一種乳果糖的制備方法
【專(zhuān)利摘要】一種乳果糖的制備方法，其步驟包括：制備乳果糖糖漿、活性炭脫色、納濾純化及濃縮、離子交換脫除殘余鹽分。其中膜分離所用納濾膜為截留分子量大于250Da的聚酰胺膜；去除殘余鹽分的方法為：在糖漿pH為7～10區(qū)間內(nèi)加入除硼樹(shù)脂，之后加入陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，最后再一次用陰離子交換樹(shù)脂調(diào)節(jié)糖漿pH值為中性。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于催化異構(gòu)化可使乳果糖相對(duì)于總糖的含量達(dá)到75%～80%，活性炭脫色的色值脫除率達(dá)到80%；納濾純化的脫鹽率達(dá)到97%以上，脫單糖率達(dá)到100%；最終乳果糖產(chǎn)品相對(duì)于總糖的純度大于90%，乳果糖得率為70%以上。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種乳果糖的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功能性糖領(lǐng)域，特別涉及一種結(jié)合納濾技術(shù)的乳果糖的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]乳果糖(也稱(chēng)異構(gòu)乳糖，乳酮糖)是一分子半乳糖和一分子果糖以β_1，4糖苷鍵連接而成的雙糖，具有調(diào)節(jié)腸道健康、提高人體免疫力、促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收等有益功效，是醫(yī)藥、食品和飼料工業(yè)的重要原輔料。但是，低純度乳果糖(50-70%對(duì)總糖)中存在的單糖(葡萄糖和半乳糖)和乳糖會(huì)對(duì)其功效產(chǎn)生影響，另外副反應(yīng)所產(chǎn)生的色素、殘余的鹽分均會(huì)引起藥品和食品安全問(wèn)題，因此需要建立一種易于工業(yè)化的高純度乳果糖的制備方法。
[0003]目前，工業(yè)上制備乳果糖的方法通常是采用化學(xué)異構(gòu)法，以硼酸為催化劑，在一定條件下將催化乳糖異構(gòu)化為乳果糖，同時(shí)部分乳糖被分解為單糖(葡萄糖和半乳糖)，并有產(chǎn)生色素的副反應(yīng)發(fā)生。異構(gòu)化反應(yīng)得到的乳果糖粗糖漿中，含有乳果糖(70~75%對(duì)總糖)、乳糖(10~15%對(duì)總糖)、單糖(10~15%對(duì)總糖)、色素、硼酸、鹽酸。因此，要獲得高純度乳果糖，必須通過(guò)后處理工藝將單糖、乳糖、色素及鹽分脫除。
[0004]脫鹽是乳果糖糖漿純化的主要難點(diǎn)，這是因?yàn)樗幱萌楣侵袣堄嗯鹚岬暮坎荒艹^(guò)13 mg/kg，作為食品用途時(shí)硼酸也是有害物質(zhì)。目前主要的工業(yè)脫鹽技術(shù)有離子交換脫鹽和膜分離脫鹽，離子交換脫鹽樹(shù)脂用量大，糖吸附嚴(yán)重，需要大量的再生酸堿；膜分離技術(shù)將乳果糖糖漿中的大部分鹽分脫除后，進(jìn)一步脫除殘余鹽分就需要消耗大量的去離子水。脫單糖是乳果糖糖漿純化的另一個(gè)難點(diǎn)，目前主要的工業(yè)分離單糖技術(shù)有工業(yè)柱色譜和膜分離，柱色譜分離裝備成本高、操作要求高，尚未在功能糖工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。
[0005]另外，在 申請(qǐng)人:2011年4 月I日申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?01110081858.1、發(fā)明名稱(chēng)為一種高純度乳果糖的制備方法里，其缺點(diǎn)是:為了完全轉(zhuǎn)化乳糖，最終獲得高達(dá)97%純度(對(duì)總糖)的乳果糖糖漿，限制了 NaOH與乳糖的用量比，但同時(shí)導(dǎo)致乳果糖得率降低為50-55%，而水解、產(chǎn)生色素等副反應(yīng)的程度上升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種易于工業(yè)化的乳果糖的制備方法，采用膜分離脫鹽與離子交換脫鹽結(jié)合的方法脫除硼酸和鹽酸，并實(shí)現(xiàn)在脫鹽的同時(shí)完全脫除單糖，同時(shí)還具有較高的乳果糖得率和純度。
[0007]本發(fā)明的原理為:以硼酸為催化劑，氫氧化鈉調(diào)節(jié)反應(yīng)pH為11~13強(qiáng)堿性，催化乳糖異構(gòu)化為乳果糖，通過(guò)控制硼酸用量、反應(yīng)PH值、反應(yīng)溫度和時(shí)間等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)乳糖轉(zhuǎn)化為乳果糖的轉(zhuǎn)化率為75~80%。之后利用活性炭脫除色素，利用截留分子量>250 Da的聚酰胺膜脫鹽同時(shí)脫除所有單糖，最后利用專(zhuān)門(mén)的除硼樹(shù)脂脫除殘余的硼酸。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)實(shí)現(xiàn):
一種乳果糖的制備方法，包括以下步驟:
(O制備乳果糖糖漿:以食品級(jí)乳糖為原料，硼酸為催化劑，將乳糖按1:4~1:6的料水質(zhì)量比溶解在水中，加入硼酸，硼酸和乳糖的質(zhì)量比為1:5~1:7，然后加入固體氫氧化鈉將糖漿PH調(diào)節(jié)至11~13，反應(yīng)液在6(T80°C下攪拌保溫反應(yīng)I~1.5 h ;
(2)活性炭脫色:用濃鹽酸將反應(yīng)液pH調(diào)節(jié)至2~4，加入相對(duì)于乳糖質(zhì)量比為0.2~
0.5%的活性炭，保溫?cái)嚢?.5~1.5 h，之后用板框過(guò)濾分離活性炭；
(3)納濾純化及濃縮:利用納濾純化乳果糖糖漿，操作壓力為25~45bar，溫度為30~50°C，通過(guò)納濾同時(shí)脫除糖漿中的鹽分和單糖，并實(shí)現(xiàn)乳果糖糖漿的濃縮；
(4)離子交換脫除殘余鹽分:離子交換樹(shù)脂的添加量相對(duì)于糖漿體積為40~70g/L,在20~30°C下攪拌0.5~1.0 h，過(guò)濾分離樹(shù)脂，得到純度相對(duì)于總糖質(zhì)量比為90%以上的乳果糖糖漿。
[0009]特別地，所述的膜分離所用納濾膜，為截留分子量大于250 Da的聚酰胺膜。
[0010]特別地，所述的離子交換樹(shù)脂包括:除硼樹(shù)脂，具體為由苯乙烯和二乙烯苯共聚交聯(lián)的，具有N-甲基葡萄糖胺基的大孔結(jié)構(gòu)螯合樹(shù)脂；陽(yáng)離子樹(shù)脂，具體為由苯乙烯和二乙烯苯共聚交聯(lián)的，帶有磺酸基的大孔結(jié)構(gòu)樹(shù)脂；陰離子交換樹(shù)脂，具體為由苯乙烯和二乙烯苯共聚交聯(lián)，帶有季銨基的大孔結(jié)構(gòu)樹(shù)脂。
[0011]特別地，所述的去除殘余鹽分的方法為:在糖漿pH為7~10區(qū)間內(nèi)加入除硼樹(shù)月旨，之后加入陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，最后再一次用陰離子交換樹(shù)脂調(diào)節(jié)糖漿PH值為中性。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:總體上，催化異構(gòu)化可使乳果糖相對(duì)于總糖的含量達(dá)到75%~80%，活性炭脫色的色值脫除率達(dá)到80%，納濾純化的脫鹽率達(dá)到97%以上，脫單糖率達(dá)到100%，最終乳果糖產(chǎn)品相對(duì)于總糖的純度大于90%，乳果糖得率為70%以上；相比于申請(qǐng)?zhí)?01110081858.1的專(zhuān)利，本發(fā)明的進(jìn)步之處在于:優(yōu)化了反應(yīng)條件，使乳果糖得率較高同時(shí)副反應(yīng)程度降低，改 進(jìn)了離子交換工藝，減少了脫除殘余鹽分時(shí)糖的損耗，即:乳果糖純度從97%略微降低至90~95%，但乳果糖得率從原來(lái)的50~55%，顯著提高到>70%。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例一
一種乳果糖的制備方法，包括以下步驟:
(O制備乳果糖糖漿:以20 kg食品級(jí)乳糖為原料，硼酸為催化劑，將乳糖溶解在100L水中，加入4 kg硼酸，然后加入固體氫氧化鈉將糖漿pH調(diào)節(jié)至12，反應(yīng)液在70°C下攪拌反應(yīng)1.5 h ;
(2)活性炭脫色:用濃鹽酸將反應(yīng)液pH直接調(diào)節(jié)至2，加入600g活性炭，保溫?cái)嚢?.0h，之后用板框過(guò)濾分離活性炭；
(3)納濾純化及濃縮:利用納濾純化乳果糖糖漿，所用膜為陶氏NF-270納濾膜，操作壓力為40 bar，溫度為40°C，加水透析至糖漿電導(dǎo)率為初始電導(dǎo)率的3% ；
(4)離子交換脫除殘余鹽分:在納濾純化的乳果糖糖漿中加入40g/L D403除硼樹(shù)脂，在251:下攪拌0.5 h，過(guò)濾分離樹(shù)脂；之后加入45g/L 732陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，在25°C下攪拌
0.5 h ;過(guò)濾分離樹(shù)脂，最后加入60 g/L717陰離子交換樹(shù)脂，最終得到純度為93.5% (對(duì)總糖)的乳果糖糖漿。
[0014]實(shí)施例二
一種乳果糖的制備方法，包括以下步驟:(O制備乳果糖糖漿:以24 kg食品級(jí)乳糖為原料，硼酸為催化劑，將乳糖溶解在120L水中，加入4.4 kg硼酸，然后加入固體氫氧化鈉將糖漿pH調(diào)節(jié)至11，反應(yīng)液在80°C下攪拌保溫反應(yīng)70 min ；
(2)活性炭脫色:用濃鹽酸將反應(yīng)液pH直接調(diào)節(jié)至3，加入1200g活性炭，保溫?cái)嚢?0min，之后用板框過(guò)濾分離活性炭；
(3)納濾純化及濃縮:利用納濾純化乳果糖糖漿，所用膜為S^roM-8納濾膜，操作壓力為30 bar，溫度為30°C，加水透析至糖漿電導(dǎo)率為初始電導(dǎo)率的3% ；
(4)離子交換脫除殘余鹽分:在納濾純化的乳果糖糖漿中加入45g/L ESC980除硼樹(shù)月旨，在301:下攪拌1.0 h，過(guò)濾分離樹(shù)脂；之后加入50 g/L 732陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，在30°C下攪拌0.5 h;過(guò)濾分離樹(shù)脂，最后加入70 g/L717陰離子交換樹(shù)脂，最終得到純度為93.0%(對(duì)總糖) 的乳果糖糖漿。
【權(quán)利要求】
1.一種乳果糖的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)制備乳果糖糖漿:以食品級(jí)乳糖為原料，硼酸為催化劑，將乳糖按1:4~1:6的料水質(zhì)量比溶解在水中，加入硼酸，硼酸和乳糖的質(zhì)量比為1:5~1:7，然后加入固體氫氧化鈉將糖漿PH調(diào)節(jié)至11~13，反應(yīng)液在6(T80°C下攪拌保溫反應(yīng)I~1.5 h ; (2)活性炭脫色:用濃鹽酸將反應(yīng)液pH調(diào)節(jié)至2~4，加入相對(duì)于乳糖質(zhì)量比為0.2~0.5%的活性炭，保溫?cái)嚢?.5~1.5 h，之后用板框過(guò)濾分離活性炭； (3)納濾純化及濃縮:利用納濾純化乳果糖糖漿，操作壓力為25~45bar，溫度為30~50°C，通過(guò)納濾同時(shí)脫除糖漿中的鹽分和單糖，并實(shí)現(xiàn)乳果糖糖漿的濃縮； (4)離子交換脫除殘余鹽分:離子交換樹(shù)脂的添加量相對(duì)于糖漿體積為40~70g/L，在20~30°C下攪拌0.5~1.0 h，過(guò)濾分離樹(shù)脂，得到純度相對(duì)于總糖質(zhì)量比為90%以上的乳果糖糖漿。
2.如權(quán)利要求1所述的乳果糖的制備方法，其特征在于步驟(3)所述的膜分離所用納濾膜，為截留分子量大于250 Da的聚酰胺膜。
3.如權(quán)利要求1所述的乳果糖的制備方法，其特征在于步驟(4)所述的離子交換樹(shù)脂包括:除硼樹(shù)脂，具體為由苯乙烯和二乙烯苯共聚交聯(lián)的，具有N-甲基葡萄糖胺基的大孔結(jié)構(gòu)螯合樹(shù)脂；陽(yáng)離子樹(shù)脂，具體為由苯乙烯和二乙烯苯共聚交聯(lián)的，帶有磺酸基的大孔結(jié)構(gòu)樹(shù)脂；陰離子交換樹(shù) 脂，具體為由苯乙烯和二乙烯苯共聚交聯(lián)，帶有季銨基的大孔結(jié)構(gòu)樹(shù)脂。
4.如權(quán)利要求3所述的乳果糖的制備方法，其特征在于步驟(4)所述的去除殘余鹽分的方法為:在糖漿PH為7~10區(qū)間內(nèi)加入除硼樹(shù)脂，之后加入陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，最后再一次用陰離子交換樹(shù)脂調(diào)節(jié)糖漿 PH值為中性。
【文檔編號(hào)】C07H1/06GK103864858SQ201410085725
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】楊瑞金, 張中, 華霄, 趙偉, 張文斌 申請(qǐng)人:江南大學(xué)