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CN114630814A - 使用水溶剂结晶从水性溶液中回收甲羟戊酸或其盐或内酯的方法及其组合物 - Google Patents

使用水溶剂结晶从水性溶液中回收甲羟戊酸或其盐或内酯的方法及其组合物 Download PDF

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CN114630814A CN202080075511.3A CN202080075511A CN114630814A CN 114630814 A CN114630814 A CN 114630814A CN 202080075511 A CN202080075511 A CN 202080075511A CN 114630814 A CN114630814 A CN 114630814A
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Abstract

提供了用于从水性溶液产生有机酸或其盐或内酯的结晶形式的组合物和方法。更具体地，提供了用于从水性溶液产生甲羟戊酸的盐(也称为X‑MVA)的结晶形式的方法，这些方法包括使包含所述X‑MVA的水性溶液经受纯化步骤以产生纯化溶液，以及通过水溶剂结晶从所述纯化溶液中使所述X‑MVA结晶。还提供了用于从包含X‑MVA的水性溶液产生甲羟戊酸内酯的方法，这些方法包括使包含所述X‑MVA的水性溶液经受阳离子交换，从而将所述包含X‑MVA的水性溶液转化为包含甲羟戊酸内酯(MVL)的水性溶液。还提供了用于产生甲羟戊酸内酯一水合物晶体的方法。

Description

使用水溶剂结晶从水性溶液中回收甲羟戊酸或其盐或内酯的 方法及其组合物
本申请要求于2019年8月28日提交的美国临时申请号62/892760、2020年4月20日提交的美国临时申请号63/012492的权益，每个申请通过引用以其全文并入本文。
技术领域
本公开涉及有机酸分离技术领域，并且更具体地涉及用于使用水溶剂结晶从水性溶液中回收有机酸及其盐或内酯的方法。
背景技术
用于从溶液诸如发酵培养基中分离和纯化有机酸的已知工艺非常复杂，并且通常涉及有机溶剂萃取步骤或固相吸收。
通过使用各种微生物发酵含碳水化合物的底物生成的有机酸诸如羧酸的工业用途的重要方面是从这些水性发酵溶液中移出和纯化有机酸或其盐或内酯的成本效益和效率，这些水性发酵溶液不仅含有有机酸或有机酸盐或内酯，还含有另外的有机酸、其他发酵副产物、微生物及其成分以及底物的残余物，诸如糖、蛋白质、脂质和其他痕量有机和无机化合物。
从发酵培养基中纯化微生物产生的有机酸的经典方式是通过降低培养基的pH，以及使用部分可混溶的有机溶剂进行液/液萃取来使目标酸质子化。(Organic LaboratoryTechniques[有机实验室技术],第3版第49-67页.Ralph Fessenden,Joan Fessenden,Patty Feist 2001,Brooks/Co le出版社)。
US2014/0371486描述了一种用于使用固相吸附从发酵培养基中纯化羧酸的方法。该方法包括从发酵培养基中除去生物质和存在的任何固体，通过纳滤精细清洁无生物质且无固体的发酵培养基，以及通过吸附到具有叔氨基的一个或多个固相上从精细清洁的无生物质且无固体的发酵培养基中移出羧酸。KR20180070117描述了一种用于使用磷酸从生物合成的甲羟戊酸产生甲羟戊酸内酯的方法。
US5034105描述了一种从琥珀酸盐的不饱和溶液中使琥珀酸结晶的方法，该方法使所述盐溶液经受电渗析以形成过饱和溶液，之后通过向所述溶液中添加有效量的乙酸以增强琥珀酸的结晶来使琥珀酸的过饱和溶液结晶。
这些方法的缺点是向工艺提供了额外的物质，这些物质必须不再存在于目标产物中，或者目标产物中痕量的这些物质可能导致产物的质量和适用性受到限制。这些方法的实际实现方式在一些情况下还与相当大的技术复杂性和相当大的能量消耗相关联。
因此，仍然需要开发用于纯化和回收有机酸及其盐和内酯以及用于产生有机酸及其盐或内酯的结晶形式的更有效、可靠、环境友好且/或经济上可行的工艺。
发明内容
提供了用于从水性溶液产生有机酸或其盐或内酯的结晶形式的组合物和方法。在一个方面，公开了结晶甲羟戊酸内酯*一水合物(MVL*H2O)和结晶出甲羟戊酸内酯*一水合物(MVL*H2O)的方法。
更具体地，在一个方面，本说明书提供了一种用于从水性溶液产生甲羟戊酸的盐(也称为X-MVA)的结晶形式的方法，该方法包括使包含所述X-MVA的水性溶液经受纳滤以产生渗透物以及通过水溶剂结晶从所述渗透物中使所述X-MVA结晶(图1A)。
在另一方面，本说明书提供了一种用于从水性溶液产生水溶性甲羟戊酸内酯的方法，其中该方法包括：a)通过以下步骤从水性溶液产生甲羟戊酸的盐的结晶形式：使包含所述甲羟戊酸的盐(X-MVA)的水性溶液经受纳滤以产生渗透物，以及通过水溶剂结晶从所述渗透物中使所述甲羟戊酸的盐结晶以产生所述甲羟戊酸的盐的晶体；以及，b)将(a)的晶体溶解在水中以产生水溶性甲羟戊酸的盐，并使所述液体经受阳离子交换，从而将所述水溶性甲羟戊酸的盐转化为水溶性甲羟戊酸内酯(图1B)。
在又另一方面，本说明书提供了一种用于从包含甲羟戊酸盐的盐(X-MVA)的水性溶液产生甲羟戊酸内酯的方法，该方法包括使包含所述甲羟戊酸的盐的水性溶液经受阳离子交换，从而将所述包含甲羟戊酸的盐的水性溶液转化为包含甲羟戊酸内酯(MVL)的水性溶液，以及任选地通过将所述溶液浓缩从所述水性溶液产生高纯度(>90％纯度)的MVL，从所述浓缩溶液产生甲羟戊酸内酯*一水合物(MVL*H2O)，以及将甲羟戊酸内酯*一水合物(MVL*H2O)晶体溶解在水中，以获得高纯度的MVL溶液(图2)。
还提供了用于产生甲羟戊酸内酯*一水合物(MVL*H2O)的结晶形式的组合物和方法。
在本文中示出了本公开的这些方法和组合物的额外的实施例。
附图说明
从构成本申请的一部分的以下详细说明和附图中可以更全面地理解本公开。
图
图1A描绘了用于从水性溶液产生甲羟戊酸的盐(X-MVA)(诸如但不限于Na-MVA)的结晶形式的方法的示意性表示，该方法包括使包含所述甲羟戊酸的盐(Na-MVA)的水性溶液经受纳滤以产生渗透物以及通过水溶剂结晶从所述渗透物中使所述甲羟戊酸的盐结晶。水溶剂结晶包括蒸发渗透物以获得包含浓缩X-MVA的浆液，之后冷却所述浆液以产生甲羟戊酸的盐的晶体(诸如Na-MVA晶体)。
图1B描绘了用于从水性溶液产生水溶性甲羟戊酸内酯(MVL)的方法的示意性表示，其中该方法包括将经由图1A中描述的方法获得的甲羟戊酸的盐的晶体(诸如Na-MVA晶体)溶解在水中以产生水溶性甲羟戊酸的盐(X-MVA)，以及使所述液体经受阳离子交换从而将所述水溶性甲羟戊酸的盐(X-MVA)转化为水溶性甲羟戊酸内酯(MVL)，以及任选地经由蒸发使水溶性甲羟戊酸内酯浓缩。
图2描绘了用于从包含甲羟戊酸的盐(X-MVA)的水性溶液产生甲羟戊酸内酯的方法的示意性表示，该方法包括使包含所述甲羟戊酸的盐的水性溶液经受阳离子交换，从而将所述包含甲羟戊酸的盐的水性溶液转化为包含甲羟戊酸内酯(MVL)的水性溶液，以及任选地将所述溶液浓缩成浆液，当在低于约23℃的低温下储存时，该浆液可以产生甲羟戊酸内酯*一水合物晶体。甲羟戊酸内酯*一水合物晶体可以任选地进一步溶解在水中并浓缩以产生高度浓缩且纯的MVL液体(>90％纯度)。
图3。该图片示出了甲羟戊酸内酯*一水合物(MVL*H2O)晶体的典型形状。
具体实施方式
提供了用于使用水溶剂结晶从水性溶液中回收有机酸及其盐和内酯的组合物和方法。在一个方面，公开了结晶甲羟戊酸内酯*一水合物(MVL*H2O)和结晶出甲羟戊酸内酯*一水合物(MVL*H2O)的方法。
更具体地，在一个方面，本发明的目的是提供一种用于从含有甲羟戊酸的盐(X-MVA)的溶液中回收甲羟戊酸的盐(X-MVA)的方法。在另一方面，本发明的目的是提供一种用于从含有甲羟戊酸的盐(X-MVA)、甲羟戊酸内酯(MVL)、甲羟戊酸内酯*一水合物(MVL*H2O)或其组合的溶液中回收甲羟戊酸内酯(MVL)的方法。用于回收甲羟戊酸的盐和/或回收甲羟戊酸内酯的整个工艺可以优选在不使用有机溶剂的情况下在水性溶液中进行。
本文所述的方法可以产生高纯度MVL产物(>90％纯度)，该产物具有像水一样的外观，几乎没有或没有颜色形成。因此，通过本文所述的方法产生的MVL可以规模化用于大规模制造，并且针对个人护理行业特别令人感兴趣，其中如果高度纯化的MVL产物是无色透明的，几乎没有或没有有色污染物存在的痕迹，则其具有较大的价值。
此具体实施方式仅旨在使本领域的其他技术人员熟悉申请人的发明、其原理以及其实际应用，以使得本领域的其他技术人员可以其多种形式来改编和应用本发明，因为它们可能最适合于特定用途的要求。此具体实施方式及其具体例子在指示某些实施例的同时仅旨在出于说明的目的。因此，本说明书不限于所描述的实施例，并且可进行各种修改。
将本文件组织成若干部分以便于阅读；然而，读者将领会的是，在一个部分中进行的陈述可能适用于其他部分。以这种方式，用于本公开的不同部分的标题不应被解释为限制。
本文提供的标题并非对本发明的组合物和方法的各个方面或实施例进行限制，这些方面或实施例可通过将说明书作为一个整体来参考而得到。因此，把说明书作为一个整体参考时，以下即将定义的术语得以更全面地定义。
除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明组合物和方法所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。虽然类似于或等同于本文描述的那些的任何方法和材料也可以用于本发明的组合物和方法的实践或测试中，但现在将对代表性示例方法和材料进行描述。
在本说明书中引用的所有出版物和专利都通过引用并入本文，就好像每个单独的出版物或专利被具体地并单独地指示为通过引用并入，并且通过引用并入本文从而结合引用的出版物来公开和描述这些方法和/或材料。
定义
在说明书以及在整个实例和权利要求书中，使用了以下定义：
术语“甲羟戊酸(MVA)”或“(R)-甲羟戊酸”在本文中可互换使用，并且是指化学式为C6H12O4且摩尔质量为148.16g/mol的(3R)-3,5-二羟基-3-甲基戊酸。甲羟戊酸的羧酸根阴离子称为甲羟戊酸根。如本文所述的甲羟戊酸是具有生物活性的R-对映体。
术语“甲羟戊酸的盐”或“甲羟戊酸盐”或“X-MVA”在本文中可互换使用并且是指甲羟戊酸的盐，其中X是阳离子并且MVA是甲羟戊酸的羧酸根阴离子(因此是X-MVA)。甲羟戊酸的盐可以选自由甲羟戊酸钠(Na-MVA)、甲羟戊酸钾(K-MVA)、甲羟戊酸铵(NH4-MVA)、甲羟戊酸锂(Li-MVA)、甲羟戊酸的任何其他单价盐或其任何一种组合组成的组。
术语“甲羟戊酸内酯”或“(R)-甲羟戊酸内酯”或“MVL”在本文中可互换使用并且是指(R)-3-羟基-3-甲基-δ-戊内酯。
本文所述的水性溶液包括含有相互转化以达到平衡浓度的有机酸和有机酸内酯的溶液。例如，甲羟戊酸和甲羟戊酸内酯趋于相互平衡。在本说明书中，除非另有说明，否则含有有机酸的溶液也确实含有内酯形式。
甲羟戊酸内酯一水合物也称为MVL*H2O。
SAC是指强酸阳离子交换树脂。
WAC是指弱酸阳离子交换树脂。
DS是指以按重量计％表示的干物质含量。干物质可以通过卡尔费休(KarlFischer)水滴定法测定。
RDS是指折光干物质含量，根据水性糖溶液折光指数与DS之间的相关性，以按重量计％表示。
IX或IEX是指离子交换工艺
BV/h是指通过柱或操作装置中含有的离子交换材料的体积流速。BV是指床体积，即柱或操作装置中含有的指定离子形式的离子交换材料的体积。
纯度是指按DS或RDS计的组分(诸如Na-MVA、MVL、MVL*H2O)含量。面积％计算程序报告色谱图(诸如HPLC色谱图)中每个峰的面积占所有峰的总面积的百分比。例如，至少90％的甲羟戊酸内酯纯度是指使用色谱分析，对应于MVL的峰面积(在这种情况下为90)相对于总的峰面积(100)的百分比。可以通过使用HPLC(Rezex ROA-Organic Acid H+(8％)柱)测量纯度。
HPLC是指高效液相色谱。
甲羟戊酸钠纯度是指甲羟戊酸钠(就如同所有甲羟戊酸、甲羟戊酸盐和甲羟戊酸内酯都呈甲羟戊酸钠形式)的量除以干物质的总量。
甲羟戊酸内酯纯度是指甲羟戊酸内酯(就如同所有甲羟戊酸、甲羟戊酸盐和甲羟戊酸内酯都呈甲羟戊酸内酯形式)的总量除以干物质的总量。
甲羟戊酸盐收率是指目标部分(诸如纳滤渗透物或离心滤饼)中甲羟戊酸盐的量除以进料部分(诸如纳滤进料或离心进料)中甲羟戊酸盐的量，就如同所有甲羟戊酸、甲羟戊酸盐和甲羟戊酸内酯都呈甲羟戊酸盐形式。
甲羟戊酸内酯收率是指目标部分(诸如阳离子交换产物或离心滤饼)中甲羟戊酸内酯的量除以进料部分(诸如阳离子交换进料或离心进料)中甲羟戊酸内酯的量，就如同所有甲羟戊酸、甲羟戊酸盐和甲羟戊酸内酯都呈甲羟戊酸内酯形式。
颜色是指根据糖分析统一方法国际委员会(“ICUMSA”)糖颜色分级系统的颜色值。
DSC热谱图是通过使用梅特勒托利多(Mettler Toledo)DSC822e差示扫描量热仪测量的。测量在标准40μL铝坩埚中在流速为80mL/min的流动的氮气气氛中进行。温度范围为0-50℃，并且加热速率为2℃/min。
通过使用带有100mm比色皿和Na 589光的安东帕(Anton Paar)MCP 300Sucromet，在20℃的温度下从甲羟戊酸内酯浓度为2g/100mL的水性溶液中测量旋光度。
缩写的含义如下：“sec”意指秒、“min”意指分钟、“h”或“hr.”意指小时、“d”意指天、“μL”意指微升、“mL”意指毫升、“L”意指升、“μM”意指微摩尔、μm意指微米、“mM”意指毫摩尔、“M”意指摩尔、“mmol”意指毫摩尔、“μmole”意指微摩尔、“kg”意指千克、“g”意指克、“μg”意指微克、“ng”意指纳克、“U”意指单位、“bp”意指碱基对、以及“kb”意指千碱基。
起始材料
所述方法中使用的溶液包含有包含有机酸或其盐或内酯的水性溶液。更具体地，在一个方面，起始材料是至少包含MVA和/或一种甲羟戊酸的盐(X-MVA)的水性溶液。在一个方面，起始材料是包含甲羟戊酸内酯(MVL)或甲羟戊酸内酯一水合物(MVL*H2O)的水性溶液。起始材料可以选自例如源自发酵的液体和/或含有MVA、甲羟戊酸的盐、甲羟戊酸内酯、甲羟戊酸内酯一水合物或其任何一种组合的水性溶液。
在一些实施例中，水性溶液包含(或者全部或部分地源于)发酵产物。在一些这样的实施例中，水性溶液是(或者全部或部分地源于)用于制备要纯化的MVA、X-MVA和/或MVL的发酵产物。在一些实施例中，发酵包括在包含碳水化合物的水性培养基中培养重组微生物，该重组微生物包含编码能够产生MVA、X-MVA和/或MVL的一种酶(或多种酶)的至少一个重组多核苷酸序列。发酵工艺的产物可以称为发酵“产物”或“培养基”。该产物除了包含要纯化的X-MVA和/或MVL之外典型地还包含多种成分，包括，例如，一价和二价盐、糖、寡糖、单糖、氨基酸、多肽、蛋白质、有机酸、核酸等。水性溶液可包含来自发酵的一些醇或其他溶剂。
通常可用于产生MVA的酶的例子包括MvaE(乙酰辅酶A乙酰转移酶/HMG辅酶A还原酶)和MvaS(羟甲基戊二酰辅酶A合酶)。mvaE基因编码具有硫解酶和HMG辅酶A还原酶活性的多肽(MvaE)。mvaS基因编码具有HMG辅酶A合酶活性的多肽(MvaS)。能够产生MVA(和相应的核苷酸序列)的酶可以源自但不限于格氏李斯特菌(Listeria grayi)、粪肠球菌(Enterococcus faecalis)(粪链球菌(Streptococcus faecalis))、屎肠球菌(Enterococcus faecium)、鹑鸡肠球菌(Enterococcus gallinarum)和铅黄肠球菌(Enterococcus casseliflavus)。
发酵培养基可以是从能够产生MVA或MVL的任何生物体的发酵获得的培养基。在一些实施例中，发酵培养基是从大肠杆菌(Escherichia coli)发酵获得的培养基。在一些方面，起始水性溶液可以是pH中性的发酵培养基，诸如但不限于从用大肠杆菌发酵获得的发酵培养基，其中所述发酵培养基包含甲羟戊酸作为盐。起始水性溶液也可以是低pH(pH3-5)的发酵培养基，其中所述发酵培养基包含部分呈酸形式和部分作为甲羟戊酸的盐的甲羟戊酸。发酵培养基可以是澄清的发酵培养基，其中澄清是通过进料发酵培养基的超滤获得的。
在一些实施例中，要纯化的有机酸是MVA，并且MVA起始溶液包含(或者全部或部分地源于)发酵工艺的产物，其中发酵工艺包括在水性培养基中培养重组微生物，该重组微生物包含
编码MvaE和MvaS的重组多核苷酸序列。
可以通过预涂层过滤、微滤、离心或超滤中的至少一种从所述发酵培养基中除去生物质和任何不溶性固体来使发酵培养基澄清。超滤可以有益于例如除去大生物分子，诸如内毒素、蛋白质、核酸和脂多糖。
可以将细胞生物质从发酵产物分离，例如，通过利用过滤、离心、沉降和/或适合于除去细胞生物质的其他过程进行。
纳滤
如本文所述，在一个方面，本发明的目的是一种用于从水性溶液产生甲羟戊酸的盐(也称为X-MVA或甲羟戊酸X)的结晶形式的纯化方法，该方法包括使包含所述甲羟戊酸的盐(X-MVA)的水性溶液经受纳滤以产生渗透物以及通过水溶剂结晶从所述渗透物中使所述甲羟戊酸的盐结晶(还参见图1A和实例1-4)。
纳滤(NF)是基于压力驱动的膜过滤工艺。纳滤提供两个部分：保留物和渗透物。
在本发明的一个方面，NF工艺旨在将甲羟戊酸的盐(诸如但不限于甲羟戊酸钠、甲羟戊酸钾、甲羟戊酸锂、甲羟戊酸铵或甲羟戊酸的其他单价盐)纯化为渗透物(也称为滤液)。来自该工艺的保留物(也称为浓缩物)是含有消泡剂、内毒素、颜色组分、二价盐和较大分子的废物。在本发明的一个实施例中，使用水性溶液作为纳滤的进料以获得具有高含量甲羟戊酸的盐的渗透物(渗透物中至少60％甲羟戊酸钠，实例1-4)和仅少量废物材料。
起始水性溶液可以是pH中性的发酵培养基，诸如但不限于从用大肠杆菌发酵获得的发酵培养基，其中所述发酵培养基包含甲羟戊酸作为盐。起始水性溶液也可以是低pH(pH3-5)的发酵培养基，其中所述发酵培养基包含部分呈酸形式和部分作为甲羟戊酸的盐的甲羟戊酸。
根据本发明的纳滤可以作为批处理工艺或连续工艺进行。
纳滤典型地在5至80℃、优选30至75℃、并且最优选50至70℃范围内的温度下进行。纳滤中的压力典型地在5至60巴、优选10至50巴、并且最优选20至45巴的范围内。pH可以在1至10、优选3至9、并且最优选6至9的范围内。pH取决于起始溶液的组成和用于纳滤的膜以及要回收的组分的稳定性。如有必要，可以在纳滤之前将起始溶液的pH调节至所希望的值。
纳滤典型地以1至100l/m2h的通量、优选以2至50l/m2h的通量、并且最优选以3至12l/m2h的通量进行，这取决于纳滤进料的浓度和粘度。
用于本发明的纳滤膜可以选自聚合膜和无机膜，其具有的MgSO4保留率为50至99％(在25℃，2g/l浓度，8巴，pH 6下)，优选70至99％(在25℃，2g/l浓度，8巴，pH 6下)，更优选80至98％(在25℃，2g/l浓度，8巴，pH 6下)，最优选90至98％(在25℃，2g/l浓度，8巴，pH 6下)。在一个方面，纳滤膜是纳滤膜XN45，其具有的MgSO4保留率为约92-98％。
具有99％的MgSO4保留率或更高MgSO4保留率的纳滤膜具有过高的单价盐保留率和低MWCO，并且因此具有过高的X-MVA盐保留率。具有<90％MgSO4保留率的MgSO4保留率的膜不提供一样高的纯度，因为小的二价盐也通过。
在一些实施例中，膜的分子量截止值(MWCO)在约100至约700道尔顿MWCO膜的范围内，诸如但不限于TriSep XN45膜。TriSep XN45膜的特征是300-500道尔顿MWCO膜。在一些实施例中，膜具有在约150至约400道尔顿范围内的分子量截止值(MWCO)。在一些实施例中，膜具有在约150至约300道尔顿范围内的分子量截止值(MWCO)，诸如但不限于苏伊士(Suez)duratherm EXL DL和DK膜。苏伊士duratherm EXL DL和DK膜的特征是150-300道尔顿MWCO膜。MWCO和MgSo4保留率都是选择纳滤膜的重要参数。在一个方面，用于所述工艺的膜是具有大于150Da的MWCO以及高二价盐截留率(>90％MgSO4)的纳滤膜，诸如但不限于TriSepXN45型膜。
在一些实施例中，膜具有在约100至约900道尔顿范围内的分子量截止值(MWCO)和在25℃下约50％至99％的MgSO4保留率。在一些实施例中，膜具有在约150至约500道尔顿范围内的分子量截止值(MWCO)和在25℃下约80％至99％的MgSO4保留率。在一些实施例中，膜具有在约150至约300道尔顿范围内的分子量截止值(MWCO)和在25℃下约98％至99％的MgSO4保留率。
本发明中有用的纳滤膜可具有负电荷或正电荷。膜可以是离子膜，即它们可以含有阳离子或阴离子基团，但即使是中性膜也是有用的。纳滤膜可选自疏水膜和亲水膜。
纳滤膜的典型形式包括螺旋缠绕膜。膜构型也可以选自例如平板、管和中空纤维。也可以使用“高剪切”膜，诸如振动膜和旋转膜。膜的形状可以是管状、螺旋的或平的。
本发明中有用的纳滤设备包括至少一个纳滤膜元件，该纳滤膜元件将起始材料(进料)分成保留物和渗透物部分。纳滤设备典型地还包括用于控制压力和流量的装置，诸如泵和阀以及流量和压力计和控制器。该设备还可包括以不同组合并联或串联地布置在一个压力容器中的若干个纳滤膜元件。
纳滤中X-MVA(甲羟戊酸的盐，例如像甲羟戊酸钠)的收率按存在于起始材料中的甲羟戊酸钠计典型地大于70％，优选大于80％，并且最优选大于90％。
渗透物中的甲羟戊酸钠含量按DS计大于50％，优选按DS计大于60％，更优选按DS计大于70％，并且最优选按DS计大于80％。
可以通过蒸发或本领域已知的任何方式使纳滤渗透物进一步浓缩，以进一步使甲羟戊酸的盐浓缩，诸如但不限于在减压下蒸发(真空蒸发)以产生浓缩的水性浆液。浓缩的水性浆液中的甲羟戊酸钠含量可以按DS计大于60％，优选按DS计在65％-95％之间。
纳滤渗透物可以经受选自离子交换、蒸发、电渗析和过滤的进一步纯化步骤。这些进一步的纯化步骤可以在所述膜过滤之前或之后进行。
此外，可对回收的甲羟戊酸的盐部分进行一个或多个进一步步骤，诸如蒸发、浓缩、过滤、离子交换、活性炭处理、无菌过滤、结晶、中间结晶、纳滤和色谱分级。回收的一个或多个甲羟戊酸的盐部分可根据所述部分的纯度以不同的方式进行处理。
在一些实施例中，对从纳滤和/或浓缩的水性浆液收集的渗透物进行随后的结晶步骤。
在一个方面，如本文所述，该方法是一种用于从水性溶液产生甲羟戊酸的盐(X-MVA)的结晶形式的方法，该方法包括使包含所述甲羟戊酸的盐的水性溶液经受纯化步骤，其中所述纯化步骤产生包含纯度为至少60％的X-MVA的纯化溶液，以及通过水溶剂结晶从所述纯化溶液中使所述甲羟戊酸的盐结晶，其中所述纯化步骤包括使包含所述甲羟戊酸的盐的水性溶液经受纳滤以产生渗透物，其中所述渗透物包含纯度为至少60％的X-MVA。
可替代地，在一个方面，该方法是一种用于从水性溶液产生甲羟戊酸的盐(X-MVA)的结晶形式的方法，该方法包括使包含所述甲羟戊酸的盐的水性溶液经受纯化步骤，其中所述纯化步骤产生包含纯度为至少60％的X-MVA的纯化溶液，以及通过水溶剂结晶从所述纯化溶液中使所述甲羟戊酸的盐结晶，其中所述纯化步骤包括使包含所述甲羟戊酸的盐的水性溶液经受微滤、电渗析、离子交换、过滤、活性炭处理、蒸发、浓缩、无菌过滤、色谱分级或其任何一种组合。
阳离子交换
在一个方面，本说明书提供了一种用于从水性溶液产生水溶性甲羟戊酸内酯的方法，其中该方法包括：a)通过以下步骤从水性溶液产生甲羟戊酸的盐的结晶形式：使包含所述甲羟戊酸的盐(X-MVA)的水性溶液经受纳滤以产生渗透物，以及通过水溶剂结晶从所述渗透物中使所述甲羟戊酸的盐结晶以产生所述甲羟戊酸的盐的晶体；以及b)将(a)的晶体溶解在水中以产生水溶性甲羟戊酸的盐，并使所述液体经受阳离子交换，从而将所述水溶性甲羟戊酸的盐转化为水溶性甲羟戊酸内酯(图1B和实例9-12)。
在另一方面，本说明书提供了一种用于从包含甲羟戊酸盐的盐(X-MVA)的水性溶液产生甲羟戊酸内酯的方法，该方法包括使包含所述甲羟戊酸的盐的水性溶液经受阳离子交换，从而将所述包含甲羟戊酸的盐的水性溶液转化为包含甲羟戊酸内酯(MVL)的水性溶液(图2)。
强酸阳离子交换树脂(SAC树脂)
SAC树脂可具有苯乙烯或丙烯酸骨架。在本发明的一个实施例中，树脂是磺化聚苯乙烯-共-二乙烯基苯树脂。也可以应用其他烯基芳香族聚合物树脂如那些基于像烷基取代的苯乙烯的单体或它们的混合物的树脂。树脂也可与其他适合的芳香族交联单体交联，诸如二乙烯基甲苯、二乙烯基二甲苯、二乙烯基萘、二乙烯基苯，或与脂肪族交联单体交联，诸如异戊二烯、二丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺或其混合物。树脂的交联度典型地为交联剂诸如二乙烯基苯(DVB)的从约1％至约20％，优选从约3％至约8％。
用于本发明的离子交换的SAC树脂可以呈多价、二价或一价阳离子形式。一价阳离子形式可选自例如H+、Na+和K+。二价阳离子形式的例子是Ca2+、Mg2+、Zn2+、Sr2+和Ba2+。三价阳离子形式的例子是Al3+。在本发明的优选实施例中，用于本发明的离子交换的SAC树脂呈一价H+形式。树脂的典型平均粒度为10μm至2000μm，优选300μm至1200μm。
在一个实施例中，一价SAC树脂用于甲羟戊酸的盐(X-MVA)的离子交换以产生甲羟戊酸内酯(MVL)，其中一价阳离子呈H+形式。
弱酸阳离子交换树脂(SAC树脂)
WAC树脂是具有羧基官能团的丙烯酸阳离子交换树脂。丙烯酸WAC树脂典型地来源于由丙烯酸酯、丙烯腈、丙烯酸以及它们的混合物组成的组。丙烯酸酯选自由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯组成的组。WAC树脂的基质也可以不是丙烯酸。WAC树脂的活性官能团也可以不是羧基基团。例如，它们可以选自其他弱酸。WAC树脂可呈H+、Na+、K+、Ca2+或Mg2+形式，优选呈H+或Na+形式。还可以使用其他离子形式。
WAC树脂与芳香族交联剂，优选二乙烯基苯(DVB)交联。它也可以与脂肪族交联剂，诸如异戊二烯、1,7-辛二烯、三乙烯基环己烷、二甘醇二乙烯基醚交联。交联度为从1％至20％，优选从3％至约8％DVB。
WAC树脂的平均粒度为从10μm至2000μm，优选从300μm至1200μm。
离子交换优选通过使用阳离子交换树脂，特别是强酸阳离子树脂，特别是H+离子形式进行。
在一个实施例中，一价WAC树脂用于甲羟戊酸的盐(X-MVA)的离子交换以产生甲羟戊酸内酯(MVL)，其中一价阳离子呈H+形式。
溶剂结晶
如本文所述，在一个方面，本发明的目的是一种用于从水性溶液产生甲羟戊酸的盐(也称为X-MVA或甲羟戊酸X)的结晶形式的方法，该方法包括使包含所述甲羟戊酸的盐(X-MVA)的水性溶液经受纯化步骤诸如但不限于纳滤以产生允许使所述X-MVA结晶的高纯度溶液(渗透物)，以及通过水溶剂结晶从所述渗透物中使所述甲羟戊酸的盐结晶(图1A和实例5-8)。
在本发明的另一方面，本说明书提供了一种用于从包含甲羟戊酸盐的盐(X-MVA)的水性溶液产生甲羟戊酸内酯的方法，该方法包括使包含所述甲羟戊酸的盐的水性溶液经受阳离子交换，从而将所述包含甲羟戊酸的盐的水性溶液转化为包含甲羟戊酸内酯(MVL)的水性溶液，以及之后任选地将所述MVL溶液浓缩并使所述溶液结晶以获得MVL*一水合物晶体(图2和实例13-20)。
术语“水溶剂结晶”是指在不使用任何有机溶剂的情况下使用水性溶剂诸如水进行的结晶。
X-MVA的水溶剂结晶
X-MVA的结晶可通过传统方法进行，诸如在10℃至80℃范围内的温度下冷却结晶或沉淀结晶。X-MVA的结晶也可有利地通过沸腾结晶方法或沸腾和冷却结晶方法进行。
在本公开的一个实施例中，X-MVA的结晶是从具有按DS计大于60％、优选大于70％、更优选大于80％、最优选大于90％并且尤其是大于95％的X-MVA纯度的溶液(进料溶液)进行的。结晶典型地提供具有按DS计大于65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、优选大于95％并且最优选大于99％的纯度的结晶X-MVA产物。
根据溶液的X-MVA含量，首先将含有X-MVA的溶液蒸发至适当的干物质含量(例如，约60％至90％的DS)。浆液DS浓度必须足够高以具有结晶潜力(过饱和)。最低DS含量取决于浆液的温度和纯度。浆液纯度越高，需要的浆液DS就越低。如果DS太高，则结晶会延迟或晶体悬浮液变得太稠而无法进行有效的晶体分离。在本发明的一个实施例中，含有Na-MVA的浆液具有65-99％的纯度。
过饱和溶液可用X-MVA的晶种进行引晶。晶种(如果使用的话)是干燥形式的晶体或它们悬浮在溶剂中，优选在水中，并且优选例如通过粉碎或碾磨来减小晶体尺寸。含有X-MVA的溶液的蒸发温度可以在30℃至80℃之间的范围内。在引晶后，对结晶物质进行冷却，同时进行混合，直到结晶收率和粘度对于晶体分离而言是最佳的。冷却时间优选为10至60小时。冷却期间的温降优选为5℃至40℃。可以将包含Na-MVA的引晶的浆液冷却至约25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、70℃、71℃、72℃、73℃、74℃至约75℃或更高的温度。冷却可进行约2小时、3小时、4小时、5小时、6小时、7小时、8小时、9小时、10小时、11小时、12小时、13小时、14小时、15小时、16小时、17小时、18小时或更多的时间段。冷却可以在连续搅拌或混合下进行。混合可以有益于受控结晶。混合防止晶体沉降、保持晶体生长并减少自发晶体形成。混合还促进有益的热量和质量传递。然后可在最终温度下将结晶物质混合一段时间，优选0.5至24小时，以达到最大结晶收率。例如通过过滤或离心将晶体从母液中分离。
在本发明的一个实施例中，具有高纯度的X-MVA晶体是在没有溶解和重结晶步骤的情况下，通过一个结晶步骤(＝单级结晶)从具有按DS计超过65％的X-MVA含量的溶液中获得的具有按DS计超过97％、优选按DS计超过98％、并且更优选按DS计超过99％的含量的X-MVA晶体。单级结晶可包括沸腾和冷却步骤，但不包括重结晶步骤。
在本发明的另一个实施例中，X-MVA的结晶包括洗涤作为进一步的步骤。洗涤典型地结合从母液中分离晶体来进行。通过将水性洗涤溶剂与结晶滤饼混合，并且然后分离晶体，可进行额外的洗涤。洗涤溶剂可以是水。本发明的该实施例典型地提供纯度大于98％的X-MVA。
晶种可以通过各种工艺来制备。在一些实施例中，碾磨干晶种以获得更小的粒度。晶种的所希望的量可以取决于例如晶种的大小。在一些实施例中，在不向过饱和溶液中添加晶种的情况下引发结晶。在一些此类实施例中，例如，使用自发引晶实现引晶。
在一些实施例中，当浆液的干固体含量为至少约60％(按重量计)时，进行结晶的引发(例如，添加晶种)。在一些实施例中，当浆液的干固体含量为至少约70％(按重量计)时，进行结晶的引发(例如，添加晶种)。在一些实施例中，当浆液的干固体含量为至少约80％(按重量计)时，进行结晶的引发(例如，添加晶种)。在一些实施例中，当浆液的干固体含量为从约60％至约90％(按重量计)时，进行结晶的引发(例如，添加晶种)。在一些实施例中，当浆液的干固体含量为从约70％至约90％(按重量计)时，进行结晶的引发(例如，添加晶种)。在一些实施例中，当浆液的干固体含量为从约80％至约90％(按重量计)时，进行结晶的引发(例如，添加晶种)。在一些实施例中，当浆液的干固体含量为从约80％至约88％(按重量计)时，进行结晶的引发(例如，添加晶种)。
如果晶体生长势和粘度允许，则可以在引晶后继续蒸发。在蒸发后，对结晶物质进行冷却，同时进行混合，直到晶体含量和粘度对于晶体分离而言是最佳的。结晶物质典型地冷却至从10℃至75℃的温度。然后可在最终温度下将结晶物质混合一段时间(优选从0.5小时至24小时)，以达到最大结晶收率，之后通过例如过滤或离心对晶体进行分离。本发明的工艺典型地包括洗涤晶体作为进一步的步骤。洗涤典型地结合从母液中分离晶体来进行。通过将洗涤溶剂与结晶滤饼混合，并且然后分离晶体，可进行额外的洗涤。洗涤溶剂可以是水。
在一些实施例中，进行一次或多次重结晶以增加X-MVA纯度。重结晶可通过例如以下方式来进行：将X-MVA晶体溶解于水(典型地是去离子水)中，使所得溶液达到对于X-MVA而言的过饱和状态(经由例如蒸发)，引晶以及使用上述通过冷却结晶方法进行结晶。
在一些实施例中，通过对由初始结晶产生的母液进行结晶来增加收率。这种结晶可通过例如以下方式来进行：使母液达到对于X-MVA而言的过饱和状态(经由例如蒸发)，引晶以及使用上述通过冷却结晶方法来进行结晶。
本说明书中描述的结晶不需要在溶液中存在有机溶剂。得到不含有机溶剂的结晶X-MVA。在结晶步骤中，在不添加任何有机溶剂的情况下产生的结晶X-MVA基本上不含有机溶剂。
尽管可以将有机溶剂添加到水性溶液中以改进结晶和晶体分离性能，但是有机溶剂的这种添加具有缺点，诸如但不限于获得包含少量这些有机溶剂的晶体或纯化产物，这些有机溶剂在商业组合物诸如个人护理组合物中是不希望的。
MVL*一水合物的水溶剂结晶
如本文所述，已经令人惊讶且出乎意料地发现，当通过本文所述的方法制备高纯度MVL浆液并在低于23℃的温度下冷却数周时，自发形成甲羟戊酸内酯一水合物(MVL*H2O)晶体。这些甲羟戊酸内酯一水合物(MVL*H2O)晶体可用作晶种材料以进一步促进如本文所述的MVL*H2O的结晶。MVL*H2O结晶在低于熔点的温度，包括低于23℃、22℃、21℃、20℃、19℃、18℃、17℃、16℃、15℃、14℃、13℃、12℃、11℃、10℃、9℃、8℃、7℃、6℃、5℃、4℃、3℃、2℃、1℃和低至0℃的温度下完成。MVL*H2O的结晶可能在低于0℃到低至溶液的冰点下发生。在本发明的一个实施例中，MVL*一水合物(MVL*H2O)的结晶是从具有按DS计大于55％、优选大于70％、更优选大于80％、最优选大于90％并且尤其是大于95％的MVL纯度的水性溶液进行的。结晶典型地提供具有按DS计大于65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、优选大于95％并且最优选大于99％的纯度的结晶MVL*H2O产物。
在一个方面，由于实际原因，MVL*H2O的冷却结晶优选于恒温结晶。恒温结晶需要非常高的引晶过饱和度，这导致工艺的可控性低于冷却结晶。MVL*H2O在结晶过程中释放大量热量，并且必须将该热量从系统中除去以达到希望的结晶收率。在一些情况下，如具有非常高的引晶过饱和度，结晶非常快，并且结晶悬浮液的温度会显著升高。这可以通过采用有效的冷却手段或利用较低的引晶过饱和度和受控冷却来克服。
根据溶液的MVL含量，首先将含有MVL的溶液蒸发至适当的干物质含量(例如，约65％至90％的DS)。浆液DS浓度必须足够高以具有结晶潜力(过饱和)。最低DS含量取决于浆液的温度和纯度。浆液纯度越高，需要的浆液DS就越低。如果DS太高，则结晶会延迟或晶体悬浮液变得太稠而无法进行有效的晶体分离。过饱和溶液可用MVL*H2O晶体的晶种进行引晶。晶种(如果使用的话)是干燥形式的晶体或它们悬浮在溶剂中，优选在水中，并且优选例如通过粉碎或碾磨来减小晶体尺寸。在引晶后，对结晶物质进行冷却，同时进行混合，直到结晶收率和粘度对于晶体分离而言是最佳的。
用于结晶出MVL*H2O的条件在实例13-20中进一步描述。
在一个方面，可以将甲羟戊酸内酯*一水合物(MVL*H2O)晶体升温至使得晶体变成液体的温度(诸如但不限于约23℃-30℃的室温)，而无需添加任何额外的水。这种液体包含约87％MVL和13％的水。
可以将甲羟戊酸内酯一水合物(MVL*H2O)晶体溶解在水中以产生高度纯化的MVL(>90％纯度)，该MVL具有像水一样的外观和粘度，几乎没有或没有颜色。这种高度纯化的MVL溶液可以通过蒸发进一步浓缩，同时保持像水一样的外观。
包含MVA、X-MVA、MVL和/或MVL*H2O的组合物
结晶X-MVA或包含结晶X-MVA的组合物可以用作例如膳食补充剂、婴儿和人类营养品、药物和化妆品的成分。
通过本说明书的工艺纯化的MVA、X-MVA、MVL和/或MVL*H2O或包含本文所述的MVA、X-MVA、MVL和/或MVL*H2O的组合物可以用作例如膳食补充剂、个人护理组合物(诸如但不限于皮肤护理、口腔护理、头发护理组合物)、药物和化妆品的成分。
出于在个人护理行业中使用MVA或MVL的目的，如果纯化的产物是无色透明的，几乎没有或没有有色污染物存在的痕迹，则其具有较大的价值。如本文所述，由本文所述的方法产生的高度纯化的MVL产物具有无色透明的外观，几乎没有或没有剩余颜色。
本文公开的组合物和方法的非限制性实例如下：
1.一种用于从水性溶液产生有机酸或其盐的结晶形式的方法，该方法包括使包含所述有机酸或其盐的水性溶液经受纳滤以产生渗透物，以及通过水溶剂结晶从所述渗透物中使有机酸或其盐结晶。
2.如实施例1所述的方法，其中水溶剂结晶包括蒸发渗透物以获得包含至少60％DS的浆液，之后冷却所述浆液以产生所述有机酸或其盐的晶体。
3.如实施例1所述的方法，其中水性溶液是发酵培养基。
4.如实施例3所述的方法，其中通过预涂层过滤、微滤或超滤中的至少一种从所述发酵培养基中除去生物质和任何固体来使发酵培养基澄清。
5.如实施例3所述的方法，其中发酵培养基是从大肠杆菌发酵获得的培养基。
6.如实施例2所述的方法，其进一步包括通过过滤和离心从所述浆液中移出所述有机酸或其盐的所述晶体。
7.如实施例1所述的方法，其中有机酸是羧酸。
8.如实施例7所述的方法，其中羧酸选自由羟基羧酸和二羧酸组成的组。
9.如实施例8所述的方法，其中羟基羧酸选自由苹果酸、乙醇酸、异柠檬酸、扁桃酸、乳酸、丙醇二酸、酒石酸、柠檬酸、β-羟基丁酸、甲羟戊酸和水杨酸组成的组。
10.一种用于从水性溶液产生甲羟戊酸的盐(X-MVA)的结晶形式的方法，该方法包括使包含所述甲羟戊酸的盐的水性溶液经受纯化步骤，其中所述纯化步骤产生包含纯度为至少60％、优选在60-99％之间的X-MVA的纯化溶液，以及通过水溶剂结晶从所述纯化溶液中使所述甲羟戊酸的盐结晶。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述纯化步骤包括使包含所述甲羟戊酸的盐的水性溶液经受纳滤以产生渗透物，其中所述渗透物包含纯度为至少60％的X-MVA。
11b.一种用于从水性溶液产生甲羟戊酸的盐的结晶形式的方法，该方法包括使包含所述甲羟戊酸的盐(X-MVA)的水性溶液经受纳滤以产生渗透物，以及通过水溶剂结晶从所述渗透物中使所述甲羟戊酸的盐结晶。
12.如实施例10、11和11b所述的方法，其中水溶剂结晶包括蒸发纯化溶液或渗透物以获得包含至少60％DS的浆液，之后冷却所述浆液以产生X-MVA晶体。
12b.如实施例11b所述的方法，其中渗透物具有至少60％、任选地在65-95％之间的X-MVA纯度。
12c.如实施例12所述的方法，其中浆液具有至少60％、任选地在65-95％之间的X-MVA纯度。
13.如实施例10所述的方法，其中水性溶液是发酵培养基。
14.如实施例13所述的方法，其中通过预涂层过滤、微滤或超滤中的至少一种从所述发酵培养基中除去生物质和任何固体来使发酵培养基澄清。
15.如实施例13所述的方法，其中发酵培养基是从大肠杆菌发酵获得的培养基。
16.如实施例12所述的方法，其进一步包括通过过滤和离心从所述浆液中移出所述晶体。
16b.如实施例11所述的方法，其中纳滤利用具有从约150Da至约700Da的分离截止值的纳滤膜。
17.如实施例10所述的方法，其中纳滤利用能够保留至少60-98重量％的二价盐，同时具有小于30重量％的单价盐截留率的纳滤膜。
18.一种用于从水性溶液产生水溶性甲羟戊酸内酯的方法，其中该方法包括：
a)通过以下步骤从水性溶液产生甲羟戊酸的盐(X-MVA)的结晶形式：使包含所述甲羟戊酸的盐的水性溶液经受纳滤以产生渗透物，以及通过水溶剂结晶从所述渗透物中使所述甲羟戊酸的盐结晶以产生所述甲羟戊酸的盐的晶体；以及，
b)将(a)的晶体溶解在水中以产生水溶性甲羟戊酸的盐，并使所述液体经受阳离子交换，从而将所述水溶性甲羟戊酸的盐转化为水溶性甲羟戊酸内酯。
18b.如实施例18所述的方法，其中渗透物具有至少60％、任选地在65-95％之间的X-MVA纯度。
18c.如实施例18所述的方法，其中将所述渗透物浓缩以产生浆液，之后通过水溶剂结晶从所述浆液中使所述甲羟戊酸的盐结晶以产生所述甲羟戊酸的盐的晶体。
18d.如实施例18c所述的方法，其中浆液具有至少60％、任选地在65-95％之间的X-MVA纯度。
18e.如实施例18所述的方法，其中水溶性甲羟戊酸内酯具有至少60％、任选地在65-95％之间的纯度。
18f.如实施例18所述的方法，其中将b)的水溶性甲羟戊酸内酯进一步浓缩以产生至少90％DS的高度浓缩的MVL液体。
19.如实施例10或实施例18所述的方法，其中所述甲羟戊酸盐的盐选自由甲羟戊酸钠(Na-MVA)、甲羟戊酸钾(K-MVA)、甲羟戊酸铵(NH4-MVA)、甲羟戊酸锂(Li-MVA)、甲羟戊酸的任何其他单价盐或其任何一种组合组成的组。
20.如实施例18、18b、18c、18d、18e、18f或19所述的方法，其中所述水溶性甲羟戊酸内酯具有至少90％的纯度(百分比是使用HPLC分析，对应于MVL的峰面积相对于总的峰面积)。
21.一种用于从包含甲羟戊酸盐的盐(X-MVA)的水性溶液产生甲羟戊酸内酯的方法，该方法包括使包含所述甲羟戊酸的盐的水性溶液经受阳离子交换，从而将所述包含甲羟戊酸的盐的水性溶液转化为包含甲羟戊酸内酯(MVL)的水性溶液。
22.如实施例21所述的方法，其中所述甲羟戊酸盐的盐选自由甲羟戊酸钠(Na-MVA)、甲羟戊酸钾(K-MVA)、甲羟戊酸铵(NH4-MVA)、甲羟戊酸锂(Li-MVA)、甲羟戊酸的任何其他单价盐或其任何一种组合组成的组。
23.如实施例21所述的方法，其进一步包括将所述包含甲羟戊酸内酯的水性溶液浓缩成包含至少65％至90％DS的液体。
24.如实施例23所述的方法，其进一步包括将所述液体在0-25℃冷却以获得甲羟戊酸内酯一水合物(MVL*H2O)晶体。
25.如权利要求24所述的方法，其进一步包括将所述MVL*H2O晶体溶解/溶于水中，以获得高度纯化的甲羟戊酸内酯的稀释液体，其中稀释液体具有至少90％的甲羟戊酸内酯纯度(百分比是使用HPLC分析，对应于MVL的峰面积相对于总的峰面积)。
25b.如权利要求25所述的方法，其中将包含所述高度纯化的甲羟戊酸内酯的稀释液体进一步浓缩以产生至少90％DS的高度浓缩的MVL液体。
26.如实施例21所述的方法，其中水性溶液是发酵培养基。
27.如实施例26所述的方法，其中通过预涂层过滤、微滤或超滤中的至少一种从所述发酵培养基中除去生物质和任何固体来使发酵培养基澄清。
28.如实施例26所述的方法，其中发酵培养基是从大肠杆菌发酵获得的培养基。
29.一种药物组合物或家庭护理组合物或营养组合物或个人护理组合物或化妆品组合物，其包含由实施例20-26中任一项产生的MVL或其溶解形式。
30.一种从如实施例1-17中任一项所述的方法获得的结晶X-MVA。
31.一种从如实施例24所述的方法获得的结晶甲羟戊酸内酯*一水合物(MVL*H2O)。
32.一种结晶甲羟戊酸内酯*一水合物(MVL*H2O)，其中分子式为C6H10O3*H2O。
33.一种结晶甲羟戊酸内酯*一水合物(MVL*H2O)，其中熔点低于25℃。
34.一种组合物，其包含甲羟戊酸内酯一水合物(MVL*H2O)晶体。
35.一种组合物，其包含溶解的甲羟戊酸内酯一水合物(MVL*H2O)晶体。
实例
在以下实例中，除非另有说明，份数和百分比以重量计，并且度数为摄氏度。应当理解的是，尽管这些实例说明了本公开的实施例，但仅是通过说明的方式给出的。从上述讨论和这些实例，本领域技术人员可以对本公开进行各种改变和修改以使其适应各种用途和条件。此类修改也当视为落入所附权利要求的范围内。
实例1
具有紧密纳滤膜的甲羟戊酸钠(Na-MVA)液体纳滤(NF)
该实例描述了包含有机酸或其盐的水性溶液的纳滤，诸如使用紧密纳滤膜的甲羟戊酸钠(Na-MVA)液体纳滤。
工艺设备包括板框式过滤装置(阿法拉伐(Alfa Laval)Labstak M20)、进料和渗滤泵、热交换器、冷却单元、70升进料箱以及进出口压力表和压力控制阀。总膜面积为0.65m2。安装的膜是Desal-5 DL(苏伊士，150-300道尔顿的近似分子量截止值，在25℃下为>98％MgSO4保留率)和XN45(
Figure BDA0003618537590000291
/迈纳德(Microdyn Nadir)，300-500道尔顿的近似分子量截止值，在25℃下为90-96％MgSO4保留率)。MgSO4保留率被指定在1-2g/L浓度、7-8巴、25℃、pH 6-8和10-25％回收率条件下。
甲羟戊酸钠的来自基于大肠杆菌发酵的超滤渗透物用作进料。目的是使甲羟戊酸钠通过，同时保留杂质(其他盐、颜色、消泡剂、蛋白质)。
将63.4kg的进料进给到70升进料箱中。基于蔗糖RDS的干进料浓度为6.8g/100g，电导率为17.7mS/cm，并且pH为7.8。从DL膜收集渗透物，并将XN45膜的渗透物再循环回进料箱。进料的组成如表1所示，其中HPLC和IC分析以％/蔗糖RDS为基础给出。
表1.进料组成(％)
甲羟戊酸钠，％ 66.4
葡萄糖，％* 0.6
乙酸盐，％** 2.1
磷酸盐，％** 1.6
硫酸盐，％** 0.5
其他，％ 28.8
*HPLC(Rezex ROA-Organic Acid H+(8％)柱)。
**离子色谱
将进料保持在50-68℃，并将水用于渗滤。过滤压力是20-33巴，并且对浓缩物DS(干物质)浓度进行控制以保持通量高于7kg/m2/h(观察到的最低通量点)。
在分批过滤之后，收集三个渗透物部分和最终浓缩物部分。基于％/蔗糖RDS，渗透物部分和最终浓缩物的结果(包括HPLC和IC分析)示于表2中。
表2.HPLC分析
Figure BDA0003618537590000301
Figure BDA0003618537590000311
*HPLC(Rezex ROA-Organic Acid H+(8％)柱)。
**离子色谱
甲羟戊酸盐总收率计算为49.9％。平均渗透物甲羟戊酸钠纯度为75.6％。
根据进料和浓缩样品计算，硫酸盐除去率为78.1％，并且磷酸盐除去率为71.0％。对于DL膜，甲羟戊酸钠保留率是从5个点进行测量，并且平均值是76.7％。在收集41kg渗透物之后，从第4个样品点开始平行测量DL和XN45甲羟戊酸盐保留率，并且DL和XN45的保留率分别为71.0％和41.8％。
实例2
使用开放式纳滤(NF)膜的甲羟戊酸钠液体纳滤
该实例描述了包含有机酸或其盐的水性溶液的纳滤，诸如使用开放式纳滤膜的甲羟戊酸钠液体纳滤。
工艺设备包括板框式过滤装置(阿法拉伐Labstak M20)、进料和渗滤泵、热交换器、冷却单元、100升进料箱以及进出口压力表和压力控制阀。总膜面积为0.72m2。安装的膜为XN45(
Figure BDA0003618537590000312
/迈纳德，近似分子量截止值为300-500道尔顿，25℃下90-96％的MgSO4保留率)。MgSO4保留率被指定在1-2g/L浓度、7-8巴、25℃、pH 6-8和10-25％回收率条件下。
甲羟戊酸钠的来自基于大肠杆菌发酵的超滤渗透物用作进料。目的是使甲羟戊酸钠通过，同时保留杂质(其他盐、颜色、消泡剂、蛋白质)。
将80.0kg的进料进给到100升进料箱中。基于蔗糖RDS，进料浓度为6.6g/100g。用NaOH将pH调节至8.8。消泡剂Foamblast 882的浓度经测量为1337mg/L。进料的组成如表3所示，其中HPLC和IC分析以％/蔗糖RDS为基础给出。
表3.进料组成(％)
甲羟戊酸钠，％* 55.6
葡萄糖，％* 0.8
乙酸盐，％** 2.2
磷酸盐，％** 1.1
硫酸盐，％** 0.5
其他，％ 39.8
*HPLC(Rezex ROA-Organic Acid H+(8％)柱)。
**离子色谱
使进料保持在46-51℃。过滤压力是10-25巴，用于将通量控制在高于7kg/m2/h(观察到的最低通量点)。
批处理过滤后，收集两个渗透物部分和最终浓缩物部分。基于％/蔗糖RDS，渗透物部分和最终浓缩物的结果(包括HPLC和IC分析)示于表4中。
表4.HPLC分析
总渗透物1 总渗透物2 最终浓缩物
质量，kg 67.3 9.5 5.3
干固体，g/100g 4.1 8.6 16.3
甲羟戊酸钠，％* 65.3 69.3 35.1
葡萄糖，％* 1.0 0.7 0.6
乙酸盐，％** 3.4 1.3 0.3
磷酸盐，％** 0.4 0.6 2.3
硫酸盐，％** 0.2 0.1 0.9
其他，％ 29.7 28.0 60.8
*HPLC(Rezex ROA-Organic Acid H+(8％)柱)。
**离子色谱
甲羟戊酸盐总收率计算为82.1％。从29.5％浓度的蒸发的渗透物样品中测得的消泡剂浓度为84.4mg/l，这意味着从产物渗透物部分中除去了99％的消泡剂。测得的最终浓缩物的消泡剂浓度为13230.0mg/l。甲羟戊酸钠保留率是从3个点进行测量，并且平均值是23.6％。
实例3
使用开放式纳滤(NF)膜的甲羟戊酸钠液体纳滤
该实例描述了包含有机酸或其盐的水性溶液的纳滤，诸如使用开放式纳滤膜的甲羟戊酸钠液体纳滤。
工艺设备包括板框式过滤装置(阿法拉伐Labstak M20)、进料和渗滤泵、热交换器、冷却单元、100升进料箱以及进出口压力表和压力控制阀。总膜面积为0.72m2。安装的膜为XN45(
Figure BDA0003618537590000332
/迈纳德，近似分子量截止值为300-500道尔顿，25℃下90-96％的MgSO4保留率)。MgSO4保留率被指定在1-2g/L浓度、7-8巴、25℃、pH 6-8和10-25％回收率条件下。
甲羟戊酸钠的来自基于大肠杆菌发酵的超滤渗透物用作进料。目的是使甲羟戊酸钠通过，同时保留杂质(其他盐、颜色、消泡剂、蛋白质)。
将79.7kg的进料进给到100升进料箱中。进料浓度为7.0g/100g。用50克30％NaOH将pH调节至8.25。进料的组成如表5所示，其中HPLC分析以％/蔗糖RDS为基础给出(表6)。
表5.进料组成(％)
Figure BDA0003618537590000331
Figure BDA0003618537590000341
*HPLC(Rezex ROA-Organic Acid H+(8％)柱)。
**离子色谱
使进料保持在46-51℃。过滤压力是10-25巴，用于将通量控制在高于7kg/m2/h(观察到的最低通量点)。
批处理过滤后，收集渗透物部分和最终浓缩物部分。将一部分的总渗透物蒸发至28.7％的干固体。基于％/蔗糖RDS，渗透物部分和最终浓缩物的结果(包括HPLC分析)示于表6中。
表6.HPLC分析
总渗透物 最终浓缩物 蒸发渗透物
质量，kg 75.0 4.7 -
干固体，g/100g 6.1 17.6 30.2
甲羟戊酸钠，％* 69.3 47.6 75.1
乙酸盐，％** 2.1 0.4 2.5
磷酸盐，％** 0.1 0.5 0.2
硫酸盐，％** 0.3 0.9 0.4
其他，％ 28.3 50.5 21.8
*HPLC(Rezex ROA-Organic Acid H+(8％)柱)，**IC
甲羟戊酸盐总收率计算为86.8％。
实例4
使用开放式螺旋缠绕纳滤(NF)膜的甲羟戊酸钠液体纳滤
该实例描述了包含有机酸或其盐的水性溶液的纳滤，诸如使用开放式螺旋缠绕纳滤膜的甲羟戊酸钠液体纳滤。
工艺设备包括板框式过滤装置(阿法拉伐Labstak M20)、进料和渗滤泵、热交换器、冷却单元、1000升进料箱以及进出口压力表和压力控制阀。总膜面积为14.8m2。安装的膜为带有31mil间隔件的4040XN45(
Figure BDA0003618537590000351
/迈纳德，近似分子量截止值为300-500道尔顿，25℃下90-96％的MgSO4保留率)。MgSO4保留率被指定在1-2g/L浓度、7-8巴、25℃、pH 6-8和10-25％回收率条件下。
甲羟戊酸钠的来自基于大肠杆菌发酵的超滤渗透物用作进料。目的是使甲羟戊酸钠通过，同时保留杂质(其他盐、颜色、消泡剂、蛋白质)。
将600kg的进料进给到1000升进料箱中。进料浓度为6.7g/100g。用30％NaOH将pH调节至8.5。进料的组成如表7所示，其中HPLC分析以％/蔗糖RDS为基础给出。
表7.进料组成(％)
甲羟戊酸钠，％ 64.5
乙酸盐，％ 1.2
其他，％ 34.3
使进料保持在45-52℃。过滤压力是10-25巴，用于将通量控制在高于5kg/m2/h(观察到的最低通量点)。
批处理过滤后，收集渗透物部分和最终浓缩物部分。将总渗透物蒸发至39.1％的干固体。基于％/蔗糖RDS，渗透物部分和最终浓缩物的结果(包括HPLC分析)示于表8中。
表8.HPLC分析
总渗透物 最终浓缩物 蒸发渗透物
质量，kg 606.0 45 -
干固体，g/100g 5.5 16.7 39.1
甲羟戊酸钠，％ 68.8 52.2 75.5
乙酸盐，％ 1.8 0.7 1.9
其他，％ 29.4 47.1 22.6
甲羟戊酸盐总收率计算为87.5％。
实例5
甲羟戊酸钠(Na-MVA)的水溶剂结晶
该实例描述了有机酸或其盐的水溶剂结晶，诸如甲羟戊酸钠(Na-MVA)的水溶剂结晶，以及甲羟戊酸钠晶种的制备。
结晶进料材料是包含甲羟戊酸钠的水性浆液。浆液的甲羟戊酸钠纯度为按DS计96％。包含按DS计≥95％的甲羟戊酸钠的水性浆液可以通过将已知的可商购获得的甲羟戊酸钠盐溶解在去离子水中或通过将已知的可商购获得的甲羟戊酸钠盐与根据实例1-4制备的包含甲羟戊酸钠的纳滤渗透物混合来产生。
在70℃的温度下蒸发进料浆液(Rotavapor R-151)。当DS(干物质)为约54％时，晶体通过自发成核形成。成核后在70℃继续蒸发2小时，直至晶体物质的DS为81.8％。
将蒸发的晶体物质移至2升冷却结晶器中。将晶体物质在70℃保持1小时，并且然后在连续搅拌下在20小时内冷却至40℃的温度。
将930g所得晶体物质用20mL洗涤水离心(分批离心，篮直径22.5cm，3500rpm，5min)。离心中的甲羟戊酸钠收率为45％，离心滤饼的甲羟戊酸钠纯度为按DS计≥98％，并且离心母液的甲羟戊酸钠纯度为按DS计94％。
将结晶滤饼在加热室中在60℃干燥19小时。干燥的滤饼的水含量≤0.2重量％。
根据该工艺制备的甲羟戊酸钠晶体用作实例6、7和8中的晶种。在使用之前，将晶体在瓷磨机中研磨。
实例6
甲羟戊酸钠(Na-MVA)的水溶剂结晶
该实例描述了有机酸或其盐的水溶剂结晶，诸如甲羟戊酸钠(Na-MVA)的水溶剂结晶。
结晶进料材料是根据实例4制备的蒸发的纳滤渗透物。结晶前，将浆液用活性炭粉处理以除去颜色。通过将600g诺芮特(Norit)DX 1炭粉投加到76kg蒸发的浆液中(每1kg DS约20g炭粉)进行炭处理。将浆液加热至50℃的温度并在恒温下保持搅拌45min。然后通过助滤剂过滤(Seitz深度过滤器，1.1kg Kenite 300助滤剂)将炭粉从浆液中分离出来。所得浆液的甲羟戊酸钠纯度为按DS计73％，颜色为6300ICUMSA，并且DS为24.1％。
将41kg经炭处理的进料浆液蒸发至86.0％的DS(洛瓦(Luwa)薄膜蒸发器NL3-210/1600/10和Rotavapor R-153蒸发器)。在蒸发过程中添加4g 10％斯克(Struktol)J 650消泡剂以避免起泡。将11.6kg所得浆液移至10升冷却结晶器中，并在70℃的温度下引晶两次：首先用0.3g甲羟戊酸钠干晶种(根据实例5制备)，并且然后在第一引晶0.6小时后用2.0g甲羟戊酸钠干晶种。第一引晶导致几乎没有晶体形成。
将引晶的浆液在连续搅拌下在16小时内冷却至48℃的温度。在冷却至48℃后，将晶体物质在48℃下保持2小时。
将10.7kg所得晶体物质用170mL洗涤水离心(分批离心，篮直径40.5cm，2050rpm，10min)。离心中的甲羟戊酸盐收率为33％。离心滤饼的甲羟戊酸钠纯度为按DS计94％，未干燥滤饼的水含量为5.3重量％，并且颜色为5200 ICUMSA。离心母液的甲羟戊酸钠纯度为按DS计68％，并且颜色为82000 ICUMSA。
实例7
甲羟戊酸钠(Na-MVA)的水溶剂结晶
该实例描述了有机酸或其盐的水溶剂结晶，诸如甲羟戊酸钠(MVA)的水溶剂结晶。
结晶进料材料是根据实例4制备的蒸发的纳滤渗透物，根据实例6中描述的程序用活性炭对其进行处理(每1kg DS 20g诺芮特DX 1碳粉，接触时间45min，接触温度50℃，通过使用带有Kenite 300助滤剂的Seitz深层过滤器分离炭粉)。进料的甲羟戊酸钠纯度为按DS计73％，并且颜色为6300 ICUMSA。
将进料浆液蒸发至86.2％的DS(洛瓦薄膜蒸发器NL3-210/1600/10蒸发器和Rotavapor R-153蒸发器)。将11.7kg所得浆液移至10升冷却结晶器中，并在69℃的温度下用2.0g甲羟戊酸钠干晶种(根据实例5制备)引晶。将引晶的浆液在连续搅拌下在16小时内冷却至44℃的温度。然后通过添加去离子水将晶体物质稀释至85.4％的DS。将稀释的晶体物质在3小时内冷却至40℃的温度并在40℃保持2小时。
将10.9kg所得晶体物质用170mL洗涤水离心(分批离心，篮直径40.5cm，2050rpm，10min)。离心中的甲羟戊酸盐收率为37％。离心滤饼的甲羟戊酸钠纯度为按DS计95％，未干燥滤饼的水含量为7.0重量％，并且颜色为1100 ICUMSA。离心母液的甲羟戊酸钠纯度为按DS计67％，并且颜色为14000 ICUMSA。
实例8
甲羟戊酸钠(Na-MVA)的水溶剂结晶
该实例描述了来自通过将结晶滤饼溶解在去离子水中制备的浆液的有机酸或其盐的水溶剂结晶，诸如甲羟戊酸钠(Na-MVA)的水溶剂结晶。
将来自实例6和实例7的甲羟戊酸钠晶体合并，并溶解在去离子水中。将所得溶液根据实例6中描述的程序用活性炭处理(每1kg DS 20g诺芮特DX 1碳粉，接触时间45min，接触温度50℃，通过使用采用Kenite 300助滤剂的Buchner过滤分离炭粉)，通过0.2μm无菌过滤器过滤，并蒸发至83.5％的DS(Rotavapor R-151蒸发器)。浆液的甲羟戊酸钠纯度为按DS计96％，并且颜色为1300 ICUMSA。
将5.6kg蒸发的浆液移至6升冷却结晶器中，并在68℃的温度下用1.6g甲羟戊酸钠干晶种(根据实例5制备)引晶。将引晶的浆液在连续搅拌下在18小时内冷却至40℃的温度。在冷却至40℃后，将晶体物质在40℃下保持4小时。
将5.1kg所得晶体物质用150mL洗涤水离心(分批离心，篮直径40.5cm，2050rpm，10min)。离心中的甲羟戊酸盐收率为42％。离心滤饼的甲羟戊酸钠纯度为按DS计≥98％，未干燥滤饼的水含量为1.5重量％，并且颜色为100 ICUMSA。离心母液的甲羟戊酸钠纯度为按DS计94％，并且颜色为3400 ICUMSA。
实例9.
结晶Na-MVA与甲羟戊酸内酯(MVL)的阳离子交换
该实例描述了溶解的Na-MVA晶体的液体溶液的阳离子交换以产生包含甲羟戊酸盐(MVL)的稀释液体，该稀释液体可以任选地通过蒸发浓缩(还参见图1B)。
工艺设备包括内径为45mm且总长度为1000mm的夹套玻璃柱、放置在柱上方的进料容器、位于柱输出端的蠕动泵和Büchi rotavapor R200旋转实验室蒸发器。将1升Dowex 88强酸阳离子交换树脂加载到柱中，以得到约700mm的床长。在25℃温度下，使用4升(4床体积)5％H2SO4以2BV/h的流速对树脂进行反洗并再生为H+形式。
将来自水基结晶工艺的具有约98％/DS纯度的甲羟戊酸钠晶体溶解在水中以形成24.2％的溶液。目的是交换钠阳离子并产生纯甲羟戊酸或甲羟戊酸内酯浆液。
将957克进料溶液在室温(约25℃)下以1BV/h的速率通过柱，并使用水继续洗脱。进料的pH为9.78，并且电导率为39.4mS/cm。产物收集在柱输出白利度(brix)为0.4％时开始，并且在输出白利度为1.2％时结束。收集到1322克轻微着色的产物。再次将柱再生为H+形式，并且材料在室温(约25℃)下以1BV/h的速率通过柱。产物收集在柱输出白利度为3.0％时开始，并且在输出白利度为1.4％时结束。收集到1641克没有颜色的产物。将材料在旋转蒸发仪中蒸发至99.1％KF-DS，其中MVL纯度为95.5％/DS。
基于％/干物质，进料和离子交换(IEX)产物的结果(包括HPLC分析)示于表9中。
表9.HPLC分析
进料 IEX产物1 IEX产物2
质量，g 957.4 1322.0 1641.0
干固体，g/100g(KF-DS) 24.2 13.7 10.4
电导率mS/cm 39.4 2.5 4.5
pH 9.8 2.9 1.8
甲羟戊酸内酯，％ 75.0 94.3 97.6
HPLC中的其他，％ 1.5 2.3 2.3
对于IEX工艺计算出的总甲羟戊酸内酯收率为95.6％。
根据该工艺制备的包含甲羟戊酸内酯的浆液的比旋光度为-34.7°(水，c＝1，20℃)。
实例10.
Na-MVA溶液与甲羟戊酸内酯(MVL)的阳离子交换
该实例描述了含有Na-MVA的水性溶液的阳离子交换以产生包含甲羟戊酸盐(MVL)的水性溶液，该水性溶液可以任选地通过蒸发浓缩(还参见图2)。
工艺设备包括100升箱、Seitz深层过滤器、内径为130mm且总长度为1500mm的三个夹套玻璃柱、放置在柱上方的进料容器、位于柱输出端的蠕动泵和洛瓦(LUWA)刮膜蒸发器。将13升Dowex 88强酸阳离子交换树脂(陶氏公司(Dow))加载到每个柱中，以得到约1000mm的床长。在25℃温度下，使用130升(约3.3床体积)5％H2SO4以2BV/h的流速对树脂进行串柱反洗并再生为H+形式。
目的是交换钠阳离子并产生甲羟戊酸或甲羟戊酸内酯浆液以进一步纯化。粉末活性炭用于除去IEX进料中可能沉淀的颜色。
将具有75.5％/DS Na-MVA纯度和10986 ICUMSA单位颜色的纳滤渗透物蒸发至39.1％白利度。将76.2kg溶液加热至50-60℃温度，并且添加2％/DS诺芮特DX1粉末状活性炭并混合45min。使用带有过滤面积为0.56m2的T2600过滤板(颇尔公司(Pall))和1kg/m2Kenite 300(益瑞石过滤公司(IMERYS Filtration))硅藻土助滤剂作为预涂层的Seitz深度过滤器过滤悬浮液。将110升具有24.1％白利度的滤液蒸发至具有6496 ICUMSA单位颜色的53％白利度溶液。将14.8kg这种材料稀释至39.8％白利度以用于IEX进料并加热至50℃。
将20.05kg的进料溶液在50℃以2BV/h的速率通过柱，并使用水继续洗脱。产物收集在最后的柱输出白利度为0.5％时开始，并且在输出白利度为4.0％且pH为2.5时结束。将产物收集到两个部分。合并部分并蒸发。蒸发的合并的IEX产物具有2362 ICUMSA单位的颜色和约76％/DS的MVL纯度。
进料和IEX产物的结果列于表10中。
表10.进料和IEX产物
进料 IEX产物1 IEX产物2
质量，kg 20.1 18.1 17.9
干固体，(KF-DS) 39.8 12.0 22.7
电导率mS/cm 32.3 4.1 3.9
pH 8.5 1.9 1.8
实例11.
Na-MVA溶液与甲羟戊酸内酯(MVL)的阳离子交换
该实例描述了含有Na-MVA的水性溶液的阳离子交换以产生包含甲羟戊酸盐(MVL)的水性溶液，该水性溶液可以任选地通过蒸发浓缩(还参见图2)。
工艺设备包括100升箱、Seitz深层过滤器、内径为130mm且总长度为1500mm的三个夹套玻璃柱、放置在柱上方的进料容器、位于柱输出端的蠕动泵和洛瓦刮膜蒸发器。将13升Dowex 88强酸阳离子交换树脂(陶氏公司(Dow))加载到每个柱中，以得到约1000mm的床长。在25℃温度下，使用130升(约3.3床体积)5％H2SO4以2BV/h的流速对树脂进行串柱反洗并再生为H+形式。
目的是交换钠阳离子并产生甲羟戊酸或甲羟戊酸内酯浆液以进一步纯化。粉末活性炭用于除去IEX进料中可能沉淀的颜色。
将具有78.8％/DS Na-MVA纯度和8887 ICUMSA单位颜色的纳滤渗透物蒸发至42.0％白利度。将41.4kg溶液加热至55-58℃温度，并且添加2.2％/DS诺芮特DX1粉末状活性炭并混合70min。使用带有过滤面积为0.28m2的T2600过滤板(颇尔公司)和1kg/m2 Kenite300(益瑞石过滤公司)硅藻土助滤剂作为预涂层的Seitz深度过滤器过滤悬浮液。56升滤液，其中白利度为23.8％并且颜色为2124 ICUMSA单位。将材料蒸发至对于IEX进料的31.1％白利度。
将35.7kg的进料溶液在25℃以2BV/h的速率通过柱，并使用水继续洗脱。产物收集在最后的柱输出白利度为0.5％时开始，并且在输出白利度为2.0％且pH达到2.5时结束。收集产物和残余部分。蒸发的IEX产物具有约78-83％/DS的MVL纯度。进料和IEX产物的结果列于表11中。
表11.进料和IEX产物
进料 IEX产物 残余部分
质量，kg 35.7 34.1 14.3
干固体，(KF-DS) 31.1 18.0 16.4
电导率mS/cm 42.8 6.9 6.8
pH 7.6 1.7 3.6
实例12.
Na-MVA溶液与甲羟戊酸内酯(MVL)的阳离子交换
该实例描述了含有Na-MVA的水性溶液的阳离子交换以产生包含甲羟戊酸盐(MVL)的水性溶液，该水性溶液可以任选地通过蒸发浓缩(还参见图2)。
工艺设备包括内径为130mm且总长度为1500mm的三个夹套玻璃柱、放置在柱上方的进料容器、位于柱输出端的蠕动泵。将13升Dowex88强酸阳离子交换树脂(陶氏公司(Dow))加载到每个柱中，以得到约1000mm的床长。在25℃温度下，使用130升(约3.3床体积)5％H2SO4以2BV/h的流速对树脂进行串柱反洗并再生为H+形式。
目的是交换钠阳离子并产生甲羟戊酸或甲羟戊酸内酯浆液以进一步纯化。
将具有68.2％/DS Na-MVA纯度和82952 ICUMSA单位颜色的Na-MVA结晶结束的母液稀释至39.4％白利度。
将17.0kg的进料溶液在25℃以2BV/h的速率通过柱，并使用水继续洗脱。产物收集在最后的柱输出白利度为0.8％时开始，并且在输出白利度为2.0％时结束。将产物收集到三个部分。合并部分并蒸发。蒸发的合并的IEX产物具有约70-73％/DS的MVL纯度。
进料和IEX产物的结果列于表12中。
表12.进料和IEX产物
Figure BDA0003618537590000441
实例13
甲羟戊酸内酯一水合物的水溶剂结晶以及MVL*H2O晶种的制备
该实例描述了甲羟戊酸内酯一水合物的水溶剂结晶以及甲羟戊酸内酯一水合物晶种的制备。
通过本文所述的方法制备高纯度的MVL浆液(图1A和图1B，实例1-9)。出乎意料且令人惊讶的是，观察到当这种高MVL纯度浆液被冷藏(在约6℃)数周时，甲羟戊酸内酯一水合物(MVL*H2O)晶体自己自发形成。
浆液的MVL纯度(98％的DS(HPLC，H+形式的树脂，面积％))和水含量(约6％重量/重量)足够高，使得MVL*H2O结晶成为可能。
将晶体过滤并在过滤管中离心(2min，570g，约15℃)以从晶体表面除去母液。然后对这些晶体和母液进行分析。由于结晶条件，晶体的水含量10.8％(通过卡尔费休方法)略低于理论值12.1％。母液的水含量为3.2％，这意味着母液在一水合物晶体形成过程中一直在浓缩。晶体的MVL纯度为98.8％DS，并且母液的MVL纯度为97.7％/DS。这些MVL*H2O晶体在实例14中用作晶种。在使用之前，将晶体在瓷磨机中研磨。
实例14
甲羟戊酸内酯一水合物的水溶剂结晶
该实例描述了来自通过使甲羟戊酸钠结晶母液经受阳离子交换产生的甲羟戊酸内酯浆液中的甲羟戊酸内酯一水合物的水溶剂结晶。
根据实例12用阳离子交换处理来自实例6的包含甲羟戊酸钠的离心母液，以获得包含甲羟戊酸内酯的液体。所得浆液的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计71％，并且颜色为34000ICUMSA。
将进料浆液蒸发至93.7％的DS(Rotavapor R-153蒸发器)。将2.1kg所得浆液移至2升冷却结晶器中，并在11℃的温度下用0.4g甲羟戊酸内酯一水合物干晶种(根据实例13制备)引晶。将引晶的浆液在连续搅拌下在16小时内冷却至7℃的温度。在冷却至7℃后，在7℃继续搅拌50小时。在恒温阶段期间添加去离子水以在以下三个部分中稀释晶体物质：(1)引晶后23小时添加40g，(2)引晶后43小时添加50g，以及(3)引晶后47小时添加10g。所得晶体物质的DS是89.1％。
将1.7kg晶体物质在没有洗涤水的情况下在分批离心中离心(篮直径22.5cm，4000rpm，3min)。离心中的甲羟戊酸内酯收率为52％。离心滤饼的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计94％，未干燥滤饼的水含量为10.8重量％，并且颜色为5200 ICUMSA。离心母液的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计56％，并且颜色为52000 ICUMSA。
根据该工艺制备的甲羟戊酸内酯一水合物晶体用作实例15中的晶种。在使用之前，将晶体在瓷磨机中研磨。
实例15
甲羟戊酸内酯一水合物的水溶剂结晶
该实例描述了来自通过使用纳滤，之后使用阳离子交换步骤产生的包含甲羟戊酸内酯的浆液中的甲羟戊酸内酯一水合物的水溶剂结晶(图2)。
根据实例10用阳离子交换处理根据实例4制备的包含甲羟戊酸钠的纳滤渗透物，以获得包含甲羟戊酸内酯的液体。所得浆液的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计76％，并且颜色为2400 ICUMSA。
将进料浆液蒸发至90.7％的DS(Rotavapor R-153蒸发器)。将6.3kg所得浆液移至6升冷却结晶器中，并在12℃的温度下用0.5g甲羟戊酸内酯一水合物干晶种(根据实例14制备)引晶。将引晶的浆液在连续搅拌下在17小时内冷却至6℃的温度。在冷却至6℃后，在6℃继续搅拌5小时。在6℃的恒温阶段期间添加去离子水以在以下三个部分中稀释晶体物质：(1)引晶后18小时添加50g，(2)引晶后19小时添加40g，以及(3)引晶后20小时添加70g。所得晶体物质的DS是88.1％。
使用等于27-33mL/kg物质DS的量的洗涤水将5.2kg所得晶体物质分4批离心(分批离心，篮直径22.5cm，3500rpm，3min)。从第一离心收集结晶滤饼样品和母液样品。第一离心中的甲羟戊酸内酯收率为71％。第一离心滤饼的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计93％，未干燥滤饼的水含量为12.7重量％，并且颜色为560 ICUMSA。第一离心母液的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计55％，并且颜色为5700 ICUMSA。
根据该工艺制备的甲羟戊酸内酯一水合物晶体用作实例16和17中的晶种。在使用之前，将晶体在瓷磨机中研磨。
实例16
甲羟戊酸内酯一水合物的水溶剂结晶
该实例描述了来自通过使用纳滤，之后使用阳离子交换步骤产生的包含甲羟戊酸内酯的浆液中的甲羟戊酸内酯一水合物的水溶剂结晶(图2)。
根据实例11用阳离子交换处理根据实例3制备的包含Na-MVA的纳滤渗透物，以产生包含MVL的液体。所得浆液的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计81％，并且颜色为1200 ICUMSA。
将进料浆液蒸发至84.1％的DS(Rotavapor R-153蒸发器)。将6.2kg所得浆液移至6升冷却结晶器中，并在16℃的温度下用1.0g甲羟戊酸内酯一水合物干晶种(根据实例15制备)引晶。将引晶的浆液在16℃保持3小时，并且然后在连续搅拌下在11小时内冷却至6℃的温度。在冷却至6℃后，在6℃继续搅拌7小时。
使用等于72-79mL/kg物质DS的量的洗涤水将5.5kg所得晶体物质分5批离心(分批离心，篮直径22.5cm，3500rpm，3min)。从第一离心收集结晶滤饼样品和母液样品。第一离心中的甲羟戊酸内酯收率为62％。第一离心滤饼的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计≥97％，未干燥滤饼的含水量为11.6重量％，并且颜色为61 ICUMSA。第一离心母液的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计64％，并且颜色为2700 ICUMSA。
实例17
甲羟戊酸内酯一水合物的水溶剂结晶
该实例描述了来自离心母液和稀释的晶体物质的混合物中的甲羟戊酸内酯一水合物的水溶剂结晶。
结晶进料材料是包含甲羟戊酸内酯的水性浆液。它是通过将来自实例16的离心母液和从用去离子水洗涤设备中回收的稀释晶体物质合并而获得的。所得浆液的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计70％，并且颜色为2400 ICUMSA。
将进料蒸发至85.3％的DS(Rotavapor R-153)，并且将2.8kg所得浆液移至2升冷却结晶器中。对浆液进行两次引晶：首先在13℃的温度下用1.0g甲羟戊酸内酯一水合物干晶种(根据实例15制备)，并且然后在10℃的温度下用1.0g甲羟戊酸内酯一水合物干晶种。第一引晶导致几乎没有晶体形成。
将引晶的浆液在10℃保持35min，并且然后在连续搅拌下在16小时内冷却至4℃的温度。在冷却至4℃后，在4℃继续搅拌2小时。
将2.5kg所得晶体物质分2批离心(分批离心，篮直径22.5cm，3500rpm，3min)。第一离心中的洗涤水的量等于90mL/kg DS。离心中的所得甲羟戊酸内酯收率为42％。离心滤饼的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计≥97％，未干燥滤饼的水含量为14.7重量％，并且颜色为33ICUMSA。离心母液的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计58％，并且颜色为4200 ICUMSA。
在没有洗涤水的情况下进行第二离心。离心中的所得甲羟戊酸内酯收率为54％。离心滤饼的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计≥97％，未干燥滤饼的水含量为11.7重量％，并且颜色为120 ICUMSA。离心母液的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计53％，并且颜色为4600ICUMSA。
根据该工艺制备的甲羟戊酸内酯一水合物晶体用作实例18和19中的晶种。在使用之前，将晶体在瓷磨机中研磨。
实例18
甲羟戊酸内酯一水合物的水溶剂结晶
该实例描述了溶解在去离子水中的甲羟戊酸内酯一水合物晶体的水溶剂重结晶。
结晶进料材料是包含甲羟戊酸内酯的水性浆液。它是通过添加去离子水溶解并稀释2.2kg来自实例15的离心滤饼而获得的。所得浆液的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计92％，并且颜色为560 ICUMSA。
将进料浆液蒸发至80.8％的DS(Rotavapor R-153蒸发器)，并且将2.3kg所得浆液移至2升冷却结晶器中。在以下两个步骤中，浆液在不引晶的情况下在连续搅拌下冷却：(1)在2小时内从20℃到15℃，和(2)在10小时内从15℃到10℃。在冷却至10℃后，在10℃继续搅拌6小时。这不导致任何自发的晶体形成。
将浆液在10℃的温度下用0.5g甲羟戊酸内酯一水合物干晶种(根据实例17制备)引晶。将结晶器夹套中的冷却水温度保持恒定在7℃。晶体形成在引晶后立即开始。由于结晶的热量，晶体物质的温度首先在引晶后50min内从10℃上升到16℃，并且然后在3小时内从16℃下降到12℃。冷却至12℃后，使冷却水温度从7℃增加到12℃，并且在12℃继续搅拌1小时。
使用等于65-66mL/kg物质DS的量的洗涤水将2.2kg所得晶体物质分2批离心(分批离心，篮直径22.5cm，3500rpm，3min)。从第一离心收集结晶滤饼样品和母液样品。第一离心中的甲羟戊酸内酯收率为52％。第一离心滤饼的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计≥98％，未干燥滤饼的含水量为13.6重量％，并且颜色为35 ICUMSA。第一离心母液的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计87％，并且颜色为1100 ICUMSA。
实例19
甲羟戊酸内酯一水合物的水溶剂结晶
该实例描述了溶解在去离子水中的甲羟戊酸内酯一水合物晶体的水溶剂重结晶。
结晶进料材料是包含甲羟戊酸内酯的水性浆液。它是通过将2.0kg来自实例16的离心滤饼与320g来自实例17的离心滤饼合并而获得的。在混合之前，用去离子水将来自实例16的甲羟戊酸内酯产物稀释至80.9％的DS，并且根据实例6中描述的程序用活性炭处理所得浆液(每1kg DS 20g诺芮特DX 1碳粉，接触时间1小时，接触温度50℃，通过使用采用Kenite 300助滤剂的Buchner过滤分离炭粉)。结晶进料浆液的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计≥97％，并且颜色为34 ICUMSA。
将进料浆液蒸发至78.3％的DS(Rotavapor R-151蒸发器)。将2.6kg所得浆液移至5升冷却结晶器中，并在17℃的温度下用0.4g甲羟戊酸内酯一水合物干晶种(根据实例17制备)引晶。将引晶的浆液在17℃保持1.5小时，并且然后在连续搅拌下在15小时内冷却至13℃的温度。在冷却至13℃后，在13℃继续搅拌5小时。
使用等于65-71mL/kg物质DS的量的洗涤水将2.4kg所得晶体物质分2批离心(分批离心，篮直径22.5cm，3500rpm，3min)。从第一离心收集结晶滤饼样品和母液样品。第一离心中的甲羟戊酸内酯收率为50％。第一离心滤饼的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计≥98％，未干燥滤饼的含水量为12.1重量％，并且颜色为3 ICUMSA。第一离心母液的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计96％，并且颜色为70 ICUMSA。
根据该工艺制备的甲羟戊酸内酯一水合物晶体用作实例20中的晶种。在使用之前，将晶体在瓷磨机中研磨。
实例20
甲羟戊酸内酯一水合物的水溶剂结晶
该实例描述了甲羟戊酸内酯一水合物的水溶剂结晶以及水性高纯度甲羟戊酸内酯浆液的制备。
结晶进料材料是包含甲羟戊酸内酯的水性浆液。它是通过将来自实例17的第二离心滤饼与来自实例18和19的离心母液合并而获得的。通过添加去离子水将浆液稀释至51.2％的DS，并且根据实例6中描述的程序用活性炭处理所得溶液(每1kg DS 20g诺芮特DX1碳粉，接触时间1小时，接触温度50℃，通过使用采用Kenite 300助滤剂的Buchner过滤分离炭粉)。所得浆液的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计93％，并且颜色为170 ICUMSA。
将经炭处理的进料浆液蒸发至80.3％的DS(Rotavapor R-153蒸发器)。将2.6kg所得浆液移至2升冷却结晶器中，并在18℃的温度下用0.6g甲羟戊酸内酯一水合物干晶种(根据实例19制备)引晶。将引晶的浆液在18℃保持1小时，并且然后在连续搅拌下在15小时内冷却至13℃的温度。在冷却至13℃后，在13℃继续搅拌4小时。
使用等于67-68mL/kg物质DS的量的洗涤水将2.3kg晶体物质分2批离心(分批离心，篮直径22.5cm，3500rpm，3min)。从第一离心收集结晶滤饼样品和母液样品。第一离心中的甲羟戊酸内酯收率为51％。第一离心滤饼的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计≥98％，未干燥滤饼的含水量为12.3重量％，并且颜色为3 ICUMSA。第一离心母液的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计87％，并且颜色为370 ICUMSA。
根据该工艺制备的甲羟戊酸内酯一水合物晶体的DSC分析产生峰最大值在22.6℃处的吸热峰。
将离心滤饼合并，并通过添加去离子水稀释至57.4％的DS以获得液体甲羟戊酸内酯产物。将所得浆液蒸发至≥97％的DS(Rotavapor R-153蒸发器)。蒸发的浆液的甲羟戊酸内酯纯度为按DS计≥98％，并且颜色为2 ICUMSA。
结晶出MVL*H2O的典型条件示于表13A-表13E中。
表13A.结晶出MVL*H2O的条件，其中进料纯度在50-100％DS之间和55-99％DS之间
<u>最小值-最大值</u> <u>优选地</u>
进料纯度(％DS) 50-100 55-99
温度(℃) 0-24 0-24
DS含量(％) 65-95 70-88
表13B.结晶出MVL*H2O的条件。进料的纯度在55-70％DS之间。
<u>最小值-最大值</u> <u>优选地</u>
温度(℃) 0-20 0-14
DS含量(％) 82-95 84-88
表13C.结晶出MVL*H2O的条件。进料的纯度在70-80％DS之间。
<u>最小值-最大值</u> <u>优选地</u>
温度(℃) 0-22 0-16
DS含量(％) 79-94 81-88
表13D.结晶出MVL*H 2 O的条件。进料的纯度在80-93％DS之间。
<u>最小值-最大值</u> <u>优选地</u>
温度(℃) 0-24 3-20
DS含量(％) 72-90 74-86
表13E.结晶出MVL*H2O的条件。进料的纯度在93-98％DS之间。
<u>最小值-最大值</u> <u>优选地</u>
温度(℃) 0-24 3-20
DS含量(％) 65-90 70-86
另外，如果能够使用冷却设备且晶体物质的粘度是可接受的，则MVL*H2O可以在低于0℃到低至母液冰点的温度下结晶。
实例21
甲羟戊酸内酯一水合物(MVL*H2O)的表征
具有式C6H10O3*H2O的结晶甲羟戊酸内酯一水合物(MVL*H2O)的进一步表征如下。
A.X射线晶体结构
测量MVL*H2O的X射线衍射。
B.熔点
MVL-一水合物(MVL*H2O)的熔点(m.p.)在20-25℃之间，优选21-24℃。℃取决于晶体纯度。只有在低于m.p.下才可能结晶。熔点通过使用差示扫描量热仪(DSC)峰值温度来确定。DSC热谱图是通过使用梅特勒托利多DSC822e差示扫描量热仪测量的。测量在标准40μL铝坩埚中在流速为80mL/min的流动的氮气气氛中进行。温度范围为0-50℃，并且加热速率为2℃/min。
C.结晶水含量
根据分子量计算，MVL-一水合物的理论水含量为12.15％(DS含量87.85％)。(MVL*H2O的分子量为148.16g/mol)。这对应于在具有过量水的条件下结晶的晶体。如果结晶浆液中的水比结晶水含量少，则母液在结晶时一直浓缩，并且形成晶体的结晶水含量会低于理论值。如实例13所述，观察到形成MVL-一水合物晶体的结晶水含量为10.8％(通过卡尔费休方法)。对于具有高浆液DS(96和89)的浆液，还观察到形成MVL-一水合物晶体的结晶水含量为10-11％。
D.水中溶解度
溶解度是表征结晶化合物的一种性质。只有在过饱和浆液中高于溶解度浓度下才可能结晶。溶解度决定了在给定温度下进行结晶的最小DS浓度。溶解度通过标准方法确定，如分析晶体悬浮液的平衡浓度。
MVL*H2O的水中溶解度通过使用纯度为93％的晶体确定并计算到纯度100。在0-20℃范围内测量并计算平衡DS含量(表14)。
表14.MVL*H 2 O溶解度
Figure BDA0003618537590000541
E.晶体形状
图3示出了甲羟戊酸内酯一水合物(MVL*H2O)晶体的典型形状。晶体容易长得大而快，并释放出大量结晶热。

Claims (23)

1.一种用于从水性溶液产生甲羟戊酸的盐(X-MVA)的结晶形式的方法，所述方法包括使包含所述甲羟戊酸的盐的所述水性溶液经受纯化步骤，其中所述纯化步骤产生包含纯度为至少60％的X-MVA的纯化溶液，以及通过水溶剂结晶从所述纯化溶液中使所述甲羟戊酸的盐结晶。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述纯化步骤包括使包含所述甲羟戊酸的盐的所述水性溶液经受纳滤以产生渗透物，其中所述渗透物包含纯度为至少60％的X-MVA。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述水溶剂结晶包括蒸发所述纯化溶液或所述渗透物以获得包含至少60％DS的浆液，之后冷却所述浆液以产生X-MVA晶体。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述水性溶液是发酵培养基。
5.如权利要求4所述的方法，其中，通过预涂层过滤、微滤或超滤中的至少一种从所述发酵培养基中除去生物质和任何固体来使所述发酵培养基澄清。
6.如权利要求4所述的方法，其中，所述发酵培养基是从大肠杆菌发酵获得的培养基。
7.如权利要求3所述的方法，其进一步包括通过过滤和离心从所述浆液中移出所述晶体。
8.如权利要求2所述的方法，其中，所述纳滤利用能够保留至少60-98重量％的二价盐，同时具有小于30重量％的单价盐截留率的纳滤膜。
9.一种用于从水性溶液产生水溶性甲羟戊酸内酯的方法，其中所述方法包括：
a)通过以下步骤从水性溶液产生甲羟戊酸的盐(X-MVA)的结晶形式：使包含所述甲羟戊酸的盐的所述水性溶液经受纳滤以产生渗透物，以及通过水溶剂结晶从所述渗透物中使所述甲羟戊酸的盐结晶以产生所述甲羟戊酸的盐的晶体；以及，
b)将(a)的所述晶体溶解在水中以产生水溶性甲羟戊酸的盐，并使所述液体经受阳离子交换，从而将所述水溶性甲羟戊酸的盐转化为水溶性甲羟戊酸内酯。
10.如权利要求1或权利要求9所述的方法，其中，所述甲羟戊酸盐的盐选自由甲羟戊酸钠(Na-MVA)、甲羟戊酸钾(K-MVA)、甲羟戊酸铵(NH4-MVA)、甲羟戊酸锂(Li-MVA)、甲羟戊酸的任何其他单价盐或其任何一种组合组成的组。
11.如权利要求9所述的方法，其进一步包括将所述水溶性甲羟戊酸内酯(MVL)浓缩，其中所述浓缩的MVL具有至少90％的甲羟戊酸内酯纯度(所述百分比是使用HPLC分析，对应于MVL的峰面积相对于总的峰面积)。
12.一种用于从包含甲羟戊酸盐的盐(X-MVA)的水性溶液产生甲羟戊酸内酯的方法，所述方法包括使包含所述甲羟戊酸的盐的所述水性溶液经受阳离子交换，从而将所述包含甲羟戊酸的盐的水性溶液转化为包含甲羟戊酸内酯(MVL)的水性溶液。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述甲羟戊酸盐的盐选自由甲羟戊酸钠(Na-MVA)、甲羟戊酸钾(K-MVA)、甲羟戊酸铵(NH4-MVA)、甲羟戊酸锂(Li-MVA)、甲羟戊酸的任何其他单价盐或其任何一种组合组成的组。
14.如权利要求12所述的方法，其进一步包括将所述包含甲羟戊酸内酯的水性溶液浓缩成包含至少65％至90％DS的液体。
15.如权利要求12或权利要求14所述的方法，其进一步包括在0-25℃冷却所述水性溶液或液体，以获得甲羟戊酸内酯一水合物(MVL*H2O)晶体。
16.如权利要求15所述的方法，其进一步包括将所述MVL*H2O晶体溶解在水中以获得包含具有至少90％的甲羟戊酸内酯纯度的甲羟戊酸内酯的稀释液体。
17.如权利要求12所述的方法，其中，所述水性溶液是发酵培养基。
18.如权利要求17所述的方法，其中，通过预涂层过滤、微滤或超滤中的至少一种从所述发酵培养基中除去生物质和任何固体来使所述发酵培养基澄清。
19.如权利要求17所述的方法，其中，所述发酵培养基是从大肠杆菌发酵获得的培养基。
20.一种药物组合物或家庭护理组合物或营养组合物或个人护理组合物或化妆品组合物，其包含由如权利要求11-17中任一项产生的MVL或其溶解形式。
21.一种从如权利要求1所述的方法获得的结晶X-MVA。
22.一种从如权利要求15所述的方法获得的结晶甲羟戊酸内酯*一水合物(MVL*H2O)。
23.一种组合物，其包含甲羟戊酸内酯一水合物(MVL*H2O)晶体。
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