Способ производства лактулозы
LACTULOSE PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к области фармацевтики и пищевой промышленности, а именно к получению лактулозы, которая может быть использована для лечения и профилактики множества заболеваний, в том числе заболеваний желудочно-кишечного тракта, в частности при терапии дисбактериозов кишечника, хронических запоров, сальмонеллеза, заболеваний печени и т.д.
Полезные свойства лактулозы также широко используются при производстве продуктов детского, диетического и геродиетологического питания. Лактулоза обладает спектром полезных для человека свойств: в кишечнике способствует разрастанию полезной микрофлоры, в частности лакто- и бифидобактерий, улучшает всасывание минералов, активизирует работу печени, борется с канцерогенами и токсинами (см. ФЕДОРОВ И.Г. и др. Клинические аспекты применения лактулозы в практике гастроэнтеролога. Трудный пациент, №4, т.10, 2012, с.37-41). Одним из первых применений уникальных физиологических свойств лактулозы, доказанных многочисленными исследованиями, в промышленном производстве стало производство смесей для детского питания, состав которых наиболее близок к женскому грудному молоку. Лактулоза также является перспективной кормовой добавкой, применяемой с целью предупреждения дисбактериозов молодняка сельскохозяйственных животных.
Исходя из вышеперечисленного, лактулоза, применяющаяся в различных областях уже более 30 лет, играет важную роль в поддержании физического здоровья и активной общественной жизни человека.
3
Из уровня техники известны различные способы получения лактулозы. В частности, известен способ получения лактулозы, предусматривающий внесение в нагретый раствор лактозы раствора едкого натрия с концентрацией 10 моль/дм до достижения рН 9,5 - 10,5ед., термостатирование смеси при температуре 68 - 72°C в течение 55-65 мин при поддержании рН на этом уровне путем многократного внесения указанного раствора едкого натрия, охлаждение изомеризованного сиропа очищение и фильтрацию, сгущение раствора лактулозы, кристаллизацию лактозы с последующим отделением ее кристаллов, сгущение раствора лактулозы, пастеризацию и расфасовывание (см. патент RU 2130494 C1, 20.05.1999). Недостатком данного способа является использование химических реагентов для изомеризации лактозы в лактулозу, а также длительность процесса.
Известен также способ получения лактулозы, включающий приготовление водного раствора лактозы 10 - 40%-ной концентрации при 70 - 100°C, подвергание его изомеризации путем электролитической активации до достижения pH 11,5 - 12,5ед., сгущение изомеризованного раствора, кристаллизацию лактозы и отделение кристаллов лактозы от сиропа лактулозы (см. патент RU 2130973 C1, 27.05.1999). Недостатком известного способа является длительность процесса, поскольку он предусматривает внесение кристаллической затравки и выдерживание в течение 12 часов для кристаллизации лактозы и отделения полученных кристаллов лактозы от сиропа лактулозы. При этом конечным продуктом является сироп лактулозы, а не порошкообразная кристаллическая лактулоза.
Техническим результатом предлагаемого способа производства лактулозы является ускорение процесса и получение конечного продукта - порошкообразной кристаллической лактулозы, удовлетворяющего требованиям как пищевой, так и фармацевтической промышленности, без использования химических реагентов.
Этот результат достигается тем, что предложенный способ производства лактулозы, включающий приготовление раствора фармакопейной лактозы и/или рекристаллизацию очищенной фармакопейной лактозы в дистиллированной воде, ее изомеризацию, сгущение изомеризованного раствора, отделение раствора лактулозы и его сушку, характеризуется тем, что раствор лактозы готовят 21-25%-ной концентрации и подготовленный раствор подвергают электрохимической активации без добавления химических компонентов-катализаторов при температуре 40-42°С до достижения pH 11,0-12,0ед., затем проводят изомеризацию полученного сиропа на поточной пастеризационно-охладительной установке (ПОУ) путем его нагрева до 93-95°С и выдерживания в потоке при этой температуре в течение 8-9 минут, причем во время выдержки на 2-й, 4-й и на 6-ой минутах в сироп добавляют ионизированную дистиллированную воду с pH=12ед. и окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП) не выше минус 300 мВ в общем количестве не более 6% от массы сиропа, после чего осуществляют нейтрализацию сиропа путем его электрохимической обработки до pH 3,8 – 6,0ед. при температуре 48-50°С, обесцвечивание сиропа на ионообменных колонках при тех же температурах, сгущение на вакуум-выпарной установке, разделение фракций сиропов лактозы и лактулозы на установках жидкостной хроматографии. Сушку сиропа лактулозы производят методом агломерации в кипящем слое. Часть очищенного отделенного сиропа лактулозы может быть направлена на повторную концентрацию на вакуум-выпарной установке при температуре 60 – 80°С до доли сухих веществ 80-83%, затем полученный сироп направляют на длительную кристаллизацию при пониженных температурах, после чего методом центрифугирования отделяют кристаллы лактулозы и направляют их на сушку в кипящем слое в целях получения лактулозы с чистотой выше 99%. При этом при концентрации сиропа по основному веществу (фармакопейной лактозе) меньше, чем 20% изомеризации значительно ниже 40%, что делает процесс производства достаточно дорогим при использовании жидкостной хроматографии на финальной стадии производства. Использование сиропов с концентрацией по основному веществу выше, чем 30% приводит к тому, что при температурах, при которых происходит реакция ЭХА (40-50°С) в сиропе начинают формироваться центры кристаллизации и идет образование микрокристаллов моногидрата лактозы, что снижает процент выхода лактулозы и существенно увеличивает цветность сиропа из-за меланоидиновых пигментов (образований). Далее, при несении подготовленной дистиллированной воды с рН 12ед. в количестве меньшем, чем указано, то есть менее 6%, эффект снижения цветности исчезает и в итоге получают изомеризованные сиропы с сильной окраской, и тогда для осветления сиропов необходимо использовать ионообменные смоли или уголь (адсорберы) в гораздо большем количестве. Внесение дистиллированной воды в количестве более чем 6% приводит к снижению выхода лактулозы при процессе изомеризации, так как происходит понижение концентрации основного вещества.
Пример 1.
Готовят раствор лактозы в подогретой до 40-42°С дистиллированной воде с концентрацией 21,0% (210 г/л) в объеме 1 л, подвергают полученный раствор электроактивированию до pH 11ед. при температуре 40-42°С. Электроактивированный раствор подвергают изомеризации на поточной ПОУ путем его нагрева до 93-95°С и выдерживания в потоке при этой температуре в течение 8-9 минут, причем во время выдержки на 2-й, 4-й и на 6-ой минутах в сироп добавляют ионизированную дистиллированную воду с pH 12ед. и окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП) не выше минус 300 мВ в общем количестве не более 6% от массы сиропа. После проведения изомеризации осуществляют нейтрализацию сиропа путем его электрохимической обработки до pH 3,8ед. при температуре 48-50°С. Очистку сиропа от красящих и пигментных веществ проводят на ионообменной колонке (с применением ионообменной смолы марки Lewatit S7968) при температуре 48-50°С. Затем осуществляют сгущение сиропа на вакуум-выпарной установке, разделение сиропов лактозы и лактулозы на установках жидкостной хроматографии, сушку сиропа лактулозы производят методом агломерации в кипящем слое. Длительность процесса получения сиропа лактулозы, отделенного от лактозы, составляет около 4,5 часов.
Пример 2.
Готовят раствор лактозы в подогретой до 40-42°С дистиллированной воде с концентрацией 25,0% (250 г/л) в объеме 1 л, подвергают полученный раствор электроактивированию до pH 12ед. при температуре 40-42°С. Электроактивированный раствор подвергают изомеризации на поточной ПОУ путем его нагрева до 93-95°С и выдерживания в потоке при этой температуре в течение 8-9 минут, причем во время выдержки на 2-й, 4-й и на 6-ой минутах в сироп добавляют ионизированную дистиллированную воду с pH 12ед. и ОВП не выше минус 300 мВ в общем количестве не более 6% от массы сиропа. После проведения изомеризации осуществляют нейтрализацию сиропа путем его электрохимической обработки до pH 6ед. при температуре 48-50°С. Очистку сиропа от красящих и пигментных веществ проводят на ионообменной колонке (с применением ионообменной смолы марки Lewatit S7968) при температуре 48-50°С. Затем осуществляют сгущение сиропа на вакуум-выпарной установке, разделение сиропов лактозы и лактулозы на установках жидкостной хроматографии. Затем часть сиропа (например, 50%) направляют на сушку методом агломерации в кипящем слое, а  другую  часть очищенного отделенного сиропа лактулозы (оставшиеся 50%) направляют на повторную концентрацию на вакуум-выпарной установке при температуре 60 – 80°С до доли сухих веществ 80-83%, затем полученный сироп направляют на длительную кристаллизацию при пониженных температурах, после чего методом центрифугирования отделяют кристаллы лактулозы и направляют их на сушку в кипящем слое в целях получения лактулозы с чистотой выше 99%. Длительность процесса получения сиропа лактулозы, отделенного от лактозы, составляет около 5 часов.
Заявленный способ производства лактулозы является экологически безопасным, поскольку в производстве отсутствуют химические реагенты, катализаторы, в частности, не используются анионо- и катионосодержащие ионообменные смолы. При обесцвечивании раствора используется адсорбер, например, костяной прессованный уголь или кокосовый уголь. Соответственно отсутствие электродиализа и смол исключает из технологической цепочки процесс регенерации, основанный на солевых, кислотных и щелочных растворах, которые в последствии подлежат утилизации. Также заявленный способ позволяет сократить время, затрачиваемое на получение сиропа лактулозы, до 4,5-5 часов - по сравнению с 12 часами в RU 2130973 C1, 27.05.1999, а также обеспечивает получение конечного продукта - порошкообразной кристаллической лактулозы, удовлетворяющего требованиям пищевой промышленности, т.е. с чистотой более 98% и без использования химических реагентов.