Способ получения лактулозы

 

Использование: химическая промышленность. Сущность изобретения: проводят изомеризацию лактозы при нагревании посредством взаимодействия с борной кислотой или ее натриевой солью. Реакционную смесь разделяют хроматографией путем пропускания через слабокислый, затем через сильнокислый ионообменник и выделяют целевой продукт. Слабокислый ионообменник регенерируют борной кислотой. Образующийся пироборнокислый натрий используют для изомеризации лактозы. После сильнокислого ионообменника раствор лактулозы выпаривают до 15-20% сухого вещества и пропускают при 30-60^oC через колонку с слабоосновным ионообменником. Целевой продукт элюируют водой. Способ позволяет снизить загрязнение сточных вод щелочными солями. 4 з.п. ф-лы. 2 ил.

Изобретение относится к способу получения лактулозы путем изомеризации лактозы.

Известие эффективный способ изомеризации лактозы в присутствии сульфита натрия, позволяющий получить лактулозу с 70%-ным содержанием /1/.

Целью настоящего изобретения является обеспечение экологической чистоты.

Указанная цель достигается изомеризацией лактозы при нагревании в отсутствии дополнительного подщелачивающего агента посредством взаимодействия лактозы с борной кислотой или ее натриевой солью, последующим разделением реакционной смеси хроматографически с получением целевого продукта.

Причем для разделения реакционную смесь пропускают через слабокислый, а затем через сильнокислый ионообменник. При этом слабокислый ионообменник регенерируют частично борной кислотой, а образующийся при этом пироборнокислый натрий используют для изомеризации лактозы.

Раствор лактулозы после сильнокислого ионообменника выпаривают до 15- 20% сухого вещества, пропускают при 30- 60^oC через длинную хроматографическую колонку, заполненную слабоосновным ионообменником и элюируют целевой продукт водой.

Для получения целевого продукта в виде порошка концентрированный раствор, содержащий не менее 90% лактулозы, медленно, предпочтительно разбрызгиванием, добавляют к перемешиваемому порошку лактулозы, при этом раствор лактулозы образует тонкую пленку на поверхности частиц порошка.

В результате значительно снижается загрязнение сточных вод щелочными солями, которые после удаления ионов щелочи с помощью ионообменников образуются при регенерации ионообменников.

Пример 1. 175 кг моногидрата лактозы, 46,3 кг буры и 800 кг деионизированной воды нагревают до 95^oC и выдерживают при этой температуре в течение трех часов. Образуется смесь продуктов реакции, состоящая главным образом из 74,2 кг лактулозы, 75,3 кг лактозы, 8,0 кг галактозы и 0,8 кг тагатозы. Полученный раствор смеси сахаров пропускается через слабокислый ионообменник и затем через сильнокислый ионообменник, так что удаляются ионы натрия, попавшие в раствор из буры. Ионный обмен осуществляется в колонне с отношением длины к диаметру от 1,5 предпочтительно и 3. В настоящем примере используется колонна длиной около 8 метров с диаметром около 0,8 метра. Увеличение масштабов производственного процесса предполагает использование значительно более крупных колонн и/или использование нескольких указанных колонн параллельно или последовательно. Используют две колонны последовательно. Первая колонна заполняется слабым кислым ионообменником типа Байер КНП /H⁺форма/, а вторая колона заполняется сильным кислым ионообменником типа Байер СП 112 /H⁺форма/. Предельная линейная скорость в колоннах составляет 10 м/час. Температура поддерживается в диапазоне 50 70^oC. В качестве растворителя для элюирования используется деминерализованная вода. После этого раствор выпаривают до продукта с долей твердого вещества 15% Раствор такой концентрации пропускают через хроматографическую колонну, состоящую из слабого основного ионообменника. Для этого этапа хроматографии вновь применяется колонна с оптимальным отношением длины к диаметру в пределах от 1,5 до 3. Слабый основной ионообменник относится к типу Дюолит А 368/OH^-форма/. Колонна представляет собой пустотелый цилиндр диаметром примерно 90 см и высотой 2 м, заполненный примерно 1 тыс. л слабой основной ионообменной смолы. В колонну, уже заполненную деминерализованной водой, добавляют 1 тыс. л раствора при температуре между 40 и 60^oC. Затем вновь добавляют деминерализованную воду в количестве 1 2 объемов слоя в час. На схеме, приведенной на фиг.1, показано достигаемое разделение компонентов раствора. При небольших потерях получают почти чистую лактулозу без других сахаров. Показано четкое разделение лактозы и лактулозы. Полученный раствор лактулозы очищают от борной кислоты в бороспецифичном обменнике. Колонна, используемая с этим обменником, имеет размеры, описанные выше. Эта колонна заполняется бороспецифичным ионообменником типа Ром энд Хаас ИРА 743 /OH^-форма/. Линейная скорость протекания потока жидкости через колонну составляет от 2 до 6 м/час, оптимально 4 м/час. Оптимальная температура находится в диапазоне от 20 до 25^oC. В качестве растворителя для элюирования используется деминерализованная вода. После этого раствор лактулозы выпаривается в вакууме 40 мбар до продукта, содержащего 65% лактулозы. Таким образом получают сироп, пригодный к поставке потребителям. Однако сироп можно также переработать в порошок. Для этой цели, например, можно использовать обогреваемую паром лопастную сушилку /Ди Дитрих СП 200/ суммарной емкостью 200 л при содержании полезного элемента 130 л, скорость вращения сушилки 10 об/мин. В емкость загружают 20 кг порошка лактулозы, после чего в нее постепенно заливают 100 кг сиропа, нагретого до 60^oC при расходе 2 л/час. Все это просушивается в течение 30 мин. 20 кг полученного порошка оставляют в качестве образца для следующей партии.

Пример 2. 175 кг моногидрата лактозы, 30 кг борной кислоты и 600 кг деионизированной воды растворяют с перемешиванием при температуре приблизительно 45^oC и пропускают через слабый кислый ионообменник, загруженный ионами натрия. Этот ионообменник типа Байер КНП 80/Na>⁺форма/ загружен в колонну длиной 8 м и диаметром 0,8 м. Условия элюирования аналогичны примеру 1. Предельная линейная скорость составляет 10 м/час. Температура поддерживается в диапазоне 50-70^oC. В качестве растворителя для элюирования используют деионизированную воду. Полученный раствор, по крайней мере, частично содержит регенерированный ионообменник с борной кислотой и поглощенными ионами натрия. Для того чтобы завершить превращение борной кислоты в бор, рН раствора регулируют с помощью раствора гидроокиси натрия на уровне 8,3, т.е. значении рН описанного выше раствора лактозы и буры. Далее раствор (т.е. происходит соответствующее превращение по примеру 1) нагревают до 95^oC, после чего продукт реакции подвергают сепарации и концентрированию, описанным ранее.

Пример 3. 175 кг моногидрата лактозы, 46,3 кг буры и 800 кг деминерализованной воды нагревают до 95^oC и выдерживают при этой температуре в течение трех часов. Продукт реакции загружают в двухкамерную ячейку для электродиализа, схематически показанную на фиг.2. Для такого применения подходит любая катионная мембрана общего назначения. В данном конкретном случае используют мембрану типа "Асахи глэс Селемнион КХВ". Напряжение между анодом и катодом зависит от концентрации ионов в различных потоках. В данном случае приложено напряжение 23,5 В при силе тока 13,0 А. С помощью электродиализа продукт реакции превращают в сироп лактулозы, который можно сгустить и при желании превратить в порошок, как это описано в Примере 1.

Указанный способ позволяет значительно снизить загрязнение сточных вод щелочными солями.

Формула изобретения

1. Способ получения лактулозы путем изомеризации лактозы, отличающийся тем, что изомеризацию осуществляют при нагревании без дополнительного подщелачивающего агента посредством взаимодействия лактозы с борной кислотой или ее натриевой солью, затем реакционную смесь разделяют хроматографически и получают целевой продукт.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для разделения реакционную смесь пропускают через слабокислый, а затем через сильнокислый ионообменник.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что слабокислый ионообменник частично регенерируют борной кислотой, а образующийся при этом пироборнокислый натрий используют для изомеризации по п.1.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что раствор лактулозы после сильнокислого ионообменника выпаривают до 15 20% сухого вещества, пропускают при 30 60^oС через длинную хроматографическую колонку, заполненную слабоосновным ионообменником, и элюируют целевой продукт водой.

5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что для получения целевого продукта в виде порошка, концентрированный раствор, содержащий не менее 90% лактулозы, медленно, предпочтительно разбрызгиванием, добавляют к перемешиваемому порошку лактулозы, при этом раствор лактулозы образует тонкую пленку на поверхности частиц порошка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2