Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lactulose durch Epimerisierung von Lactose durch die Wirkung von Natriumaluminat, das in industriellem Maßstab implementiert werden kann.

Lactulose ist ein synthetisches Disaccharid, das gegenwärtig in Sirupform zur Behandlung von Darmkrankheiten und in kristalliner Form als Süßstoffersatz fur Saccharin verwendet wird. Es wird auch als Nahrungsmittelzusatz in pädiatrischen und geriatrischen Ernährungen verwendet.

Viele Verfahren zur Herstellung von Lactulose durch Epimerisierung von Lactose sind bekannt, wobei letztere ein weithin erhältliches natürliches Disaccharid ist.

Einige dieser Verfahren beruhen im wesentlichen auf der Epimerisierung von Lactose mittels starker Alkalien wie etwa Ca(OH)&sub2;, NaOH, KOH und starken organischen Basen.

Diese Verfahren haben den Nachteil, zur Bildung eines beträchtlichen Prozentsatzes schwierig abtrennbarer, gefärbter Nebenprodukte zu führen, welche die Lactuloseausbeute stark reduzieren und es schwierig machen, sowohl die Lactulose in ihrer Sirupform zu verwenden wie auch sie als kristallines Produkt herzustellen.

Eine weitere Gruppe von Verfahren verwendet Natriumtetraborat und Natriumaluminat als Epimerisierungsmittel, doch die Entfernung von Natriumionen ist schwierig (US-A-3 546 206).

Obwohl diese Verfahren eine höhere Lactuloseausbeute und ein reineres Produkt ergeben, sind sie unter einem industriellen Aspekt unbefriedigend, sowohl wegen der Schwierigkeit das Aluminiumhydroxid abzufiltrieren, wie auch wegen der Schwierigkeit, die Borsäure quantitativ zu entfernen.

Andere Verfahren, die stark alkalische Ionenaustauscherharze zur Epimerisierung verwenden, sind zu kostenaufwendig und erlauben es nicht, Lactulose zu Marktpreisen herzustellen.

Verfahren zur Lactuloseepimerisierung durch Magnesiumverbindungen sind ebenfalls bekannt.

Diese Verfahren haben den Nachteil, sehr hohe Reaktionsvolumina zu erfordern, um kleine Lactulosequantitäten zu erhalten.

Wir haben nun ein Lactuloseherstellungsverfahren entdeckt, wodurch die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.

Insbesondere haben wir ein Verfahren entdeckt das die Epimerisierung von Lactose durch Natriumaluminat umfaßt, das ermöglicht, daß das Aluminiumhydroxid leicht abfiltriert wird und das Natriumaluminat leicht zur Verwendung im nächsten Zyklus wiedergewonnen werden kann.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß es in den folgenden Schritten ausgeführt wird:

a) Bildung einer wässrigen Mischung von Lactose mit Natriumaluminat;

b) kontinuierliches Neutralisieren der Lösung, die aus Schritt a) erhalten wurde, indem diese Lösung und eine Schwefelsäurelösung gleichzeitig einem Reaktor zugeführt werden;

c) Abtrennung des Aluminiumhydroxids durch eine Dekantierzentrifuge;

d) Ultrafiltration oder Mikrofiltration der aus Schritt c) erhaltenen Lösung;

e) Entionisieren der aus Schritt d) erhaltenen Lösung;

f) Konzentrieren der aus Schritt e) erhaltenen Lösung auf eine Konzentration von etwa 50 Gew.% Lactulose;

g) Behandlung der aus den Schritten c) und d) erhaltenen Feststoffe mit einer NaOH-Lösung;

h) Kalzinieren des Produkts von Schritt g) unter Erhalt von Natriumaluminat, welches zu Schritt a) zurückgeführt wird.

Zur Herstellung von Lactulose nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Mischung von Lactose und Wasser in einem geeigneten Mischer unter Verwendung eines Wasser:Lactose-Gewichtsverhältnisses von zwischen 2:1 und 4:1 hergestellt.

Diese Mischung wird einem Reaktor zusammen mit einer 35-45 %igen G/G Natriumaluminatlösung zugeführt, wonach die Masse durch Rühren homogenisiert und bei einer Temperatur von zwischen 50 und 70ºC in einem Zeitraums von zwischen 30 und 60 Minuten umgesetzt wird.

Das Natriumaluminat wird in einem Gewichtsverhältnis zu Lactose von zwischen 0,3:1 und 1:1 verwendet.

Die aus der Reaktion mit Natriumaluminat erhaltenen Lösung wird kontinuierlich gleichzeitig mit einer Schwefelsäurelösung einer Konzentration zwischen 3N und 5N einem Neutralisationsreaktor zugeführt, wobei solche Zuflußraten verwendet werden, daß eine Verweilzeit von zwischen 20 und 60 Minuten erhalten wird. Das Zufuhrverhältnis wird kontrolliert, um Neutralisierung auf einen pH von zwischen 4,5 und 8 und vorzugsweise zwischen 6 und 7 zu erhalten.

In dieser Beziehung haben wir herausgefunden daß, wenn auf einen pH von weniger als 4,5 neutralisiert wird, eine gelatineartige Masse sich bildet, welche unmöglich abfiltriert werden kann, wohingegen, wenn auf einen pH von mehr als 8 neutralisiert wird, die Ausfällung von Aluminiumhydroxid unvollständig ist. Indem auf pH 4,5 bis 8 neutralisiert wird, sind die Niederschlagscharakteristika so, daß seine Suspension hinreichend flüssig ist, um einfache Filtration zu gestatten.

Die im Neutralisationsschritt erhaltene Suspension wird durch Zentrifugaldekantieren abgetrennt, wodurch ein Feststoff mit einem Trockengehalt von etwa 30 Gew.% und eine Flussigkeit, die eine kleine Menge suspendiertes Aluminiumhydroxid enthält, erhalten wird.

Diese Flüssigkeit wird der Ultrafiltration oder Mikrofiltration unterworfen, wodurch das suspendierte Aluminiumhydroxid abgetrennt wird. Eine vollständig klare Lösung wird erhalten und durch Ionenaustauscherharze nach bekannten Verfahren entionisiert, wonach sie konzentriert wird, um den gewünschten Lactulosesirup zu erhalten, welcher die folgende Gewichtszusammensetzung hat:

Lactulose 45-55 %

Lactose 1-3 %

Galactose 2-6 %

Die Feststoffe aus den Schritten der Zentrifugaldekantierung und Ultrafiltration werden vereinigt, mit 48 % G/G Natriumhydroxid behandelt, bis pH 11 bis 12 erreicht wird, und die erhaltene Mischung wird bei 700 bis 800º kalziniert, um die enthaltenen organischen Verbindungen abzubrennen und das Natriumaluminat wiederzugewinnen, das dann zum ersten Verfahrensschritt rückgeführt wird.

Das folgende Beispiel wird zur nicht-beschränkenden Erläuterung der Erfindung gegeben.

1000 kg Lactose werden mit 3000 kg Wasser gemischt und einem Reaktor zusammen mit 1100 kg einer 40 % G/G Natriumaluminatlösung zugeführt.

Die Mischung wird 20 Minuten unter Ruhren gehalten, wonach die erhaltene Lösung durch einen kontinuierlichen Reaktor mit einem Durchsatz durchgepumpt wird, der eine Verweilzeit darin von 40 Minuten ergibt, wobei die Temperatur konstant bei 60ºC gehalten wird.

Nach dieser Zeit, während der die Reaktion fortschreitet, wird die Lösung kontinuierlich einem Neutralisationsreaktor zugeführt, während eine 4N Schwefelsäurelösung gleichzeitig demselben Reaktor zugeführt wird, wobei die Durchsätze der zwei Lösungen so kontrolliert werden, daß ein konstanter pH von 6,5 erhalten wird.

Eine Suspension wird erhalten, die 6,5 Gew.% Aluminiumhydroxid und 12 Gew.% Lactulose enthält.

Das meiste Aluminiumhydroxid wird in einem Zentrifugaldekanter abgetrennt, wodurch eine opaleszierende Lösung mit 0,7 Gew.% Aluminiumhydroxid erhalten wird. Dieses wird durch Ultrafiltration entfernt.

Die erhaltene Lösung wird durch Ionenaustauscherharze von bekanntem Typ entionisiert und wird dann konzentriert, wodurch 1250 kg Lactulosesirup mit der folgenden Gewichtszusammensetzung erhalten werden:

Lactulose 50 %

Lactose 1,7 %

Galactose 4,6 %

Das Aluminiumhydroxid aus den Zentrifugaldekantier- und Ultrafiltrationsschritten wird vereinigt und mit einer 40 %igen G/G Natriumhydroxidlösung behandelt, bis pH 11,5 erreicht wird. Die resultierende Lösung wird bei 750ºC kalziniert, wodurch 400 kg 95 %iges Natriumaluminat erhalten werden, die zu einem nächsten Kreislauf zuruckgeführt werden.