LU81710A1 - Procede pour la production de lactulose - Google Patents

Description

La présente invention concerne un nouveau procédé applicable avantageusement à l'échelle industrielle pour la production de lactulose de pureté élevée à partir de lactose.

Le lactulose est connu depuis des années en tant qu’adjuvant * 5 utile dans l'alimentation des enfants et des personnes âgées, par le fait qu'il favorise le développement dans l'intestin d'une flore bifidogène qui prévient et traite différentes formes de dysfonctionnement intestinal. En outre, le lactulose a trouvé au cours de ces dernières années une application intéressante' dans un 10 domaine plus rigoureusement thérapeutique comme coadjuvant dans le traitement des cirrhoses du foie et, de façon générale, comme hépato-protecteur.

Ce produit a reçu un accueil particulièrement favorable 'de la part du,monde medical, en raison du fait que c'est un prody.it 15 d'origine naturel qui est donc dépourvu de toute toxicité aiguë - ou chronique et est exempt d'effets parallèles. . - ·

Toutefois, l'utilisation du lactulose sur une grande échelle a été fortement limitée jusqu'ici par l'impossibilité de le produire au plan- industriel de manière économiquement satisfaisante 20 et avec un degré de pureté compatible avec une'application pharmaceutique.

On sait en particulier (brevet des Etats-Unis n2 3 272*705) que le lactulose peut être obtenu à partir de lactose par épimérisation en présence de bases fortes telles que l'hydrate de 25 sodium et l'hydrate de calcium; ce procédé exige des temps de * réaction’de quelques jours et‘donne des rendements de 15 à 25 5° par rapport au produit converti.* ün autre, document (brevet des Etats-Unis ns 3 546 206) décrit un procédé de préparation'du lactulose avec de'grandes quantités 30 d’aluminates alcalins; abstraction faite de l'incidence de l'alu-minate sur le prix de revient, ce procédé présente l'inconvénient de nécessiter au départ des solutions de lactose diluées (20 - 30?») et, par suite, des volumes importants de substances en réaction et de grandes quantités d'eau qu'il faut évaporer à la fin de la 35 réaction· pour récupérer le lactulçse; eh outre, il est fort compliqué par le fait qu'il nécessite l'élimination de l'aluminate utilisé.

/ De plus, le lactulose est récupéré, sous forme de coudre 4 · . - c.

"amorphe contenant de fortes quantités de lactose, de galactose et d'autres impuretés qu'on ne parvient pas à séparer, sinon au prix de fortes pertes de.produit.

Plus récemment, il a été proposé (brevet autrichien n2 288 5i * 5 d'épimériser le lactose sous forme de lactulose en utilisant des sulfites alcalino-terreux. Bien que ce procédé soit plus satisfai· * '* * sants que les précédents, il aboutit encore à des taux de convers: i , trop bas; en outre, le produit final contient de toute façon une !i forte quantité de lactose et d'autres épimères (20 $ environ) qui 10 rendent très difficiles ‘les opérations ultérieures de purificatioi et de cristallisation du lactulose. .

« , - φ

Or, il a été découvert - et cela fait l'objet de la présente * * invention - un nouveau procédé de préparation du-lactulose à part: de lactQBe, permettant de préparer un produit cristallin de puret{ 15 pharmaceutique', dépourvu de toute odeur et saveur, par un procédé • industriel économique à tous égards, c'est-à-dire sur les plans à( taux de conversion, des rendements, des concentrations des solutic ' t * traitées et obtenue^ des durées de réaction.

j le nouveau procédé faisant l'objet de la présente invention 1 ^ ^ . 20 consiste essentiellement à transformer le lactose eh lactulose pa] | _ chauffage de solutions aqueuses concentrées de lactose monohydratt ; # - en présence de petites quantités d'un phosphite alcalin. "A partir de la solution aqueuse obtenue., on précipite par refroidissement le lactose non converti qui est -réutilisé dans un autre cycle, 1 .25 tandis que 1'•on fait passer le filtrat limpide successivement sur « uhe résine d'échange cationiqUe, puis sur une résine d'échange anionique pour éliminer totalement le phosphite" alcalin présent ei » · * -j les acides organiques qui se sont formés, l'éluat est concentré, ei ; refroidi afin de séparer ëncore un certain pourcentage de lactose 30 n'ayant pas réagi qui précipite et est .filtré, la solution limpidi obtenue contient environ 50 % en poids-de lactulose qui peut être - utilisé tel quel sous forme de solution aquéuse ou être séparé de cette solution par chromatographie en colonne sur le gel de silici suivie d'une évaporation du solvant.

35 Plus précisément, les différentes phases du nouveau procédé . · sont les suivantes : ' 1) On prépare -une solution aqueuse bouillante de lactose mono- I hydraté à une concentration comprise entre 55 et 65 % p/p. A cett< I - * 3 « * solution, on ajoute un phosphite alcalin, .tel quel.ou en solution aqueuse de concentration comprise entre 0,5 et 2 M, de manière à maintenir la concentration du lactose aux alentours de 57 % p/p. C'est-à-dire qu'on ajoute un pourcentage de phosphite égal à ' 5 2,1 - 8,6 ^ par rapport au poids du lactose. Puis on maintient la solution au reflux (température d'ébullition, 1042C environ) pendant une durée comprise entre 20 mn et 240 mn. le temps de réaction • dépend en partie de la quantité de phosphite utilisée, mais il est également lié au degré de conversion que l'on veut obtenir. Avec 10 des temps de 180 mn, on obtient le maximum de conversion utile du • lactose·· qui est de 20 %. Avec des.temps supérieurs,' on obtient une * plus grande conversion du lactose, mais on augmente aussi·la quan tité de produits de caractère acide (mise en évidence· par le’pH de la solution). . ·','*·'· '15 2) La solution résultant de la phase d'épimérisation est refroi- •die a la température ambiante et abandonnée pendant 12 h. · Il se .produit de cette manière une cristallisation de 70 à 80 % du ' 1 * lactose initial n'ayaçt pas réagi qui est séparé par filtration et recyclé.

20. 3) le filtrat limpide est débarrassé du phosphite alcalin et des acides organiques qui se sont formés par passage successif sur une m 9 résine d'échange cationique et Sur une résine d'échange anionique, les résines cationiques qui se sont révélées rigoureusement adéqua- - · tes pour réaliser l'e traitement de désalification sont du type .25 acide fort contenant des groupes sulfoniques. Les résines anioniques * qui se sont révélées rigoureusement adéquates sont du type hase fc faible avec une fonction polystyrèhe polyaminique'.

* * 9 Pour pouvQir passer à travers ces résines, la solution de lactul'ose doit avoir une concentration qui ne dépasse pas 15 % 30 . p/p de sucres et, à cet effet, elle doit, être convenablement diluée à l'eau.

' 4) l'éluat est concentré par évaporation soùs la pression normale jusqu'à un volume égal à 1/6 environ du volume initial.

Par refroidissement à une température de l'ordre de' 4SC et 35 par abandon pendant 24 h, on provoque une nouvelle précipitation de lactose n'ayant pas réagi, que l'on filtre et recycle. j· . La solution filtrée a une teneur en lactulose de 50 % p/p J environ et une teneur en sucres divers (galactose, lactose et - 4 - autres) ne dépassant pas 12 %. Ces solutions se prêtent déjà aux utilisations du lactulose, tant dans le secteur alimentaire que pharmaceutique.

5) La solution de lactulose à 50 % p/p est chromatographiée en 5 colonne de gel de silice, un élimine une petite fraction initial« qui contient le tagatose et le galactose et on recueille l'éluat suivant jusqu'à l’apparition du lactose. La variation de la comp« sition de l'éluat peut être suivie par les méthodes analytiques usuelles (détermination du pouvoir rotatoire, chromatographie en J 10 couche mince, etc.). Dans l'éluat recueilli, le lactulose a une pureté supérieure à 98 % et on peut l'obtenir sous forme cristall: * ne par simple évaporation du solvant.

Le rendement en lactulsoe par rapport au lactose converti es compris constamment entre 60 et 75 %, 115 Le lactulose obtenu par le procédé de la présente invention est absolument dépourvu de coloration.

La possibilité de réaliser le procédé suivant l'invention av de tels résultats améliorés était parfaitement imprévisible, par le fait que des essais d'épimérisation du lactose, menés avec 20 d’autres bases faibles tels que le phosphate bisodique, des hypo-phosphites, l'aniline, la pyridine, la benzylamine, avaient donné des résultats comparables ou inférieurs à ceux qui avaient été 1 décrits pour l'épimérisation du lactose avec les bases fortes et les sulfites alcalins.

25 Afin de mieux illustrer le nouveau procédé faisant l'objet d la présente invention, sans le limiter en aucune manière, il est donné ci-après quelques exemples de réalisation pratique de l'invention.

Exemple 1 30 500 g de lactose sont dissous dans 270 ml d'eau et la soluti est portée à l'ébullition. A cette solution, on ajoute 100 ml de phosphite bipotassique 0,5 M en maintenant l'ébullition pendant 20 ran. A la suite du refroidissement, il précipite 350 g de lact que l'on sépare par filtration. La solution filtrée, diluée avec I 35 500 ml d'eau, est percolée sur une résine cationique Amberlite ! IR-120 16-50 mesh, puis sur une résine anionique Amberlite IPA-93 i 16-50 mesh. L'éluat est concentré par évaporation jusqu'à 150 g.

r Par refroidissement, il précipite 50 g de lactose.

k ο

On obtient par filtration 64 g àe solution contenant 32 g de • lactulose et 7,5 g d'autres sucres.

Exemple, 2 500 g de lactose sont dissous dans 270 ml d'eau et la solutic * 5 est portée à l'ébullition. A cette solution, on ajoute 100 ml de phosphite bisodique 0,5 M en maintenant l'ébullition pendant 20 m A la suite du refroidissement, il précipite 360 g de lactose qui . sont séparés par filtration, la solution filtrée, diluée avec 500 ml d'eau, est percolée sur une résine cationique Amberlite IR-120 10 16-50 mesh, puis sur une résine anionique Amberlite TRA-93 16-50 mesh.‘L* éluat est concentré à 150 g par évaporation.

... * * ' Par refroidissement, il précipite 55 g de lactose..

• On obtient par filtration 75 g de solution contenant 37 “g de lactulose et 9 g d'autres sucres. ·, * ».

15 Exemple' 3 500 g de lactose sont dissous dans 270 ml d'eau et.la solutic est portée àΊ* ébullition. A çette solution, on ajoute 100 ml de \ ** phosphite'bisodique.0,5 M en maintenant l'ébullition pendant 180 i Λ .

A la suite du refroidissement, il précipite 332 g de lactose qui 20 sont séparés par 'filtration, la solution filtrée, diluée avec 600 . ml d'èau, est percolée sur une résine cationique Amberlite IR-120 • « * < 16-50 mesh, puis 'sur une résilie anionique Amberlite IRA-93 ÎL6-50 mesh. . .

l'éluat est'concentré par -évaporation à 200 g.

25 Par refroidissement, il précipite 62 g de lactose.

On'obtient par filtration 118 g de solution contenant 61 g d< lactulose et 14,2 g d'autres sucres.

^ » p

Exemple 4 . . ' .

500 g de lactose sont dissous dans 270 ml d'eau et la soluti< 30 est portée à l’ébullition. A cette solution, on ajoute 100 ml de phosphite bisodique 1 .M en maintenant -l’ébullition pendant 180 mn, ' A la suite du refroidissement, il précipite' 298. g de lactose qui sont séparés par filtration. La solution filtrée, diluée avec 800 ml d'eau, est percolée sur une résine cationique Amberlite IR-120 * .

35 15-50 mesh, puis sur une résine anionique Amberlite IRA-93 16-50 mesh.

. 1' éluat est concentré à 280 g par évaporation.

Par refroidissement, il précipite-85 g de.lactose.

“S

6 «

On obtient par filtration 173 g de solution contenant 88g de lactulose et 19,6 g d’autres sucres.

Exemple 5 Λ 500 g de lactose sont dissous dans 270 ml d'eau et la solution 5 est portée à l'ébullition. A cette solution, on ajoute 100 ml de , phosphite bisodique 2 M en maintenant l'ébullition pendant 180> mn.

A la suite du refroidissement, il précipite 243 g de lactose qui sont séparés par filtration. La solution filtrée, diluée avec 1200 ml d'eau, est percolée.sur.une résine cationique Amberlite IR-120 10 16-50 mesh, puis sur une résine anionique Amberlite IRA-93 16-50 mesh. . · * · L'éluat est concentré- à 500 g par évaporation. . „

Par refroidissement, il précipité*98 g de lactose.

* ' ' t

On obtient 198 g de solution contenant 101 g'de lactulose et 15 22 g d'autres sucres. # 'Exemple 6 · . - · ,500 g de lactose sont dissous dans 270'ml d'eau:nt la solution est p'ortée à l'ébullition. A cette solution, on ajoute 100 ml de

• v I

phosphite bisodique 2 K en maintenant l'ébullitipn pendant 120 mn.

20 A la suite du refroidissement, il précipite 260 g de lactose qui sont séparés par fjltration. La solution filtrée, diluée avec. 1000 % ' ml d'eau, est percolée sur une résine cationique Amberlite IR-120 16-50 mesh, puis sur une résine .anionique Amberlite IRA-93, 16-50. mesh.

25 L'éluat est concentré à 280 g par évaporation.

Par refroidissement, il précipite 92 g de lactose.

« „ On obtient 182 g de solution contenant 93 g de lactulose et 20 g d’autres Sucres.

Exemple 7 - -30 ‘ 500 g de lactose sont dissous dans 270 ml d'eau et la solution est portée à l'ébullition. A cette solution, on ajoute 100 ml de phosphite bisodique 2 M en maintenant l'ébullition pendant 60 mn.

A la suite du refroidissement, il précipite 278 g de lactose qui sont séparés par filtration. La solution filtrée, diluée avec 900 « , | 35 ml d'eau, est percolée sur une résine cationique Amberlite IR-120 16-50 mesh, puis sur une résine anionique Amberlite IRA-93, 16-50 . mesh.

L'éluat est concentré à 260 g par évaporation.

- 7 -

Par refroidissement, il précipite 98 g de lactose.

On obtient 156 g de solution contenant 75 g de lactulose et | 17 g d'autres sucres.

Exemple 8 5 500 g de lactose sont dissous dans 270 ml d'eau et la solutic est portée à l'ébullition. A cette solution, on ajoute 100 ml de phosphite bisodique 1 M en maintenant l'ébullition pendant 180 mn. A la suite du refroidissement, il précipite 298 g de lactose qui sont séparés par filtration. La solution filtrée, diluée avec 80C 10 ml d'eau, est percolée sur une résine cationique faible Amberlite IRC-50 16-50 mesh, puis sur une résine anionique faible Amberlite IRA-93 16-50 mesh. L'ëluat est concentré à 280 g par évaporation.

Par refroidissement, il précipite 76 g de lactose.

On obtient 180 g de solution contenant 89 g de lactulose et 1 15 28 g d'autres sucres. Le produit a une saveur salée douce.

Exemple 9 500 g de lactose sont dissous dans 270 ml d'eau et la solutic est portée à l'ébullition. A cette solution, on ajoute 100 ml de phosphite bisodique IM en maintenant l’ébullition pendant 180 mn. 20 A la suite du refroidissement, il précipite 298 g de lactose qui sont séparés par filtration. La solution filtrée, diluée avec 80( ml d'eau, est percolée sur une résine cationique faible Amberlite IRC-50 16-50 mesh, puis sur une résine anionique forte Amberlite IRA-400 16-50 mesh. L'éluat, qui est alcalin, est concentré à 28( v 25 par évaporation.

Par refroidissement, il précipite 80 g de lactose.

On obtient 177 g de solution contenant 88g de lactulose et 26 g d'autres sucres. Le produit a une saveur douce agréable, ma: il présente une couleur marron en raison de la caramélisation sub: 30 Exemple 10 500 g de lactose sont dissous dans 270 ml d’eau et la solutic est portée à l'ébullition. A cette solution, on ajoute 100 ml de phosphite bisodique 1 M en maintenant l'ébullition pendant 180 mn, A la suite du refroidissement, il précipite 298 g de lactose qui 35 sont séparés par filtration. La solution filtrée, diluée avec 80( ml d'eau, est percolée sur une résine cationique forte Amberlite IR-120 16-50 mesh, puis sur une résine anionique forte Amberlite IRA-400 16-50 mesh. L'éluat, qui est alcalin, est concentré à 281 par évaporation. Par refroidissement, il précipite 84 g de lactose.

On obtient 174 g de solution contenant 87 g de lactulose et * 20 g d'autres sucres, le produit a une saveur douce agréable, mais il présente une couleur brun-jaune en raison de la caramélisation 5 subie.

Exemple 11 0,5 g de solution de lactulose à 50 provenant de l'exemple 51 sont malaxés avec 1 g de gel de silice Merck type 60, 30-70 mesh pour chromatographie en colonne, et on laisse sécher.

10 Ce mélange est placé en tête d*une colonne de chromatographie de 1 cm de diamètre qui est remplie sur une hauteur de 30 cm avec du gel de silice du même type que ci-dessus, préalablement imprégné avec là phase mobile constituée par un’ mélange 85 î 15 v/ÿ de n-propanol ï eau.

, · * i 15 On procède à l'élut ion dans la colonne avec la phase mobile et on recueille des fractions séparées qui sont analysées polari-métriquement et par chromatographie en couche mince.

^Dans des conditions opératoires standard, les premiers 30-35 ml d'éluat contiennent du tagatos^, du galactose et une petite 1 t 20 proportion de lactulose· 4 le lactulose est contenu principalement dans les 40 ml suivants d'éluat. Là chromatographie en couche mince met en évidence • . · que cette fraction a une pureté non inférieure à 98 %, Par évaporation de la solution, on obtient 0,200 g de lactulose cristallin.

25 Pour plus de clarté, les données opératoires et les résultats * , « * obtenus dans les essais décrits dans les exemples qui précèdent ont ' · · été réunis dans le tableau suivant.

\ . ·

Vl · - ,· v'Tr»· . .

7~ . / - % · · é * . % % „ i 9 t

Conditions et résultats des exemples 1 à 10, en partant de 500 g de lactose monohydraté + 270 ml d’eau --->

Exemple Solution Durée de Lactose Eau ajou- Résine ! ns alcaline réaction précipité tée au (cationique/ ajoutée: (mn) en premier filtrat ' anionique) ; 100 ml de (g) (ml) , ---;-;---1-> • 1 JS^HPOj 0,5 M 20 550 500 IH-120/IRA-9 I , 2 Na2HP05 0,5M 20 360 500 ‘ " ! . 3 NagHPOj 0,5M 180 352 600 ' " | 4 , Na2HP05 1 M 180 298 800 - * “ | ' 5 N^BPO’^ 2 M 180 243 . 1200 \ » ; 6 Na2HP03 2 M 120 260 1000 - 7 . Na2HP05 2 M 60 278 ' 900. · 8 Na2HP05 ï M 180 298 800’ ‘ ŒRC-50/IRA-9 9 NagKPO^ 1 M 180 298 800 IRC-50/IRA-4 10 NaoHP0_ 1 M 180 298 800 IR-12Ö/IRA-4

^ O

. % > » * * ' * + Produit incolore, de saveur douce agréable '-H- Produit de couleur brune, de saveur doucte salée L+++ .Produit de couleur brime, de saveur douce agréable ’ » r - . : H * 1 ♦ · \ . ..·'·

IJ

; · (i i; . \ 10 * <-—---—->· . Poids du Lactose Lactose Lactose récupéré Poids de la concentré précipité total en pour être recyclé solution * (g) en second I + II ($) finale (g) (g) (s) <=-_____-;-----:-7->” 150 50 · 400 80· 64 150 55 415 83 .75 200 62 394 - 78,8 Ï18 280 85 '383' 76,6 173 300 : 98 341 68,2 ' 198.

280 92 352 70,4 182 .

260 . 98 376 75,2 156 280 76 374 74,8 180' ► ' 280 - 80' 378 ‘ 75,6 177 - 280 . 84 382 76,4 174 · .

t~'-—:-=-r:-"· ' ! . · . .

. / , / . * / ' · * · * % e *! · m » \

K

# . \ 11 i ! ** r

Composition de la Conversion Rendement de Caractéristi- solution finale utile du lactulose anhy- ques de la , Lactulose Autres lactose ayant dre en kg/lOOkg solution fina- (g) sucres (g) réagi (%) de lactose le de lactulo- _____traité_ se à 30 % 3.2 7,5 32 ' 6,4 + 37' 9 43,5 7,4 ' + 61 14,2 . 57,5 12,2 + 88 19,6 75,2 17,6 +.

101 22 63,5 20,2 '1+ 93 20 62,8 18,6 . + - 75 17 60,5 15,0 + ^ .

.89 '28 70,6 ‘ 17,8 ' - · ++ 88 26 72,1 17,6 ++ 87 20 73,7 17,4 · +++ ---:-^-s-;----- ! ‘ k Ί ____ , t • 1 ‘ '· · » 1 <1 · · ! i ' - .

• 1 m , f Λ » . \ -

Claims (3)

1.- Procédé pour la production de lactulose à partir de lactose, caractérisé en ce qu'une solution aqueuse saturée de lactose mono- hydraté est chauffée au reflux en présence d'un phosphite alcalin * 5 et en ce que le lactulose présent dans la solution obtenue est purifié par passage de cette solution, successivement sur une résine d'échange cationique et sur une résine d'échange anionique, le lactose étant éventuellement séparé par chromatographie sur gel de silice et évaporation de 1'éluat. 10 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ‘ phosphite alcalin est le phosphite de sodium.

5·- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le^ phosphite alcalin est utilisé dans une proportion de 2,1 à 8,6 % # . % par rapport au lactose monohydraté. 15 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution de lactulose est purifiée par passage sur une résine . d'échange catioiiique choisie dans le groupe constitué r.par les résines de type acide fort contenant des groupes sulfoiiiques. 7 > 5·-. Procédé eelon la revendication 1, caractérisé en ce que la 20 solution de lactulose. est purifiée par passage sur une résine d*.échangé anionique choisie dans le groupe constitué par les .résines du type base faible, à fonction polystyrène polÿaminique.

6.- Procédé pour la production de lactulose anhydre selon la . * revendication 1, caractérisé en ce que le lactulose est obtenu à 25 l'état solide par évaporation d'une solution purifiée par voie 4 chromâtographique. - _J --- " ’ - \ y Λ * *