BR0009229B1

BR0009229B1 - processo de purificação de ácido láctico, em escala industrial.

Info

Publication number: BR0009229B1
Application number: BRPI0009229-0A
Authority: BR
Inventors: Jan Van Breugel; Jan Van Krieken; Baro Agusti Cerda; Lancis Jose Maria Vidal; Vila Margarita Camprubi
Priority date: 1999-03-22
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2012-12-11
Also published as: JP2002540090A; EP1163200B1; CN1344241A; JP2011074084A; AU3575700A; DK1163200T3; BRPI0009229B8; EP1163200A1; BR0009229A; WO2000056693A1; ES2225112T3; DE60014047T2; US6630603B1; ATE276994T1; CN1285559C; DE60014047D1; EP1163200B9; JP6045531B2; JP2014193895A

Description

"PROCESSO DE PURIFICAÇÃO DE ÁCIDO LÁCTICO, EM ESCALA INDUSTRIAL".

A presente invenção se refere a um processo de purificação de ácido láctico, em escala industrial, e a produtos quiralmente extremamente puros, que podem ser obtidos por meio deste processo, e a seus usos.

O ácido láctico é, geralmente, comercializado como uma solução diluída ou concentrada, pois o ácido láctico possui uma forte tendência para formar ésteres intermoleculares (ácido láctico dimérico e polimérico). Além disso, o ácido láctico (mesmo o ácido láctico altamente puro) é fortemente higroscópico. A purificação de ácido láctico, (a mistura racêmica e, em particular, os enanciômeros de ácido láctico), em escala industrial, é um processo complexo e trabalhoso de acordo com a técnica antecedente.

Já se sabe como preparar o ácido láctico, ou o ácido 2-hidróxi- propiônico, por meio de fermentação. Em geral, a preparação fermentativa de ácido láctico compreende, antes de tudo, um estágio de fermentação, no qual um substrato contendo carboidrato, tal que glicose ou sacarose, é convertido a ácido láctico por um microorganismo adequado. Microorganismos conhecidos, que produzem (S)-ácido láctico são várias bactérias do gênero Lactobacillus, por exemplo Lactobacillus casei. Também conhecidos, à parte destes, são os microorganismos que produzem seletivamente ácido (R)- láctico. O produto de fermentação aquoso é depois processado, de tal modo que o ácido láctico seja obtido. A rota de elaboração industrial usual consiste geralmente na remoção da biomassa, seguida por acidulação, purificação e concentração. No caso de (S)-ácido láctico, o ácido láctico assim obtido é suficientemente puro para a incorporação em comestíveis para consumo humano. Ácido (S)- ou (R)-láctico é finalmente obtido por meio deste processo usual pode ter uma pureza enanciomérica de 98%, ou ainda mais alta (isto é 98%, ou mais, do ácido láctico presente consiste de (S)- ou (R)- enanciômero). Entretanto, o produto ainda contém açúcares residuais e outras impurezas. Além disso, o produto possui uma cor amarela e, quando aquecido, se torna castanho ou mesmo preto, devido à decomposição de impurezas. Além disso, o produto possui um odor desagradável. Em adição, no caso de ácido (S)-láctico, as propriedades organolépticas são freqüentemente insatisfatórias. O enanciômero de ácido láctico é, portanto, moderadamente adequado para uso em alimentos, mas inteiramente inadequado para aplicações farmacêuticas e em sínteses de compostos quirais.

Por meio de esterificação seguida por hidrólise, a pureza do

produto pode ser aumentada, de tal modo que ele seja adequado para aplicações farmacêuticas. Como um resultado desta esterificação / hidrólise, a pureza enanciomérica decresce, entretanto, e o ácido láctico contém ainda uma pequena quantidade do álcool usado na esterificação. Exemplos de outros processos de purificação de ácido láctico compreendem submeter soluções aquosas de ácido láctico a um ou mais estágios de extração, destilação (vapor) e/ ou evaporação, estágios de eletrodiálise e cristalizações (vide, por exemplo, Ullmans Encyklopadie der Technischen Chemie, Verlag Chemie GmbH, Weinheim, Quarta Edição, Volume 17, págs 1-7 (1979); H. Benninga uHistory of Lactic Acid Making", Kluver Academic Publishers, Dordrecht - Boston - Londres (1990); C.H. Holten, " Lactic Acid; Properties and Chemistry of Lactic Acid and Derivatives", Verlag Chemie GmbH, Weinheim (1971); The Merck Index, Merck & Co., Inc. décima primeira edição, pág. 842 (1989) ; Rõmmp Chemie Lexiconi G. Thieme Verlag, Stuttgart and New York, nona edição, volume 4, págs. 2792 - 2893 (1991) e os Pedidos de Patente Holandeses 1013265 e 1013682.

A patente alemã 593.657 (concedida em 15 de fevereiro de 1934) descreve um experimento laboratorial, no qual uma solução aquosa de ácido láctico, que continha um excesso do componente (S) e não continha virtualmente anidrido láctico, foi concentrada por meio de uma técnica de evaporação de filme delgado, em pressão reduzida se requerido, o ácido láctico sendo separado no processo a partir de impurezas tendo um ponto de ebulição mais baixo do que aquele do ácido láctico. Então, a solução de ácido láctico concentrada foi rapidamente resfriada para formar cristais. Os cristais foram então separados a partir do líquido mãe, lavados com éter e recristalizados uma quantidade de vezes suficiente a partir de acetato de etila ou clorofórmio ou de um solvente comparáveis para que os cristais exibissem um ponto de fusão exato de 53°C. O conteúdo de ácido láctico total, o conteúdo de ácido láctico monomérico, a pureza quiral do excesso enanciomérico e a cor não são relatados. Além disso, é óbvio para aqueles medianamente versados na arte, que um tal processo não é adequado para a purificação em escala industrial eficiente, especialmente dado o uso de solventes, tais que éter, acetato de etila e clorofórmio, que são solventes inflamáveis e/ ou tóxicos, cujo uso, em urria escala industrial, não é correntemente permitido ou está submetido a padrões muito rigorosos.

H. Borssok, H.M. Huffman, Y-P Liu5 J. Biol. Chem. 102, 449- 460 (1933) descreve um experimento laboratorial, no qual uma mistura aquosa, que continha 50% de ácido láctico com um excesso de ácido (S)- láctico, 30% de anidrido láctico e dímero de ácido láctico e 15% de água, foram submetidos à destilação fracional a cerca de 0,13 mbar e 105°C. A fração média foi subseqüentemente novamente destilada e então resfriada em

r

um banho de gelo/sal para formar uma massa sólida de cristais. E mencionado que a destilação precisa ser executada usando pequenas quantidades, pois quantidades maiores irão resultar em uma perda substancial de produto, devido ao longo tempo de aquecimento. A massa sólida de cristais foi então recristalizada IrÊs vezes a partir de um igual volume de quantidades iguais de éter dietílico e éter diisopropílico, os cristais foram isolados e secados em temperatura ambiente em um secador a vácuo. Deste modo, foi possível obter ácido (S)-láctico tendo um ponto de fosão de 52,7° - 52,8°C, que continha menor do que 0,1% de impurezas, tais que água, anidrido láctico ou dímero de ácido láctico. Novamente, a pureza quiral e a cor não são aqui mencionados. Além disso, é óbvio para aqueles medianamente versados na arte que este processo também não é

adequado para a purificação em escala industrial eficiente.

L.B. Lockwood, D.E. Yoder, M. Zienty, Ann N.Y. Acad,· Sci., 119,

854 (1965) descrevem igualmente a destilação e a cristalização de ácido láctico em uma escal a 1 aboratorial, em que o ponto de fusão do ácido láctico opticamente puro obtido foi de 54°C. A cor e outras propriedades importantes não são relatadas.

Em 1934, Boehringer Ingelheim estudou a cristalização de ácido láctico, mas foi verificado que este processo ιάΘ produzia bons resultados, devido a problemas com a purificação e tratamento adicional. Após a Segunda Guerra Mundial, entretanto, Boehringer Mgelheim provou ser capaz de produzir ácido láctico para aplicações farmacêuticas em uma escala de cerca de 12 a 15 toneladas por mês, com um rendimento de cerca de 77 a 86%. Isto envolveu a purificação de uma solução aquosa de ácido láctico por meio de destilação a vapor em pressão reduzida (cerca de 13 mbar) seguida por cristalização a -25°C, os cristais sendo então dissolvidos em água e a solução sendo tratada com feirocianeto de potássio (para remover metais pesados) e carbono ativado. A pureza quiral ou outras propriedades, tais que a cor e o odor do ácido (S)-láctico assim produzido não são conhecidas. A patente US 5.64.406 mostra um processo para a produção e purificação de ácido lático por troca iônica. Na coluna, linha 67 - coluna 2, linha, é também mostrado que soluções de ácido lático isentas de cátions podem ser evaporadas ou cristalizadas.

Ácido (S)-láctico cristalino foi lançado no mercado em

15 purezas de mais do que 99% por Fluka e Sigma5 por exemplo, (vide, por exemplo, M. L. Buszko, E.R. Andrew, MoL Phys., 76, 83-87 (1992) e T. S. Ing., A.W. Yu, Nagaraja, N. A. Amins S. Ayache, V.C. Gandhi, J. T. Daugirdas, Int. J. Artif. Organs 17, 70-73 (1994)). Ácido (S)- láctico cristalino tendo um conteúdo de água de menos do que 1% „ em peso, é conhecido a partir do Exemplo 1 da EP-A- 563. 455. A estrutura do cristal de ácido láctico é descrita em A. Schouten, J. A. Kanters,, J. van Krieken, J. Mol. Struct. 323, 165-168 (1994).

O ácido láctico pode ser também obtido sinteticamente. Isto é conhecido. O produto da abordagem de preparação sintética, entretanto, é uma mistura racêmica, que contém, portanto, ácido (S)-láctico e ácido (R)- láctico em iguais quantidades. Embora os enanciômeros individuais possam ser separados por meio de técnicas conhecidas, tais que técnicas de separação de diastereoisômero, um dos enanciômeros sendo cristalizado como um sal e o referido sal sendo então reconvertido no ácido láctico enanciomérico, o produto enanciomérico finalmente obtido irá inevitavelmente conter quantidades significativas do outro enanciômero.

Foi verificado que, usando os processos da técnica anterior, a produção de ácido láctico em escala industrial tendo um alta pureza quiral e alta pureza química e, especialmente para aplicações industriais, uma cor e odor aceitável, não é possível.

A invenção refere-se portanto a um processo de purificação de ácido láctico em escala industrial (isto é, uma capacidade de produção de, pelo menos, 1000 toneladas por ano), o processo compreendendo os estágios de:

(a) destilação, sob pressão reduzida, de uma solução de ácido láctico concentrada tendo um conteúdo de ácido total de, pelo menos, 95%, em peso, e um conteúdo de ácido láctico monomérico de, pelo menos, 80%, em peso, com base na solução de ácido láctico concentrada, a razão entre os enanciômeros de ácido láctico na solução de ácido láctico concentrada não sendo igual a I5 para formar um concentrado de ácido láctico, e

(b) submeter o concentrado de ácido láctico a uma cristalização para formar o ácido láctico puro.

O conteúdo de ácido total (TA) é o conteúdo de ácido após a

saponificação de ligações de éster intermolecular com um excesso de base e é determinada por retitulação com ácido. O conteúdo de ácido total representa portanto a quantidade de ácido láctico monomérico, dimérico e polimérico. O conteúdo de ácido livre (FA) é determinado por retitulação com base, isto é, antes da saponificação dos grupos de éster intermolecular. O conteúdo de ácido láctico monomérico (ML) é aqui definido como :

ML = TA - 2 χ (TA-FA) Contanto que TA- FA < 10%. Isto significa que não muito do ácido láctico dimérico ou polimérico precisa estar presente. Além disso, é assumido que o ácido láctico não-monomérico está presente sob a forma de ácido lactoil láctico (dímero).

A pureza quiral (para um excesso de (S)- isômero) é aqui

definida como:

Pureza quiral = 100% χ {[ (S)- isômero] /[(R) - isômero + (S)

- isômero]}

Um outro objeto da invenção é o de prover um processo, que

seja economicamente atraente e tecnicamente exeqüível, e que, no caso de ácido (S)-láctico, também forneça um produto tendo excelentes propriedades organolépticas.

Usando o processo de acordo com a invenção, é possível obter um produto de ácido láctico, que tanto é incolor como quiralmente puro. O grau de coloração é determinado de acordo com a ASTM D 5386-93 e é expresso em "unidades APHA". O processo é adequado para determinar a coloração de líquidos claros. Uma coloração de, no máximo, 10 unidades APHA significa que o líquido em questão possui uma coloração visualmente imperceptível e, conforme percebido a olho nu, é, portanto, incolor. A coloração após aquecimento (por cerca de duas horas sob refluxo) é preferivelmente de, no máximo, 20 unidades APHA.

De acordo com a invenção, é preferível que a solução de

ácido láctico concentrada seja destilada sob pressão reduzida para formar um concentrado de ácido láctico, tendo um teor de ácido total de, no mínimo, 98%, em peso, e preferivelmente de, pelo menos, 99%, em peso, o concentrado de ácido láctico contendo, pelo menos, 95%, em peso, de ácido monomérico, com base no concentrado de ácido láctico, e um resíduo de destilação. Preferivelmente, o concentrado de ácido láctico contém, pelo menos, 98,5%, em peso, de ácido láctico monomérico. A pureza quiral do concentrado de ácido láctico é, preferivelmente, de 90%, ou mais, e mais preferivelmente de 95%, ou mais, e em particular de 99%, ou mais. De acordo com o escopo da invenção, pressão reduzida deve ser entendida como uma pressão na faixa de a partir de 10 a 2000 Pa (0,1 a 20 mbar), e em particular de 20 a 1000 Pa (0,2 a 10 mbar). A temperatura durante a destilação sob pressão reduzida é, preferivelmente, de 100 a 200°C, e em particular de 110 a 140°C. A destilação sob pressão reduzida resulta na remoção de impurezas tendo um alto ponto de ebulição, pois o ácido láctico é obtido como o produto de topo. De acordo com a invenção, esta destilação sob pressão reduzida é executada, em particular, com o auxílio de um aparelho de destilação de trajeto curto. A destilação sob pressão reduzida pode ser também executada a uma pressão de 10 a 2000 Pa (0,1 a 20 mbar), e em particular de 20 a 1000 Pa (2 a 10 mbar), e a uma temperatura de 1OO0C a 200°C, e em particular a uma temperatura de IlO0C a 140°C. A solução de ácido láctico concentrada é preferivelmente colocada em fase de vapor por meio de evaporação por filme, o vapor sendo passado depois a uma coluna de destilação . No processo, a separação em duas frações ocorre sob refluxo, o produto de topo contendo, pelo menos 98%, em peso, do ácido total, preferivelmente pelo menos 99%, em peso, e o resíduo contendo açúcares residuais e ácido láctico polimérico. O produto de topo contém, pelo menos, 95%, em peso, de ácido láctico monomérico, com base no concentrado de ácido láctico. Preferivelmente, o produto de topo contém, pelo menos, 99, 5%, em peso, de ácido láctico monomérico. A pureza quiral deste produto de topo é preferivelmente de 90%, ou mais, mais preferivelmente de 95%, ou mais, e em particular de 99%, ou mais. De acordo com esta modalidade preferida, a evaporação por filme ocorre por meio de evaporação por filme lubrificado, evaporação por filme delgado e / ou evaporação por filme em queda, a coluna ou colunas de destilação tendo um número de bandejas de 1 a 10. O estágio de destilação (a) assegura que o ácido láctico é separado a partir de componentes, tais que açúcares residuais e ácido láctico polimérico, e componentes que conferem uma cor ao ácido láctico impuro. Estes componentes ou impurezas possuem um ponto de ebulição, que é mais alto do que aquele do ácido láctico.

De acordo com a invenção, a solução de ácido láctico concentrada, antes do estágio de destilação (a), pode ser passada através de uma coluna contendo carbono ativado e/ ou através de um trocador iônico, preferivelmente primeiro através da(s) coluna (s) que contém carbono ativado e então através do trocador(es) iônico (s).

A invenção refere-se adicionalmente a ácido láctico, ou a uma solução de ácido láctico, tendo um conteúdo de ácido total de, pelo menos, 99%, em peso, um conteúdo de monômero de, pelo menos, 99%, em peso, uma pureza quiral de, pelo menos, 99%, em peso, e uma cor de, no máximo, unidades APHA, o ácido láctico, ou solução de ácido láctico tendo um odor aceitável, em particular para aplicações farmacêuticas. No caso de uma solução de ácido láctico, o solvente é preferivelmente água, embora outros solventes, tais que alcanóis CrC5 (metanol, etanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-metil-1-propanol, 2-metil-2-propanol, 1-pentanol, 2- pentanol, 3-pentanol, 2-metil-1-butanol, 2-metil-2-butanol, 3-metil-1-butanol, 3-metil-2-butanol e 2,2-dimetilpropanol) são também adequados. A pureza quiral é de, pelo menos, 99%, em particular de, pelo menos, 99,5%, o que corresponde a 99% de excesso enanciomérico ("ee") ou mais elevado. É dada maior preferência ao ácido láctico, ou à solução do mesmo, cuja pureza quiral seja de, pelo menos, 99,8% (isto é, pelo menos 99, 6% de ee). O ácido láctico, ou a solução de ácido láctico satisfaz ainda às seguintes

características:

- conteúdo de álcool: não mais do que 250 ppm (o álcool é metano, etanol, ou algum outro álcool, como o álcool, como tal ou sob a forma de um lactato),

- nitrogênio total: não mais do que 5 ppm, - açúcar total: não mais do que 100 ppm,

- ácidos orgânicos (outros que não ácido láctico): não mais do

que 250 ppm.

O ácido láctico, ou a solução de ácido láctico, representa, em termos de odor, um aperfeiçoamento acentuado para uso em alimentos e uma pureza química mais elevada do que em produtos de acordo com a técnica antecedente.

O ácido láctico de acordo com a invenção pode ser tanto ácido (S)-láctico como ácido (R)-láctico, dependendo do microorganismo usado na fermentação.

Ambos o ácido (S)-láctico e o ácido (R)-láctico, ou suas

soluções, podem muito adequadamente ser usados, devido à sua alta pureza quiral, para sínteses quirais. O ácido (S)-láctico quiralmente puro, ou soluções do mesmo, são altamente adequados, além disso, para uso em preparações farmacêuticas. O ácido láctico quiralmente puro é particularmente adequado, além disso, para a produção de poli (ácido láctico) e /ou copolímeros com poli(ácido láctico).

A invenção refere-se portanto também a uma preparação farmacêutica, que compreende o ácido (S) - láctico acima descrito ou a solução de ácido (S)-láctico.

Preparação da solução de ácido láctico concentrada

De acordo com a invenção, a solução de ácido láctico concentrada, que é submetida à destilação sob pressão reduzida, é preparada a partir de uma alimentação que, em princípio, pode ser qualquer corrente contendo ácido láctico tendo um conteúdo de ácido total de, pelo menos, 80%, preferivelmente de, pelo menos, 90%, com base na corrente de alimentação no total. O conteúdo de ácido láctico monomérico da alimentação é igualmente de, pelo menos, 80%, em peso, e preferivelmente de, pelo menos, 90%, em peso. Ao mesmo tempo, a razão entre os dois enanciômeros de ácido láctico na alimentação precisa não ser igual a 1, o que significa que a corrente de alimentação contendo ácido láctico precisa não compreender uma mistura racêmica de ácido láctico. Um dos dois enanciômeros deve, portanto, estar presente em excesso com relação ao outro enanciômero. Para obter um produto quiralmente puro, é preferível que o ácido láctico monomérico presente na alimentação possua uma pureza quiral de, pelo menos, 90%, mais preferivelmente de, pelo menos, 95%, e, em particular, de 99% ou mais. No último caso, isto significa que, pelo menos, 99% de todo o ácido láctico (= 100%) presente na corrente de alimentação irá consistir de ácido (R)- ou (S)-láctico. A alimentação para o processo de acordo com a invenção pode

ser obtida de vários modos. No caso da preparação sintética de ácido láctico, alimentações adequadas podem ser obtidas submetendo-se o produto racêmico da síntese a uma separação enanciomérica, de tal modo que seja obtido um produto, no qual um enanciômero está presente em excesso com relação ao outro enanciômero, e que contém, pelo menos, 80%, em peso, de ácido total é, pelo menos, 80%, em peso, de ácido láctico monomérico. As técnicas de separação de enanciômeros são conhecidas.

Nos processos de fermentação existentes para preparar ácidc láctico, correntes de alimentação adequadas para o processo de acordo com a presente invenção podem ser obtidas muito efetivamente por meio de um estágio de concentração, que compreende, pelo menos, a ebulição de uma corrente de ácido láctico diluído. Além da ebulição, ou em vez da ebulição, outros estágios de concentração podem ser também empregados, por exemplo, tratamentos, nos quais é feito uso de membranas ou de peneiras moleculares. Em princípio, a alimentação pode ser qualquer corrente a partir do estágio de processo após a fermentação, por exemplo, a corrente de produto pode ser obtida a partir do estágio de purificação. Bons resultados são obtidos submetendo-se uma corrente contendo ácido láctico diluída, que contém de 5 a 30%, em peso, de ácido láctico, a um estágio de concentração.

A operação de concentração da corrente contendo ácido láctico, diluída, pode ser executada de qualquer modo adequado. Durante o estágio de concentração de ácido láctico, se aplica, preferivelmente, uma condição em que a temperatura não precise ser muito alta, de modo a evitar a polimerização do ácido láctico. A operação de ebulição é, portanto, preferivelmente executada a uma pressão reduzida de 10 a 50 kPa (de 100 a 500 mbar). A ebulição pode ser executada em um ou mais estágios.

A corrente contendo ácido láctico, diluída, em particular, é concentrada em um primeiro estágio de concentração, em um ou mais evaporadores de filme em queda e/ou evaporadores de filme delgado e/ou evaporadores de filme lubrificado, a pressão sendo de 10 a 50 kPa (100 a 500 mbar), e em particular de 20 a 40 kPa (200 a 400 mbar), e a temperatura sendo de 25° a 140°C, e mais preferivelmente de 40°C a IOO0C, e, em particular, de 50°C a 70°C. No referido primeiro estágio de concentração, impurezas tendo um ponto de ebulição mais baixo do que aquele do ácido láctico, por exemplo, de ácido fórmico, são removidas por evaporação. O produto de base obtido possui um teor de ácido total de, pelo menos, 80%, em peso, e preferivelmente de, pelo menos, 90%, em peso, um teor de monômero de, pelo menos, 80%, em peso, e preferivelmente de, pelo menos, 90%, em peso, e uma pureza quiral de, pelo menos, 90%, em peso, e preferivelmente de, pelo menos 95% e, em particular, de 99%.

Preferivelmente, o produto do primeiro estágio de concentração é submetido a um segundo estágio de concentração antes que o estágio de destilação (a) seja executado. O segundo estágio de concentração é, preferivelmente, executado a uma temperatura de 80°C a 150°C, e, em particular, a uma temperatura de IOO0C a 140°C, e a uma pressão de 5 a 250 kPa (50 a 250 mbar), e, em particular, a uma pressão de 6 a 15 kPa (60 a 150 mbar). O segundo estágio de concentração e, preferivelmente, executado de tal modo que a solução seja colocada na fase de vapor por meio de evaporação por filme e o vapor seja passado a uma primeira coluna de destilação. No processo, a separação em duas frações ocorre sob refluxo, o produto de topo contendo água, componentes que são menos voláteis que o ácido láctico e, no máximo, 1%, em peso, de ácido láctico, e preferivelmente, no máximo, 0,1% de ácido láctico, e o produto de base tendo um teor de ácido total de, pelo menos, 95%, em peso, preferivelmente de, pelo menos, 98%, em peso, de ácido láctico (com base no produto de base total). O produto de base possui um teor de monômero de, pelo menos, 80%, em peso, e preferivelmente de, pelo menos, 95%, em peso, e uma pureza quiral de, pelo menos, 90%, em peso, e preferivelmente de, pelo menos, 95%, em peso, e, em particular, de, pelo menos, 98%, em peso. A evaporação por filme é, preferivelmente, efetuada por meio de evaporação por filme lubrificado, evaporação por filme delgado e/ou evaporação por filme em queda, sendo que a coluna ou colunas de destilação têm um número de bandejas de 1 a 10. O resíduo do estágio de destilação (a) é reciclado ao interior do processo a montante do estágio de cristalização (Β). O resíduo de destilação é preferivelmente submetido a um estágio de despolimerização antes que o referido resíduo seja reciclado ao interior do processo, particularmente porque o resíduo contém oligômeros ou polímeros de ácido láctico, deste modo permitindo com que o rendimento do processo seja aumentado.

A despolimerização é preferivelmente executada em uma mistura de a partir de 30 a 70%, em peso, preferivelmente de 40 a 60%, em peso, de uma corrente aquosa, que preferivelmente contém de 80 a 100%, em peso, de água, e de 70 a 30%, em peso, preferivelmente de 60 a 40%, em peso, do resíduo do segundo estágio de destilação sendo aquecidos por um período de a partir de 1 a 10 horas, sob pressão atmosférica, em uma temperatura de 60° a IOO0C. Estágio de cristalização (b)

Em princípio, as técnicas de cristalização conhecidas podem ser empregadas. Um exemplo de uma tal técnica é a cristalização de fusão (cristalização por resfriamento), que envolve o resfriamento direto do condensado, concentrado líquido, ou destilado contendo o ácido (S)- ou (R)-láctico no estado fundido, de tal modo que o ácido (S)- ou (R)-láctico seja cristalizado. É preferível manter a temperatura, na qual a cristalização ocorre (a temperatura de cristalização) tão baixa quanto possível, de tal modo que a formação de oligômeros e polímeros de ácido láctico seja, tanto quanto possível, limitada.

A cristalização de fusão é um processo, no qual um material cristalino é obtido a partir de uma fusão do material a ser cristalizado. Esta técnica é inteiramente descrita, por exemplo, em Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Quarta Edição, Volume 7, págs. 723-727 (1993), em J. W. Mullin, aCrystallization", Terceira Edição Revista, Butterwort- Heinemann Ltd., págs 309-323 (1993), e em J. Ullrich e B. Kallies, Current Topics in Crystal Growth Research, 1 (1994), que são aqui incorporados como referências. A maior vantagem da cristalização de fusão, comparada com a destilação, é a de que é requerida menos energia, pois a entalpia da fusão de compostos orgânicos é geralmente mais baixa do que a entalpia da evaporação. Além disso, outra vantagem da cristalização de fusão, comparada com a destilação, é a de que o processo geralmente pode ser executado em temperaturas muito mais baixas, o que é vantajoso se o composto orgânico for termicamente instável.

A cristalização de fusão pode ser executada com o auxílio de uma cristalização de suspensão ou de uma cristalização de camada, possivelmente em conjunção com uma coluna de lavagem ou uma centrífuga, ou alguma outra técnica de purificação. Exemplos de equipamento e de processos adequados são descritos em Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Quarta Edição, Volume 7, págs 723-727 (1993), em J. W. Mullin, "Crystallization", Terceira Edição Revisada, Butterworth- Heinemann Ltd., págs 309-323 (1993), e em J. Ullrich e B. Kallies, Current Topics in Crystal Growth Research, 1 (1994), cujos conteúdos são aqui incorporados por referência.

Foi também verificado que a cristalização de uma solução aquosa fornece resultados muito bons. Com este tratamento de cristalização, a solução de ácido láctico concentrada é diluída com água e é então submetida a um ou mais ou mais estágios de cristalização por resfriamento e/ ou evaporação. Com estas técnicas, o concentrado ou destilado é diretamente resfriado (cristalização por resfriamento) ou concentrado por evaporação do solvente, que é usualmente água (cristalização por evaporação). A força de acionamento para a cristalização no caso da técnica de cristalização por resfriamento é a de efetuar a supersaturação do ácido láctico concentrado pela redução da temperatura da solução de ácido láctico concentrada. Devido à temperatura mais baixa da solução, a solubilidade diminui, e pode resultar a supersaturação. A força de acionamento para a cristalização com a técnica de cristalização por evaporação é efetuar a supersaturação na solução de ácido láctico concentrada por evaporação do solvente (aumentando a concentração em temperatura constante). Isto significa que o resfriamento ou evaporação do solvente (usualmente água), respectivamente, resulta na remoção efetiva do calor da cristalização. Durante o resfriamento ou evaporação da água, ocorre então a cristalização do ácido láctico.

Outra técnica de cristalização altamente adequada é a cristalização adiabática, em que a força de acionamento para a cristalização é a de efetuar a supersaturação na solução de ácido láctico concentrada sem que calor seja removido ou suprido. Isto envolve a redução da temperatura da solução concentrada (o solvente se evapora) e o aumento da concentração de ácido láctico (dois efeitos: (a) o solvente é evaporado e (b) a temperatura da solução de ácido láctico concentrado cai, como um resultado do que a solubilidade diminui e pode resultar a supersaturação).

De acordo com a invenção, o estágio de cristalização (b) é preferivelmente executado por cristalização adiabática ou cristalização por resfriamento, em particular por meio de cristalização adiabática. Preferivelmente, a cristalização envolve a adição de cristais de semente à solução de ácido láctico concentrada.

O ácido láctico, que foi cristalizado, pode ser então separado a partir do líquido remanescente, (ou líquido mãe) nos modos conhecidos de separação de sólido-líquido.

Exemplos de técnicas de separação adequadas para separar os cristais de ácido láctico a partir do líquido mãe são centrifugação, decantação, filtração, separação com o auxílio de uma ou mais colunas de lavagem, ou combinação de duas ou mais destas técnicas. Dentro do escopo da invenção, foi verificado que a centrifugação é particularmente eficaz.

O líquido mãe obtido ainda contém quantidades consideráveis de ácido láctico. Para o controle ótimo do processo, é, portanto, preferível reciclar o referido líquido mãe para o interior do processo de produção.

Os cristais de ácido láctico obtidos, tendo sido isolados, são imediatamente dissolvidos em um solvente adequado, geralmente água, para evitar que os cristais de ácido láctico higroscópicos formem grumos. A concentração da solução de ácido láctico assim obtida pode, em princípio, ter qualquer valor desejado. Na prática, isto irá variar, geralmente, de 30 a 95%, em peso. Concentrações encontradas comercialmente são de 80 a 90%, em peso.

De acordo com a invenção, a modalidade do processo, que é particularmente preferida é a seguinte: (1) pelo menos um estágio de concentração da alimentação para produzir uma solução de ácido láctico concentrada, (2) um estágio de destilação sob pressão reduzida da solução de ácido láctico concentrada em um aparelho de destilação de trajeto curto, e (3) cristalização adiabática do produto obtido na destilação. A invenção será agora ilustrada através de exemplos:

Exemplo 1

Uma solução de ácido láctico em água (67,8%, em peso, do ácido láctico) foi concentrada, com o auxílio de destilação por filme delgado a uma pressão de 10 Pa (0,1 bar) e a uma temperatura 120°C, e com uma vazão de 10 ml/min, para produzir um concentrado contendo 97,1%, em peso, de ácido láctico. O concentrado foi depois destilado usando um aparelho de destilação de trajeto curto (UIC, KDL-4), a uma pressão de 100 Pa (1 mbar) e a uma temperatura de 13O0C, a uma vazão de 15 ml/min. O produto obtido era virtualmente incolor. Uma quantidade de 319 g do destilado obtido foi depois diluída com 15 ml de água e, durante um período de 6 horas, ela foi resfriada a partir de 38,5°C até 28,5°C. A suspensão de cristal obtida no processo foi separada em cristais e em licor mãe com o auxílio de uma centrífuga de laboratório. O rendimento foi de 143 g (45%). Os cristais foram dissolvidos em uma pequena quantidade de água para análises adicionais (vide Tabela 1). Vi

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3> Exemplo 2

Um cristalizador equipado com um vaso agitado de 60 1 e um banho de termostato NESLAB RTE 111 foi carregado com 27,5 kg de ácido (R)- láctico recém destilado (vide Exemplo 1). O ácido láctico foi diluído com 0,76 kg de água para reduzir a temperatura de cristalização. A temperatura de inseminação do ácido láctico diluído foi determinada e verificada como sendo de 39,5°C. Uma suspensão de cristal de semente foi preparada por uma mistura de 60 g de cristais de ácido (R)- láctico e 5 g de água desionizada sendo misturada por 15 minutos em velocidade máxima em moinho de esferas laboratorial (Retsch SI).

A mistura no cristalizador foi resinada a 39,3°C, e 35 g da suspensão de cristal de semente foram adicionados. Os cristais de semente foram deixados crescer sem resfriamento por um período de 30 minutos. Durante este período a temperatura subiu para 39,4°C. Um programa de resfriamento linear foi iniciado após 30 minutos: de 39,5°C a 25°C por 16 horas. Em uma temperatura de 26,0°C, o programa de resfriamento foi interrompido, à medida em que a viscosidade da suspensão se tornou muito alta. A suspensão foi agitada por um adicional de 6 horas, e foi então centrifugada (Merck : Ferrum, 10 minutos, velocidade : 550). Os cristais de ácido láctico resultantes (13,3 kg, rendimento de 48%, com base no ácido láctico) e a maior parte do líquido mãe (13,5 kg) foram coletados; uma pequena fração do líquido mãe permaneceu na centrífuga. Uma pequena porção dos cristais obtidos foi diluída a 90% e dissolvida com aquecimento. Os resultados das análises estão apresentados na Tabela 2. TABELA 2

Cor Cor após Pureza Ácido N total teste de quiral total calor (APHA) (APHA) (%)c (%P) (ppm) Alimentação 240 810 95,4 97,0 BO Licor mãe 310 91,0 - - Produto (como 90%) 13 20 99,76 - <5

A conclusão a partir deste experimento é a de que sem pureza quiral ótima da alimentação' é possível obter ácido láctico cristalino tendo uma pureza quiral de mais do que 99,5%. O rendimento, com base no ácido láctico, é de 48%. A reciclagem do líquido mãe permite facilmente que este seja elevado para cerca de 60%. Exemplo 3

Este exemplo descreve testes gustativos e olfativos do produto de acordo com a invenção. Os testes comparativos foram executados como testes triangulares. Os testes descritivos foram executados por meio de classificação em termos de descritores estabelecidos. Odor

Os testes descritivos das amostras de ácido láctico foram executados em uma quantidade de estágios. No primeiro caso, usando um grupo de 20 pessoas, foi compilada uma lista de descritores, que permitiu com que as amostras separadas fossem descritas. Isto foi seguido por uma breve sessão de treinamento, na qual estas pessoas foram treinadas quanto ao reconhecimento dos descritores. Finalmente, as amostras separadas foram classificadas em termos de vários descritores, sendo feito uso de uma escala hedonística de 1- 7 (uma escala amplamente usada em análise descritiva). Com o auxílio das listas de classificação, uma avaliação final das amostras de ácido láctico foi executada. Esta avaliação é uma representação de tendências com relação ao odor das amostras. Os resultados estão apresentados na Tabela 3. (1: muito fraco; 7 : muito forte; os produtos de referência estão comercialmente disponíveis). TABELA 3

Ácido lático Ácido lático Ácido lático (de acordo com a invenção) (referência 1) (referência 2) Suavemente ácido 4 „ _ a n.p. n.p. Fortemente ácido n.p. 2 2 Doce n.p. n.p. 3 Álcool/Éster 2 n.p. 6 Queimado n.p. n.p. 5 Lactato de etila n.p. n!p. n.p. Sulfuroso n.p. 5 n.p. Mofado n.p. 6 6 Gordtiroso n.p. 7 n.p.

n.p. não presente (valor 0)

Sabor

A Tabela 4 mostra os resultados dos testes gustativos.

TABELA 4

Ácido lático (de acordo com a invenção) Fresco, suavemente acídico, sem sabor estranho Ácido lático (referência 1) Possui um gosto estranho (amendoins, gorduroso), sem sabor ácido como com o ácido láctico de acordo com a invenção. Ácido lático (referência (2) Bom sabor. Sem sabor estranho. Sabor ácido mais forte do que o ácido láctico de acordo com a invenção.

Estes testes demonstram que o ácido láctico de acordo com a invenção, comparado com os ácidos de referência, possui um odor agradável, suavemente ácido. O odor é suavemente ácido em caráter com um componente de odor auxiliar de álcool/éster. O ácido láctico de acordo com a invenção possui alta pureza. O sabor é frescamente ácido. Não existe gosto estranho. O ácido láctico (referência 1) possui um odor forte (gorduroso, sulfuroso, mofado). O ácido láctico (referência 2) contém muitos componentes de odor e um aroma forte, e não é puro. O sabor do ácido láctico (referência 2) é bom, mas é mais forte do que aquele do ácido láctico de acordo com a invenção.

Claims

1. Processo de purificação de ácido láctico, em escala industrial, caracterizado pelo fato de compreender os estágios de: (a) destilação, sob pressão reduzida, de uma solução de ácido láctico concentrada em água, tendo um teor de ácido total de, pelo menos,95%, em peso, e um teor de ácido láctico monomérico de, pelo menos, 80%, em peso, com base na solução de ácido láctico concentrada, a razão entre os enanciômeros de ácido láctico na solução de ácido láctico concentrada não sendo igual a 1, para formar um concentrado de ácido láctico, em que a destilação sob pressão reduzida é executada a uma pressão de 10 a 2000 Pa (0,1 a 20 mbar) e a uma temperatura de IOO0C a 200°C, e (b) submeter o concentrado de ácido láctico a uma cristalização para formar um ácido láctico puro, em que a cristalização é conduzida por diluição do concentrado de ácido láctico com água e realização da cristalização em um ou mais cristalizadores de resfriamento, e/ou cristalizadores de evaporação.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a destilação sob pressão reduzida da solução de ácido láctico concentrado é conduzida: (i) em um aparelho de destilação de trajeto curto; ou (ii) tornando a solução de ácido láctico concentrada em uma fase vapor por evaporação em filme e passando a fase vapor por uma coluna de destilação.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o resíduo da destilação é reciclado para o processo a montante do estágio de cristalização (b).

4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução de ácido láctico concentrada, antes do estágio de destilação (a), é passada por uma coluna contendo carvão ativado.

5. Processo de acordo com a reivindicação caracterizado pelo fato de que a solução de ácido láctico concentrada, antes do estágio de destilação (a), é passada por um trocador iônico.

6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a solução de ácido láctico concentrada, antes do estágio de destilação (a), é passada por uma coluna que contém carvão ativado e depois por um trocador iônico.

7. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na etapa (b) "sementes" de cristalização são adicionadas ao concentrado de ácido lático.

8. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o estágio (b) é executado por cristalização por resfriamento, ou por cristalização adiabática.

9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o estágio (b) é executado por cristalização adiabática.

10. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a corrente de produto do estágio de cristalização (b) é separada, por meio de uma separação sólido-líquido, preferivelmente por centrifiigação, em um licor mãe e cristais de ácido láctico.

11. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o concentrado de ácido láctico tendo um teor de ácido total de, pelo menos, 95%, em peso, e um teor de ácido láctico monomérico de, pelo menos, 80%, em peso, com base na solução de ácido láctico concentrada, a razão entre os enanciômeros de ácido láctico na solução de ácido láctico concentrada não sendo igual a 1, é submetido à cristalização por evaporação ou cristalização adiabática.

12. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução de ácido láctico concentrada é obtida a partir de ácido láctico preparado por fermentação.