(12) Oversettelse av europeisk patentskrift

Transkript

1 (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. C07C 1/44 (06.01) C07C 9/08 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet (86) Europeisk søknadsnr (86) Europeisk innleveringsdag (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR (73) Innehaver PURAC Biochem BV, Arkelsedijk 46, 46 AC Gorinchem, Nederland (72) Oppfinner Van Breugel, Jan, Middelvaart 48, 428 WS Woudrichem, Nederland (74) Fullmektig Bryn Aarflot AS, Postboks 449 Sentrum, 04 OSLO, Norge (4) Benevnelse Flytende melkesyresammensetning og fremgangsmåte for fremstilling derav (6) Anførte publikasjoner US-A US-B

2 1 Beskrivelse Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av en høykonsentrert melkesyresammensetning, og en sammensetning oppnådd ved nevnte fremgangsmåte. Melkesyre så vel som dens salter og estere, har lenge vært brukt som tilsetningsstoff til næringsmidler, og innen forskjellige kjemiske og farmasøytiske anvendelser. Mer nylig er melkesyre blitt anvendt for fremstilling av bionedbrytbare polymerer, både som en erstatning for de foreliggende plastmaterialer, så vel som forskjellige nye anvendelser hvor bionedbrytbarhet er nødvendig eller ønskelig slik som for medisinske implantater og legemidler med sakte frigivelse. Der er følgelig en stadig økende etterspørsel etter forbedrede, og økonomisk levedyktige melkesyrefremstillingsprosesser. 1 2 Melkesyre markedsføres vanligvis som en fortynnet eller konsentrert vandig oppløsning, hvor konsentrerte melkesyreoppløsninger generelt har en melkesyrekonsentrasjon på omtrent 90 % (vekt/vekt). En fremgangsmåte for fremstilling av slike konsentrerte melkesyreoppløsninger er f.eks. beskrevet i WO 00/6693 og WO 02/2246. Markedsføringen av melkesyresammensetninger med enda høyere konsentrasjoner er fremdeles ønskelig, f.eks. for å nedsette emballerings- og transportkostnader, og for å forbedre brukervennlighet i alle typer av tekniske anvendelser, og anvendelser i forbindelse med næringsmidler. Høyere konsentrasjoner er imidlertid ikke mulig fordi krystallisering av melkesyre i slike høykonsentrerte sammensetninger lett forekommer ved omgivelsestemperatur, som gir problemer i forbindelse med håndtering av melkesyresammensetningen. Det er således et formål med oppfinnelsen å muliggjøre tilveiebringelse av en høykonsentrert melkesyresammensetning som ikke krystalliserer ved omgivelsestemperatur. 3 Med dette som formål er det, i et første aspekt, tilveiebrakt en fremgangsmåte for fremstilling av en melkesyresammensetning som muliggjør fremstilling av en flytende melkesyresammensetning med totalt melkesyreinnhold på minst 94 % (vekt/vekt), og som ikke krystalliserer ved en temperatur over o C. Fremgangsmåten omfatter oppnåelse av en flytende utgangsmelkesyresammensetning med totalt syreinnhold på minst 94 % (vekt/vekt), og som krystalliserer ved en temperatur over o C, og inkubasjon av nevnte flytende utgangsmelkesyresammensetning ved en økt

3 2 temperatur, dvs. ved en temperatur over krystalliseringspunktet for den flytende utgangsmelkesyresammensetningen, i en passende tidsperiode til å oppnå en flytende melkesyresammensetning som ikke krystalliserer ved en temperatur over o C. Den flytende melkesyresammensetningen som er oppnådd ved fremgangsmåten som beskrevet her, er en flytende sammensetning som er klar til bruk, og som er egnet for emballering og for fremlegging på markedet. 1 Den flytende melkesyresammensetning som ikke krystalliserer ved en temperatur over o C har foretrukket et totalt melkesyreinnhold på minst 9 % (vekt/vekt), mer foretrukket minst 96 %, 97 %, 98 %, 99 % (vekt/vekt). Særlig foretrukket har den flytende melkesyresammensetningen som ikke krystalliserer ved en temperatur over o C et totalt melkesyreinnhold på 0 % (vekt/vekt). I tillegg kan en flytende melkesyresammensetning med et totalt syreinnhold som er høyere enn 0 % (vekt/vekt) oppnås ved å fjerne noe av eller alt vannet som er tilstede i den flytende melkesyresammensetningen som underkastes inkubasjonen ved en økt temperatur som beskrevet her. Slikt vann kan passende fjernes ved fordampning. Det skal bemerkes at tilstedeværelse av vann i en slik flytende melkesyresammensetning skyldes, delvis eller helt (i en flytende sammensetning med et totalt syreinnhold på 0 % (vekt/vekt)), inkubasjonen ved en økt temperatur. 2 Det ble overraskende funnet at en flytende melkesyresammensetning som har et høyt totalt syreinnhold på minst 94 % (vekt/vekt), og som ikke krystalliserer ved en temperatur over o C, oppnås fra en utgangsmelkesyresammensetning som har det samme totale syreinnhold som den flytende slutt sammensetning, men som ikke krystalliserer ved en temperatur på o C, ved å inkubere utgangsmelkesyresammensetningen i en forlenget tidsperiode ved en økt temperatur over krystalliseringspunktet for den flytende utgangsmelkesyresammensetning. Det ble også funnet at den resulterende flytende melkesyresammensetning med et totalt syreinnhold på minst 94 % (vekt/vekt) har et forhold av total syre/fri syre på 1,2-1,7, foretrukket på 1,2-1,4. 3 Det totale syreinnhold (TA) for en sammensetning er monomersyreinnholdet målt etter fullstendig hydrolyse av hvilken som helst intermolekylær esterbinding, med en nøyaktig kjent mengde av overskuddsbase, og som bestemmes ved tilbaketitrering av resterende base med syre. Det totale syreinnhold gir således innholdet av monomer

4 3 og oligomer melkesyre, og uttrykkes som prosentandel (vekt/vekt) av monomer melkesyre. Oligomer melkesyre omfatter typisk dimer (HL2), trimer (HL3), tetramer (HL4) og pentamer syre (HL), og en liten mengde dilaktid (L2). Det frie syreinnhold (FA) i en sammensetning bestemmes ved direkte titrering med base, dvs. uten hydrolyse av de intermolekylære esterbindinger. 1 Den flytende utgangsmelkesyresammensetningen er en sammensetning som krystalliserer ved en temperatur over o C, og under dens krystalliseringspunkt. Krystalliseringspunktet vil avhenge av konsentrasjonen av den flytende utgangsmelkesyresammensetningen. Krystalliseringspunktet for en 94 % (vekt/vekt) melkesyresammensetning er f.eks. 37 o C, og det til 0 % melkesyre er 3 o C. Den flytende utgangsmelkesyresammensetningen krystalliserer typisk ved en omgivelsestemperatur, f.eks. en temperatur mellom 1 o C og 2 o C. En slik utgangssammensetning kan oppnås på forskjellige måter. Utgangssammensetningen kan f.eks. oppnås ved å konsentrere en oppløsning av melkesyre, f.eks. en kommersiell oppløsning, inntil det totale syreinnhold er 94 % eller høyere. Konsentrasjonen av en melkesyreoppløsning kan gjennomføres ved fordampning av en fortynnet melkesyreoppløsning, ved behandlinger hvor det anvendes membraner eller molekylsiler, og/eller ved destillasjon under redusert trykk. 2 Utgangssammensetningen kan også oppnås ved omrøring av fast melkesyre i en passende mengde av løsningsmiddel, og oppvarming av blandingen inntil den er flytende. Utgangssammensetningen kan også oppnås umiddelbart etter et passende fremgangsmåtetrinn i en fremgangsmåte for fremstilling av melkesyre. Passende fremgangsmåter for fremstilling av melkesyre er f.eks. omtalt i WO 98/442 og WO 01/ I denne forbindelse er et spesielt passende fremgangsmåtetrinn destillasjonstrinnet som beskrevet her nedenfor. 3 Melkesyre fremstilles vanligvis ved fermentering ved hjelp av en mikroorganisme, slik som bakterier, gjær og sopp. Fermenteringssubstratet omfatter typisk karbohydrater slik som glukose, sukrose, stivelse og liknende, sammen med passende mineraler og nitrogenholdige næringsstoffer. Kjente mikroorganismer som produserer S-melkesyre er forskjellige bakterier av slekten Lactobacillus, slik som Lactobacillus casei, eller

5 4 Bacillus, slik som Bacillus coagulans. I tillegg er mikroorganismer kjent som produserer (R)-melkesyre selektivt. Etter fermentering bearbeides den vandige fermenteringsbuljong for å oppnå melkesyre med en renhet som er ønsket. Den vanlige industrielle bearbeiding består generelt av separasjonen av biomassen, etterfulgt av ett eller flere ytterligere bearbeidingstrinn. Biomassen separeres vanligvis ved hjelp av filtrering, sentrifugering, flokkulering, koagulering, flotasjon eller kombinasjoner derav. Dette er f.eks. beskrevet i WO 01/38283, hvor en kontinuerlig prosess for fremstilling av melkesyre ved hjelp av fermentering er beskrevet. 1 Fermenteringsvæsken bearbeides ytterligere om nødvendig for å oppnå en melkesyreoppløsning med en renhet som er ønsket. Disse fremgangsmåtetrinn kan inkludere velkjente fremgangsmåtetrinn, slik som ionebytting, destillasjon, krystallisering, smelting, forestring, fordampning av vann, forsåpning, surgjøring, filtrering, ekstrahering, adsorpsjon. 2 Det er foretrukket at melkesyreoppløsningen destilleres under redusert trykk for å oppnå utgangsmelkesyresammensetningene som skal underkastes inkubasjonen ved en økt temperatur som beskrevet her. Redusert trykk kan forstås som et trykk i området fra 0,01 til 0 mbar, foretrukket fra 0,1 til mbar, særlig fra 1 til mbar. Temperaturen under destillasjonen under redusert trykk kan være fra 0 til 0 o C, særlig fra 1 til 140 o C. Destillasjonen kan gjennomføres som følger, og gjentas én eller flere ganger om ønskelig, f.eks. som beskrevet i WO 01/ Kort, i et første trinn, bringes den vandige melkesyreoppløsning i dampfase ved f.eks. filmfordampning. Filmfordampning kan f.eks. oppnås ved hjelp av lubrikert filmfordampning, tynn-film fordampning, og/eller fallende film fordampning. Deretter føres dampen på en destillasjonskolonne, hvor separering i to fraksjoner forekommer under tilbakeløpsbetingelser. Destillasjonskolonnen kan ha en rekke plater på fra 1 til. Destillasjonen under redusert trykk resulterer i fjerningen av forurensninger med et høyere kokepunkt enn melkesyre, idet melkesyren oppnås som topproduktet.

6 Topproduktet inneholder minst 94 % (vekt/vekt) av total syre, og resten inneholder restsukkere og/eller polymer melkesyre. I tilfellet av en melkesyreoppløsning, er løsningsmidlet foretrukket vann, skjønt andre løsningsmidler slik som C1-C alkanoler (metanol, etanol, 1-propanol, 2-propanol, 1- butanol, 2-butanol, 2-metyl-1-propanol, 2-metyl-2-propanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-metyl-1-butanol, 2-metyl-2-butanol, 3-metyl-1-butanol, 3-metyl-2- butanol og 2,2-dimetylpropanol) også er passende, eller kan blandes med vann. 1 Utgangsmelkesyresammensetningen med totalt syreinnhold på minst 94 % (vekt/vekt) bringes til en økt temperatur, dvs. en temperatur over dens krystalliseringspunkt, og inkuberes ved nevnte temperatur i en passende tidsperiode for å oppnå en flytende melkesyresammensetning som ikke krystalliserer ved en temperatur over o C. Den øvre grensen for inkubasjonstemperaturen som er egnet kan være kokepunktet for melkesyresammensetningen ved det aktuelle trykk. Inkubasjonen kan gjennomføres under omrøring ved å anvende en hvilken som helst omrøringsanordning som er kjent for en fagkyndig på området. 2 Inkubasjonstemperaturen er foretrukket i et område fra 40 o C til 1 o C, mer foretrukket i et område fra 0 o C til 0 o C, mest foretrukket i et område fra 60 o C til 90 o C. Tidsperioden for inkubasjon vil typisk avhenge av den anvendte temperaturen eller temperaturområdet. Desto høyere inkubasjonstemperatur, desto kortere er inkubasjonsperioden. Ved en temperatur på 0 o C kan f.eks. inkubasjonsperioden være 1-4 timer, ved en temperatur på 80 o C kan inkubasjonsperioden være 3-12 timer, og ved en temperatur på 60 o C kan inkubasjonsperioden være -40 timer. Inkubasjonsperioden kan således være minst minutter, foretrukket minst 1 time, mer foretrukket minst 2 timer, mest foretrukket minst 3 timer. Inkubasjonen kan gjennomføres ved en fast temperatur, eller ved å anvende et temperaturområde, og kan inkludere perioden for nedkjøling til omgivelsestemperatur. 3 Den fagkyndige på området vil forstå at inkubasjonen kan avsluttes ved et slikt tidspunkt hvor en flytende melkesyresammensetning er oppnådd som, ved avkjøling av sammensetningen til en temperatur på o C, fremdeles er flytende og inneholder ikke krystaller. Et slikt tidspunkt kan passende bestemmes ved å ta en prøve på 0 ml, bringe denne prøven til en temperatur på o C og tilsette 1 g melkesyrekimkrystaller under omrøring. Dersom kimkrystallene oppløses innen 1 time under

7 6 omrøring, vil den flytende melkesyresammensetningen ikke krystallisere ved en temperatur over o C, og inkubasjonen kan avsluttes. Inkubasjonen av utgangsmelkesyresammensetningen ved en økt temperatur over dens krystalliseringspunkt som beskrevet her, kan fordelaktig omfatte et tidligere og/eller ytterligere behandlingstrinn, med den betingelse at nevnte behandlingstrinn gjennomføres ved den økte temperatur. Et ytterligere behandlingstrinn kan f.eks. være fjerning av resterende forurensninger slik som fargesubstanser. Denne fjerning kan gjennomføres ved å la den flytende melkesyresammensetningen passere over en karbonkolonne. Tidsperioden for nevnte passering, f.eks. 3 timer, kan være inkludert i inkubasjonstidsperioden som nevnt ovenfor. 1 Den foreliggende oppfinnelse er anvendbar for sammensetninger som omfatter melkesyre i en hvilken som helst stereokjemisk konfigurasjon, dvs. L + - eller D - - melkesyre, eller en hvilken som helst blanding av L + - og D - -melkesyre. I et ytterligere aspekt er det tilveiebrakt en flytende melkesyresammensetning som har et totalt melkesyreinnhold på minst 94 % (vekt/vekt) og som ikke krystalliserer ved en temperatur over o C. Den flytende melkesyresammensetning som ikke krystalliserer ved en temperatur på o C, har foretrukket et totalt syreinnhold på minst 9 % (vekt/vekt), mer foretrukket minst 96 %, 97 %, 98 %, 99 % (vekt/vekt). Særlig foretrukket har den flytende melkesyresammensetning som ikke krystalliserer ved en temperatur over o C et totalt syreinnhold på 0 % (vekt/vekt). 2 Den flytende melkesyresammensetning med totalt syreinnhold på minst 94 % (vekt/vekt) har videre et forhold av total syre/fri syre i området fra 1,2 til 1,7, foretrukket i et område fra 1,2 til 1,4. Spesielt kan den flytende melkesyresammensetning ha et innhold av monomer (HL1) pluss dimer (HL2) melkesyre i et område fra 6 % til 8 % (vekt/vekt), foretrukket i et område fra 7 % til 84 % (vekt/vekt), og/eller kan ha et innhold av monomer (HL1) pluss dimer (HL2) pluss trimer (HL3) melkesyre i et område fra 80 % til 91 % (vekt/vekt), foretrukket i et område fra 87 % til 90 % (vekt/vekt). 3 Slike flytende melkesyresammensetninger kan ha en sammensetning som spesifisert her nedenfor (ved en temperatur på 2 o C). Sammensetningen kan passende bestemmes ved å anvende massespektroskopi.

8 7 Sammensetning (% vekt/vekt) TA FA 7,8 7,1 73,8 72,1 64,9 TA/FA 1,24 1,28 1,33 1,39 1,62 HL1 61,3 8,8,7 1,9 39,6 HL2 21,2 23,0 24,7 26,3 28,2 HL3,9 7,2 8,8,7 16,1 HL4 1, 2,1 2,8 3,9 8,3 HL 0,4 0,6 0,9 1,4 4,1 L2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,7 Vann 9,6 8,2 6,8,6 3,0 Sammensetningen i dette aspekt kan foretrukket oppnås ved fremgangsmåten i henhold til det foregående aspekt. Den høykonsentrerte flytende melkesyresammensetning som omtalt her, kan fordelaktig anvendes i forbindelse med en hvilken som helst melkesyreanvendelse. Den flytende formen kombinert med den høye syrekonsentrasjonen tilveiebringer fordeler slik som enkel håndtering og lavest mulige transportkostnader.

9 8 PATENTKRAV 1 1. Fremgangsmåte for fremstilling av en flytende melkesyresammensetning som har et totalt syreinnhold på minst 94 % (vekt/vekt), hvor det totale syreinnhold er innholdet av monomer syre målt etter fullstendig hydrolyse av en hvilken som helst intermolekylær esterbinding med en nøyaktig kjent mengde av overskuddsbase, og bestemt ved tilbaketitrering av gjenværende base med syre, og som ikke krystalliserer ved en temperatur over o C, hvor fremgangsmåten omfatter å oppnå en flytende utgangsmelkesyresammensetning som har et totalt syreinnhold på minst 94 % (vekt/vekt), og som krystalliserer ved en temperatur over o C, og inkubasjon av nevnte flytende utgangsmelkesyresammensetning ved en temperatur over krystalliseringspunktet for den flytende utgangsmelkesyresammensetning i en tidsperiode for å oppnå den flytende melkesyresammensetning som ikke krystalliserer ved en temperatur over o C, hvor inkubasjonen kan avsluttes ved et slikt tidspunkt hvor en flytende melkesyresammensetning er oppnådd som, ved avkjøling av sammensetningen til en temperatur på o C, fremdeles er flytende, og ikke inneholder krystaller, hvilket tidspunkt kan bestemmes ved å ta en prøve på 0 ml, bringe denne prøve til en temperatur på o C, og tilsette 1 g melkesyre-kimkrystaller under omrøring, hvor, dersom kimkrystallene oppløses innen 1 time under omrøring, vil den flytende melkesyresammensetning ikke krystallisere ved en temperatur over o C, og inkubasjonen kan avsluttes Fremgangsmåte ifølge krav 1, som ytterligere omfatter å fjerne noe eller alt vannet som er tilstede i den flytende melkesyresammensetning som er oppnådd etter inkubasjonen ved en temperatur over krystalliseringspunktet for den flytende utgangsmelkesyresammensetningen. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, hvor inkubasjonstemperaturen er i området fra 40 o C til 1 o C. 4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, hvor inkubasjonsperioden er minst minutter. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, hvor inkubasjonsperioden er minst 1 time.

10 9 6. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, hvor inkubasjonsperioden er minst 2 timer. 7. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, hvor inkubasjonsperioden er minst 3 timer. 8. Fremgangsmåte ifølge hvilke som helst av de foregående krav, hvor utgangsmelkesyresammensetningen er oppnådd umiddelbart etter et destillasjonstrinn i en fremgangsmåte for fremstilling av melkesyre Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, hvor inkubasjonen ved en temperatur over krystalliseringspunktet for den flytende utgangsmelkesyresammensetningen omfatter et tidligere og/eller ytterligere bearbeidingstrinn gjennomført ved en temperatur over krystalliseringspunktet for den flytende utgangsmelkesyresammensetning.. Flytende melkesyresammensetning som har et totalt syreinnhold på minst 94 % (vekt/vekt) og et forhold av total syre/fri syre på 1,2-1,7, hvor det totale syreinnhold er innholdet av monomer syre målt etter fullstendig hydrolyse av en hvilken som helst intermolekylær esterbinding med en nøyaktig kjent mengde av overskuddsbase, og bestemt ved tilbaketitrering av gjenværende base med syre, og som ikke krystalliserer ved en temperatur over o C Flytende melkesyresammensetning ifølge krav, som har et totalt syreinnhold på minst 9 % (vekt/vekt). 12. Flytende melkesyresammensetning ifølge krav, som har et totalt syreinnhold på minst 98 % (vekt/vekt). 13. Flytende melkesyresammensetning ifølge krav, som har et totalt syreinnhold på 0 % (vekt/vekt) Flytende melkesyresammensetning ifølge hvilket som helst av kravene -13, som har et forhold av total syre/fri syre i et område fra 1,2 til 1,7, hvor det totale syreinnhold er innholdet av monomer syre målt etter fullstendig hydrolyse av en hvilken som helst intermolekylær esterbinding med en nøyaktig kjent mengde overskuddsbase, og bestemt ved tilbaketitrering av gjenværende base med syre, og

11 hvor innholdet av fri syre bestemmes ved direkte titrering med base uten hydrolyse av de intermolekylære esterbindinger.