專利名稱：一種高純度乳果糖的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功能糖制備領(lǐng)域，特別涉及一種高純度乳果糖的制備方法。
背景技術(shù)：
乳果糖又叫乳酮糖、乳士糖、半乳糖基果糖甙，為由半乳糖與果糖以β-1,4糖苷鍵 結(jié)合而成的合成二糖。分子式為C12H22011，分子量為342。乳果糖具有良好的雙歧桿 菌增值功能，具有調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡的功效，在醫(yī)藥、食品及動物飼養(yǎng)方面有著廣泛 的應(yīng)用?？梢越档脱保瑢a，治療便秘，還用于各種肝性疾病的防治，在食品方面還 可以做為低熱值甜味劑和功能性食品添加劑，應(yīng)用廣泛。乳果糖的制備可采用化學法或生物法，其中目前應(yīng)用成熟的方法為化學法，通 常是以乳糖為原料，在堿性試劑的催化下發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)而生成的。在異構(gòu)化反應(yīng)中， 二糖會發(fā)生降解反應(yīng)，生成單糖如半乳糖等。目前，大量生產(chǎn)的廠家主要集中在國外， 比利時Solvay (蘇威)是世界上最大的乳果糖制造廠家，主要作為藥品應(yīng)用，而日本 Morinaga (森永)奶制品公司是另一主要生產(chǎn)廠家，其產(chǎn)品主要用于食品添加劑。乳果糖的化學法制備過程中，利用強堿性試劑如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化 鈣以及強有機堿胺類等來進行異構(gòu)化反應(yīng)，這些反應(yīng)中，二糖的降解產(chǎn)物半乳糖等單糖 的量大大增加，降低了乳果糖的得率，反應(yīng)產(chǎn)物帶有很重的顏色，難以進行分離和純 化。利用弱堿性試劑及強堿性離子交換樹脂來催化異構(gòu)化反應(yīng)，產(chǎn)率上并不理想，不適 合工業(yè)化。用硼酸鹽和鋁酸鹽、偏鋁酸鹽作為堿性試劑催化異構(gòu)化反應(yīng)，由于該類試劑 與乳果糖形成絡(luò)合物，使反應(yīng)向有利于形成乳果糖的方向進行，從而有較高的產(chǎn)率，但 需要去除硼酸鹽和鋁酸鹽、偏鋁酸鹽。利用化學法制備的乳果糖還含有其他一些非功能性組分，如乳糖、半乳糖等， 使乳果糖純度不高，小于90%，這些成分的存在制約了乳果糖在藥品及保健食品行業(yè)中 的應(yīng)用。利用乳果糖的結(jié)晶特性，可以以商品化乳果糖產(chǎn)品出發(fā)結(jié)晶制備高純度的乳果 糖產(chǎn)品，但是，純度不高的乳果糖產(chǎn)品在水相中結(jié)晶困難，而主要采用甲醇或乙醇進行 結(jié)晶操作，固體產(chǎn)品中會有甲醇或乙醇溶劑殘留，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有乳果糖生產(chǎn)轉(zhuǎn)化產(chǎn)率不高、低純度乳果糖液結(jié)晶困難、終產(chǎn)品純度不高等 乳果糖生產(chǎn)問題，本發(fā)明提供了一種以純?nèi)樘菫樵?，提高乳果糖生產(chǎn)轉(zhuǎn)化產(chǎn)率、提高 終產(chǎn)品純度的高純度乳果糖的制備方法。本發(fā)明具體是通過以下措施實現(xiàn)的
一種高純度乳果糖的制備方法，其特征是采用以下步驟
(1)以乳糖為原料，配制乳糖溶液，濃度為15wt% 20wt%，按與乳糖摩爾比1:1 的量加入硼酸，攪拌，用30%Na()H溶液調(diào)整pH至11.0，80°C條件下反應(yīng)120min，降溫 至50 60°C得到轉(zhuǎn)化液；
(2)將轉(zhuǎn)化液泵入活化后的AmberiiteIR-120Na強酸性陽離子交換樹脂柱中進行離 交處理，樹脂用量為2 4L/kg轉(zhuǎn)化液干物質(zhì)，循環(huán)溫度控制為40 50°C，得到糖液pH為4.5 6.5時終止；
(3)對步驟(2)中糖液進行顆粒活性炭柱脫色，為了達到好的效果，顆?；钚?炭柱中裝填Norit 1240P1US型顆?；钚蕴浚钚蕴恐鶞囟葹?0-80°C，糖液流速控制在 2 3BV ；
(4)將步驟(3)脫色后的糖液泵入活化后AmberiiteIRA96C樹脂柱中進行脫硼酸 處理，樹脂用量3 5L/kg糖液干物質(zhì)，溫度40 50°C，循環(huán)操作使硼酸含量小于lmg/kg 糖液干物質(zhì)；
(5)濃縮步驟(4)中糖液濃度至50 60%，注入裝有AmberliteCR1320K型色譜級 強酸陽樹脂的柱中，采用連續(xù)模擬移動床色譜分離法，以鉀型離子樹脂為載體，使用10 床式連續(xù)法色譜分離裝置進行分離，參數(shù)設(shè)置為樹脂柱內(nèi)徑120mm，樹脂柱裝填高度 為350mm，模擬樹脂床轉(zhuǎn)速為3° /min,進料溫度60_70°C，進料流速1.2_1.8L/h，進水 流速2-3L/h，收集流出液高純度乳果糖溶液流速1.4-2.0L/h，高純度乳果糖溶液中溶質(zhì) 為乳糖和乳果糖的混合物，濃度為24-30wt%，洗脫液流速1.8-2.8L/h，溶質(zhì)為葡萄糖、 半乳糖及果糖混合物，濃度為17-22wt% ；
(6)高純度乳果糖溶液真空濃縮至濃度70%，溫度為60°C，添加占溶液中干物質(zhì)的 重量0.2%-0.3%的乳果糖晶體，攪拌轉(zhuǎn)速100r/min_300r/min，降溫速度為60-50°C為 0.80C /h, 50-30°C為1°C/h，30-13°C為1.1°C/h,恒速攪拌48小時，離心，得到結(jié)晶乳 果糖，在35 40°C下干燥制得固體成品。對步驟(4)得到的糖液和步驟(5)得到的高純度乳果糖溶液進行檢測分析， 分析方法為高效液相色譜法，氨基色譜柱，RI檢測器，洗脫劑為乙腈水=80: 20，流 速 l.Oml/min。雖然在產(chǎn)品分離提純領(lǐng)域，連續(xù)模擬移動床色譜分離技術(shù)是一種使用比較普遍 的技術(shù)，但在將連續(xù)模擬移動床色譜分離技術(shù)應(yīng)用于乳果糖的分離提純中，還是需要克 服很多具體的技術(shù)問題，像參數(shù)的設(shè)置，濃度及流速的控制等，雖然有些參數(shù)可以通過 有限次的實驗得出，但仍然有很多參數(shù)的設(shè)定還是需要技術(shù)人員根據(jù)乳果糖的具體使用 領(lǐng)域，根據(jù)經(jīng)驗，經(jīng)過創(chuàng)造性勞動才能得到好的效果。水相結(jié)晶技術(shù)也是一種使用普遍的結(jié)晶技術(shù)，但在乳果糖分離提純具體技術(shù) 中，只有糖液中乳果糖的純度達到一定值之后，水相結(jié)晶才會取得好的效果，通過連續(xù) 模擬移動床色譜分離技術(shù)的應(yīng)用，使乳果糖的純度達到92%以上，使水相結(jié)晶技術(shù)的應(yīng) 用成為可能。專利申請?zhí)枮?01010197402.7，名稱為“一種D-甘露糖制備工藝”的中 國專利申請公開了一種D-甘露糖的制備工藝，此工藝中包括先經(jīng)過模擬移動床分離，再 進行水相結(jié)晶的步驟，但D-甘露糖與乳果糖具有很大區(qū)別，在具體操作過程中會有很多 參數(shù)設(shè)置方面的不同，本發(fā)明方法通過設(shè)置合理的水相結(jié)晶降溫速度，使結(jié)晶乳果糖的 純度達到98%以上。本發(fā)明的有益效果是
(1)利用堿/硼酸催化體系對乳糖進行異構(gòu)轉(zhuǎn)化，可以提高乳糖的轉(zhuǎn)化率，使乳果糖 產(chǎn)品的得率大大提高。(2)采用Amberlite IR_120Na強酸性陽離子交換樹脂及Amberlite IRA96C弱堿
性陰離子樹脂除去Na+離子及硼酸，以及顆?；钚蕴恐撋?，可以達到乳果糖精制、脫
4色的目的，硼酸含量降為lmg/kg以下，同時顆粒活性炭可再生使用，有利于降低生產(chǎn)成 本。(3)采用Amberlite CR1320K型色譜級強酸陽樹脂柱進行連續(xù)模擬移動床色譜 分離，通過樹脂柱裝填高度調(diào)整，模擬樹脂床轉(zhuǎn)速控制，進料濃度、進料溫度、進料流 速、進水流速、流出液流速、洗脫液流速等參數(shù)的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)高純度乳果糖的連續(xù)色譜 分離，產(chǎn)品液中乳果糖與乳糖及半乳糖的有效分離，乳果糖純度達到92%以上，利于水 相結(jié)晶。(4)對純度較高乳果糖液產(chǎn)品進行水相結(jié)晶，可以避免使用醇結(jié)晶乳果糖醇殘 留的問題，結(jié)晶后產(chǎn)品純度達到98%以上。


附圖1為本發(fā)明10床式連續(xù)法色譜分離裝置結(jié)構(gòu)示意圖，
圖中A-J為10根填料柱，1-10依次為10根填料柱的進料口、出料口，a為脫硼酸 處理后的糖液，b為流出乳糖溶液，c為流出液高純度乳果糖溶液，d為洗脫液，e為水， 圖中，箭頭表示液體流動方向。
具體實施例方式實施例1
(1)稱取IOkg高純度乳糖，加去離子水配制成濃度15%的乳糖溶液，加入1.8kg硼 酸，攪拌，用30%Na()H溶液調(diào)整pH至11.0，80°C條件下反應(yīng)120min得轉(zhuǎn)化液，迅速取 出降溫至50°C ；
(2)將降溫后轉(zhuǎn)化液泵入裝有AmberiiteIR_120Na強酸性陽離子交換樹脂，柱內(nèi)徑 250mm,高1500mm的層析柱中，樹脂裝填高度為900mm進行循環(huán)離交處理，循環(huán)溫度 控制為50°C，中止糖液的pH控制為4.5;
(3)離交處理后的糖液進行脫色，采用Norit1240P1US型顆?；钚蕴浚钚蕴恐鶅?nèi) 徑250mm，高1500mm，活性炭裝填高度為1100mm，溫度77 V，流速控制在3BV ；
(4)脫色后的糖液泵入裝有AmberliteIRA96C樹脂柱，柱內(nèi)徑300mm，高 1500mm,樹脂裝填高度為1000mm，進行脫硼酸處理，溫度45°C，最終硼酸含量為 0.56mg/kg糖液干物質(zhì)。脫除硼酸后糖液使用高效液相色譜檢測，糖液各組分占總干物質(zhì) 的量分別為乳果糖76.3%，乳糖12.2%，半乳糖8.5%，其它糖3.0% (果糖+葡萄糖)；
(5)脫硼酸處理后的糖液濃度濃縮至50%，泵入裝有AmberliteCR1320K型色譜級 強酸陽樹脂的10床式連續(xù)色譜分離系統(tǒng)，如圖2所示，樹脂柱內(nèi)徑120mm，樹脂柱裝填 高度為350mm，模擬樹脂床轉(zhuǎn)速為3° /min,進料溫度67°C，進料流速1.8 L/h，進水流 速3L/h，流出液流速1.8L/h，洗脫液流速2.7L/h，得流出液高純度乳果糖溶液20.5L， 濃度為24%，洗脫液30.75L，濃度為19%。對高純度乳果糖溶液進行高效液相色譜檢 測，糖液各組分占總干物質(zhì)的量分別為乳果糖92.3%，乳糖5.1%，半乳糖其它糖2.6%;
(6)將高純度乳果糖溶液真空濃縮至濃度69%，溫度60.5°C，添加12g乳果糖晶 體，降溫速度為 60-50°C為 0.8°C/h，50-30°C為 1°C/h，30_13°C為 1.1°C/h,以 240r/min 恒速攪拌48小時，過濾，對過濾出的結(jié)晶固體，真空烘箱在38°C下干燥得到固體乳果糖 4.3kg，利用高效液相色譜對結(jié)晶成品進行成分分析，純度達到98.2%。
實施例2:
(1)稱取IOkg高純度乳糖，加去離子水配制成濃度20%的乳糖溶液，加入1.8kg硼 酸，攪拌，用30%Na()H溶液調(diào)整pH至11.0，80°C條件下反應(yīng)120min得轉(zhuǎn)化液，迅速取 出降溫至58 °C ；
(2)將降溫后轉(zhuǎn)化液泵入裝有AmberiiteIR_120Na強酸性陽離子交換樹脂，柱內(nèi)徑 250mm,高1500mm的層析柱中，樹脂裝填高度為900mm進行循環(huán)離交處理，循環(huán)溫度 控制為40°C，中止糖液pH控制為6.5;
(3)離交處理后的糖液進行脫色，采用Norit1240P1US型顆粒活性炭，活性炭柱內(nèi) 徑250mm，高1500mm，活性炭裝填高度為1100mm，脫色溫度為78°C，料液流速控制在 2BV ；
(4)脫色后的糖液泵入裝有AmberliteIRA96C樹脂柱，柱內(nèi)徑300mm，高 1500mm,樹脂裝填高度為1000mm，進行脫硼酸處理，溫度45°C，硼酸最終含量為 0.46mg/kg糖液干物質(zhì)。脫除硼酸后糖液使用高效液相色譜檢測，糖液各組分占總干物質(zhì) 的量分別為乳果糖75.8%，乳糖12.7%，半乳糖8.6%，其它糖2.9% (果糖+葡萄糖)；
(5)脫硼酸處理后的糖液濃度濃縮至60%，泵入裝有AmberliteCR1320K型色譜級 強酸陽樹脂的10床式連續(xù)色譜分離系統(tǒng)，如圖2所示，樹脂柱內(nèi)徑120_，樹脂柱裝填 高度為350mm，模擬樹脂床轉(zhuǎn)速為3° /min,進料溫度62°C，進料流速1.2 L/h，進水流 速2L/h，流出液流速1.6L/h，洗脫液流速2.6L/h，得濃度25%的流出液高純度乳果糖 溶液20L，濃度為18%的洗脫液32.5L。對高純度乳果糖溶液進行高效液相色譜檢測， 糖液各組分占總干物質(zhì)的量分別為乳果糖92.5%，乳糖5.0%，半乳糖其它糖2.5%;
(6)將高純度乳果糖溶液真空濃縮至濃度70%，溫度60°C，添加Ilg乳果糖晶體， 降溫速度為 60-500C0.80C /h, 50-300C1°C /h, 30_13°C為 1.1°C /h,以 200r/min 恒 速攪拌48小時，過濾，對過濾出的結(jié)晶固體，真空烘箱在37°C下干燥得到固體乳果糖 4kg，利用高效液相色譜對結(jié)晶成品進行成分分析，純度達到98.5%。
權(quán)利要求
1.一種高純度乳果糖的制備方法，其特征是采用以下步驟(1)以乳糖為原料，配制乳糖溶液，濃度為15wt% 20wt%，按與乳糖摩爾比1:1 的量加入硼酸，攪拌，用30%Na()H溶液調(diào)整pH至11.0，80°C條件下反應(yīng)120min，降溫 至50 60°C得到轉(zhuǎn)化液；(2)將轉(zhuǎn)化液泵入活化后的AmberiiteIR-120Na強酸性陽離子交換樹脂柱中進行離 交處理，樹脂用量為2 4L/kg轉(zhuǎn)化液干物質(zhì)，循環(huán)溫度控制為40 50°C，得到糖液pH為 4.5 6.5時中止；(3)對步驟(2)中糖液進行顆?；钚蕴恐撋?4)將步驟(3)脫色后的糖液泵入活化后AmberiiteIRA96C樹脂柱中進行脫硼酸 處理，樹脂用量3 5L/kg糖液干物質(zhì)，溫度40 50°C，循環(huán)操作使硼酸含量小于lmg/kg 糖液干物質(zhì)；(5)濃縮步驟(4)中糖液濃度至50 60wt %，注入裝有Amberlite CR1320K型色 譜級強酸陽樹脂的柱中，使用10床式連續(xù)法色譜分離裝置進行分離，參數(shù)設(shè)置為樹 脂柱內(nèi)徑120mm，樹脂柱裝填高度為350mm，模擬樹脂床轉(zhuǎn)速為3° /min,進料溫度 60-70進料流速1.2-1.8L/h，進水流速2_3L/h，收集流出液高純度乳果糖溶液流速 1.4-2.0L/h,濃度為 24-30 wt %，洗脫液流速 1.8_2.8L/h，濃度為 17-22 wt%;(6)高純度乳果糖溶液真空濃縮至濃度70wt %，溫度為60°C，添加占溶液中干 物質(zhì)的重量0.2%-0.3%的乳果糖晶體，攪拌轉(zhuǎn)速100r/min_300r/min，降溫速度為 60-50°C為 0.8°C/h，50-30°C為 1°C/h，30_13°C為 1.1°C/h,恒速攪拌 48 小時，離心， 得到結(jié)晶乳果糖，在35 40°C下干燥制得固體成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)中顆?；钚蕴恐醒b填Norit 1240P1US型顆?；钚蕴?，活性炭柱溫度為70-8(TC，糖液流速控制在2 3BV。
全文摘要
本發(fā)明涉及功能糖制備領(lǐng)域一種高純度乳果糖的制備方法。采用以下步驟配制乳糖溶液濃度15%~20%，加入硼酸、NaOH調(diào)整反應(yīng)得到轉(zhuǎn)化液；將轉(zhuǎn)化液進行離交脫Na+處理；進行顆?；钚蕴恐撋?；將糖液脫硼酸，硼酸含量小于1mg/kg糖液干物質(zhì)；濃縮糖液濃度至50~60%，使用10床式連續(xù)法色譜分離裝置進行分離；水相結(jié)晶，降溫速度為60-50℃為0.8℃/h，50-30℃為1℃/h，30-13℃為1.1℃/h。可以提高乳糖的轉(zhuǎn)化率，使乳果糖產(chǎn)品的得率大大提高；顆?；钚蕴棵撋?；連續(xù)模擬移動床色譜分離，實現(xiàn)高純度乳果糖的連續(xù)色譜分離，乳果糖純度達到92%以上，利于水相結(jié)晶；水相結(jié)晶，純度達到98%以上。
文檔編號C07H3/04GK102020680SQ201110002530
公開日2011年4月20日 申請日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日
發(fā)明者袁衛(wèi)濤, 邵先豹 申請人:保齡寶生物股份有限公司