СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ D-ПСИКОЗЫ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ Российский патент 2020 года по МПК C07H3/02 C07H1/08 B01D15/36 

Область техники

[1] Настоящее изобретение относится к способу получения D-псикозы и, более конкретно, к способу получения D-псикозы высокой чистоты с высоким выходом без тепловой деформации во время получения.

[2] Уровень техники

[3] Сообщалось о том, что D-псикоза представляет собой подсластитель, который с трудом метаболизируется в организме, в отличие от фруктозы или сахарозы, по существу не содержит калории и оказывает небольшой эффект на набор массы тела, поскольку она ингибирует образование телесного жира (Matsuo, T. et. Al.. Asia Pac. J. Clin. Untr., 10, 233-237, 2001; Matsuo, T. and K. Izumori, Asia Pac. J. Clin. Nutr., 13, S127, 2004).

[4] В последнее время авторы настоящего изобретения сообщали о способе экономического получения D-псикозы посредством изомеризации D-глюкозы в D-фруктозу, после чего следует реакция получаемой D-фруктозы с иммобилизованными клетками, способными продуцировать эпимеразу D-псикозы (корейская патентная заявка № 10-2009-0118465).

[5] Поскольку реакционные растворы, содержащие D-псикозу, полученную ферментативной реакцией, представляют собой продукты низкой чистоты, содержащие D-псикозу, при содержании твердых веществ приблизительно от 20% (масс./масс.) приблизительно до 30% (масс./масс.), необходимо очищать D-псикозу через непрерывную хроматографию для того, чтобы получать кристаллы D-псикозы высокой чистоты, имеющие чистоту 98% (масс./масс.) или больше.

[6] Поскольку степень превращения для ферментативной реакции D-псикозы, получаемой из D-фруктозы с помощью вышеуказанного способа, составляет от 20% (масс./масс.) до 30% (масс./масс.), реакция влечет последовательность операций, в которой количество маточного раствора, созданного в процессе, а именно количество маточного раствора D-фруктозы, отделяемого при непрерывной хроматографии, и маточного раствора, отделяемого при кристаллизации, выше количества получаемой D-псикозы. Как результат, снижение получаемого количества D-псикозы ведет к увеличению стоимости изготовления, что в свою очередь увеличивает стоимость производства, вызывая проблемы ввиду неэкономического промышленного производства.

[7] Описание изобретения

Техническая проблема

[8] Соответственно, чтобы подавлять увеличение стоимости изготовления из-за низкого выхода, существует необходимость в способе, позволяющем получать D-псикозу высокой чистоты с высоким выходом.

[9] Решение проблемы

[10] Варианты осуществления настоящего изобретения предусматривают способ получения D-псикозы высокой чистоты с высоким выходом.

[11] В соответствии с одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, способ получения D-псикозы включает: проведение эпимеризации D-фруктозы в D-псикозу для получения содержащего D-псикозу раствора; первое охлаждение и ионную очистку содержащего D-псикозу раствора; первое концентрирование и второе охлаждение очищенного содержащего D-псикозу раствора; хроматографию содержащего D-псикозу раствора, который подвергали первому концентрированию и второму охлаждению, для получения содержащего D-фруктозу маточного раствора и содержащего D-псикозу отделенного раствора; и второе концентрирование и третье охлаждение содержащего D-псикозу отделенного раствора для получения кристаллов D-псикозы, где содержащий D-фруктозу маточный раствор, полученный с помощью хроматографии, повторно используют в эпимеризации D-псикозы.

[12] В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, способ получения D-псикозы включает: эпимеризацию D-фруктозы в D-псикозу для получения содержащего D-псикозу раствора; первое охлаждение и ионную очистку содержащего D-псикозу раствора; первое концентрирование и второе охлаждение очищенного содержащего D-псикозу раствора; хроматографию содержащего D-псикозу раствора, который подвергали первому концентрированию и второму охлаждению, для получения содержащего D-фруктозу маточного раствора и содержащего D-псикозу отделенного раствора; и второе концентрирование и третье охлаждение содержащего D-псикозу отделенного раствора для получения кристаллов D-псикозы, где содержащий D-фруктозу маточный раствор, полученный с помощью хроматографии, повторно используют в эпимеризации D-псикозы и где маточный раствор, полученный с помощью кристаллизации D-псикозы, повторно используют в любом из первого охлаждения и ионной очистки, первого концентрирования и второго охлаждения и хроматографии.

[13] В одном из вариантов осуществления или другом варианте осуществления способ дополнительно может включать охлаждение содержащего D-фруктозу маточного раствора, получаемого посредством хроматографии, или маточного раствора, получаемого посредством кристаллизации D-псикозы, до 25-45°C, в частности 30-40°C, перед повторным использованием содержащего D-фруктозу маточного раствора, получаемого посредством хроматографии, или маточного раствора, получаемого посредством кристаллизации D-псикозы. Хроматография может представлять собой, например, непрерывную хроматографию.

[14] В одном из вариантов осуществления или другом варианте осуществления, первое охлаждение и третье охлаждение могут относиться к процессу снижения температуры раствора или температуры окружающей среды до 25-45°C, в частности 30-40°C, и второе охлаждение может относиться к процессу снижения температуры раствора или температуры окружающей среды до 45-65°C, в частности 50-60°C.

[15] В одном из вариантов осуществления или другом варианте осуществления, первое концентрирование относится к процессу концентрирования очищенного содержащего D-псикозу раствора, чтобы иметь концентрацию D-псикозы от 50 брикс до 70 брикс. Второе концентрирование относится к процессу концентрирования D-псикозы в отделенном растворе, чтобы иметь концентрацию 75 брикс или больше, например, 80 брикс или больше.

[16] В одном из вариантов осуществления или другом варианте осуществления, в качестве содержащего D-фруктозу маточного раствора, получаемого посредством хроматографии, можно использовать содержащую D-фруктозу фракцию, имеющую чистоту 70% (масс./масс.) или больше. В качестве маточного раствора, получаемого посредством кристаллизации D-псикозы, можно использовать содержащую D-псикозу фракцию, имеющую чистоту 90% (масс./масс.) или больше.

[17] В одном из вариантов осуществления или другом варианте осуществления, эпимеризация D-псикозы может включать эпимеризацию при температуре 40-70°C, в частности, 40-60°C, более конкретно 40-50°C, в присутствии эпимеразы D-псикозы, ее вариантов, штаммов, способных продуцировать фермент, или их культур.

[18] В одном из вариантов осуществления или другом варианте осуществления, ионную очистку можно осуществлять с использованием сильной кислой катионообменной смолы и/или слабой основной анионообменной смолы.

[19] В одном из вариантов осуществления или другом варианте осуществления, содержащий D-псикозу отделенный раствор может содержать D-псикозу в количестве 93% (масс./масс.) или больше, в частности 95% (масс./масс.) или больше.

[20] В одном из вариантов осуществления или другом варианте осуществления, охлаждение с первого до третьего может представлять собой теплообменное охлаждение. Благоприятно, теплообменное охлаждение обеспечивает большую область переноса тепла и быстрый теплообмен из-за возникновения турбулентного потока текучих веществ, предотвращает формирование отложений, чтобы обеспечивать малое снижение функций, тем самым обеспечивая высокую экономическую пригодность.

[21] В одном из вариантов осуществления или другом варианте осуществления, получаемые кристаллы D-псикозы могут иметь чистоту 95% (масс./масс.) или больше, более конкретно 99% (масс./масс.) или больше.

[22] В одном из вариантов осуществления или другом варианте осуществления, кристаллы D-псикозы, получаемые способом, как изложено выше, могут иметь выход 75% или больше, в частности 85% или больше.

[23] В другом варианте осуществления способ получения D-псикозы предоставляет D-псикозу, имеющую чистоту 99% (масс./масс.) или больше.

[24] Полезные эффекты изобретения

[25] Способ получения D-псикозы в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения позволяет предотвращать тепловую деформацию D-псикозы и делает возможным получение D-псикозы с высоким выходом через стабилизированный процесс.

[26] Кроме того, способ получения D-псикозы в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения позволяет получать содержащий D-фруктозу маточный раствор, получаемый посредством хроматографии, и/или маточный раствор, получаемый посредством кристаллизации D-псикозы, который в свою очередь повторно используют в эпимеризации D-псикозы, первом охлаждении и ионной очистке, первом концентрировании и втором охлаждении или хроматографии, тем самым облегчая стабильное отделение D-псикозы через хроматографию после длительного периода рециркуляции и обеспечивая получение D-псикозы с высоким выходом.

[27] Краткое описание фигур

[28] Приведенные выше и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения будут видны из подробного описания следующих вариантов осуществления в сочетании с сопроводительными рисунками, на которых:

[29] На фиг. 1 представлен схематический вид, изображающий способ получения D-псикозы в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

[30] На фиг. 2 представлен схематический вид, изображающий способ получения D-псикозы в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;

[31] На фиг. 3 представлен схематический вид, изображающий способ получения D-псикозы в соответствии со сравнительным примером 2; и

[32] На фиг. с 4 до 8 представлены графики, показывающие изменения в % чистоты (масс./масс.) D-псикозы в зависимости от температуры и концентрации D-псикозы.

[33] Принцип изобретения

[34] Далее в настоящем описании варианты осуществления настоящего изобретения описаны более подробно. Описания деталей, очевидных для специалистов в данной области, имеющих обычные знания в этой области техники или релевантной области, опущены в настоящем описании.

[35] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, способ получения D-псикозы включает: эпимеризацию D-фруктозы в D-псикозу для получения содержащего D-псикозу раствора; первое охлаждение и ионную очистку содержащего D-псикозу раствора; первое концентрирование и второе охлаждение очищенного содержащего D-псикозу раствора; хроматографию содержащего D-псикозу раствора, который подвергали первому концентрированию и второму охлаждению, для получения содержащего D-фруктозу маточного раствора и содержащего D-псикозу отделенного раствора; и второе концентрирование и третье охлаждение содержащего D-псикозу отделенного раствора для получения кристаллов D-псикозы, где содержащий D-фруктозу маточный раствор, полученный с помощью хроматографии, повторно используют в эпимеризации D-псикозы.

[36] В другом варианте осуществления настоящего изобретения, способ получения D-псикозы включает: эпимеризацию D-фруктозы в D-псикозу для получения содержащего D-псикозу раствора; первое охлаждение и ионную очистку содержащего D-псикозу раствора; первое концентрирование и второе охлаждение очищенного содержащего D-псикозу раствора; хроматографию содержащего D-псикозу раствора, который подвергали первому концентрированию и второму охлаждению, для получения содержащего D-фруктозу маточного раствора и содержащего D-псикозу отделенного раствора; второе концентрирование и третье охлаждение содержащего D-псикозу отделенного раствора для получения кристаллов D-псикозы, где содержащий D-фруктозу маточный раствор, полученный с помощью хроматографии, повторно используют в эпимеризации D-псикозы и где маточный раствор, получаемый через кристаллизацию D-псикозы, повторно используют в любых из первого охлаждения и ионной очистки, первого концентрирования и второго охлаждения и хроматографии.

[37] В способе в соответствии с настоящим изобретением, содержащий D-фруктозу маточный раствор, получаемый посредством хроматографии, или маточный раствор, получаемый через кристаллизацию D-псикозы, повторно используют в любых из эпимеризации D-псикозы, первого охлаждения и ионной очистки, первого концентрирования и второго охлаждения и хроматографии, и, таким образом, можно получать D-псикозу с высоким выходом, тем самым повышая эффективность производства, при этом снижая стоимость производства.

[38] Сначала D-фруктозу, используемую в качестве субстрата для эпимеризации, можно использовать в концентрации от 30 брикс (%) до 50 брикс (%) и можно растворять в воде при температуре 30-40°C при использовании. Альтернативно, D-фруктозу можно смешивать с содержащим D-фруктозу маточным раствором, получаемым посредством хроматографии, и использовать в концентрации от 30 брикс (%) до 50 брикс (%) при температуре 30-40°C. В настоящем описании в качестве содержащего D-фруктозу маточного раствора, получаемого посредством хроматографии, можно использовать содержащую D-фруктозу фракцию, имеющую чистоту 70% (масс./масс.) или больше, в частности 75% (масс./масс.) или больше.

[39] Эпимеризация D-псикозы относится к процессу получения D-псикозы через эпимеризацию D-фруктозы в присутствии эпимеразы D-псикозы, ее вариантов, штаммом, способных продуцировать фермент, или их культур. Эпимераза D-псикозы в соответствии с настоящим изобретением может включать ферменты или их варианты, полученные у различных донорных микроорганизмов, таких как Agrobacterium tumefaciens, Flavonifractor plauti и Clostridium hylemonae. Штаммы для трансформации могут включать Escherichia coli или род Corynebacterium, род Bacillus и род Aspergillus, без ограничения ими. Штаммы, трансформированные с помощью Escherichia coli, могут включать, например, BL21(DE3)/pET24-ATPE [публикация корейского патента № 10-2011-0035805A], BL21(DE3)/pET24-ATPE-2 [корейский патент № 10-1203856]. Штамм рода Corynebacterium может включать Corynebacterium glutamicum ATCC13032/pCJ-1-ATPE [номер доступа KCCM11046, раскрытый в публикации корейского патента № 10-2011-0035805A], Corynebacterium glutamicum ATCC13032/pFIS-1-ATPE-2 [номер доступа KCCM11204P, раскрытый в корейском патенте № 10-1203856], Corynebacterium glutamicum CJ KY [номер доступа KCCM11403P, раскрытый в корейском патенте № 10-1455759], Corynebacterium glutamicum ATCC13032/pFIS-2-ATPE-2 [номер доступа KCCM11678P, раскрытый в публикации корейского патента № 10-2015-0047111A] и т. п.

[40] В одном из вариантов осуществления эпимеризацию можно осуществлять с помощью иммобилизации эпимеразы D-псикозы, ее вариантов, штаммов, способных продуцировать фермент, или их культур на носителе, например, альгинате натрия, заполняя оборудование для изомеризации, например, колонку, иммобилизованным ферментом и подавая содержащий D-фруктозу раствор в заполненную колонку. Температуру в оборудовании можно поддерживать на 40-70°C, например, на 40-55°C, для эпимеризации. Температуру подаваемого содержащего D-фруктозу раствора можно, например, увеличивать до 40-60°C, например, 50°C, при скорости нагрева от 5°C до 20°C в час через теплообменник так, что SV [объемная скорость: скорость потока (л)/час (ч)/количество смолы (л)] составляет от 0,5 до 3. D-псикоза, полученная посредством эпимеризации, может иметь чистоту приблизительно от 15% (масс./масс.) приблизительно до 35% (масс./масс.), например, приблизительно от 20% приблизительно до 30% (масс./масс.).

[41] Содержащий D-псикозу раствор, получаемый как указано выше, подвергают первому охлаждению и ионной очистке. Первое охлаждение относится к процессу понижения температуры раствора или температуры окружающей среды до 25-45°C, в частности 30-40°C. В одном из вариантов осуществления маточный раствор, получаемый посредством кристаллизации D-псикозы, можно повторно использовать в первом охлаждении и ионной очистке. В частности, охлаждение можно осуществлять так, что температуру медленно понижают со скоростью от 1°C до 10°C в час через теплообменник. Если D-псикозу непрерывно подвергают определенной температуре, D-псикоза может распадаться через тепловую деформацию, тем самым снижая чистоту D-псикозы в последовательности операций производства. Соответственно, трудно добиваться производства D-псикозы с высоким выходом (см. фиг. с 4 до 8). Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением, тепловую деформацию D-псикозы предотвращают посредством управления температурой в каждом процессе способа.

[42] Далее, ионная очистка относится к процессу очистки, который позволяет пропускать охлажденный раствор через колонку, заполненную сильной кислой катионообменной смолой и/или слабой основной анионообменной смолой. Если используют сильную основную анионную смолу, D-псикоза может быть деформирована при низкой температуре 25-45°C, тем самым вызывая ухудшение чистоты. Следовательно, для того, чтобы получать D-псикозу с высоким выходом, можно использовать сильную кислую катионообменную смолу или слабую основную анионообменную смолу. Более конкретно, используют 100% слабую основную анионообменную смолу. Катионообменную смолу и анионообменную смолу можно использовать одновременно для того, чтобы эффективно удалять ионные компоненты. В этом случае соотношение катионообменной смолы и анионообменной смолы может составлять от 1:0,5 до 1:3. Во время ионной очистки поддерживают температуру 25-45°C, в частности 30-40°C, чтобы предотвращать деформацию D-псикозы. Соответственно, возможно удалять ионные компоненты, содержащиеся в качестве загрязнителей в содержащем D-псикозу растворе. После ионной очистки содержание ионных компонентов составляет 20 микросименс или меньше, в частности 10 микросименс на см или меньше, как измеряют с помощью измерителя проводимости. D-псикоза в очищенном от ионов растворе имеет чистоту приблизительно от 10% (масс./масс.) приблизительно до 35% (масс./масс.).

[43] Затем очищенный от ионов содержащий D-псикозу раствор подвергают первому концентрированию и второму охлаждению.

[44] Первое концентрирование относится к процессу концентрирования очищенного от ионов содержащего D-псикозу раствора так, что раствор имеет концентрацию D-псикозы от 50 брикс до 70 брикс, например, от 55 брикс до 65 брикс. В частности, возможно концентрировать очищенный от ионов содержащий D-псикозу раствор при температуре 60-80°C, например, 65-75°C, в течение от 1 минуты до 1 часа, в частности от 1 минуты до 30 минут. Для концентрирования можно использовать низкотемпературный испаритель, чтобы предотвращать деформацию D-псикозы. Как используют в настоящем описании, термин брикс относится к массовому проценту D-псикозы или D-фруктозы на основании общей массы раствора. После первого концентрирования можно осуществлять второе охлаждение. Когда осуществляют второе охлаждение, температуру раствора или температуру окружающей среды можно снижать до температуры, которая ниже по меньшей мере на 10°C, чем так, что при первом концентрировании. В одном из вариантов осуществления температура для второго охлаждения может составлять 50-60°C. В частности, температуру можно медленно снижать со скоростью охлаждения от 5°C до 25°C в час через теплообменник. В одном из вариантов осуществления маточный раствор, получаемый посредством кристаллизации D-псикозы, можно повторно использовать в первом концентрировании и/или втором охлаждении.

[45] После этого, концентрированный и охлажденный содержащий D-псикозу раствор можно подвергать хроматографии для получения маточного раствора и содержащего D-псикозу отделенного раствора.

[46] Хроматография относится к процессу отделения D-псикозы посредством использования преимущества слабой силы связывания между D-псикозой и ионами металлов, прикрепленными к ионным смолам. Например, хроматография может представлять собой непрерывную хроматографию. Ионные смолы, используемые в хроматографии, могут представлять собой сильную кислую катионообменную смолу, к которой прикрепляют остатки K, Na, Ca или Ma. Ввиду разделения D-псикозы и D-фруктозы благоприятно использовать K, Ca или Na. Посредством хроматографии можно получать содержащий D-фруктозу раствор и содержащий D-псикозу отделенный раствор. Содержащий D-псикозу отделенный раствор может представлять собой содержащую D-псикозу фракцию, имеющую чистоту 90% (масс./масс.) или больше, например, 95% (масс./масс.) или больше. В частности, D-псикоза имеет чистоту от 90 до 99% (масс./масс.) или больше.

[47] Содержащий D-фруктозу раствор может представлять собой содержащую D-фруктозу фракцию, имеющую чистоту 70% (масс./масс.) или больше. Содержащий D-фруктозу раствор можно повторно использовать в эпимеризации D-псикозы. Перед повторным использованием способ может дополнительно включать охлаждение раствора до температуры 25-45°C, в частности 30-40°C.

[48] После этого, содержащий D-псикозу отделенный раствор подвергают второму концентрированию и третьему охлаждению для получения кристаллов D-псикозы. Раствор D-псикозы, отделенный посредством хроматографии и имеющий чистоту 90% (масс./масс.) или больше, например, чистоту 95% (масс./масс.) или больше, подвергают второму концентрированию так, что отделенный раствор имеет концентрацию D-псикозы 75 брикс или больше, например, 80 брикс или больше. Концентрирование осуществляют в частности при 60-80°C, например, 65-75°C, в течение от 1 минуты до 1 часа, в частности в течение от 1 минуты до 30 минут. Для концентрирования можно использовать низкотемпературный испаритель, чтобы предотвращать деформацию D-псикозы. После второго концентрирования можно осуществлять третье охлаждение. Третье охлаждение служит для того, чтобы кристаллизовать D-псикозу, и может включать снижение температуры раствора или температуры окружающей среды до 30-40°C. Более конкретно, третье охлаждение можно медленно выполнять так, что температуру раствора или температуру окружающей среды снижают на от 5°C до 20°C в час до 25-45°C, например, 30-40°C. В пределах температурного диапазона нагрев и охлаждение можно повторно выполнять от 5 раз до 10 раз в течение от 40 часов до 120 часов для того, чтобы выполнять кристаллизацию. Получаемый кристалл D-псикозы дополнительно можно дегидратировать и сушить. Получаемый кристалл D-псикозы может иметь чистоту 95% или больше, в частности 99% или больше. Кроме того, кристалл D-псикозы может иметь выход of 75% или больше, 80% или больше или 85% или больше, как вычисляют в соответствии с уравнением 1:

[49] Выход (%)=(масса дегидратированных и высушенных кристаллов D-псикозы/масса D-псикозы, содержащейся в растворе, подлежащем кристаллизации) × 100.

[50] При вычислении выхода, массу (г/л) D-псикозы, содержащейся в растворе, подлежащем кристаллизации, определяют посредством анализа ВЭЖХ (высокоэффективной жидкостной хроматографии). Затем измеряемое значение подставляют в уравнение 1 и тем самым вычисляют массу D-псикозы, содержащейся в конкретном растворе (л).

[51] Маточный раствор, помимо кристаллов D-псикозы, получаемых при кристаллизации D-псикозы, можно повторно использовать в каждом из вышеуказанных процессов. В одном из вариантов осуществления маточный раствор, получаемый при кристаллизации, можно повторно использовать в одном или нескольких процессах, выбранных из первого охлаждения и ионной очистки, первого концентрирования и второго охлаждения и хроматографических процессов. Маточный раствор, получаемый посредством кристаллизации D-псикозы, можно охлаждать до 25-45°C и затем использовать повторно. Маточный раствор, получаемый посредством кристаллизации D-псикозы, может представлять собой содержащую D-псикозу фракцию, имеющую чистоту 90% (масс./масс.) или больше, чистоту 92% (масс./масс.) или больше или чистоту 95% (масс./масс.) или больше.

[52] Далее в настоящем описании настоящее изобретение описано более подробно со ссылкой на некоторые примеры. Следует понимать, что эти примеры приведены только для иллюстрации и их не следует толковать каким-либо образом в качестве ограничения настоящего изобретения.

[53] Описания подробностей, очевидных для специалистов в данной области, опущены в настоящем описании.

[54] ПРИМЕРЫ

[55] Пример 1

[56] Кристаллическую фруктозу, имеющую чистоту 99% (масс./масс.) или больше, маточный раствор, собранный в непрерывной хроматографии приблизительно при 30°C, маточный раствор, собранный из кристаллизации приблизительно при 30°C, и воду приблизительно при 30°C смешивали в резервуаре раствора для того, чтобы получать раствор субстрата 50 брикс (%) для ферментативной реакции.

[57] Как раскрыто в корейской патентной заявке № 10-2009-0118465, ферментативную реакцию осуществляли посредством иммобилизации эпимеразы D-псикозы, выделенной у Corynebacterium glutamicum KCCM 11046, на альгинате натрия в качестве носителя, после чего следовало заполнение оборудования для изомеризации (изомеризационная башня производства Hanju Machine Industry Inc.) иммобилизованным ферментом, внесение полученного раствора субстрата для ферментативной реакции в изомеризационную башню и нагрев раствора субстрата на 5-20°C в час вплоть до 50°C через теплообменник так, что SV [объемная скорость: скорость потока (л)/час (ч)/количество смолы (л)] составляла 0,5. Здесь получаемая D-псикоза имела чистоту приблизительно 24% (масс./масс.).

[58] Раствор D-псикозы, имеющий чистоту 24% (масс./масс.), подвергали первому охлаждению со скоростью 5-10°C в час до температуры 30-40°C через теплообменник, и затем его пропускали через колонку, заполненную сильной кислой катионообменной смолой, замещенной водородными группами (Lewatit S 1668), и колонку, заполненную слабой основной анионообменной смолой, замещенной гидроксильными группами (Lewatit S 4528), так что SV [объемная скорость: скорость потока (л)/час (ч)/количество смолы (л)] составляла 3, тем самым удаляя ионные компоненты, остающиеся в растворе ферментативной реакции. Удаление ионных компонентов измеряли с использованием измерителя проводимости. Здесь проводимость корректировали до не больше чем 10 микросименс на см и поддерживали чистоту D-псикозы 24% (масс./масс.).

[59] Очищенный от ионов содержащий D-псикозу раствор вводили в низкотемпературный испаритель (Forced Thin Film Evaporator, Welcronhantec Co., Ltd.), концентрировали до 60 брикс (%) (раствор D-псикозы×100/весь раствор) при 65-75°C в течение короткого периода времени от 10 минут до 15 минут. Получаемый раствор подвергали второму охлаждению со скоростью 5-25°C в час через теплообменник, и затем пропускали через колонку, заполненную сильной кислой катионообменной смолой с активными группами кальция, прикрепленными к ней, при 50-60°C. С помощью такой непрерывной хроматографии, разделяли фракцию, содержащую D-псикозу, имеющую чистоту 95% (масс./масс.) или больше, и фракцию, содержащую D-фруктозу, имеющую чистоту 75% (масс./масс.) или больше.

[60] Маточный раствор, отделенный с помощью непрерывной хроматографии, а именно фракцию D-фруктозы, имеющую чистоту 75% (масс./масс.) или больше, собирали и охлаждали со скоростью 20-30°C в час. Когда фракция достигала 30°C, фракцию рециркулировали в процесс ферментативной реакции.

[61] Раствор D-псикозы, имеющий чистоту 95% (масс./масс.) или больше, который отделяли с помощью непрерывной хроматографии, концентрировали до 80 брикс (%) при 65-75°C за короткий период времени от 10 минут до 15 минут. Концентрированный раствор D-псикозы, имеющий чистоту 95% (масс./масс.) или больше, быстро охлаждали до 40°C со скоростью 5-20°C в час через теплообменник. Нагрев и охлаждение повторяли от 5 раз до 10 раз в температурном диапазоне от 35°C до 40°C так, что кристаллизацию осуществляли в течение от 80 часов до 120 часов, тем самым получая D-псикозу (см. фиг. 1). Кроме того, маточный раствор, который отделяли с помощью кристаллизации, а именно фракцию D-псикозы, имеющую чистоту 90% или больше, собирали, охлаждали до 30°C и пропускали через колонку, заполненную сильной кислой катионообменной смолой, замещенной водородными группами, и колонку, заполненную слабой основной анионообменной смолой, замещенной гидроксильными группами.

[62] Через вышеуказанные процедуры раствор D-псикозы концентрировали в течение короткого периода времени в низкотемпературном испарителе, при этом температуру процесса корректировали до низкой температуры через теплообменник, тем самым получая D-псикозу высокой чистоты, имеющую чистоту 99% или больше, с выдающимся выходом 75% или больше.

[63]

[64] Сравнительный пример 1

[65] D-псикозу высокой чистоты, имеющую чистоту 99% или больше, получали тем же способом, что и в примере 1, в котором содержащий D-фруктозу маточный раствор, получаемый при непрерывной хроматографии, повторно использовали при эпимеризации D-псикозы, и маточный раствор, получаемый с помощью кристаллизации D-псикозы, повторно использовали, за исключением того, что процедуры охлаждения, включающие первое охлаждение и второе охлаждение, опускали. Производственный выход составлял 60%.

[66]

[67] Чистота D-псикозы снижается в определенной концентрации или меньше и после определенного периода времени (см. фиг. с 4 до 8). Таким образом, если маточный раствор D-фруктозы, отделяемый с помощью непрерывной хроматографии, и маточный раствор, отделяемый через кристаллизацию, непрерывно рециркулируют без охлаждения, чистота D-псикозы, вводимой в непрерывную хроматографию, будет снижаться относительно начальной чистоты 24% (масс./масс.) пропорционально числу раз повторения рециркуляции, и также будет снижаться выход фракции D-псикозы высокой чистоты, имеющей чистоту 95% (масс./масс.) или больше, которая подлежит кристаллизации. Таким образом, полагают, что такой низкий выход фракции D-псикозы высокой чистоты, имеющей чистоту 95% (масс./масс.) или больше, выполняет функцию причины снижения производственного выхода D-псикозы высокой чистоты, имеющей чистоту 99% или больше. Кроме того, деформированные примеси, получаемые из D-псикозы, отделяют в виде фракции D-фруктозы в ходе непрерывного хроматографического разделения, тем самым создавая проблемы в непрерывном хроматографическом разделении по мере роста числа раз рециркуляции. Для того, чтобы контролировать накопление таких примесей, выбрасывают приблизительно от 5% (об./об.) до 10% (об./об.) фракции D-фруктозы, тем самым вызывая снижение производственного выхода D-псикозы высокой чистоты, имеющей чистоту 99% или больше.

[68] Если приблизительно от 5% (об./об.) до 10% (об./об.) маточного раствора D-фруктозы, отделенного через непрерывную хроматографию, не выбрасывают, чистота D-псикозы, вводимой в непрерывную хроматографию будет непрерывно снижаться из-за накопленных примесей. Следовательно, чтобы отделять D-псикозу высокой чистоты, имеющую чистоту 95% (масс./масс.) или больше, условия разделения для непрерывной хроматографии нужно непрерывно модифицировать, тем самым вызывая ухудшение эффективность промышленного производства. Кроме того, чтобы отделять D-псикозу высокой чистоты, имеющую чистоту 95% (масс./масс.) или больше, также увеличивают количество деионизированной воды, тем самым создавая нагрузку на процесс концентрирования. Как результат, в последовательности операций возникает феномен бутылочного горлышка, тем самым вызывая снижение количества продукта и увеличение стоимости производства.

[69]

[70] Сравнительный пример 2

[71] D-псикозу высокой чистоты, имеющую чистоту 99% или больше, получали тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что опускали повторное использование содержащего D-фруктозу маточного раствора, получаемого через непрерывную хроматографию, в эпимеризации D-псикозы и повторное использование маточного раствора, получаемого через кристаллизацию D-псикозы. Производственный выход составлял 20% (см. фиг. 3).

[72]

[73] Несмотря на то, что некоторые варианты осуществления описаны в настоящем описании, следует понимать, что эти варианты осуществления приведены только в качестве иллюстрации и что специалисты в данной области могут выполнять различные модификации, вариации и изменения, не отступая от сущности и объема изобретения. Следовательно, объем изобретения следует ограничивать только приложенной формулой изобретения и ее эквивалентами.

Изобретение относится к способу получения D-псикозы, который может быть использован в химической промышленности. Способ включает эпимеризацию D-фруктозы в D-псикозу для получения содержащего D-псикозу раствора, первое охлаждение и ионную очистку содержащего D-псикозу раствора, первое концентрирование и второе охлаждение очищенного содержащего D-псикозу раствора, хроматографию содержащего D-псикозу раствора, который подвергали первому концентрированию и второму охлаждению, для получения содержащего D-фруктозу маточного раствора и содержащего D-псикозу отделенного раствора, и второе концентрирование и третье охлаждение содержащего D-псикозу отделенного раствора для получения кристаллов D-псикозы, где содержащий D-фруктозу маточный раствор, полученный с помощью хроматографии, повторно используют в эпимеризации D-псикозы, и где маточный раствор, полученный в результате кристаллизации D-псикозы, повторно используют в первом охлаждении и ионной очистке, первом концентрировании и втором охлаждении или хроматографии, и где первое охлаждение и третье охлаждение осуществляют посредством снижения температуры раствора или температуры окружающей среды до 25-45°C, и второе охлаждение осуществляют посредством снижения температуры раствора или температуры окружающей среды до 45-65°C. Предложен новый эффективный способ получения D-псикозы. 14 з.п. ф-лы, 3 пр., 8 ил.

1. Способ получения D-псикозы, который включает:

эпимеризацию D-фруктозы в D-псикозу для получения содержащего D-псикозу раствора,

первое охлаждение и ионную очистку содержащего D-псикозу раствора,

первое концентрирование и второе охлаждение очищенного содержащего D-псикозу раствора,

хроматографию содержащего D-псикозу раствора, который подвергали первому концентрированию и второму охлаждению, для получения содержащего D-фруктозу маточного раствора и содержащего D-псикозу отделенного раствора, и

второе концентрирование и третье охлаждение содержащего D-псикозу отделенного раствора для получения кристаллов D-псикозы,

где содержащий D-фруктозу маточный раствор, полученный с помощью хроматографии, повторно используют в эпимеризации D-псикозы, и

где маточный раствор, полученный в результате кристаллизации D-псикозы, повторно используют в первом охлаждении и ионной очистке, первом концентрировании и втором охлаждении или хроматографии, и

где первое охлаждение и третье охлаждение осуществляют посредством снижения температуры раствора или температуры окружающей среды до 25-45°C, и второе охлаждение осуществляют посредством снижения температуры раствора или температуры окружающей среды до 45-65°C.

2. Способ получения D-псикозы по п.1, который дополнительно включает: повторное использование маточного раствора, получаемого через кристаллизацию D-псикозы, в первом охлаждении и ионной очистке.

3. Способ получения D-псикозы по п.1, в котором хроматография представляет собой непрерывную хроматографию.

4. Способ получения D-псикозы по любому одному из пп. 1-3, в котором содержащий D-фруктозу маточный раствор, получаемый посредством хроматографии, или маточный раствор, получаемый посредством кристаллизации D-псикозы, охлаждают до 25-45°C перед повторным использованием.

5. Способ получения D-псикозы по п.4, в котором первое охлаждение и третье охлаждение осуществляют посредством снижения температуры раствора или температуры окружающей среды до 30-40°C и второе охлаждение осуществляют посредством снижения температуры раствора или температуры окружающей среды до 50-60°C.

6. Способ получения D-псикозы по любому одному из пп. 1-3, в котором первое концентрирование осуществляют так, что очищенный содержащий D-псикозу раствор имеет концентрацию D-псикозы от 50 брикс до 70 брикс, и второе концентрирование осуществляют так, что отделенный раствор имеет концентрацию D-псикозы 75 брикс или больше.

7. Способ получения D-псикозы по любому одному из пп. 1-3, в котором содержащий D-фруктозу маточный раствор, получаемый посредством хроматографии, представляет собой содержащую D-фруктозу фракцию, имеющую чистоту 70% (масс./масс.) или больше, определенную на основании содержания твердых веществ в этой фракции.

8. Способ получения D-псикозы по п.1, в котором маточный раствор, получаемый посредством кристаллизации D-псикозы, представляет собой содержащую D-псикозу фракцию, имеющую чистоту 90% (масс./масс.) или больше, определенную на основании содержания твердых веществ в этой фракции.

9. Способ получения D-псикозы по любому одному из пп. 1-3, в котором эпимеризацию D-псикозы осуществляют при 40-70°C в присутствии эпимеразы D-псикозы, ее вариантов, штаммов, способных продуцировать фермент, или их культур.

10. Способ получения D-псикозы по любому одному из пп. 1-3, в котором при ионной очистке используют сильную кислую катионообменную смолу или слабую основную анионообменную смолу.

11. Способ получения D-псикозы по любому одному из пп. 1-3, в котором содержащий D-псикозу отделенный раствор содержит D-псикозу, имеющую чистоту 93% (масс./масс.) или больше.

12. Способ получения D-псикозы по любому одному из пп. 1-3, в котором любое одно или несколько из охлаждений с первого до третьего представляют собой теплообменное охлаждение.

13. Способ получения D-псикозы по любому одному из пп. 1-3, в котором получаемый кристалл D-псикозы имеет чистоту 95% или больше.

14. Способ получения D-псикозы по п.13, в котором получаемый кристалл D-псикозы имеет чистоту 99% или больше.

15. Способ получения D-псикозы по любому одному из пп. 1-3, в котором кристалл D-псикозы имеет выход 75% или больше.