4-xylidin
DD289530A5 (de) Verfahren zur herstellung einer neuen kristallform von 8-chlor-1-methyl-6-phenyl-4h-1,2,4-triazolo/4,3-a//1,4/benzodiazepin

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2003782392

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2510026

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2005502539

Country of ref document: JP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2006149084

Country of ref document: US

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 10539960

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 20038A67988

Country of ref document: CN

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2003782392

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 10539960

Country of ref document: US

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 2003782392

Country of ref document: EP