Un procedimiento para la recuperación de galactosa a partir de una solución procedente de biomasa vegetal utilizando etapas de fraccionamiento cromatográfico y cristalización.

Un procedimiento de recuperación de galactosa a partir de una solución procedente de biomasa vegetal que contiene galactosa y arabinosa que comprende:

someter dicha solución a fraccionamiento cromatográfico por lo que el fraccionamiento cromatográfico comprende una o más etapas de fraccionamiento cromatográfico utilizando un material de relleno de la columna seleccionado de resinas de intercambio aniónico fuertemente básicas donde la forma iónica se selecciona de SO4 2-, SO3 2- y HSO3 -

y

una o más etapas de fraccionamiento cromatográfico utilizando un material de relleno de la columna seleccionado de resinas de intercambio catiónico fuertemente ácidas,

en cualquier secuencia deseada,

recuperar al menos una fracción enriquecida en galactosa que tiene un contenido en galactosa de 38 a 95% de SSR,

someter al menos dicha fracción enriquecida en galactosa a cristalización, y

recuperar un producto de galactosa cristalina de origen vegetal que tiene una pureza superior al 90% en SS.

Un procedimiento para la recuperación de galactosa a partir de una solución procedente de biomasa vegetal utilizando etapas defraccionamiento cromatográfico y cristalización Campo de la invención La invención se refiere a un procedimiento de recuperación de galactosa a partir de una solución que contiene la misma, especialmente a partir de soluciones procedentes de biomasa vegetal que contienen galactosa como una mezcla con otros azúcares e hidratos de carbono. El procedimiento de la invención proporciona galactosa cristalina de origen no animal, especialmente D-galactosa cristalina vegetal.

Antecedentes de la invención La galactosa es un monosacárido, que se encuentra principalmente en el azúcar de la leche o lactosa, donde la galactosa está unida a la glucosa. En algunos productos lácteos agrios, la lactosa se ha descompuesto en glucosa y galactosa.

La galactosa tiene muchas aplicaciones en el campo farmacéutico y en la tecnología de los alimentos. En el campo farmacéutico, la galactosa es útil por ejemplo como intermedio farmacéutico para varios medicamentos. Además, la galactosa también es útil como estabilizador en soluciones intravenosas para uso médico. En la tecnología de los alimentos, la galactosa ha encontrado utilidad por ejemplo, como posible fuente de energía en bebidas para deportistas. La galactosa es también útil en medios de cultivo celular como nutriente o como inductor en la fermentación.

La galactosa como norma se obtiene por hidrólisis de la lactosa (un disacárido que consiste en glucosa y galactosa) , que se encuentra en los productos lácteos, tales como la leche. Recientemente, por ejemplo debido a la enfermedad de la EEB, existe unmayor interés en producir galactosa de origen no lácteo ni animal.

La patentebritánica nº 925 380, Joseph Donelly (publicada el 8 de mayo de1963) describeun procedimiento basado en la cristalización para la purificación de (D) (+) -galactosa anhidra en bruto, que ha sido producida por degradación de un oligosacárido, tales como lactosa, melibiosa y rafinosa. El proceso de purificación comprende la disolución de la galactosa en bruto en alcohol metílico o alcohol etílico o una mezcla de ambos con agua, la eliminación de las impurezas no disueltas y la recuperación de la galactosa de la solución por cristalización, opcionalmente seguida de recristalización. No se ha publicado la pureza del producto galactosa.

El documento WO 99/53088, Deva Processing Services Ltd. (publicado el 21 de octubre de 1999) describe un procedimiento para la producción de galactosa a partir de disacárido o polisacárido que contiene galactosa, tal como lactosa, por hidrólisis y tratamiento enzimático. La galactosa obtenida por este procedimiento no está cristalizada. En la referencia se dice que es extremadamente difícil separar contaminantes de galactosa demanera que se obtendría galactosa con una pureza de grado farmacéutico.

La galactosa es bastante rara en materiales vegetales, pero se ha encontrado en no muy abundantes cantidades en varias plantas como una mezcla de varios componentes con otros azúcares e hidratos de carbono. La galactosa se ha encontrado por ejemplo en los recursos demadera, donde la galactosa está presente como una mezcla con otros hidratos de carbono y componentes de la lignina. Las hemicelulosas de madera blanda son especialmente ricas en galactosa. La galactosa también se ha encontrado en diversas gomas naturales ymateriales a base de pectina.

Los recursos de madera, por ejemplo, pueden así ser posibles fuentes para la recuperación de galactosa vegetal. Las lejías residuales obtenidas de los procesos ácidos de fabricación de pasta de madera, especialmente las lejías de los procesos de fabricación de pasta de madera blanda pueden mencionarse como ejemplos de posibles materiales de partida parala recuperación de galactosa.

En el estado de la técnica se sabe recuperar galactosa a partir de diversas materias primas de origen vegetal utilizando métodos seleccionados por ejemplo, de extracción, hidrólisis y tratamiento con adsorbentes e intercambiadores catiónicos y aniónicos, seguido de cristalización. Los métodos cromatográficos para la recuperación de soluciones que contienen galactosa a partir de materiales de origen vegetal también se conocen en el estado de la técnica. Sin embargo, estos métodos cromatográficos para la recuperación de soluciones que contienen galactosa generalmente proporcionan galactosa como una mezcla con otros azúcares estrechamente relacionados. No se harecuperado galactosa de dichas mezclas de azúcar.

El documento EP 1 046 719 A1, Cargill B.V. (publicado el 25 de octubre de 2000) expone que los azúcares raros, por ejemplo arabinosa, ramnosa, fucosa y manosa no son deseados en las preparaciones de galactosa, porque la presencia de estos componentes limitará por ejemplo, el alcance de las aplicaciones de alimentos en las que se pueden usar los preparados de galactosa. La publicación EP describe un procedimiento basado en la hidrólisis para la fabricación de D-galactosa a partir de una composición de legumbres que contiene oligosacáridos que contiene Dgalactosa principalmente en combinación química con D-glucosa y/o D-fructosa. El material que contiene oligosacárido normalmente procede de semillas de soja, colza o girasol o de una de sus mezclas. En los ejemplos,

se recuperó un preparado que contiene D-galactosa en una cantidad de 3 a 10% referida al peso en seco. Según el ejemplo 4 de la referencia, el contenido de D-galactosa del preparado puede aumentarse por cromatografía. El preparado de galactosa obtenido por el proceso no está cristalizado.

Las patentes de EE.UU. nº 6.451.123 B1 y WO 00/42225 A1, Saska, M., Board of Supervisors of Louisiana State University of Agricultural and Mechanical College (publicado el 17 de septiembre de 2002) describe un método para separar un hidrato de carbono seleccionado de xilosa, manosa, galactosa, arabinosa, glucosa, xilitol, arabitol, galactitol y manitol a partir de una fase acuosa que comprende dicho hidrato de carbono y al menos otro componente no idéntico (un azúcar o un alcohol de azúcar) . La fase acuosa de la que se separan los hidratos de carbono puede ser, por ejemplo, una lejía demadera blanda, una lejía demadera dura o uno de sus hidrolizados. Se expone de que la separación se lleva a cabo utilizando una resina de intercambio aniónico de base fuerte en forma aniónica, que es distinta de la forma hidroxilo. La resina utilizada para la separación se acondiciona con una concentración suficiente de iones hidroxilo. En una aplicación típica del método, se utiliza una resina en forma de cloruro. En este proceso, no se recupera galactosa.

La patente de EE.UU. nº 6.451.123 B1 mencionada anteriormente se refiere a la separación de manosa/galactosa con un catión ácido fuerte seleccionado de Ca2+ y Pb2+ (página 2, Tabla II, líneas 65 y 66) descrita por Caruel H. et al.

Caruel H. et al. han estudiado la separación de carbohidratos en "Carbohydrate separation by ligand-exhange liquid chromatography: correlation between the formation of sugar-cation complexes and the elution order", J. Chromatography 558 (1) , págs. 89-104 (1991) . Se expone que la separación de hidratos de carbono (hexosas, pentosas y polioles correspondientes) se estudió por cromatografía líquida usando intercambio de ligandos en una columna de resina de intercambio catiónico de ácido fuerte con agua como eluyente. Se probaron siete cationes (Ca2+, Sr2+, Ba2+, Pb2+, Y3+, La3+ y Pr3+) .

La patente de EE.UU. nº 3.471.329, Laevosan-Gesellschaft Chem. Pharm Industrie Dr. Frank y Freudl (publicada el 7 de octubre 1969) describe un procedimiento para la separación de diferentes azúcares a partir de una mezcla de los mismos, que comprende hacer reaccionar una resina de intercambio catiónico con hidrazina, y a continuación poner en contacto con una solución hidroalcohólica de dicha mezcla de azúcares con la resina de intercambio catiónico que contiene hidrazina, seguido por lavado de la resina que contiene azúcar para fraccionar los azúcares y obtener cada uno de los azúcares presentes en dicha mezcla de azúcar en las diferentes fracciones. La resina de intercambio catiónico puede contener grupos activos muy ácidos, tales como grupos sulfato, carboxilo o fosfito. La separación de fructosa y galactosa se describe en el ejemplo 3 de dicha referencia. También se expone en el ejemplo 3 que las fracciones de galactosa dieron galactosa pura cristalizada después de la cristalización. Sin embargo, la solución de alimentación no es un hidrolizado de hemicelulosa.

La patente de Estados Unidos nº 5.084.104, Cultor Ltd., Heikkilä et al. (publicada el 28 de enero de 1992) describe un procedimiento... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de recuperación de galactosa a partir de una solución procedente de biomasa vegetal que contiene galactosa y arabinosa que comprende:

someter dicha solución a fraccionamiento cromatográfico por lo que el fraccionamiento cromatográfico comprende una o más etapas de fraccionamiento cromatográfico utilizando un material de relleno de la columna seleccionado

-

de resinas de intercambio aniónico fuertemente básicas donde la forma iónica se selecciona de SO42-, SO32-y HSO3

y una o más etapas de fraccionamiento cromatográfico utilizando un material de relleno de la columna seleccionado de resinas de intercambio catiónico fuertemente ácidas,

en cualquier secuencia deseada,

recuperar al menos una fracción enriquecida en galactosa que tiene un contenido en galactosa de 38 a 95% de SSR, someter al menos dicha fracción enriquecida en galactosa a cristalización, y recuperar un producto de galactosa cristalina de origen vegetal que tiene una pureza superior al 90% en SS.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en donde la forma iónica de dichas resinas de intercambio aniónico fuertemente básicas es HSO3-.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1, en donde dicho fraccionamiento con resinas de intercambio aniónico fuertemente básicas comprende dos etapas con una resina en forma de HSO3-.

4. Un procedimiento según la reivindicación 1, en donde la forma iónica de dicha resina de intercambio aniónico fuertemente ácida se selecciona de Ba2+, Pb2+, Ca2+ y Sr2+.

5. Un procedimiento según la reivindicación 1, en donde la forma iónica de dicha resina de intercambio aniónico fuertemente ácida es Ba2+.

6. Un procedimiento según la reivindicación 1, en donde el fraccionamiento cromatográfico proporciona un rendimiento de galactosa de 35 a 95%.

7. Un procedimiento según la reivindicación 1, en donde la cristalización se lleva a cabo utilizando un disolvente seleccionado de agua y unamezcla de agua y alcohol comodisolvente de cristalización.

8. Un procedimiento según la reivindicación 7, en donde el disolvente de cristalización es una mezcla de etanol y agua.

9. Un procedimiento según la reivindicación 8, en donde el disolvente de cristalización es agua.

10. Un procedimiento según la reivindicación 1, en donde la cristalización proporciona galactosa cristalina con una pureza superior al 95% en SS.

11. Un procedimiento según la reivindicación 1, en donde la cristalización proporciona galactosa cristalina con una pureza superior al 98% en SS.

12. Un procedimiento según la reivindicación 1, en donde la cristalización proporciona galactosa cristalina con una pureza superior al 99, 5% en SS.

13. Un procedimiento según la reivindicación 1, en donde la cristalización proporciona galactosa cristalina con un contenidomáximo de D-glucosa 0, 50% en SS.

14. Un procedimiento según la reivindicación 1, en donde la cristalización proporciona galactosa cristalina con un contenidomáximo de D-glucosa 0, 30%.

15. Un procedimiento según la reivindicación 1, en donde la cristalización proporciona galactosa cristalina con un perfil de impurezas que comprende arabinosa y opcionalmente al menos un azúcar seleccionado de xilosa y manosa.

16. Un procedimiento según la reivindicación 15, en donde la cristalización proporciona galactosa cristalina, donde el perfil deimpurezas comprende al menos uno de dichos azúcares en una cantidad del 0, 03% omás en SS.

17. Un procedimiento según la reivindicación 16, en donde la cristalización proporciona galactosa cristalina, donde el perfil deimpurezas comprende arabinosa en una cantidad del 0, 03% o más en SS.

18. Un procedimiento según la reivindicación 17, en donde la cristalización proporciona galactosa cristalina, donde el perfil deimpurezas comprende manosa en una cantidad del 0, 03% omás en SS.

19. Un procedimiento según la reivindicación 15, en donde la cristalización proporciona galactosa cristalina, donde el perfil deimpurezas comprende al menos uno de dichos azúcares en una cantidad del 0, 10% omás.

20. Un procedimiento según la reivindicación 1, en donde el procedimiento comprende además una o más etapas de purificación seleccionadas de filtración en membrana, intercambio iónico, evaporación y filtración llevadas a cabo antes, después o entre dicha (s) etapa (s) de fraccionamiento cromatográfico.

21. Un procedimiento según la reivindicación 1, en donde el procedimiento comprende además cristalización entre dichas etapas defraccionamiento cromatográfico.

22. Un procedimiento según la reivindicación 21, en donde dicha cristalización comprende cristalización por precipitación de xilosa.

23. Un procedimiento según la reivindicación 1, en donde dicha biomasa vegetal es un hidrolizado procedente de material demadera.

24. Un procedimiento según la reivindicación 23, en donde dicha biomasa vegetal es un hidrolizado procedente de 15 madera blanda o madera dura.

25. Un procedimiento según la reivindicación 1, en donde dicha solución procedente de biomasa vegetal es una lejía residual obtenida de un proceso de fabricación de pasta de papel.

26. Un procedimiento según la reivindicación 25, en donde dicha lejía residual obtenida de un proceso de fabricación de pasta de papel es una lejía residual de un proceso de fabricación de pasta de papel al sulfito.

27. Un procedimiento según la reivindicación 26, en donde dicha lejía residual de fabricación de pasta de papel al sulfito es una lejía residual de fabricación de pasta de papel al sulfito recuperada después de la separación de la parte principal de xilosa.

28. Un procedimiento según lareivindicación 1, en donde dicha galactosa es D-galactosa.

29. Un procedimiento según la reivindicación 15, en donde dicha xilosa es D-xilosa, dicha arabinosa es L-arabinosa 25 ydichamanosaesD-manosa.