用於從蔗糖製造高純度山梨醇糖漿的方法及其用途的製作方法

2023-06-29 00:14:21 1

專利名稱：用於從蔗糖製造高純度山梨醇糖漿的方法及其用途的製作方法
技術領域：
本發明的主題是一種用於從蔗糖製造高純度山梨醇糖漿及其衍生物的方法。更確切地說，它的主題是一種用於從蔗糖製造高純度山梨醇糖漿的方法，所述方法無任何結晶步驟。
背景技術：
山梨醇的工業重要性是眾所周知的，特別是在如醫藥、美容護理、食品、以及化學領域。由於它出色的結晶能力、以及它的保溼以及冷凍保護特性，它具體地以糖漿的形式使用。以粉末的形式，山梨醇由於其非常好的可壓縮性及其冷卻作用，被廣泛用於片劑或口香糖。高純度的山梨醇通常通過氫化純葡萄糖獲得。葡萄糖或右旋葡萄糖，傳統上由結晶一種葡萄糖漿獲得，該葡萄糖漿組成澱粉水解的產物，該澱粉是一種葡萄糖聚合物並且代表許多植物儲備能量的多糖。另一種在植物界非常廣泛的多糖是蔗糖。它特別在甜菜以及甘蔗中以高濃度存在。蔗糖由一個葡萄糖分子和一個果糖分子通過一個@1 — 2鍵鍵合在一起構成。例如，這個鍵在酸或者酶，例如酵母轉化酶的作用下容易被水解。因此，很容易從蔗糖獲得通常特指為「轉化糖」名字的溶液，該溶液包含基本上等摩爾量的葡萄糖和果糖。因此，儘管蔗糖是一種豐富並且便宜的原料，容易理解，它沒有一般用作允許大量生產高純度葡萄糖漿的原料的原因，因為這種生產不可避免地與基本上具有一個相等量的果糖的同時生產聯繫起來。然而，已知的是工業分離轉化糖溶液中包含的葡萄糖和果糖，尤其是在一種離子交換樹脂上通過色譜法。這種方法使之有可能，一方面獲得一種富含果糖的餾分，另一方面獲得一種富含葡萄糖的餾分。該色譜分離步驟通常以一種本領域的普通技術人員熟知的方式，在包括裝有鹼或者鹼土金屬離子的強酸的、陽離子的樹脂類型的或者包括裝有銨、鈉、鉀、鈣、鍶、或者鋇離子的沸石類型的吸附物上，由分批或者連續(模擬移動床)進行。這類色譜分離法的實例在專利 US 3 044 904,US 3 416 96UUS 3 692 582,FR 2 391 754,FR 2 099 336,US 2 985589、US 4 226 977、US 4 293 346、US 4 157 267、US 4 182 633、US 4 412 866、以及 US4 422 881中被描述。然而，在這類方法中，在該色譜法步驟結束時回收的該葡萄糖餾分具有相對低的純度，並且然後必要地是，進行一個用於純化所述葡萄糖餾分的步驟以便獲得一種高純度葡萄糖溶液。因此，高純度的山梨醇的製造，在葡萄糖氫化成山梨醇的步驟之前，需要至少兩個步驟:一個分離葡萄糖和果糖的步驟以及一個純化該葡萄糖餾分的步驟。通過舉例，本申請人特別開發了一種用於生產高純度山梨醇的方法，該方法涉及一個在陽離子交換樹脂上的色譜法步驟，隨後進行一個通過結晶純化該葡萄糖餾分的步驟。所述方法在文件EP O 237 442中被描述。根據一個優選的實施例，該色譜分離步驟使用專利US 4 422 881和對應的專利FR 2 454 830中描述的方法和裝置進行，其申請人的公司是所有人。本申請人的信用是從蔗糖成功製造了一種高純度的山梨醇糖漿，用於製造高純度山梨醇的方法涉及一個色譜法步驟，沒有隨後進行一個額外的純化步驟，例如結晶步驟。因此，藉助根據本發明所述的方法，以僅涉及三個主要步驟的一種簡化的由方式，從蔗糖製造高純度的山梨醇是有可能的:(a) —個將蔗糖水解為葡萄糖和果糖的步驟，(b) 一個分離該葡萄糖和果糖餾分的步驟，以及(C) 一個氫化該葡萄糖餾分的步驟。發明概述因此，本發明由一種用於製造一種山梨醇糖漿的方法構成，該山梨醇糖漿具有小於或等於0.2%的總還原糖含量以及小於1%的甘露醇含量，具有70wt%的來自蔗糖的乾物質(DM)，其特徵在於它包括由以下組成的步驟:a.將蔗糖溶液水解成轉化糖溶液，b.通過模擬移動床色譜法將該轉化糖溶液分離成具有至少為99.3%、優選99.4%、更優選99.5%、並且甚至更優選99.7%的葡萄糖含
量的一種右旋糖漿，具有至少為90%、優選92%的果糖含量的一種果糖漿，c.將所述葡萄糖漿氫化為一種山梨醇糖漿，優選在步驟(b)後直接氫化，該山梨醇糖漿具有小於或等於0.2%的總還原糖含量以及小於1%的甘露醇含量，具有70wt%的DM。詳細說明本發明的主題是一種用於從蔗糖製造高純度山梨醇糖漿的方法，所述方法包括三個主要步驟:水解(a)，色譜法分離(b)，以及氫化(C)，無任何結晶步驟。根據本發明所述的一個優選模式，通過以改進的SMB模式進行模擬移動床色譜法的分離步驟(b)，此外，所述步驟(b)優選具有大於85%的葡萄糖回收產率、優選大於87%、並且甚至更優選大於88%。根據本發明所述的方法可以在一種裝備的幫助下進行，該裝備實質上包括:一個腔室A，其中進行蔗糖的轉化，一個用於色譜分離的腔室B，以及一個腔室C，其中該糖漿富含葡萄糖，並且在色譜法步驟後被收集的該糖漿被氫化成一種山梨醇糖漿。根據本發明，按慣例與這些腔室連接，並且被本領域的普通技術人員熟知的不同過濾、脫色和/或去礦物質系統可以完成該設備。關於這些不同腔室的組裝以及操作，更多精確的信息將在下面作為一個指導給出。該腔室A接受溶解在包含一種通常大致在30%和70%之間的乾物質含量的水溶液中的蔗糖。然後該蔗糖經受一個轉化步驟，也就是說水解成一種轉化糖漿。在本申請中，該表述「轉化糖」被理解為是指通過蔗糖水解獲得的葡萄糖和果糖的基本上等摩爾量的混合物。該水解可能通過任意本領域的普通技術人員熟知的酶或化學方法進行。根據一個優選的實施例，該轉化可以通過酵母轉化酶的水解作用進行，這些酶例如法國巴黎NOVOnordisk公司銷售的Invertase ，以便獲得約_i9Deg的比旋光度。
在該腔室A內進行的轉化可以是連續的或者分批的類型，但是有利地，該轉化由以固定的形式包含該酶的或者可替代的以氫形式的一個強陽離子樹脂的一個連續反應器構成。通過模擬移動床色譜法分離轉化糖溶液的步驟(b)在該腔室B內進行。該腔室B被設計以及開發以便獲得，一方面，一個「葡萄糖」懼分，該餾分是優選至少包含99.3%、優選99.4%、更優選99.5%、並且又更優選99.7%的葡萄糖的一種富含葡萄糖的糖漿，另一方面，一個「果糖」餾分，該餾分由一個包含儘可能低的葡萄糖含量的一種富含果糖的糖漿組成。該色譜分離步驟在一種SMB (模擬移動床)組件中進行，該SMB組件具有一個或多個填充有離子交換樹脂的模擬移動床，例如參考義大利比納斯科(Binasco)，三菱化學公司，Resindion S.R.L.DIAION UBK535K已知的。這個組件在ISMB模式(改進的SMB模式)下工作，該模式特別是文件EP1352967和EP663224的主題。這項技術最好與本領域的普通技術人員熟知的一個常規SMB組件對比，因為它使之有可能在分餾期間避免必需循環使用滲透物的同時獲得高濃度。此外，它使之有可能與該常規SMB技術相比，在更高的進料量、更小的樹脂體積下工作，以及更低的水和能量消耗。該ISMB色譜法開發模式使之有可能在每個柱內這些不同餾分的分布和濃度保持一個恆定的曲線，並且因此促進它們的分離。優選使用具有有限數量的柱的色譜法，例如4個。因此，根據本發明的一個優選模式，使用串聯安裝並且形成一個SMB4組件的四個柱。該色譜法載體優選一種鈣形式的陽離子凝膠樹脂。這一樹脂優選在鹼以及鹼土金屬陽離子之間使用。將優選具有高程度均勻性(超過85%的這些樹脂珠在200和400 ii m之間)的低程度交聯以及小顆粒尺寸(平均直徑220 ym)，以便改進該分離。根據一個優選的實施例，使用一種強酸陽離子交換樹脂，例如樹脂FINEX CS104GC。根據本發明所述的該ISMB方法使之有可能獲得一個「葡萄糖」餾分，該餾分具有最低葡萄糖純度為96%，其中葡萄糖回收產率大於85%、優選大於87%、並且甚至更優選大於88%。根據本發明，該表述「葡萄糖回收產率」被理解為指以下份額:Pfljeft=(在葡萄糖餾分中的葡萄糖的DM)/ (色譜法入口處的葡萄糖的DM)向該腔室C進料源自該腔室B中的富含葡萄糖的餾分。所述源自該色譜法步驟的葡萄糖餾分，在腔室C中以一種常規方式被氫化。根據一個優選模式，該葡萄糖餾分在氫氣壓力為60bar下DM為45%時被氫化。在氫化期間，pH緩慢降低到一個約4.5的低值。根據本發明所述的一個優選模式，pH保持為低(約4.5)大於15分鐘,優選大於20分鐘，以便水解該殘餘痕量的蔗糖。然後該PH增加到8，優選通過添加氫氧化鈉，優選以一種水溶性氫氧化鈉溶液的形式，以便終止該氫化直到還原糖含量在乾燥基重上小於或等於0.2%，優選小於或等於0.1%。根據本發明所述的一個優選模式，然後該糖漿被蒸發至一種乾物質(DM)含量大於50%。在根據本發明所述的方法結束時，獲得一種極純的山梨醇糖漿，該山梨醇糖漿可以完全脫水以便形成山梨醇粉末。根據本發明所述的一個優選模式獲得一種糖漿，根據伯特蘭重量法(Bertrand gravimetric method),該糖眾的最終分析展示了總還原糖水平小於或等於0.2%、優選小於或等於0.1%、以及甘露醇水平小於1%，具有70wt%的DM。對一種乾燥基重的HPLC分析給出山梨醇含量大於97%，優選大於98%。
根據本發明所述的一個具體的實施例，源自該色譜法步驟的該富含葡萄糖的糖漿，以本領域的普通技術人員熟知的一種方式被純化，例如通過脫色和/或去礦物質。在根據本發明所述的方法結束時獲得的該山梨醇，在化學、藥物、美容護理以及特別是食品工業找到了應用。因此，本發明的主題也是獲得的或者能夠使用根據本發明所述的方法獲得的一種山梨糖漿在食品、藥物、或者美容護理產品製造中的用途。山梨醇也被用於造紙或者鑄造中，並且代表合成維生素C的原料。此外，根據本發明獲得的該山梨醇可以被用於製造例如，在塑料或者洗滌劑工業中找到應用的酐類、醚類、或者酯類。最後，在步驟(b)中回收的、由一種富含果糖的糖漿組成、包含儘可能低的葡萄糖含量的該果糖餾分，可以有利地用於人類消費，特別是作為製備甘露醇的原料，或者可以通過與一種葡萄糖異構酶一起再循環以便製備一種轉化糖。本發明在以下實例的幫助下將更清楚地被理解，其並不旨在限制並且僅代表根據本發明所述的某些實施例。實例1:根據本發明所述，從蔗糖生產高純度的山梨醇蔗糖的轉化按以下方式在一個IOOm3的箱體(腔室A)中進行:該蔗糖在DM為50%時被溶解在水中，並且該溶液被加熱到60° C。該pH被調節
至4.75。然後以每噸蔗糖20g的量添加Invertase 名下novo公司銷售的蔗糖酶的一種酶
溶液。轉化20小時後，獲得的該轉化糖漿具有以下組成(由高效液相色譜法分析):葡萄糖
51.2%、果糖48.7%、以及其他單糖0.1%。然後該轉化糖漿去礦物質，並且然後在輸送到EUR0DIA公司銷售的順序分離連續色譜法腔室ISMB之前濃縮到乾物質含量為55%。然後，具有容積為28m3的所述色譜法腔室裝備有平均直徑為220 u m的樹脂FINEX CS104GC。該色譜法被進料，一方面，流速為1.9m3/h的該轉化糖眾,即1.27T sec/h,另一方面，流速為2.88m3/h的去礦物質水。在這些情況下，該色譜法被進料55%DM的量。進行該色譜法以便提取量為99.4%的該葡萄糖。然後，該葡萄糖餾分以2.86m3/h的流速提取，即0.58T sec/h，並且具有以下組成:葡萄糖99.4%、果糖0.5%、以及其他0.1%。在這些情況下，該富含果糖的餾分具有9.9%的葡萄糖滴定濃度。因此，該葡萄糖餾分以1.92m3/h的流速提取，即0.69T sec/h,並且具有以下組成:葡萄糖9.9%以及果糖90.1%。源自該色譜法步驟的富含葡萄糖的糖漿(或葡萄糖餾分)以一種常規方式通過脫色和/或去礦物質純化。它具有99.4%的葡萄糖滴定濃度(在DM基礎上)並且不包含高分
子量多糖類。該葡萄糖餾分在DM為45%、140° C、以及60bar的氫壓力下氫化。在氫化期間，該PH緩慢降低到4.5。該pH保持在4.5的值20分鐘，以便水解殘餘痕量蔗糖。然後通過添加氫氧化鈉使該PH增加到8，以便終止該氫化直到在一個乾燥基重上獲得小於0.1%的還原
糖含量。然後，該氫化的糖漿通過去礦物質以及在活性碳上處理純化，並且被蒸發到DM為70%。因此獲得具有總還原糖水平等於0.1%、DM為70%的一種氫化的葡萄糖漿或者山梨醇糖漿。所述山梨醇糖漿具有為98.9%的山梨醇含量、為0.7%的甘露醇含量、為0.3%的艾杜糖醇含量(對乾燥基重的分析)。分析100%裡的該餘量為裂解產物和其他組分。實例2:從一水合葡萄糖生產高純度的山梨醇由本申請人公司銷售的一種一水合葡萄糖LYCADEX 再熔化獲得的具有
53.1Deg比旋光度的一種葡萄糖溶液在一個18m3的氫化器內達到45%的DM。該溫度達到140° C並且氫氣壓力為60bar。該pH緩慢降低到4.5的值。在這時，該pH通過添加氫氧化鈉增加到8。當該還原糖含量在一個乾燥基重上小於0.1%時，停止該反應。然後，由此獲得的該山梨醇糖漿通過去礦物質以及在活性碳上處理被純化。然後所述山梨醇糖漿被蒸發到DM為70%。因此獲得具有總還原糖水平等於0.18%、DM為70%的一種山梨醇糖漿。所述山梨醇糖漿具有為
98.6%的山梨醇(sorbital)含量、為0.4%的甘露醇含量、為0.3%的艾杜糖醇含量、為0.2%的氫化的DP2含量(對乾燥基質的分析)。分析100%裡的該餘量為裂解產物和其他組分。根據本發明所述的方法，如在實例I中描述，使之有可能，從蔗糖中獲得與上述用於生產高純度的山梨醇的該參考方法具有同等純度的一種山梨醇糖漿。實例3:使用一種常規SMB色譜法從蔗糖生產山梨醇蔗糖的轉化如實例I中描述的進行。該轉化步驟後，獲得的該轉化糖漿具有以下組成(由高效液相色譜法分析):葡萄糖51.2%、果糖48.7%、以及其他單糖0.1%。然後該轉化糖漿去礦物質，並且然後根據專利FR 2 550 462所教授內容，在被輸送到常規SMB色譜法腔室操作之前被濃縮到乾物質含量為55%。所述色譜法腔室具有80m3的容積，並且裝備有10個託盤以及具有平均直徑為220 ii m的FINEX CS104GC樹脂。該SMB色譜法被進料，一方面，流速為5.8m3/h的該轉化糖漿，即3.9T sec/h,另一方面，流速為12m3/h的去礦物質水。在這些情況下，該色譜法被進料55%DM的量。進行該色譜法被以便提取儘可能高的量的葡萄糖，即量為97.8%。因此該葡萄糖餾分在10.95m3/h的流速下被提取，即1.7T sec/h,並且具有14.5%的乾物質以及以下組成:葡萄糖97.8%、果糖2.1%以及其他0.1%。在這些情況下，該富含果糖的餾分具有14.1%葡萄糖的滴定濃度。因此，該果糖餾分在6.85m3/h的流速下提取，即2.2T sec/h，並且具有29.5%的乾物質以及以下組成:葡萄糖14.1%以及果糖85.9%。源自該色譜法步驟的該富含葡萄糖的糖漿(或者葡萄糖餾分)通過脫色和/或去礦物質以一種常規方式被純化；它具有97.8%葡萄糖的滴定濃度(在DM基礎上)並且不包含高分子量多糖。該富含葡萄糖的糖漿以與實例I中相同的方式被氫化。根據實例1，然後該氫化的糖漿被純化並且被蒸發到DM為70%。由此獲得具有總還原糖水平等於0.11%、DM為70%的一種山梨醇糖漿。所述山梨醇糖漿具有為97.6%的山梨醇含量、為1.8%的甘露醇含量、為0.3%的艾杜糖醇含量(對乾燥基重的分析)。分析100%裡的該餘量為裂解產物和其他組分。因此，一種常規SMB色譜法，沒有根據本發明，並且隨後沒有進行一個葡萄糖餾分純化步驟，例如一個結晶過程，未使之有可能從蔗糖獲得一種高純度的山梨醇，即具有小於或等於0.2%的還原糖含量的一種山梨醇。實例4:使用一種常規SMB色譜法隨後講行一個結晶步驟從蔗糖牛產山梨醇
該程序以與實例3相同的方式進行直到產生從該色譜法步驟獲得的該富含葡萄糖的糖漿(或者葡萄糖餾分)。然後，該富含葡萄糖的糖漿通過脫色和/或去礦物質以一種常規方式純化；它具有97.8%葡萄糖的滴定濃度(在DM基礎上)並且不包含高分子量多糖。然後，該富含葡萄糖並且純化的糖漿被濃縮到DM為74%並且放置在一個30m3的分批結晶器中。向純化糖漿添加5%的晶種(DM的百分比)。該結晶器經48小時從50° C冷卻到25° C。在結晶法期間獲得的糖膏在一個離心排水器(centrifugal drainer)中分離。洗滌後，這些晶體具有等於52.SDeg的比旋光度。通過HPLC分析，這些晶體具有等於
99.8%的葡萄糖含量和等於0.2%的果糖含量。用於結晶的該乾物質的結晶產率是53%。這些母液具有95.7%的葡萄糖含量以及4%的果糖含量。100%裡的該餘量由蔗糖和痕量羥甲基呋喃組成。這些晶體被溶解並且以與實例3中相同的方式被氫化。在純化和蒸發後，因此獲得具有總還原糖水平等於0.07%、DM為70%的一種山梨醇糖漿。所述山梨醇糖漿具有99.1%的山梨醇含量、0.4%的甘露醇含量、0.3%的艾杜糖醇含量(對乾燥基重的分析)。分析100%裡的該餘量為裂解產物和其他組分。因此，使用一種不根據本發明的常規SMB色譜法，一個純化步驟(例如源自SMB色譜法的葡萄糖餾分的一個結晶步驟)是必要的，以便從蔗糖獲得一種高純度的山梨醇，即一種包含0.2%的總還原糖的山梨醇。
權利要求
1.一種用於從蔗糖製造山梨醇糖漿的方法，該山梨醇糖漿具有小於或等於0.2%的總還原糖含量以及小於1%的甘露醇含量，具有70wt%的的乾物質，其特徵在於該方法包括以下組成的多個步驟: a.將一種蔗糖溶液水解成一種轉化糖溶液， b.通過模擬移動床色譜法將該轉化糖溶液分離成 具有至少為99.3%、優選99.4%、更優選99.5%、並且甚至更優選99.7%的葡萄糖含量的一種右旋糖漿， 具有至少為90%、優選92%的果糖含量的一種果糖漿， c.將所述葡萄糖漿氫化為一種山梨醇糖漿，優選在步驟(b)後直接氫化，該山梨醇糖漿具有小於或等於0.2%的總還原糖含量以及小於1%的甘露醇含量，具有70wt%的乾物質。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於無任何結晶步驟。
3.如權利要求1或者2所述的方法，其特徵在於通過模擬移動床色譜法的分離步驟(b)以改進的SMB模式進行。
4.如權利要求1至3中的任一項所述的方法，其特徵在於通過模擬移動床色譜法的分離步驟(b)具有大於85%的葡萄糖回收產率，優選大於87%，並且甚至更優選大於88%。
5.如權利要求1至4中的任一項所述的方法，其特徵在於步驟(c)結束時的pH保持在4.5大於15分鐘，優選大於20分鐘。
6.能夠使用如權利要求1至5中的任一項所述的方法獲得的一種山梨醇糖漿用於製造食品、藥物、或者美容護理產品的用途。
全文摘要
本發明涉及用於製造山梨醇糖漿的一種方法，該山梨醇糖漿具有不高於0.2%的總還原糖含量以及小於1%的甘露醇含量，具有70wt%的乾物質。所述製造方法其特徵在於它包括以下步驟(a)水解轉化糖溶液中的蔗糖溶液，(b)通過模擬移動床色譜法將轉化糖溶液分離成，一方面，具有至少99.3%、優選99.4%、更優選至少99.5%、並且甚至更優選99.7%的葡萄糖含量的葡萄糖漿，以及另一方面，具有至少90%、優選92%的果糖含量的果糖漿，以及(c)氫化所述葡萄糖漿為山梨醇糖漿，該山梨醇糖漿具有不高於0.2%的還原糖含量以及小於1%的甘露醇含量，具有70wt%的乾物質。
文檔編號A23L1/236GK103179866SQ201180048445
公開日2013年6月26日 申請日期2011年10月7日 優先權日2010年10月8日
發明者P·迪弗洛 申請人:羅蓋特兄弟公司