用于制備縮聚物的微處理的制作方法

專利名稱：用于制備縮聚物的微處理的制作方法
技術領域：
本發明涉及通過使用微裝置制備聚右旋糖的方法。
背景技術：
為了持續改進較大數量人群的身體標準，需要使用較少的資源實現較多的結果。因此，由于尺寸效率的要求，存在朝向構建和制造較小規模產品的趨勢。最近，科學家已獲知不僅電子裝置，而且機械裝置，可微型化和分批制造，像集成電路技術給予電子世界的那樣，有望對機械世界產生相同的益處。
糖類的酸催化聚合為在眾多一般的文章、書籍和專利中描述的眾所周知的現象。聚右旋糖市售可得，并且所有這些聚右旋糖產品包括多種對味道、顏色和卡路里值有貢獻的殘余化合物，例如葡萄糖、山梨醇、檸檬酸和其它化合物。低分子量化合物例如
I,6-脫水葡萄糖和5-羥基甲基糠醛引起苦味和異味。US 3，766，165公開了可用作低卡路里食物成分的聚合物可在減壓下，在可食用多聚羧酸催化劑存在下，任選含有少量的多元醇，通過加熱右旋糖或麥芽糖而制備。US3，876，794公開了含有所述成分的不同種類的食物。緊隨該重要公開，進一步的開發和研究集中于克服在根據US 3，766，165和US3，876，794的產品中觀察到的酸味和/或苦味。例如，WO 98/41545公開了通過使葡萄糖或含葡萄糖的材料與多元醇在無機酸(例如磷酸、鹽酸和/或硫酸)存在下反應而制備多糖的方法。根據該公開，其中提出的低水平的催化劑導致異味最小化或沒有異味，并且在反應過程中形成很少的顏色。在該文件中公開的方法可包括另外的純化方法。US 5，831，082描述了通過分離得到高純的水溶性聚右旋糖的方法。所述水溶性聚右旋糖含有相當大量的二糖、三糖和四糖。根據該公開的產品據報道具有苦的回味。US 5，051，500描述了用于制備無規-鍵合的多糖的連續方法。總的來說，已認識到微型化系統的益處，但是仍需要進一步開發這些系統在制備縮聚物(例如聚右旋糖)的反應中的用途。發明概沭
本發明涉及用于制備聚右旋糖的方法，所述方法包括以下步驟
a)取葡萄糖
b)加入酸化催化劑用于制備酸性組合物
c)注入所述組合物通過微裝置
d)收集聚右旋糖。本發明涉及用于制備聚右旋糖的方法，所述方法包括以下步驟
a)取葡萄糖
b)加入酸化催化劑用于制備酸性組合物，可在微裝置中
c)注入所述組合物通過微裝置
d)收集聚右旋糖，且其特征在于所述微裝置含有適于碳水化合物的縮聚的微混合器、微換熱器和/或微反應器。本發明還涉及微裝置的排列，其使得步驟c)的組合物單程-通過，使步驟d)的聚右旋糖與步驟c)的組合物再混合，用于所述組合物的多程-通過或完全多程-通過。本發明還涉及微裝置用于使葡萄糖縮聚的用途。發明詳沭
本發明涉及用于制備聚右旋糖的方法，所述方法包括以下步驟
a.取葡萄糖
b.加入酸化催化劑用于制備酸性組合物
c.注入所述組合物通過微裝置
d.收集聚右旋糖。本發明涉及用于制備聚右旋糖的方法，所述方法包括以下步驟
a)取葡萄糖
b)加入酸化催化劑用于制備酸性組合物，可在微裝置中
c)注入所述組合物通過微裝置
d)收集聚右旋糖，且
其特征在于所述微裝置含有適于碳水化合物的縮聚的微混合器、微換熱器和/或微反應器。葡萄糖以固體形式或液體形式提供，所述固體形式為固化形式或結晶形式。葡萄糖的其它合適的來源為含有50%-100% (重量)，優選90%至最多99%葡萄糖的葡萄糖糖漿。葡萄糖糖漿中的其余組分為殘余的低聚物，例如麥芽糖、麥芽三糖和高級葡萄糖聚合物。本文涉及的聚右旋糖為水溶性、低卡路里、非生齲的填充劑。其為無規交聯的(支化的)葡聚糖聚合物(多糖復合物)，其特征為主要具有β-1-6和β-1-4鍵，并且通過單獨糖類(=葡萄糖)或在糖醇(=多元醇)存在下的酸-催化的縮合而生產。大范圍的酸化催化劑可用于催化聚合，以得到聚右旋糖。優選，這些催化劑為能消耗的酸，以降低否則所需的控制和成本來檢查催化劑酸的存在，和必要時從終產物中除去催化劑酸。具體地，優選的酸為可食用酸(食物級酸)，例如磷酸、檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸、己二酸、葡糖酸、酒石酸、富馬酸和其兩種或更多種的混合物。特別優選檸檬酸和/或磷酸。用作催化劑的酸的量應低于15重量％，相對于在聚合反應中使用的葡萄糖(和多元醇，如果存在)原料的量。優選，該量應明顯低于該水平，例如最多12重量％，更優選最多10重量％，但是不低于O. 001重量％。可在任何容器中進行酸的加入，但是同樣可以在微裝置中發生。在注射含有碳水化合物的混合物通過微裝置之前，可通過使用微換熱器和/或微波或任何其它合適的加熱裝置來加熱混合物。微裝置通常定義為至少部分通過微技術和精密工程方法制造的微型化反應容器。微反應器流體通道的內部結構的特性尺寸可實質變化，但是通常在從亞微米到亞毫米范圍。微反應器最通常(但是不必然)設計為具有微通道結構。這些結構含有大量的通道，并且每個微通道用于轉化少量的材料。不含微結構形狀，不形成專用的通道也是可能的。與大規模方法相比，設計具有與微反應器(微裝置)類似尺寸的微型化系統的益處包括但不限于大規模分批方法可替換為連續流動方法，較小的裝置需要較少的空間，較少的材料，較少的能量和通常較短的響應時間，并且通過降低組件尺寸提高系統性能，這使得許多小的功能元件集成。因此，微反應器(微裝置)顯著加強傳熱、質量傳遞和每單位體積或單位面積的擴散通量。在微反應器中的流體層的典型的厚度可設定為幾十微米(通常約10-約500 Mffl)，其中擴散在傳質/傳熱過程中起到主要的作用。由于擴散距離短，反應物分子擴散通過界面以與其它分子物類反應的時間減少至數毫秒，在一些情況下，減少至數納秒。因此轉化速率顯著提高，并且化學反應過程看起來更有效。
微混合器為靜態或動力學微混合器、擴散微混合器、旋風-類型微混合器、多層壓微混合器、集中微混合器(focus micro mixer)或分離-再組合微混合器。靜態微混合器為任何類型的微混合器，其中通過擴散進行兩種或更多種流體的混合，并任選通過從層流方案轉化為過渡或湍流方案得到提高，例如在EP O 857 080中所描述的。動力學微混合器為微混合器，其中專門設計的鑲嵌物通過人工漩渦產生混合，或者其中兩種或更多種流體的混合通過向流體施用動力學能量(例如攪拌、高壓、壓力脈沖、聞流速、噴嘴釋放)而提聞。擴散微混合器為靜態類型的混合器，其中流體管道輸送的方式使得在單一流體之間的距離在工藝參數下在擴散系數范圍內。在大多數情況下，擴散微混合器利用流體的多層壓,例如在EP I 674 152, EP I 674 150和EP I 187 671中所描述的。旋風-類型微混合器為基于兩種或更多種流體的旋轉混合的微混合器，其以漸進或非漸進方式插入混合室內，提供每個流體流的旋轉速度，其也公開于EP I 674 152。多層壓微混合器為微結構裝置，其中單一流體流在層壓片材或流中彼此非常接近地管道輸送，以降低擴散距離，如EP I 674 152,EP I 674 150和EP I 187 671中所公開。集中微混合器為動力學混合器，其中流體流集中于密集的相遇點，以通過動力學能量和湍流混合。分離-再組合微混合器為微混合器，其中單一的流體流通過機械或非觸覺力(例如電場、磁場、氣體流)分離，改變方向和位置，并通過至少使亞流的數量加倍以提高擴散面積而再組合。微換熱器為交叉流動微換熱器、逆流流動微換熱器、并流流動微換熱器或電動平行流動微換熱器和/或適于使葡萄糖縮聚的微反應器。交叉流動微換熱器為微型化板式換熱器，其中單一的流體流在交叉狀物質中管道輸送，如在EP I 046 867中所公開的。逆流流動微換熱器為微型化板式換熱器，其中單一的流體流管道輸送的方式使得兩個流體的入口以及出口彼此為相對的方向，因此流體流相對彼此流動，其也在EP I 046867中描述。并流流動微換熱器為微型化板式換熱器，其中單一的流體流管道輸送的方式使得兩個流體的入口以及出口彼此在裝置的相同的方向，因此，流體流平行流動，其在EP I 046867中描述。電動平行流動微換熱器為微型化換熱器，其中加熱或冷卻能量由電元件(電阻加熱器圓筒，Peltier-Elements)提供，例如在 EP I 046 867、EP I 402 589、EP I 402 589中描述的。適于使葡萄糖縮聚的微反應器為微通道裝置，可能與至少膜、多孔側壁或微分離噴嘴元件集成。通過Kreido的微反應器提供備選的方案，該微反應器具有移動部件，在這種情況下，所述部件為內部圓筒，如在例如EP I 866 066中所描述的。與膜集成的微通道裝置在1-2000 Mm寬，1-2000 Mm深范圍，并且與膜直接接觸，形成通道的至少一個側壁。所述膜可為聚合物、金屬或陶瓷膜，根據過程需要，孔尺寸在幾納米到微米水平范圍。比起適于期望的過程的膜或微分離噴嘴元件，多孔側壁具有相同規格的孔，優選在幾納米至最多I mm直徑的范圍。本發明涉及其中所述微裝置在亞大氣壓、大氣壓或升高的壓力下施用的方法，所述壓力在從超高真空范圍(幾乎為O巴)的非常低的壓力到1000巴的范圍。 此外，本發明涉及其中所述組合物和/或聚右旋糖保持在能在壓差下取出水的壓力下的方法，即，作為蒸汽或蒸氣將水取出到真空中。此外，本發明涉及其中所述聚右旋糖在離開微裝置后被淬火的方法。淬火可包括加入添加水，具有堿(苛性鈉、氫氧化鉀以及胺)，在50-150°C范圍的升高的溫度下，以確保聚右旋糖不在微混合器、微換熱器、微結構蒸發器或微結構蒸汽干燥器中固化或變得太粘稠。根據以上給出的定義，微換熱器為交叉流動微換熱器、逆流流動微換熱器、并流流動微換熱器或電動平行流動微換熱器和/或適于使葡萄糖縮聚的微反應器。微結構蒸發器為適于和/或專門設計用于蒸發液體的微換熱器。實例在例如EP I402 589中給出。微結構蒸汽干燥器為根據給定的解釋，用于干燥蒸汽流，例如得到蒸汽中的固體內含物的結晶，的微結構蒸發器。本發明還涉及其中在用于制備聚右旋糖的方法的步驟a)和/或步驟b)中加入多元醇(=糖醇)的方法。多元醇(為糖醇)以固體形式或液體形式提供，并且選自丙糖醇、丁糖醇、戊糖醇、己糖醇、氫化二糖、氫化三糖、氫化四糖、氫化麥芽糊精和其兩種或更多種的混合物。更具體地，所述多元醇選自甘油、赤蘚醇、蘇糖醇、阿拉伯糖醇、木糖醇、核糖醇、蒜糖醇、阿卓糖醇、山梨糖醇、半乳糖醇、甘露醇、山梨醇、塔羅糖醇、麥芽糖醇、異麥芽糖醇、異麥芽酮糖醇、乳糖醇和其兩種或更多種的混合物。在一個優選的實施方案中，多元醇選自麥芽糖醇、異麥芽酮糖醇、甘露醇、山梨醇、木糖醇、赤蘚醇和其一種或多種的混合物。在一個更優選的實施方案中，多元醇選自己糖醇，最優選山梨醇。優選，在原料中糖醇的用量為葡萄糖的0-20重量％，更優選1-15重量％，最優選5-15重量％。本發明還涉及其中所述組合物通過集成的微混合器預混合或混合以得到根據期望方法的反應物質量比的方法，優選葡萄糖的量為50重量％-90重量％，更優選70重量％-80重量％，多元醇的量為50重量％-0重量％，更優選30重量％-0重量％，或20重量％-10重量％，并且酸性催化劑的量為10重量％-0重量％,最優選為I重量％。在一個具體的實施方案中，葡萄糖和任選的多元醇(取決于實際上多元醇是否加入到該過程中的事實)以熔融形式提供。葡萄糖和多元醇可單獨或共同熔融，由固體形式或高干燥物質水性溶液開始，其中首先除去水，接著加熱溶液以得到葡萄糖(和任選的多元醇)的熔體。這些步驟可同樣已在微反應器中進行。在縮聚反應開始前加入酸化催化齊U。通過冷卻聚右旋糖和加入水以得到聚右旋糖的水性溶液，這樣得到的聚右旋糖可原樣施用。通常聚右旋糖以30-80%，優選50-70%的干物質含量提供。在單程通過微反應器中，聚右旋糖的聚合度已顯著。聚合度適用于聚合物化學，并且是指鏈中的重復單元的數量。聚合度衡量分子量，并且單體的分子量計算為約162。通過再循環聚右旋糖(在再循環進入微反應器之前使干物質含量提高(降低水含量-在縮聚反應期間形成的水))，聚右旋糖的聚合度可被進一步提高。因此，收集聚右旋糖，并且已收集的聚右旋糖的干物質含量通過除去水和將聚右旋糖再循環至步驟c)和/或注入通過至少一個其它微裝置而提高。通過該再·循環，聚右旋糖的收率和/或聚合度提高。用于再循環的微反應器可與以前在過程中使用的相同，或者可施用一組多個(至少兩個或更多個)微反應器。在又一個實施方案中，葡萄糖和任選的多元醇(取決于實際上多元醇是否加入到該過程中的事實)作為具有50-99%，優選70-99%，更優選80-95%的干物質含量的水性溶液提供。通過施用水性溶液，獲得容易的處理，并且不必由高純的或高結晶材料或固化的形式開始。同樣可施用不太純的原料的水性溶液。任選在微反應器中的縮聚反應之后在微反應器中干燥后，這樣得到的聚右旋糖提高干物質含量，并且再循環進入微反應器中，用于進一步提高聚合度。微反應器可與以前在過程中使用的相同，或者可施用一組多個(至少兩個或更多個)微反應器。過程的溫度為100°C -350°C，優選 150°C -250°C，更優選 180°C -200°C。在收集聚右旋糖之前，可通過使用微換熱器冷卻。意外地，發現當存在酸化催化劑(=酸)時，微裝置對葡萄糖縮聚具有有益效果。此外，意外地發現，縮聚反應在例如150°C -250°C的高溫下發生，而沒有顯著的產物損失和顯著的副產物形成。在葡萄糖的縮聚反應中，并且任選加入或存在多元醇，人們通常感興趣得到具有特定分子量的產物或一定范圍的具有特定分子量的產物，因為聚右旋糖的性質通常取決于分子量。高于或低于期望重量的分子量同樣不期望。由于聚合度為反應時間的函數，通過在適當的時間淬滅反應，可得到期望的分子量。已發現通過施用微裝置，通常耗費至少1-2小時，甚至最多6小時的反應時間可減少至小于30分鐘，甚至減少至小于5分鐘的停留時間，甚至減少至小于2分鐘的停留時間。在一個具體的實施方案中，本發明涉及一種其中施用葡萄糖的方法，酸化催化劑為檸檬酸，多元醇為山梨醇，并且得到聚右旋糖。更具體地，本發明涉及一種用于制備聚右旋糖的方法，所述方法包括以下步驟
a.取葡萄糖
b.加入山梨醇和檸檬酸用于制備酸性組合物，可在微裝置中C.注入所述組合物通過微裝置
d.由聚右旋糖除去形成的水
e.任選再循環步驟c)中的聚右旋糖
f.收集聚右旋糖。繼續再循環步驟c)中的聚右旋糖，直至得到期望的聚合度。此外，通過施用微反應器，同樣顯著降低形成降解產品，例如呋喃、糠醛和5-羥基甲基糠醛(5HMF)。已收集的聚右旋糖可原樣使用，或者可通過色譜處理或氫化可能對終產物的味道和顏色具有影響的殘余的還原糖(碳水化合物)，進一步純化。·
本發明還涉及微裝置用于葡萄糖任選在用于制備聚右旋糖的多元醇存在下的縮聚反應的用途。此外，本發明涉及微裝置的排列，其使得注入的組合物通過微裝置單程-通過或多程-通過，使已收集的聚右旋糖與初始組合物再混合用于組合物的多程-通過或完全多程-通過。其它排列可包括a)微裝置-蒸發器-微裝置(與第一個相同或不同)和b)若干次重復a)和c)微裝置-蒸發器，再循環進入相同的微裝置。下面將采用一系列實施例的形式來說明本發明。
實施例實施例I -供應熔融的葡萄糖
在155 °C溫度下使結晶無水右旋糖(C*Dex02402)熔融。平行地，將固體山梨醇(OSorbidex P16656 )在120°C下熔融，以10:1 (山梨醇/檸檬酸)的重量比加入檸檬酸。將右旋糖熔體以150 g/分鐘的速率泵送至微混合器(V-Mischer 1013-K-8. 3，KIT, IMVT)，并與以10份右旋糖熔體和I份山梨醇/檸檬酸熔體的比率也泵送至微混合器(V-Mischer 1013-K-8. 3，KIT, IMVT)的山梨醇/檸檬酸共混物充分混合。將該混合物立即輸送至微換熱器(Kreuzstr^mer 678-K-1. 3，KIT, MVT)，這將反應物質的溫度提高至175°C。停留時間為約90秒。隨后將反應物質在微換熱器(Kreuzstr^mer 678-K-1. 3，KIT, IMVT)中冷卻至 110°C，并且在微混合器(V-Mischer 1013-K-8· 3，KIT, IMVT)中與水混合，以得到50 % (w/w)固含量的聚右旋糖溶液。HPLC分析(ISO 10504:1998-10,Starch derivates - Determination of the composition of glucose syrups, fructosesyrups and hydrogenated glucose syrups - Method using high-performance liquidchromatography (淀粉衍生物-確定葡萄糖糖漿、果糖糖漿和氫化葡萄糖糖漿的組成-使用高效液相色譜法的方法))顯示聚右旋糖含量為49. 8% (=聚合度為2和更高的低聚物的總和)。實施例2 -供應葡萄糖的水性溶液
將結晶無水右旋糖(C*Dex02402)以90:10:1的重量比與固體山梨醇(OSorbidexP16656)和檸檬酸共混。在80°C下將該干燥的共混物與水混合，得到80 % (w/w)固含量的溶液。將所得到的溶液以20 ml/分鐘的速率泵送至微換熱器(Kreuzstromreaktormodul1694-X-19. O, KIT, MVT)，其使產物溫度達到200°C。在70秒停留時間后，聚右旋糖離開微換熱器，并用水稀釋至50 % (w/w)固含量。HPLC分析(ISO 10504:1998-10)顯示聚右旋糖含量為54. 7% (=聚合度為2和更高的低聚物的總和)。實施例3 -供應葡萄糖的水性溶液+再循環聚右旋糖
將結晶無水右旋糖(C*Dex02402)以90:10:1的重量比與固體山梨醇(OSorbidexP16656)和檸檬酸共混。在80°C下將該干燥的共混物與水混合，得到80 % (w/w)固含量的溶液。將所得到的溶液以20 ml/分鐘的速率泵送至微換熱器(Kreuzstromreaktormodul1694-X-19. O, KIT, IMVT)，其使產物溫度達到200 °C。在70秒停留時間后，縮聚產物(=聚右旋糖)離開微換熱器，并噴入收集室。在該步驟期間將水部分蒸發，因此提高干物質含量并進一步提高聚右旋糖的聚合度。將反應物質輸送至第二微換熱器(Kreuzstromreaktormodul 1694-X-19. 0，KIT, MVT)，在這里再次將產物在 200 °C 下加熱70秒。隨后縮聚產物(=聚右旋糖)用水稀釋至50 % (w/w)固含量。HPLC分析(ISO 10504:1998-10)顯示聚右旋糖含量為80. 0% (=聚合度為2和更高的低聚物的總和)，其顯著高于實施例2所見。
權利要求
1.一種用于制備聚右旋糖的方法，所述方法包括以下步驟 a)取葡萄糖 b)加入酸化催化劑用于制備酸性組合物 c)注入所述組合物通過微裝置 d)收集聚右旋糖。
2.權利要求I的方法，其特征在于所述微裝置含有適于碳水化合物的縮聚的微混合器、微換熱器和/或微反應器。
3.權利要求2的方法,其中所述微混合器為動力學微混合器、擴散微混合器、旋風-類型微混合器、多層壓微混合器、集中微混合器或分離-再組合微混合器。
4.權利要求2的方法，其中所述微換熱器為交叉流動微換熱器、逆流流動微換熱器、并流流動微換熱器或電動平行流動微換熱器。
5.權利要求2的方法，其中所述微反應器為與膜、多孔側壁或微分離噴嘴元件集成的微通道裝置。
6.權利要求1-5中任一項的方法,其中所述微裝置在大氣壓或1-40巴范圍的升高的壓力下施用。
7.權利要求6的方法，其中所述組合物和/或聚右旋糖保持在能在壓差下取出水的壓力下。
8.權利要求1-7中任一項的方法，其中在步驟a)和/或b)中還加入多元醇。
9.權利要求1-8中任一項的方法，其中使葡萄糖和/或多元醇熔融。
10.權利要求1-8中任一項的方法，其中所述酸性組合物的干物質含量為50-99%。
11.權利要求ι- ο中任一項的方法，其中收集聚右旋糖，并且已收集的聚右旋糖的干物質含量通過除去水和將聚右旋糖再循環至步驟c)和/或注入通過至少一個其它微裝置而提聞。
12.權利要求1-11中任一項的方法，其中所述組合物通過集成的微混合器預混合或混合。
13.權利要求1-12中任一項的方法，其中所述聚右旋糖在離開微裝置后在微換熱器、微結構蒸發器或微結構蒸汽干燥器中淬火。
14.微裝置用于使葡萄糖縮聚的用途。
15.微裝置的排列，其使得權利要求I的步驟c)的組合物單程-通過，權利要求I的步驟d)的聚右旋糖與權利要求I的步驟c)的組合物再混合，用于所述組合物的多程-通過或完全多程-通過。
全文摘要
本發明涉及通過使用微裝置制備聚右旋糖的方法。本發明還涉及微裝置用于縮聚反應的用途。
文檔編號C08B37/00GK102947346SQ201180017125
公開日2013年2月27日 申請日期2011年1月19日 優先權日2010年1月28日
發明者C.F.屈斯特斯, B.F.斯滕格爾, W.本青格, J.布蘭德納 申請人:卡吉爾公司