DE10260085A1 - Selective extraction of 2-keto-L-gulonic acid from polar solution, especially reaction mixture obtained in preparing ascorbic acid by lactonization, using mixture of tertiary amine and polar organic diluent - Google Patents
Selective extraction of 2-keto-L-gulonic acid from polar solution, especially reaction mixture obtained in preparing ascorbic acid by lactonization, using mixture of tertiary amine and polar organic diluent Download PDFInfo
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Abstract
Description
L-Ascorbinsäure (Vitamin C, Ascorbinsäure, L-xylo-Ascorbinsäure, L-threo-hex-2-enolsäure-τ-lakton) wird üblicherweise aus 2-Keto-L-gulonsäure (KGS), Monoaceton-2-keto-L-gulonsäure oder Diacetonketogulonsäure hergestellt. In neueren Verfahren wird KGS in einem ein- oder mehrstufigen fermentativen Prozess gewonnen, beispielsweise durch die zweistufige Fermentation von Sorbitol über Sorbose mit hierzu geeigneten, teils speziell modifizierten Mikroorganismen.L-ascorbic acid (vitamin C, ascorbic acid, L-xylo-ascorbic acid, L-threo-hex-2-enolic acid τ-lactone) is commonly used from 2-keto-L-gulonic acid (KGS), monoacetone-2-keto-L-gulonic acid or diacetone ketogulonic acid. In more recent processes, KGS is fermented in one or more stages Process won, for example through the two-stage fermentation from sorbitol via Sorbose with suitable, partly specially modified microorganisms.
KGS bzw. die im „Reichstein-Verfahren" anfallende Diaceton-2-keto-L-gulonsäure wird direkt oder über Zwischenstufen wie z.B. Ester, insbesondere Methyl- oder Butylester, lactonisiert. Als Katalysator werden Säuren, meist Mineralsäuren, insbesondere konzentrierte Salzsäure (saure Lactonisierung) oder Basen wie z.B. Natronlauge, NaHCO3, Na2CO3, Alkoholate usw. (alkalische Lactonisierung) eingesetzt. Ebenso ist die autokatalytische Umsetzung von KGS zu Ascorbinsäure beschrieben. Als Produkt der Lactonisierungsreaktion entsteht Rohascorbinsäure mit einem mehr oder weniger hohen Anteil an KGS, woraus dann die Ascorbinsäure aufgereinigt werden muss.KGS or the diacetone-2-keto-L-gulonic acid obtained in the "Reichstein process" is lactonized directly or via intermediates such as esters, especially methyl or butyl esters. Acids, mostly mineral acids, especially concentrated hydrochloric acid (acid Lactonization) or bases such as sodium hydroxide solution, NaHCO3, Na 2 CO 3 , alcoholates etc. (alkaline lactonization) is also used, and the autocatalytic conversion of KGA to ascorbic acid is also described , from which the ascorbic acid must then be purified.
In der Literatur sind verschiedene Trennverfahren beschrieben. Grundsätzlich ist eine wirtschaftliche Auftrennung eines Gemisches aus Ascorbinsäure und KGS recht schwierig. Ascorbinsäure und KGS unterscheiden sich in ihrer chemischen Struktur nur durch die während der Lactonisisierung gebildete Lactonstruktur der Ascorbinsäure. Dementsprechend ähneln sie sich in ihren chemischen Reaktionseigenschaften und haben ähnliche physikalische Eigenschaften. So zeigen beide Säuren unter den üblichen verfahrenstechnischen Herstellung- und Aufreinigungsbedingungen eine vergleichbare pH- und temperaturabhängige Neigung zu Zersetzung und Bildung gefärbter Nebenkomponenten. Die Löslichkeit der KGS und Ascorbinsäure wird durch die vier hydrophilen Hydroxy-Gruppen und die Säure-Gruppe geprägt. Beide besitzen ein ähnliches Löslichkeitsprodukt in polaren Lösungsmitteln: sie sind gut in polaren Lösungsmitteln, insbesondere Wasser, aber nur wenig in unpolaren organischen Medien löslich.There are several in the literature Separation process described. Basically is an economic one Separation of a mixture of ascorbic acid and KGA is quite difficult. ascorbic acid and KGS differ in their chemical structure only by the while the lactone structure of the ascorbic acid. Accordingly, they are similar differ in their chemical reaction properties and have similar ones Physical Properties. So show both acids under the usual process engineering Manufacturing and purification conditions a comparable pH and temperature dependent Tendency to decompose and form colored secondary components. The Solubility of KGS and ascorbic acid is characterized by the four hydrophilic hydroxyl groups and the acid group. Both own a similar one solubility in polar solvents: they are good in polar solvents, especially water, but only a little in non-polar organic media soluble.
Dies zeigt sich insbesondere bei den im Stand der Technik für die Ascorbinsäureherstellung beschriebenen Verfahren für die Trennung der Ascorbinsäure vom Edukt KGS oder seinen Derivaten.This is particularly evident in the state of the art for described the production of ascorbic acid Procedure for the separation of ascorbic acid from the educt KGS or its derivatives.
Gemäß
Kristalline Ascorbinsäure liefert
auch das Verfahren nach
In
Bei alkalisch katalysierten Verfahren entsteht zunächst das Natriumsalz der Ascorbinsäure, das in einem weiteren Verfahrensschritt in die freie ACS überführt werden muss und mit einem äquimolaren Anfall an NaCl oder Na2SO4 verbunden ist. Danach ist meist ein weiterer Kristallisationsschritt nötig.In the case of alkaline-catalyzed processes, the sodium salt of ascorbic acid is initially formed, which must be converted into free ACS in a further process step and is associated with an equimolar amount of NaCl or Na 2 SO 4 . After that, another crystallization step is usually necessary.
Ein Verfahren, welches freie Ascorbinsäure ohne
Salzanfall liefert, ist in
Katalysatorfreie Methoden zur Ascorbinsäuresynthese aus KGS-Estern sind seid ca. 1940 bekannt.Catalyst-free methods for ascorbic acid synthesis KGS esters have been known since around 1940.
In
WO 98/08584 beschreibt ein Verfahren zur Flüssig/Flüssig-Extraktion von Säuren aus wässrigen Lösungen mit überkritischem CO2. Es wird aber nur zur Reinisolierung von KGS oder Ascorbinsäure aus einer Fermentationsbrühe angewandt. Eine selektive Trennung von KGS und ACS aus einer wässrigeren Lösung ist nicht beschrieben.WO 98/08584 describes a process for the liquid / liquid extraction of acids from aqueous solutions with supercritical CO 2 . However, it is only used for the pure isolation of KGA or ascorbic acid from a fermentation broth. A selective separation of KGS and ACS from a more aqueous solution is not described.
Gemäß
Bisher wurden im Stand der Technik keine wirtschaftlichen Verfahren zur Trennung von Ascorbinsäure und KGS zur Verfügung gestellt, sodass in der Regel in den Herstellungsprozessen für Ascorbinsäure die Lactonisierung unter Vollumsatz der KGS oder des jeweiligen Edukts durchgeführt werden muss, um eine Verunreinigung der Ascorbinsäure mit KGS zu vermeiden.So far, no economical processes for the separation of ascorbic acid and KGS have been made available in the prior art, so that in the production processes for ascorbic acid, the lactonization is carried out with full conversion of the KGS or the respective starting material must to avoid contamination of the ascorbic acid with KGS.
Bei vielen Verfahren wird das Edukt oder Produkt derivatisiert. So werden insbesondere die Methyl- oder Butyl-Ester der KGS gebildet, die in Alkohol im Gegensatz zu Ascorbinsäure löslich sind. Die beschriebenen Trennverfahren sind sehr komplex und wenig effizient. Aufgrund des hohen Verbrauchs an Energie sowie der Verwendung von organischen, größtenteils toxischen Lösungsmittel sind sie zudem ökologisch bedenklich.The educt is used in many processes or product derivatized. So especially the methyl or KGS butyl esters are formed, which are soluble in alcohol as opposed to ascorbic acid. The separation processes described are very complex and not very efficient. Due to the high consumption of energy and the use of organic, mostly toxic solvent they are also ecological concern.
Die Herstellung von Ascorbinsäure zeichnet sich aber durch besondere Anforderungen an Reinheit und Ausbeute in allen Verfahrensstufen aus: zum einen, um dem Einsatz des Endprodukts bei der Anwendung zur menschlichen Ernährung zu ermöglichen und andererseits, um die Kosten bei der Herstellung möglichst zu verringern.The production of ascorbic acid stands out but due to special requirements for purity and yield in all Process stages from: on the one hand, to the use of the end product to enable application to human nutrition and on the other hand, the manufacturing costs as much as possible to reduce.
Die Aufgabe der vorliegend Erfindung ist es somit, ein vorteilhaftes Verfahren zur Verfügung zu stellen, um selektiv und wirtschaftlich 2-Keto-L-gulonsäure aus einem Ascorbinsäure- und 2-Keto-L-gulonsäure enthaltenden Gemisch trennen zu können.The object of the present invention is to provide an advantageous method to selectively and economically 2-keto-L-gulonic acid from an ascorbic acid and Containing 2-keto-L-gulonic acid To be able to separate the mixture.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch die hierin beschriebenen und in den Ansprüchen charakterisierten Ausführungsformen gelöst.The basis of the present invention Problem is solved by those described herein and characterized in the claims embodiments solved.
Die vorliegende Erfindung betrifft
folglich ein Verfahren zum Extrahieren von 2-Keto-L-gulonsäure (KGS)
Lösungsmittel,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgenden Schritt umfasst:
(a)
Extrahieren der 2-Keto-L-gulonsäure
aus dem polaren, vorzugsweise wässrigen
Lösungsmittel
mit einem Extraktionsmittel 1 bestehend aus einem tertiären Amin
der Formel, wobei R1, R2, und/oder R3
jeweils ein gesättigter unverzweigter
oder verzweigter Alkylrest ist mit unabhängig von einander oder gleichzeitig
6 bis 14 Kohlenstoffatomen; und einem polaren organischen Verdünnungsmittel;
und
wobei das Extraktionsmittel 1 die mit dem Lösungsmittel eine Mischungslücke aufweist.The present invention consequently relates to a method for extracting 2-keto-L-gulonic acid (KGA) solvent, characterized in that the method comprises the following step:
(a) extracting the 2-keto-L-gulonic acid from the polar, preferably aqueous solvent with an extracting agent 1 consisting of a tertiary amine of the formula wherein R1, R2, and / or R3 is in each case a saturated unbranched or branched alkyl radical with 6 to 14 carbon atoms independently of one another or simultaneously; and a polar organic diluent;
and wherein the extractant 1 has a miscibility gap with the solvent.
In
Darauf aufbauend offenbart
Überraschenderweise kann nun durch die Zurverfügungstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens aus einem polaren Lösungsmittel KGS selektiv extrahiert werden. Vorteilhafterweise kann insbesondere aus einem polaren Lösungsmittel, das sowohl KGS als auch Ascorbinsäure gelöst enthält, KGS durch das hierin beschriebene erfindungsgemäße Verfahren selektiv und wirtschaftlich von Ascorbinsäure getrennt werden. Bisher wurde nicht gezeigt, dass sich die beiden ähnlichen organischen Säuren Ascorbinsäure und KGS durch eine Flüssig-Flüssig-Extraktion selektiv voneinander trennen lassen.Surprisingly can now by providing of the method according to the invention from a polar solvent KGS can be extracted selectively. Advantageously, in particular from a polar solvent, containing both KGS and ascorbic acid dissolved, KGS by that described herein inventive method be selectively and economically separated from ascorbic acid. So far it has not been shown that the two similar organic acids ascorbic acid and KGS selective by a liquid-liquid extraction separate from each other.
Folglich wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorteilhaft KGS aus einem polaren Lösungsmittel extrahiert, dass Ascorbinsäure und KGS enthält.Consequently, in one particular preferred embodiment advantageous KGS extracted from a polar solvent that ascorbic acid and KGS contains.
Eine wirtschaftliche Trennung durch Extraktion ist dann möglich, wenn zwischen dem Extraktionsmittel und dem Lösungsmittel eine Mischungslücke besteht und der Verteilungskoeffizienten für die zu trennenden Substanzen, hier von Ascorbinsäure und KGS, in einem Extraktionsmittel ausreichend groß ist. Aufgrund der strukturellen Ähnlichkeit von Ascorbinsäure und KGS war nicht zu erwarten, dass ein Extraktionsmittel gefunden werden könnte, für das ein ausreichend unterschiedlicher aber auch ausreichend hoher Verteilungskoeffizient zu einem polaren Lösungsmittel, insbesondere Wasser, existiert. Dies zeigt sich auch darin, dass, obwohl die Vorteile einer partiellen autokatalytischen Lactonisierung und eines Verzichts auf Katalysatoren zwar seit 1940 bekannt sind, dieser Verfahrensschritt bei der Herstellung von Ascorbinsäure aufgrund des Fehlens geeigneter Trennverfahren für Edukt und Produkt großtechnisch nicht zum Einsatz kommt.An economic separation through Extraction is then possible if there is a miscibility gap between the extractant and the solvent and the distribution coefficient for the substances to be separated, here of ascorbic acid and KGS, in an extractant is sufficiently large. by virtue of the structural similarity of ascorbic acid and KGS was not expected to find an extractant could be for the one sufficiently different but also sufficiently high distribution coefficient to a polar solvent, especially water. This can also be seen in the fact that although the benefits of partial autocatalytic lactonization and the absence of catalysts has been known since 1940, this process step due to the production of ascorbic acid the lack of suitable separation processes for educt and product on an industrial scale is used.
Im folgenden wird unter dem Begriff "Extraktion" oder „Extrahieren" erfindungsgemäß verstanden, dass aus einer festen oder flüssigen Probe mit unpolaren bis polaren Lösungsmitteln oder Lösungsmittelgemischen die darin enthaltenen Substanzen, insbesondere Ascorbinsäure oder KGS, in das jeweilige Extraktionsmittel oder Extraktionsmittelgemisch überführt werden. Unter Extraktionsmittel wird im folgenden auch ein Gemisch aus verschiedenen Lösungsmittel verstanden, solange das Gemisch die hierin für das Extraktionsmittel beschriebenen Eigenschaften aufweist, insbesondere als Extraktionsmittel für Ascorbinsäure oder KGS dienen kann.In the following, the term “extraction” or “extraction” means according to the invention, that from a solid or liquid Sample with non-polar to polar solvents or solvent mixtures the substances contained therein, in particular ascorbic acid or KGS, into the respective extractant or extractant mixture. Extracting agent is also a mixture of different solvent understood as long as the mixture as described herein for the extractant Has properties, in particular as an extractant for ascorbic acid or KGS can serve.
Erfindungsgemäß ist die Extraktion eine „Flüssig-flüssig-Extraktion". Unter einer „Flüssig-Flüssig-Extraktion" wird erfindungsgemäß eine Extraktion eines in einem flüssigen Lösungsmittel gelösten Stoffes mittels eines zweiten flüssigen Lösungsmittel verstanden. Die Extraktionsbedingungen, z.B. das Extraktionsmittel oder die Temperatur, können so gewählt sein, dass eine spezifische Substanz im wesentlichen oder bevorzugt extrahiert oder nicht extrahiert wird.According to the invention, the extraction is a “liquid-liquid extraction”. According to the invention, a “liquid-liquid extraction” is one Extraction of a substance dissolved in a liquid solvent is understood by means of a second liquid solvent. The extraction conditions, for example the extractant or the temperature, can be chosen such that a specific substance is extracted essentially or preferably or not.
Polare Lösungsmittel sind erfindungsgemäß wässrige Lösungen, inklusive Wasser, oder polare aprotische oder protische organische Lösungsmittel, bspw. Alkylalkohole mit einem Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, z.B. Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol oder Butanol oder z.B. Aceton, Acetonitril oder Dimethylsulfoxid oder es sind Gemische davon.According to the invention, polar solvents are aqueous solutions, including water, or polar aprotic or protic organic Solvents, e.g. Alkyl alcohols with an alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, e.g. Methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol or butanol or e.g. Acetone, acetonitrile or dimethyl sulfoxide or mixtures thereof.
Unter dem Begriff „wässrige Lösung" wird Wasser oder eine wässrige Lösung verstanden, auch z.B. deionisiertes, demineralisiertes, destilliertes oder bidestilliertes Wasser. Es können eine oder mehr Substanzen in der wässrigen Lösung gelöst oder damit vermischt sein. So können Substanzen enthalten sein, die die Extraktion, Stabilität oder Löslichkeit der Wertstoffe verbessern oder zu bevorzugten Eigenschaften, z.B. pH-Wert, Leitfähigkeit, Salzkonzentration usw., führen, wie z.B. Salz- oder Pufferlösungen.The term "aqueous solution" is water or an aqueous solution understood, e.g. deionized, demineralized, distilled or double distilled water. It can one or more substances dissolved or mixed in the aqueous solution. So can Substances may be present that have extraction, stability or solubility improve the valuable substances or to preferred properties, e.g. pH value, conductivity, Salt concentration, etc., such as. Salt or buffer solutions.
Das Lösungsmittel enthält vorzugsweise einen KGS-Anteil wie weiter unten beschrieben. In einer bevorzugten Ausführungsform, in der das Lösungsmittel auch Ascorbinsäure enthält ist der KGS-Anteil und der Acorbinsäure-Anteil wie weiter unten beschrieben.The solvent preferably contains a KGS share as described below. In a preferred one embodiment, in which the solvent also ascorbic acid contains is the KGS portion and the acorbic acid portion as below described.
Unter „Extraktionsmittel 1" wird erfindungsgemäß ein Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch verstanden, das nicht mit dem Lösungsmittel mischbar ist und eine Mischungslücke mit dem Lösungsmittel besitzt. So wird durch die Extraktion eine Phase 1, die mit KGS beladenes Extraktionsmittel enthält und eine Phase 2, die das Lösungsmittel und ggf. Ascorbinsäure enthält, erhalten.According to the invention, “extractant 1” is a solvent or solvent mixture understood that is not miscible with the solvent is and a miscibility gap with the solvent has. The extraction thus turns into phase 1, which is based on KGS contains loaded extractant and a phase 2 which is the solvent and possibly ascorbic acid contains receive.
Bevorzugt enthält das Extraktionsmittel 1 im wesentlichen das erfindungsgemäße tertiäre Amin der Formel wobei R1, R2, und/oder R3 jeweils ein gesättigter unverzweigter oder verzweigter Alkylrest ist mit unabhängig von einander oder gleichzeitig 6 bis 14 Kohlenstoffatomen, insbesondere kann R1, R2, und/oder R3 gleich -(CH2)n-CH3 sein mit jeweils n gleich 6 bis 14 oder aus einem Gemisch aus den erfindungsgemäßen Aminen, und dem organischen polaren Verdünnungsmittel. Vorzugsweise besteht das Extraktionsmittel nur aus den genannten Aminen oder einem Gemisch davon und dem organischen polaren Verdünnungsmittel.The extractant 1 preferably contains essentially the tertiary amine of the formula according to the invention where R1, R2, and / or R3 is in each case a saturated unbranched or branched alkyl radical having, independently of one another or simultaneously, 6 to 14 carbon atoms, in particular R1, R2, and / or R3 can be - (CH2) n -CH 3 , each with n is 6 to 14 or from a mixture of the amines according to the invention and the organic polar diluent. The extractant preferably consists only of the amines mentioned or a mixture thereof and the organic polar diluent.
Besonders bevorzugt ist ein Alkylrest mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen, insbesondere ist somit n vorzugsweise gleich 8 bis 12. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist R1 gleich R2 gleich R3. Folglich betrifft das erfindungsgemäße Verfahren in einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform die Extraktion mit einem Extraktionsmittel, das Tri-n-octylamin und/oder Tri-n-decylamin enthält.An alkyl radical is particularly preferred with 8 to 12 carbon atoms, in particular n is therefore preferred equal to 8 to 12. In a particularly preferred embodiment R1 is R2 is R3. Consequently, the method according to the invention relates to a very particularly preferred embodiment, the extraction with an extractant, the tri-n-octylamine and / or tri-n-decylamine contains.
Unter dem Begriff „Verdünnungsmittel" werden erfindungsgemäß auch die
in der
Vorzugsweise besteht das Extraktionsmittel 1 somit aus Tri-n-octylamin und Tri-n-decyaamin, insbesondere in dem Verhältnis von 1:0 bis 0:1, vorzugsweise in den Verhältnissen 30:60 bis 60:30 und dem Verdünnungsmittel, insbesondere Decanol. Kommerziell sind solche Amin-Gemische unter dem Handelsnamen Hostarex erhältlich.The extractant 1 preferably consists thus from tri-n-octylamine and tri-n-decyaamine, especially in the relationship from 1: 0 to 0: 1, preferably in the ratios 30:60 to 60:30 and that Diluents, especially decanol. Such amine mixtures are commercially available under the trade name Hostarex available.
Das bevorzugte Verhältnis von Amin zu Verdünnungsmittel hängt von den jeweiligen Komponenten ab. Vorzugsweise ist das Verhältnis 20:80 bis 80:20. Bevorzugt ist die Verwendung eines Gemisches, das Tri-n-octylamin/Tri-n-decylamin enthält zusammen mit einem C8 bis C12-Alkylalkohl, vorzugsweise n- oder i-Decanol, vorzugsweise in einem Verhältnis von Tri-n-octylamin/Tri-n-decylamin zu n- oder Isodecanol von 20:80 bis 80:20. Ein besonders bevorzugtes Verhältnis von Tri-n-octylamin/Tri-n-decylamin zu Isodecanol ist 40/60.The preferred ratio of amine to diluent depends on the particular components. Preferably the ratio is 20:80 to 80:20. Preference is given to using a mixture which contains tri-n-octylamine / tri-n-decylamine together with a C 8 to C 12 -alkyl alcohol, preferably n- or i-decanol, preferably in a ratio of tri-n-octylamine / Tri-n-decylamine to n- or isodecanol from 20:80 to 80:20. A particularly preferred ratio of tri-n-octylamine / tri-n-decylamine to isodecanol is 40/60.
Am meisten bevorzugt ist die Extraktion mit den folgenden Komponenten und Anteilen: Amin: Tri-n-octylamin/Tri-n-decylamin 50:50 und Amin zu Isodecanol: 40:60.Extraction is most preferred with the following components and proportions: amine: tri-n-octylamine / tri-n-decylamine 50:50 and amine to isodecanol: 40:60.
Erfindungsgemäß ist eine wirtschaftliche Trennung von KGS aus einem Gemisch aus Ascorbinsäure und KGS erreichbar, wenn das Verhältnis der Verteilungskoeffizienten bei Normalbedingungen für KGS zu Ascorbinsäure mindestens 1,5:1, vorzugsweise 4:1, mehr bevorzugt 7:1 oder mehr ist, wobei der Verteilungskoeffizient natürlich von der Temperatur abhängig ist. Der Verteilungskoeffizient kann mit dem Fachmann geläufigen Methoden bestimmt werden, z.B. nach einer einstufigen Extraktion mit anschließender HPLC-Analyse und iodometrischer Titration.According to the invention there is an economic separation obtainable from KGS from a mixture of ascorbic acid and KGS if the ratio of Partition coefficient under normal conditions for KGS to ascorbic acid at least 1.5: 1, preferably 4: 1, more preferably 7: 1 or more, wherein the distribution coefficient, of course depending on the temperature is. The distribution coefficient can be used with methods familiar to the person skilled in the art be determined, e.g. after a one-step extraction with subsequent HPLC analysis and iodometric titration.
Die erfindungsgemäße Extraktion kann wie in den hierin zitierten Dokumenten oder wie in den Beispielen beschrieben durchgeführt werden, z.B. mittels einer Gegenstromextraktionskolonne oder einer mehrstufigen Mischer-Dekanter-Kaskade (Mixer-Settler).The extraction according to the invention can as in the documents cited herein or as described in the examples carried out e.g. by means of a countercurrent extraction column or multi-stage mixer-decanter cascade (mixer-settler).
Vorzugsweise wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren das Extraktionsmittel 1 und das Gemisch aus Ascorbinsäure und KGS im Lösungsmittel in einem Verhältnis von 0,5:1 bis 3:1 eingesetzt, bevorzugt ist ein Verhältnis von 2:1 bis 1:1, besonders bevorzugt ist ein Verhältnis von 1:1.Preferably in the The process uses the extractant 1 and the mixture of ascorbic acid and KGA in the solvent in a ratio of 0.5: 1 to 3: 1, a ratio of 2: 1 to 1: 1 is preferred, a ratio of 1: is particularly preferred 1.
In einer Ausführungsform wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Lösungsmittel eine wässrige Lösung oder ein verzweigter oder unverzweigter C1 bis C4-Alkylalkohol verwendet. Vorzugsweise wird Wasser oder eine wässrige Lösung verwendet. Der Begriff „wässrige Lösungen" umfasst nach der hierin verwendeten Definition sowohl Wasser als auch Puffer, Fermentationslösungen, Salzlösungen und andere Lösungen, die Substanzen enthalten, um z.B. den pH, die Sterilität der Lösung oder die Stabilität der Substanzen zu beeinflussen. Das Lösungsmittel kann auch eine Fermentationsbrühe oder der Überstand einer dekantierten, filtrierten oder anders aufgereinigten Fermentationsbrühe sein.In one embodiment, an aqueous solution or a branched or unbranched C 1 to C 4 alkyl alcohol is used as the solvent in the process according to the invention. Water or an aqueous solution is preferably used. The term “aqueous solutions” as defined herein includes both water and buffers, fermentation solutions, saline solutions and other solutions which contain substances, for example to influence the pH, the sterility of the solution or the stability of the substances. The solvent can also a fermentation broth or the supernatant of a decanted, filtered or otherwise purified fermentation broth.
Vor der Extraktion der KGS nach Schritt (a) kann in einer Ausführungsform der Produktaustrag der vorhergehenden Lactonisierungsreaktion aufkonzentriert werden, wie z.B. unten beschrie ben wird. So folgt nach der Aufkonzentration vorteilhaft eine Abkühlung der Lösung und dann die Extraktion der KGS. Vorteilhaft erfolgt die Aufkonzentration über eine Eindampfung bei erhöhter Temperatur und reduziertem Druck, z.B. wie hierin beschrieben.Before extracting the KGS after step (a) in one embodiment the product discharge of the previous lactonization reaction is concentrated such as is described below. So follows after the concentration advantageously a cooling the solution and then the extraction of the KGS. The concentration is advantageously carried out via a Evaporation with increased Temperature and reduced pressure, e.g. as described herein.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Lösungsmittel Wasser oder eine wässrige Lösung, z.B. eine Fermentationsbrühe, z.b. mit den unten beschriebenen KGS- und Ascorbinsäureanteilen, und als Extraktionsmittel 1 Tri-n-octylamin/Tri-n-decylamin/iDecanol im Verhältnis 20:20:60 verwendet.In a very particularly preferred embodiment is in the inventive method as a solvent Water or an aqueous solution, e.g. a fermentation broth, for example with the KGS and ascorbic acid components described below, and as extractant 1 tri-n-octylamine / tri-n-decylamine / iDecanol im relationship 20:20:60 used.
Vorzugsweise findet in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Extraktion des Schrittes (a) bei einer Temperatur zwischen 10 °C und 60 °C statt. Besonders bevorzugt ist eine Temperatur zwischen 15 °C und 30 °C. Der Fachmann wird bei der Wahl der bevorzugten Temperatur die Extraktionseffizienz gegen den Kühlenergieeinsatz zum Erreichen der jeweiligen Extraktionstemperaturen sowie die Löslichkeit der Edukte bei den jeweiligen Extraktionstemperaturen abwägen. Aus ökonomischen und ökologischen Gründen kann eine Temperatur bevorzugt sein, die ohne zusätzliche Energiezufuhr zum Kühlen oder Erwärmen erreicht werden kann (Umgebungstemperatur).. Am meisten bevorzugt ist die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrensschritt bei 30 °C bis 60 °C, vorzugsweise bei 40 °C.Preferably takes place in the method according to the invention the extraction of step (a) takes place at a temperature between 10 ° C and 60 ° C. A temperature between 15 ° C. and 30 ° C. is particularly preferred. The expert extraction efficiency when choosing the preferred temperature against the use of cooling energy to reach the respective extraction temperatures as well as the solubility Weigh the starting materials at the respective extraction temperatures. For economic reasons and ecological establish a temperature may be preferred which is without additional Energy supply for cooling or Heat can be reached (ambient temperature) .. Most preferred is the implementation of the method step according to the invention at 30 ° C up to 60 ° C, preferably at 40 ° C.
In einer weiteren Ausführungsform
umfasst das erfindungsgemäße Verfahren
den folgenden weiteren Schritt:
(b) vollständiges oder partielles Rückextrahieren
der Ascorbinsäure
oder der KGS aus dem beladenen Extraktionsmittel 1 mit einem polaren
Extraktionsmittel 2, wobei ein mit KGS beladenes Extraktionsmittel
2 erhalten wird.In a further embodiment, the method according to the invention comprises the following further step:
(b) complete or partial back-extraction of the ascorbic acid or KGS from the loaded extracting agent 1 with a polar extracting agent 2, whereby an extracting agent 2 loaded with KGS is obtained.
Unter „vollständiges oder partielles Rückextrahieren" wird erfindungsgemäß verstanden, dass KGS im wesentlichen, vorzugsweise mindestens zu 30 Gew.-% bis 100 Gew.-% in das Extraktionsmittel 2 rückextrahiert werden. Bevorzugt sind 50 Gew.-%, mehr bevorzugt sind 75 Gew.-% oder mehr.According to the invention, “complete or partial back-extraction” means that KGS essentially, preferably at least 30% by weight 100% by weight are extracted back into the extractant 2. Prefers are 50% by weight, more preferred are 75% by weight or more.
Um eine effiziente Rückextraktion zu ermöglichen ist die Konzentration der KGS vor der Rückextraktion im Extraktionsmittel 2 geringer als in dem Extraktionsmittel 1, d.h. vorzugsweise beträgt der Anteil 10 Gew.-%, mehr bevorzugt 5 Gew.-% oder 1 Gew.-% oder geringer, am meisten bevorzugt sind 0,1 oder weniger Gew.-%.For efficient back extraction to enable is the concentration of the KGS in the extractant before the back extraction 2 less than in extractant 1, i.e. the proportion is preferably 10 % By weight, more preferably 5% by weight or 1% by weight or less, on most preferred are 0.1% or less by weight.
Das Extraktionsmittel 2 ist ein polares Lösungsmittel wie oben beschrieben, vorzugsweise ist es Wasser oder eine wässrige Lösung oder ein verzweigter oder unverzweigter C1 bis C4-Alkylalkohol.The extractant 2 is a polar solvent as described above, preferably it is water or an aqueous solution or a branched or unbranched C 1 to C 4 alkyl alcohol.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Extraktionsmittel 2 und das Lösungsmittel im wesentlichen aus den gleichen Lösungsmittelkomponenten.In a preferred embodiment there is the extractant 2 and the solvent essentially from the same solvent components.
„Im wesentlichen aus den gleichen Lösungsmittelkomponenten bestehend" bedeutet hierin, dass sich die beiden Mittel im wesentlichen in ihrer Lösungsmittelbestandteile nicht unterscheiden, z.B. sind 30% oder weniger, mehr bevorzugt sind 10%, noch mehr bevorzugt sind 5% oder eine identische Zusammensetzung. So kann z.B. ein Mittel im wesentlichen aus einer wässrigen Lösung bestehen mit einem geringen Anteil an einem Alkylalkohol, während das andere Mittel nur aus einer wässrigen Lösung besteht. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Mittel bezüglich ihrer Lösungsmittelkomponenten und -anteile identisch.“Essentially the same Solvent components consisting "means herein that the two agents differ essentially in their solvent components do not differentiate, e.g. are 30% or less, more preferred are 10%, more preferably 5% or an identical composition. For example, an agent essentially from an aqueous solution exist with a small proportion of an alkyl alcohol, while the other means only from an aqueous solution consists. In a preferred embodiment, the two are Funds regarding their solvent components and shares identical.
Bevorzugt ist das Extraktionsmittel 2 ebenfalls polar. Besonders bevorzugt handelt es sich bei Lösungsmittel und Extraktionsmittel 2 um Wasser oder wässrige Lösungen.The extractant is preferred 2 also polar. Solvents are particularly preferred and extractant 2 µm water or aqueous solutions.
In einer Ausführungsform bestehen Lösungsmittel und Extraktionsmittel 2 aus Lösungen, in denen im wesentlichen die gleichen Substanzen bis auf den Anteil an Ascorbinsäure und KGS enthalten sind.In one embodiment, solvents exist and extractant 2 from solutions, in which essentially the same substances except for the proportion on ascorbic acid and KGS are included.
„Im wesentlichen die gleichen Substanzen bis auf den Anteil an Ascorbinsäure und KGS enthalten" heißt, dass beide Mittel sich in dem Anteil der gelösten und ungelösten Bestandteile außer Ascorbinsäure und KGS im wesentlichen identisch sind und nur gering unterscheiden, bevorzugt sind 30%, noch mehr bevorzugt sind 5% oder weniger der Bestandteile außer KGS oder Ascorbinsäure unterschiedlich.“Essentially the same Containing substances except for the proportion of ascorbic acid and KGA "means that both agents differ in the proportion of dissolved and undissolved components except ascorbic acid and KGS are essentially identical and differ only slightly, 30% are preferred, 5% or less are even more preferred Components except KGS or ascorbic acid differently.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Extraktionstemperatur T1 für die Extraktion der KGS aus dem Lösungsmittel, das ein Gemisch aus Ascorbinsäure und KGS enthält, 5 °C bis 100 °C niedriger ist als die Rückextraktionstemperatur T2 für die Rückextraktion der KGS aus dem Extraktionsmittel 1 mit dem Extraktionsmittel z. Bevorzugt ist eine Differenz von 15 °C bis 70 °C, mehr bevorzugt von 20 °C bis 40 °C.In a preferred embodiment, the extraction temperature T 1 for the extraction of the KGA from the solvent which contains a mixture of ascorbic acid and KGA is 5 ° C. to 100 ° C. lower than the back extraction temperature T 2 for the back extraction of the KGA from the extractant 1 with the extractant z. A difference of 15 ° C. to 70 ° C. is preferred, more preferably 20 ° C. to 40 ° C.
Wie in der GB 1,426,018 gezeigt kann bei Rückextraktionen mit höheren Temperaturen als bei der ersten Extraktion mit dem gleichen Lösungsmittel, wie z.B. bei einer Extraktion bei Raumtemperatur und einer Rückextraktion bei 100 °C, in dem Rückextrakt eine höhere Konzentration erreicht werden.As shown in GB 1,426,018 for back extractions with higher Temperatures than the first extraction with the same solvent, such as. with extraction at room temperature and back extraction at 100 ° C, in the back extract a higher one Concentration can be achieved.
Folglich ist in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Temperatur der Extraktion 10 °C bis 30 °C und die der Rückextraktionstemperatur 20 °C bis 80 °C. Bevorzugt ist die Kom bination von Umgebungstemperatur oder Raumtemperatur, worunter hier eine Temperatur von 15 °C bis 30 °C verstanden wird, für die Extraktion, mit einer Temperatur von 40 °C bis 60 °C für die Rückextraktion.Hence, in one embodiment of the present invention, the temperature of the extraction 10 ° C to 30 ° C and the the back extraction temperature 20 ° C to 80 ° C. Prefers is the combination of ambient temperature or room temperature, including what here a temperature of 15 ° C understood up to 30 ° C is for the extraction, with a temperature of 40 ° C to 60 ° C for the back extraction.
In einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren
auch den folgenden Schritt:
(c) Rückführen des Extraktionsmittels
1, aus dem die KGS gemäß Schrittb)
rückextrahiert
wurde, in die Extraktion nach Schritt (a).In one embodiment, the method according to the invention also comprises the following step:
(c) returning the extractant 1 from which the KGA was back-extracted in accordance with step b) to the extraction after step (a).
Vorzugsweise wird das Extraktionsmittel vor der Rückführung und Wiederverwendung als Extraktionsmittel in Schritt (a) partiell oder vollständig ausgeschleust, aufgearbeitet und dann erst zurückgeführt. Durch die Ausschleusung werden Verunreinigungen entfernt. Die Reinigung des Extraktionsmittels kann z.B. durch Destillation, Micro- oder Nanofiltration oder Adsorption (z.B. an Aktivkohle) erfolgen.Preferably the extractant before repatriation and Reuse as extractant in step (a) partially or Completely removed, processed and only then returned. Through the discharge contaminants are removed. The cleaning of the extractant can e.g. by distillation, micro or nanofiltration or adsorption (e.g. on activated carbon).
Der Anteil an ausgeschleustem Material hängt im wesentlichen von der Reinheit des Lösungsmittels 1 und dem Anteil an rückextrahiertem Wertprodukt, d.h. an KGS in dem Extraktionsmittel 1 nach erfolgter Rückextraktion ab. Enthält das Extraktionsmittel nach der Rückextraktion mit Extraktionsmittel 2 nur geringe Anteile an Wertprodukt und einen hohen Anteil an Verunreinigungen, so kann ein großer Anteil an verunreinigtem Extraktionsmittel 1 ausgeschleust werden. Wird in der Rückextraktion nur partiell rückextrahiert, dann befindet sich in dem Extraktionsmittel 1 noch ein hoher Anteil an Wertprodukt und der Fachmann wird routinemäßig den Verlust durch eine Ausschleusung gegen den Grad der Verunreinigung abwägen.The proportion of discharged material essentially depends on the purity of the solvent 1 and the proportion of back-extracted Product of value, i.e. to KGS in the extractant 1 after back extraction from. contains the extractant after the back extraction with extractant 2 only small proportions of valuable product and one high proportion of impurities, so can a large proportion contaminated extractant 1 are discharged. Is in the back extraction only partially extracted back, then there is still a high proportion in the extractant 1 of valuable product and the expert routinely becomes the loss through a discharge Weigh against the level of contamination.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren
zur Extraktion der KGS den folgenden weiteren Schritt:
(d)
Rückführen des
mit KGS beladenen Extraktionsmittels 2 aus der Rückextraktion gemäß Schritt
(b) in ein Verfahren zur Herstellung von Ascorbinsäure aus KGS.The method according to the invention for extracting the KGA preferably comprises the following further step:
(d) returning the extractant 2 loaded with KGA from the back extraction according to step (b) to a process for producing ascorbic acid from KGA.
Vorteilhafterweise wird das mit KGS beladene Lösungsmittel in einen Lactonisierungsschritt zurückgeführt und dort zu Ascorbinsäure umgesetzt. Der Produktaustrag der Lactonisierung kann dann zur Gewinnung der Ascorbinsäure den hierin beschriebenen Schritten des erfindungsgemäßen Verfahren oder den Schritten eines anderen der dem Fachmann bekannten Verfahren unterworfen werden.This is advantageous with KGS loaded solvents returned to a lactonization step and converted there to ascorbic acid. The Product discharge of the lactonization can then be used to obtain the ascorbic acid Steps of the inventive method or the steps described herein another of the methods known to those skilled in the art.
In einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren
folgenden weiteren Schritt:
(e) Aufkonzentrieren des mit der
KGS beladenen Extraktionsmittel 2 vor dem Rückführen nach Schritt (d);
und
optional den Schritt
(f) Rückführen der
Brüden
aus einer Eindampfung nach (e) als Extraktionsmittel 2 in Schritt
(b).In one embodiment, the method according to the invention comprises the following further step:
(e) concentrating the extractant 2 loaded with the KGS before returning to step (d);
and optionally the step
(f) returning the vapors from an evaporation according to (e) as extractant 2 in step (b).
Unter „Aufkonzentrieren" wird hierin verstanden, dass die Probe in ihrem Volumen eingeengt wird und die Konzentration der KGS bzw. Ascorbinsäure nach der Aufkonzentrierung höher als in der Ausgangslösung ist, ohne jedoch auszufallen. So können 10 Vol% oder mehr des Lösungsmittels abgetrennt werden. Bevorzugt wird bis an die Löslichkeitsgrenze der Ascorbinsäure aus dem beladenen Extraktionsmittel 2 abgezogen oder abgedampft. In einer bevorzugten Ausführungsform wird genau soviel Lösungsmittel abgedampft, dass sich in der kontinuierlichen Anlage mit Rückführungen stationäre Zustände einstellen können. Folglich wird hierin unter „Eindampfen" ein „Aufkonzentrieren" verstanden.“Concentrate” is understood here to mean that the sample is concentrated in volume and concentration KGS or ascorbic acid the concentration higher than in the starting solution without failing. So 10 vol% or more of the solvent be separated. Preference is given to the solubility limit of ascorbic acid the loaded extractant 2 is drawn off or evaporated. In a preferred embodiment becomes exactly as much solvent evaporated that in the continuous plant with returns stationary conditions can adjust. Consequently, "evaporation" is understood here to mean "concentrating".
Eine Aufkonzentrierung kann beispielsweise durch Erwärmen, insbesondere unter reduziertem Druck, beispielsweise Umlaufverdampfer, Dünnschichtverdampfer etc. erfolgen. Durch Dialyse lassen sich ebenfalls Proben einengen. Die Einengung sollte schonend geschehen, vorzugsweise bei –20 °C bis 100 °C in Abhängigkeit von Reaktionsdauer, Druck und Lösungsmittel. Bevorzugt wird das Aufkonzentrieren bei 30 °C bis 90 °C, besonders bevorzugt bei 30 °C bis 50 °C. Vorteilhaft ist es, die Einengung unter reduziertem Druck durchzuführen. Je nach Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch kann das Aufkonzentrieren bei Normaldruck (1013 mbar) bis 10 mbar durchgeführt werden. Bei wässrigen Lösungen wird vorzugsweise bei 500 mbar bis 10 mbar aufkonzentriert. Nach dem Eindampfen kann die Lösung abgekühlt werden, z.B. auf Umgebungstemperatur oder Temperatur des folgenden Verfahrensschritts, z.B. mittels Wärmeaustauscher.A concentration can, for example, by Heat, especially under reduced pressure, for example circulation evaporators, thin film evaporator etc. done. Samples can also be restricted by dialysis. The concentration should be done gently, preferably at -20 ° C to 100 ° C depending of reaction time, pressure and solvent. Concentration at 30 ° C. to 90 ° C. is preferred, particularly preferably at 30 ° C. to 50 ° C. Advantageous is to carry out the restriction under reduced pressure. Depending on solvent or solvent mixture can concentrate at normal pressure (1013 mbar) to 10 mbar carried out become. With watery solutions is preferably concentrated at 500 mbar to 10 mbar. To evaporation can be the solution chilled e.g. to ambient temperature or temperature of the following Process step, e.g. by means of heat exchangers.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Aufkonzentrierung vorteilhaft über ein Abdampfen des Lösungsmittels bei 30 °C bis 50 °C und einem Druck von 50 bis 80 mbar. Ggf. kann nach dem Aufkonzentrieren die Lösung abgekühlt werden und dann erst dem Lactonisierungsreaktor zugeführt werden.In the method according to the invention the concentration is advantageously carried out by evaporating off the solvent at 30 ° C up to 50 ° C and a pressure of 50 to 80 mbar. Possibly. can after concentrating the solution chilled and are only then fed to the lactonization reactor.
Die Brüden der Aufkonzentrierung bestehen im wesentlichen aus dem Extraktionsmittel 2 und können daher vorteilhaft erneut als Extraktionsmittel 2 in Schritt (b) verwendet werden.The vapors of concentration consist in essentially from the extractant 2 and can therefore advantageously again can be used as extractant 2 in step (b).
Wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur
Trennung von Ascorbinsäure
und KGS in einem Gemisch KGS durch Extraktion in das Extraktionsmittel überführt, bleibt
der wesentliche Anteil an Ascorbinsäure in dem Lösungsmittel
zurück.
Zur Gewinnung der Ascorbinsäure
kann in einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung das Verfahren den folgenden weiteren
Schritt enthalten:
(j) Isolieren der Ascorbinsäuren aus
dem mit der Ascorbinsäure
beladenen Lösungsmittel,
wobei eine Mutterlauge zurückbleibt,
vorzugsweise durch Kristallisieren.If KGS is converted into the extractant in the mixture for separating ascorbic acid and KGA in a mixture by extraction into the extractant, the substantial proportion of ascorbic acid remains in the solvent. In a preferred embodiment of the present invention, the process can contain the following further step to obtain the ascorbic acid:
(j) isolating the ascorbic acids from the solvent loaded with the ascorbic acid, leaving a mother liquor, preferably by Kris tallisieren.
Dem Fachmann sind verschiedene Verfahrensschritte zur Gewinnung der Ascorbinsäure aus polaren Lösungsmittel bekannt. So sind z.B. Verdampfungs-, Kühlungs- oder Verdrängungskristallisationen oder verschiedene Trocknungsverfahren, z.B. Sprühtrocknung für Carbonsäuren, insbesondere auch für Ascorbinsäure, beschrieben. Zur Isolierung der Ascorbinsäure können ebenso unlösliche Salze oder Derivate gebildet werden, die dann in dem Lösungsmittel ausfallen. Bevorzugt wird die Ascorbinsäure durch eine Verdampfungs-, Kühlungs- oder Verdrängungskristallisationen isoliert.Various process steps are known to the person skilled in the art for the extraction of ascorbic acid from polar solvents known. For example, Evaporation, cooling or displacement crystallizations or various drying processes, e.g. Spray drying for carboxylic acids, in particular also for ascorbic acid, described. Insoluble salts can also be used to isolate the ascorbic acid or derivatives are formed, which then precipitate out in the solvent. Prefers becomes the ascorbic acid through an evaporation, cooling or displacement crystallizations isolated.
Es kann daher vorteilhaft sein, zunächst das mit
der Ascorbinsäure
beladende Lösungsmittel
aufzukonzentrieren. Folglich kann das erfindungsgemäße Verfahren
in einer Ausführungsform
mindestens einen der folgenden weiterer Schritte vor Schritt (j) enthalten:
(g)
Waschen des mit KGS beladenen Extraktionsmittel 2 mit dem Lösungsmittel
oder mit der Mutterlauge aus der Kristallisation der Ascorbinsäure aus
dem Lösungsmittel
und Vereinigung der Ascorbinsäure-haltigen
Waschlösung
mit dem mit Ascorbinsäure
beladenen Lösungsmittel
gemäß Schritt
(a); und
(h) Aufkonzentrieren des mit Ascorbinsäure beladenen
Lösungsmittels
1 nach der Extraktion der KGS gemäß Schritt (a).It may therefore be advantageous to first concentrate the solvent loading the ascorbic acid. Consequently, in one embodiment, the method according to the invention can contain at least one of the following further steps before step (j):
(g) washing the extraction agent 2 loaded with KGS with the solvent or with the mother liquor from the crystallization of the ascorbic acid from the solvent and combining the washing solution containing ascorbic acid with the solvent loaded with ascorbic acid according to step (a); and
(h) Concentrating the solvent 1 loaded with ascorbic acid after the extraction of the KGA according to step (a).
Das Waschen kann in dem oberen Teil des Rektifikationsapparats in dem die Extraktion durchgeführt werden kann, erfolgen.Washing can be done in the upper part of the rectification apparatus in which the extraction is carried out may happen.
Das Aufkonzentrieren erfolgt wie oben beschrieben wurde. Besonders vorteilhaft erfolgt die Aufkonzentrierung über ein Abdampfen des Lösungsmittels bei 30 °C bis 50 °C und bei reduziertem Druck, vorteilhafter ist eine Temperatur von 40 °C und ein Druck von 50 bis 100 mbar.The concentration is done as was described above. The concentration is particularly advantageously carried out via a Evaporation of the solvent at 30 ° C up to 50 ° C and at reduced pressure, a temperature of 40 ° C and a Pressure from 50 to 100 mbar.
Da die in Schritt (j) bei der Kristallisation
der Ascorbinsäure
zurückbleibende
Mutterlauge noch Ascorbinsäure
enthalten kann, enthält
in einer bevorzugten Ausführungsform
das erfindungsgemäße Verfahren
auch einen der folgenden weiteren Schritte:
(i) Rückführen des
Lösungsmittelaustrags
aus Schritt (h) in die Rückextraktion
nach Schritt (b) als Extraktionsmittel 2.
(k) Rückführen der
Mutterlauge in die Aufkonzentrierung nach Schritt (g).Since the mother liquor remaining in step (j) during the crystallization of the ascorbic acid can still contain ascorbic acid, in a preferred embodiment the process according to the invention also contains one of the following further steps:
(i) recycling the solvent discharge from step (h) into the back extraction after step (b) as extracting agent 2.
(k) returning the mother liquor to the concentration after step (g).
Bei dem Lösungsmittelaustrag aus der Eindampfung der Ascorbinsäure wird Lösungsmittel gewonnen, das dann als Extraktionsmittel 2 zur Rückextraktion der KGS aus dem Extraktionsmittel nach Schritt (b) verwendete werden kann. Somit wird der Lösungsmittelgebrauch im Verfahren reduziert.With the solvent discharge from the Evaporation of ascorbic acid becomes solvent won, which then as extractant 2 for back extraction of the KGS from the Extractant can be used after step (b). Consequently will use solvents reduced in procedure.
Mit dem hierin beschriebenen Verfahren könnte KGS aus einem Gemisch auch aus Ascorbinsäure, KGS, Monoaceton-2-keto-L-gulonsäure und/oder Diacetonketogulonsäure abgetrennt werden.With the method described herein, KGS from a mixture also of ascorbic acid, KGA, monoacetone-2-keto-L-gulonic acid and / or diacetoneketogulonic be separated.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einer Ausführungsform auch ein Verfahren zur Herstellung von Ascorbinsäure aus 2-Keto-L-gulonsäure, das die folgenden Schritte enthält:The present invention relates to in one embodiment also a process for the preparation of ascorbic acid from 2-keto-L-gulonic acid, the includes the following steps:
- i. Lactonisieren, vorzugsweisepartielles Lactonisieren von 2-Keto-L-gulonsäure;i. Lactonize, preferably partial lactonize of 2-keto-L-gulonic acid;
- ii. Extrahieren der KGS aus dem Ascorbinsäure/KGS-Gemisch gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren; undii. Extract the KGS from the ascorbic acid / KGS mixture according to that herein described method; and
- iii. Isolieren der Ascorbinsäure aus dem mit der Ascorbinsäure beladenen Lösungsmittel.iii. Isolate the ascorbic acid from the with the ascorbic acid loaded solvent.
Das Gemisch aus KGS und Ascorbinsäure kann nach dem Fachmann bekannten Verfahren hergestellt werden, z.B. nach einem hierin beschriebenen Verfahren zur Lactonisierung von KGS. Bevorzugt wird das Gemisch durch eine direkte partielle Lactonisierung, insbesondere durch eine autokatalytische Lactonisierung von KGS zu Ascorbinsäure hergestellt.The mixture of KGA and ascorbic acid can be prepared by methods known to those skilled in the art, e.g. to a method for lactonizing KGS described herein. The mixture is preferred by direct partial lactonization, especially by autocatalytic lactonization of KGS made to ascorbic acid.
Unter „partielle Lactonisierung" wird erfindungsgemäß eine nicht vollständige Umsetzung des Eduktes zu Ascorbinsäure verstanden. Vorzugsweise werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren 10 Gew.-% bis 95 Gew.-% mehr bevorzugt 20 Gew.-% bis 50 Gew.-% des Eduktes zu Ascorbinsäure umgesetzt. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform mit einem KGS-Partialumsatz von 20 Gew.-% bis 40 Gew.-%.According to the invention, “partial lactonization” does not full Implementation of the educt understood to ascorbic acid. Preferably are in the inventive method 10% to 95% by weight, more preferably 20% to 50% by weight of the Educts to ascorbic acid implemented. An embodiment with a KGS partial turnover of is particularly preferred 20% to 40% by weight.
Die Lactonisierungsreaktion (i) kann nach Verfahren, wie im Stand der Technik seit 1933 beschrieben, durchgeführt werden, solange eine Mischung aus dem Edukt, vorzugsweise KGS, und Ascorbinsäure in einem polaren Lösungsmittel, vorzugsweise in einer wässrigen Lösung, insbesondere Wasser, erhalten wird. Aufgrund der fehlenden Trennverfahren beschreibt die Literatur in der Regel Vollumsetzungen von KGS zu Ascorbinsäure oder verbindet bei nur partieller Umsetzung die Trennung mit der Derivatisierung der KGS zu einem Ester und folgender Kristallisation der Ascorbinsäure wie oben beschrieben.The lactonization reaction (i) can by methods as described in the prior art since 1933, carried out as long as a mixture of the educt, preferably KGS, and ascorbic acid in a polar solvent, preferably in an aqueous Solution, in particular water. Due to the lack of separation processes the literature usually describes full implementations of KGS too ascorbic acid or connects the separation with the Derivatization of the KGS to an ester and subsequent crystallization of ascorbic acid as described above.
Verfahren zu Lactonisierung sind in dem oben erwähnten Stand der Technik und den darin zitierten Dokumenten beschrieben, die hiermit ausdrücklich in den Offenbarungsgehalt dieser Beschreibung mit aufgenommen sind.Processes for lactonization are in the above State of the art and the documents cited therein, hereby expressly are included in the disclosure content of this description.
Durch das hierin beschriebenen Verfahren ist es nun erstmals möglich in einer Lactonisierungreaktion KGS z.B. schonend durch kurze Lactonisierungszeiten oder autokatalytisch nur partiell zu Ascorbinsäure umzusetzen und dann selektiv Ascorbinsäure und KGS zu trennen.By the method described herein it is now possible for the first time in a lactonization reaction KGS e.g. gentle due to short lactonization times or only partially autocatalytically to ascorbic acid and then selectively ascorbic acid to separate KGS.
Das hierin beschriebene Verfahren könnte auch zur Trennung von Ascorbinsäure von anderen Ausgangsprodukten dienen. Ascorbinsäure wird üblicherweise aus 2-Keto-L-gulonsäure, Monoaceton-2-keto-L-gulonsäure oder Diacetonketogulonsäure hergestellt. Andere Edukte, wie z.B. L-Gulon-γ-lacton und das Natriumsalz des α-Alkyl-KGS-pyranosids wurden auch beschrieben.The method described herein could also for the separation of ascorbic acid serve from other starting products. Ascorbic acid is usually made from 2-keto-L-gulonic acid, monoacetone-2-keto-L-gulonic acid or diacetoneketogulonic manufactured. Other starting materials, e.g. L-gulon-γ-lactone and the sodium salt of the α-alkyl KGS pyranoside have also been described.
Direktlactonisierungen werden meist sauer katalysiert, bevorzugt mit Salzsäure als Gas oder mit wässriger Salzsäure und sind im Stand der Technik lange bekannt.Direct lactonizations are usually acidic catalyzed, preferably with hydrochloric acid as a gas or with aqueous hydrochloric acid and have long been known in the art.
Bei alkalisch katalysierten Verfahren
ist die Reaktionsgeschwindigkeit der Lactonisierung höher, was
zu höheren
Raum-Zeit-Ausbeuten in den Apparaten führt. Als basische Katalysatoren
werden neben NaOH in verschiedenen Alkohol- oder Alkohol-Wasser-Mischungen,
Alkalisalze schwacher Säuren
(z.B. NaHCO3 oder Natriumacetat), Na2CO3 oder Natriummethylat
in Alkoholen eingesetzt. Bei diesen Verfahren entsteht zunächst das
Natriumsalz der Ascorbinsäure,
das in einem weiteren Verfahrensschritt in die freie Ascorbinsäure überführt werden
muss. Ein Verfahren zur Herstellung von freier Ascorbinsäure ist
in
Bei den genannten sauren Verfahren muss der Katalysator abgetrennt werden. Die Säure kann das Produkt zersetzen. Unter alkalischer Katalyse wird zunächst ein Ascorbinsäuresalz hergestellt, das in die freie Ascorbinsäure überführt werden muss.With the acid processes mentioned the catalyst must be separated. The acid can decompose the product. Under alkaline catalysis, an ascorbic acid salt is first prepared, which must be converted into the free ascorbic acid.
Seid ca. 1940 ist auch die katalysatorfreie Lactonisierung von KGS und KGS-Estern zu Ascorbinsäure durch einfaches Erhitzen in Wasser, Alkoholen oder Gemischen von Wasser mit einem hydrophilen Lösungsmittel bei Temperaturen oberhalb 130°C und Verweilzeiten von 30 Minuten bis 90 Stunden beschrieben. Ein Zusatz von Zitronensäure und Phosphat als Puffer zum Einstellen eines konstanten pH-Wertes soll die Ausbeuten steigern können.Since 1940 there has also been catalyst-free lactonization from KGS and KGS esters to ascorbic acid by simple heating in water, alcohols or mixtures of water with a hydrophilic solvent at temperatures above 130 ° C and residence times from 30 minutes to 90 hours. On Addition of citric acid and phosphate as a buffer for setting a constant pH should be able to increase the yields.
Vorteilhafterweise kann durch das erfindungsgemäße Verfahren nun eine direkte saure oder alkalisch katalysierte oder eine autokatalysierte Partiallactonisierung durchgeführt werden, z.B. über einen sauren Ionenaustauscher (z.B. Bayer Levatit) oder, bevorzugt, mittels einer Festbettkatalyse. Vorzugsweise wird die Lactonisierung bei geringen Temperaturen durchgeführt, die zu einer geringen Derivatisierung oder Zersetzung der entstandenen Ascorbinsäure führen, besonders bevorzugt unter 60 °C, z.B. mittels Bio- oder Enzymkatalyse oder in einer sauren Katalyse.Advantageously, the inventive method now a direct acid or alkaline catalyzed or an auto-catalyzed Partial lactonization carried out e.g. about an acidic ion exchanger (e.g. Bayer Levatit) or, preferably, by means of a fixed bed catalysis. Lactonization is preferred carried out at low temperatures leading to a low Derivatization or decomposition of the resulting ascorbic acid lead, especially preferably below 60 ° C, e.g. by means of bio- or enzyme catalysis or in an acid catalysis.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Schritt (i) zur Lactonisierung der 2-Keto-L-gulonsäure somit autokatalytisch und partiell.In a particularly preferred embodiment takes place in the method according to the invention the step (i) for lactonizing the 2-keto-L-gulonic acid autocatalytic and partial.
Die Lactonisierungen in den meisten Verfahren werden unter vollständigem Umsatz des jeweiligen Eduktes durchgeführt. Vorteilhaft bei der autokatalytischen Umsetzung ist, dass weder Katalysatoren noch sonstige Hilfsstoffe benötigt werden und aus dem Reaktionsaustrag abgetrennt werden müssen. Ein wirtschaftlicher Einsatz der autokatalytischen Lactonisierung scheiterte bisher daran, dass eine vollständige Umsetzung nicht effizient und mit geringen Ausbeuten erfolgt. Ein geeignetes Trennverfahren zur Gewinnung der Ascorbinsäure aus einem Gemisch aus KGS und Ascorbinsäure, wie es durch eine partielle Umsetzung erhalten wird, war nicht beschrieben und wird erst in der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt.The lactonizations in most Procedures are under complete Sales of the respective educt carried out. Advantageous with the autocatalytic Implementation is that neither catalysts nor other auxiliary substances needed are and must be separated from the reaction discharge. On economical use of autocatalytic lactonization failed so far that a complete Implementation is not efficient and takes place in low yields. On suitable separation process for the extraction of ascorbic acid a mixture of KGS and ascorbic acid, as it is by a partial Implementation received was not described and will only be available in of the present invention.
Es ist bekannt, dass KGS in wässrigen Lösungen durch Einwirkung einer erhöhten Temperatur (T > 25 °C, T < 200 °C) lactonisiert werden kann. Bevorzugt sind Temperaturen von 40 bis 180 °C. Vorteilhaft kann so eine sehr kurze Umsetzungszeit im Reaktor erreicht werden. Erhitzt man eine Lösung von KGS in Wasser auf 80-150°C und hält die Verweilzeit im Reaktor zwischen 1 und 30min, können bei KGS-Umsätzen um 25 – 30 % Ascorbinsäureselektivitäten um 90 % in Lösung erhalten werden. Partialumsatz mit Eduktrückführung wurde bisher nur im Falle der KGS-Ester beschrieben. Vorzugsweise überschreitet die Anfangskonzentration der KGS in Wasser 30% nicht.It is known that KGS in aqueous solutions by exposure to an elevated Temperature (T> 25 ° C, T <200 ° C) lactonized can be. Temperatures of 40 to 180 ° C. are preferred. Advantageous a very short reaction time in the reactor can be achieved in this way. If you heat a solution from KGS in water to 80-150 ° C and holds the residence time in the reactor between 1 and 30min can change in KGS sales 25-30 % Ascorbic acid selectivities around 90 % in solution be preserved. Partial sales with educt recycling has so far only been in the case the KGS ester described. The initial concentration preferably exceeds the KGS in water 30% not.
Folglich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung und Gewinnung von Ascorbinsäure, wobei der Schritt (i) zur Lactonisierung der 2-Keto-L-gulonsäure autokatalytisch unter Partialumsatz unter folgenden Bedingungen durchgeführt wird:Consequently, the present concerns Invention also a process for the production and recovery of ascorbic acid, wherein the step (i) for lactonizing the 2-keto-L-gulonic acid autocatalytically is carried out under partial turnover under the following conditions:
- (aa) bei einer Temperatur von 60 °C bis 180 °C, vorzugsweise zwischen 100 °C und 160 °C;(aa) at a temperature of 60 ° C to 180 ° C, preferably between 100 ° C and 160 ° C;
- (bb) bei einem Anfangsmassenanteil der 2-Keto-L-gulonsäure von 5 Gew.-% bis 50 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 10 % und 15 %;(bb) with an initial mass fraction of 2-keto-L-gulonic acid from 5% by weight to 50% by weight, preferably between 10% and 15%;
- (cc) bei einer Umsetzung der KGS zu 10 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise zu 20 bis 30 Gew.-%; und/oder(cc) in a conversion of KGS to 10 to 40 wt .-%, preferably 20 to 30% by weight; and or
- (dd) einer Verweilzeit im Laktonisierungs-Reaktor von 1 bis 30 min, vorzugsweise 10 min oder weniger.(dd) a residence time in the lactonization reactor of 1 to 30 min, preferably 10 min or less.
Besonders bevorzugt sind ein Anfangsmassenanteil der KGS von 10 bis 15 Gew.-%, eine Reaktortemperatur von 110 °C bis 150 °C bei einer Verweilzeit von 3 bis 5 min und eine Umsetzung an KGS von 20 bis 25 Gew.-%.An initial mass fraction is particularly preferred the KGS of 10 to 15 wt .-%, a reactor temperature of 110 ° C to 150 ° C at a Dwell time of 3 to 5 minutes and implementation on KGS from 20 to 25% by weight.
Als Reaktoren für die Lactonisierung eignen sich z.B. Rohrbündel, Plattenwärmetauscher, Wendelrohrreaktor oder Treibstrahlreaktoren.Are suitable as reactors for lactonization e.g. Tube bundle, Plate heat exchanger, Spiral tube reactor or propulsion jet reactors.
Der Reaktionsaustrag aus der Lactonisierungsreaktion wird zur Erreichung eines stationären Betriebszustands gemäß den oben beschriebenen Aufkonzentrierungsschritten eingeengt. Aus dem vorzugsweise auf Umgebungstemperatur oder 20 °C bis 25 °C abgekühlten Reaktionsaustrag kann dann gemäß Schritt (a) die Ascorbinsäure oder die KGS abgetrennt werden.The reaction discharge from the lactonization reaction is used to achieve a steady state of operation according to the above Concentration steps described concentrated. From the preferably to ambient temperature or 20 ° C to 25 ° C cooled reaction discharge can then according to step (a) Ascorbic acid or the KGS are separated.
Vorzugweise besitzt der Reaktionsaustrag nach der Aufkonzentrierung einen KGS-Anteil von 5 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt sind 8 bis 25 Gew.-%, und einen Ascorbinsäureanteil von 3 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt sind 5 bis 10 Gew.-%. Folglich besitzt das KGS-enthaltenen Lösungsmittel des Schrittes (a) auch einen KGS-Anteil von 5 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt sind 8 bis 25 Gew.-%. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besitzt das Lösungsmittel des Schrittes (a) einen KGS-Anteil von 5 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt sind 8 bis 25 Gew.%, und einen Ascorbinsäureanteil von 3 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt sind 5 bis 10 Gew.-%.The reaction discharge after the concentration preferably has a KGA content of 5 to 30% by weight, 8 to 25% by weight is particularly preferred, and an ascorbic acid content of 3 to 20% by weight, 5 to 10% by weight is particularly preferred .-%. Consequently, the KGA-containing solvent of step (a) also has a KGA content of 5 to 30% by weight, 8 to 25% by weight being particularly preferred. In a particularly preferred embodiment, the solvent of step (a) has a KGA content of 5 to 30% by weight, especially before 8 to 25% by weight are added, and an ascorbic acid content of 3 to 20% by weight, 5 to 10% by weight being particularly preferred.
Vorzugsweise wird für die Isolierung der Ascorbinsäure das mit Ascorbinsäure beladene Lösungsmittel eingeengt und die Ascorbinsäure aus dem Lösungsmittel kristallisiert.Preferably used for insulation of ascorbic acid with ascorbic acid loaded solvents concentrated and the ascorbic acid from the solvent crystallized.
In einer bevorzugten Ausführungsform verbleiben in dem erfindungsgemäßen Verfahren die kondensierten Brüden der verschieden Eindampfungsschritte weitgehend im Prozess und werden dort als Lösungsmittel eingesetzt, wie es für die verschiedenen Verfahrensschritte oben beschrieben wurde. Besonders bevorzugt wird die Abdampfung der jeweiligen Lösungsmittel über den jeweiligen Betriebsdruck so betrieben, dass eine Energieübertragung vom Brüdenkondensator einer ersten Eindampfung auf den Verdampfer einer zweiten Eindampfung erfolgen kann.In a preferred embodiment remain in the process according to the invention the condensed vapors of the various evaporation steps largely in the process and are there as a solvent used as it is for the various process steps have been described above. Especially the evaporation of the respective solvent is preferred via the respective operating pressure operated so that an energy transfer from the vapor condenser a first evaporation on the evaporator a second evaporation can.
Erfindungsgemäß können die einzelnen Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens kontinuierlich oder diskontinuierlich ausgeführt werden. Bevorzugte Ausführungsform ist die kontinuierliche Ausführung der Schritte.According to the invention, the individual steps of the method described herein continuously or discontinuously accomplished become. Preferred embodiment is the continuous execution of steps.
In einer Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von Ascorbinsäure oder zur Herstellung von Ascorbinsäure alle hierin beschriebenen Schritte (a) bis (g) und/oder (i) bis (iii) und/oder (aa) bis (cc). Vorteilhafterweise wird dadurch Ascorbinsäure und/oder KGS ohne Salzanfall gewonnen.In one embodiment, the method according to the invention contains for the extraction of ascorbic acid or all of those described herein for the manufacture of ascorbic acid Steps (a) to (g) and / or (i) to (iii) and / or (aa) to (cc). Ascorbic acid and / or KGA without salt accumulation is thereby advantageously made won.
Die vorliegende Erfindung wird durch das folgende Beispiel verdeutlicht, ohne dass dieses in irgendeiner Weise als einschränkend gelten soll.The present invention is accomplished by the following example illustrates, without this in any Way as restrictive should apply.
Beispiele:Examples:
Im Laborversuch wurde eine wässrige Lösung, die 5 Gew-% Ascorbinsäure und 10 Gew-% KGS enthielt, mit einem Gemisch aus Hostarex/i-Decanol 40/60 bei 30°C und einem Verhältnis des Extraktionsmittels 1 zum Lösungsmittel, in dem die KGS und Ascorbinsäure in der genannten Konzentration vorlag, von 1 kg/kg extrahiert.In the laboratory test, an aqueous solution, the 5% by weight of ascorbic acid and 10% by weight KGS, with a mixture of Hostarex / i-decanol 40/60 at 30 ° C and a relationship extractant 1 to solvent, in which the KGS and ascorbic acid was present in the concentration mentioned, extracted from 1 kg / kg.
Für die Ascorbinsäure wurde ein Verteilungskoeffizient (Quotient der Konzentration von aufnehmender/angebender Phase) von 1,1 kg/kg und für KGS von 6,6 kg/kg gemessen. Demnach beträgt der Verhältnis der Verteilungskoeffizienten, d. h. die Selektivität gleich 6.For the ascorbic acid a distribution coefficient (quotient of the concentration of receiving / indicating phase) of 1.1 kg / kg and for KGS of Measured 6.6 kg / kg. Accordingly, the relationship the distribution coefficient, d. H. the selectivity equal 6th
Hinsichtlich der Rückextraktion der KGS aus dem Extraktionsmittel 1 wurde gefunden, dass sich der Verteilungskoeffizient der KGS bei 80 °C bei sonst vergleichbaren Bedingungen auf 0,18 vermindert.Regarding back extraction the KGS from the extractant 1 was found that the Distribution coefficient of the KGS at 80 ° C under otherwise comparable conditions reduced to 0.18.
Dies bedeutet, dass für die Rückextraktion der KGS mit dem Extraktionsmittel 2 (Wasser) aus dem Extraktionsmittel 1 ein vergleichsweise hoher Verteilungskoeffizient von 5,5 (Kehrwert von 0,18) veranschlagt werden kann. Durch die gezielte Temperaturführung gelingt damit eine wirtschaftlich Extraktion / Rückextraktion der KGS.This means that for the back extraction of the KGS with the extractant 2 (water) from the extractant 1 a comparatively high distribution coefficient of 5.5 (reciprocal of 0.18) can be estimated. Thanks to the targeted temperature control an economical extraction / back extraction of the KGS.
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