從乳清滲透物或干燥乳清滲透物制造用于生產(chǎn)d-塔格糖的d-半乳糖的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種從干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物中生產(chǎn)D-半乳糖的方法，包括：從所述干燥乳清滲透物的溶解溶液或所述液體乳清滲透物中去除非糖不溶性物質(zhì)；從已去除非糖固體沉淀物的所述干燥乳清滲透物的溶解溶液或所述液體乳清滲透物中去除蛋白；以及從已去除所述蛋白的所述干燥乳清滲透物的溶解溶液或所述液體乳清滲透物中去除灰分、鹽或這兩者。此外，本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)D-塔格糖的方法，包括將通過所述本發(fā)明方法生產(chǎn)的D-半乳糖異構(gòu)化以獲得D-塔格糖。
【專利說明】從乳清滲透物或干燥乳清滲透物制造用于生產(chǎn)D-塔格糖 的D-半乳糖的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種從液體乳清滲透物（whey permeate)或干燥乳清滲透物（dried whey permeate,下文稱為"DWP"）生產(chǎn)用于生產(chǎn)D-塔格糖的D-半乳糖的方法。更具體 地說，本發(fā)明涉及一種從廉價(jià)原材料大批量生產(chǎn)D-半乳糖的方法，通過從在由乳清生產(chǎn)乳 清蛋白分離物的過程中產(chǎn)生的干燥乳清滲透物或液體乳清滲透物中去除雜質(zhì)如蛋白、灰分 (包含鹽）、其他非糖不溶性物質(zhì)等來進(jìn)行。本發(fā)明還涉及一種從通過本發(fā)明獲得的D-半 乳糖大批量生產(chǎn)D-塔格糖的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 對于能夠預(yù)防由于糖消耗引起的過多熱量攝取、肥胖癥以及蛀牙的低熱量和功能 性甜味劑的需求已暴增。
[0003] D-塔格糖是一種理想的作為替代糖的低熱量甜味劑，它可以滿足所述消費(fèi)者需 求。D-塔格糖具有（約90%)蔗糖甜度，由此與之實(shí)質(zhì)上相同，但具有30%蔗糖熱量。
[0004] 此外，已知D-塔格糖（D-半乳糖的立體異構(gòu)體）在體內(nèi)的代謝速度和吸附速 率較低，且由此可用作無副作用的低熱量甜味劑（參見JECFA第六十三次會議，日內(nèi)瓦 (Geneva)，2004年6月 8 日-17 日-食品添加劑（Food Additives))。
[0005] 僅20% D-塔格糖在小腸中被吸附，且其剩余的80%移動到大腸，在大腸中腸道微 生物生存并選擇性地加速乳酸桿菌的產(chǎn)生，由此制造短鏈脂肪酸。特別地，D-塔格糖具有 大量（高達(dá)總短鏈脂肪酸的50%)制造已知有助于預(yù)防結(jié)腸癌的丁酸鹽（butyrate)的益 生（prebiotic)特征。此外，D-塔格糖是具有1.5千卡/克的低熱量值的天然糖，且根據(jù)美 國食品和藥物管理局（FDA)已達(dá)到普遍認(rèn)為安全（Generally Recognized As Safe ;GRAS) 狀態(tài)，由此允許用作食品、飲料、健康食品、膳食添加劑等中的功能性甜味劑。
[0006] 然而，D-塔格糖并不常見于自然界中且是僅以痕量存在于乳制品和一些植物中的 罕見糖。為了將D-塔格糖用作低熱量和功能性甜味劑，必需開發(fā)一種從廉價(jià)原材料大批量 生產(chǎn)D-塔格糖的方法。
[0007] 美國專利第5, 002, 612號和第5, 078, 796號公開一種生產(chǎn)D-塔格糖的方法， 通過以下方式進(jìn)行：通過將乳糖酶加入D-半乳糖與D-葡萄糖的混合物中來水解乳糖 (lactose)或含有乳糖的物質(zhì)，從混合物中去除任選的D-葡萄糖，以及接著將D-半乳糖以 化學(xué)方式異構(gòu)化成D-塔格糖。
[0008] 因此，酶促生產(chǎn)D-塔格糖中的必需中間物是D-半乳糖。目前，到現(xiàn)在為止開發(fā)的 D-半乳糖供應(yīng)受限于乳糖水解。
[0009] 然而，乳糖價(jià)格會因不可預(yù)知的因素，如根據(jù)天氣產(chǎn)生的原料乳量、對奶粉的需 求、第三世界國家中乳糖消耗的變化等而變化，且展現(xiàn)出價(jià)格反復(fù)下降和上升的獨(dú)特價(jià)格 型態(tài)。原料乳市場的這類價(jià)格波動使得穩(wěn)定供應(yīng)用于生產(chǎn)D-塔格糖的原材料很困難。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，有可能從在生產(chǎn)乳清蛋白分離物的過程中產(chǎn)生的廉價(jià)乳清滲透物或 干燥乳清滲透物中獲得D-半乳糖并使用D-半乳糖來生產(chǎn)D-塔格糖。因此，可確保原材料 的穩(wěn)定供應(yīng)以及D-塔格糖的價(jià)格穩(wěn)定，由此創(chuàng)造可觀的附加價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 【技術(shù)問題】
[0012] 目前，D-半乳糖（它是經(jīng)由酶促過程生產(chǎn)D-塔格糖的原材料）的生產(chǎn)取決于乳 糖。然而，乳糖的不穩(wěn)定供應(yīng)以及乳糖的高價(jià)格直接影響D-塔格糖的生產(chǎn)成本。因此，廉 價(jià)原材料（即，乳糖和D-半乳糖）的更穩(wěn)定供應(yīng)是大批量生產(chǎn)D-塔格糖的前提條件。由 于對開發(fā)廉價(jià)材料作為生產(chǎn)D-塔格糖的原材料進(jìn)行了廣泛的研究，本發(fā)明人已開發(fā)了一 種能夠經(jīng)濟(jì)地利用在乳清蛋白分離物生產(chǎn)中作為副產(chǎn)物產(chǎn)生的乳清滲透物或干燥乳清滲 透物（其工業(yè)使用相對不高）的技術(shù)。
[0013]【技術(shù)解決方案】
[0014] 由于乳清滲透物或干燥乳清滲透物除含有碳水化合物（乳糖）以外還含有蛋白、 灰分（包含鹽）以及其他雜質(zhì)，故需要一種經(jīng)濟(jì)并有效地將乳糖從其他組分中分離出來的 方法以便將乳清滲透物或干燥乳清滲透物用作D-塔格糖生產(chǎn)的原材料。
[0015] 在本發(fā)明中，對干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物進(jìn)行物理和化學(xué)預(yù) 處理，如pH值調(diào)節(jié)、熱處理等，從而通過在不改變糖含量或不形成副產(chǎn)物的情況下誘導(dǎo)固 化來去除非糖不溶性物質(zhì)。此外，為了實(shí)現(xiàn)從已去除不溶性沉淀物的干燥乳清滲透物的溶 解溶液或液體乳清滲透物中有效并經(jīng)濟(jì)地去除蛋白，使用活性碳處理而不會帶來相對高成 本的常規(guī)吸附法或離子色譜法。
[0016] 此外，對已去除固體沉淀物和蛋白的干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透 物進(jìn)行電滲析，從而去除溶解溶液所含有的鹽、灰分或鹽和灰分這兩者。因此，根據(jù)本發(fā)明 的方法可經(jīng)由去除固體沉淀物和蛋白的預(yù)處理而將對電滲析中使用的膜的污染減到最少 同時(shí)改進(jìn)脫鹽效率。
[0017] 【有利作用】
[0018] 本發(fā)明提供克服對在本領(lǐng)域中用作D-塔格糖的原材料的經(jīng)純化乳糖和/或結(jié)晶 乳糖的供應(yīng)的依賴性的作用，且可通過提供一種有效并經(jīng)濟(jì)地去除乳清滲透物或干燥乳清 滲透物（它是乳清蛋白分離物生產(chǎn)中的副產(chǎn)物）中的蛋白、灰分（包含鹽）和其他固體沉 淀物（不包含乳糖）的方法來直接或間接地降低生產(chǎn)D-塔格糖的成本。
[0019] 本發(fā)明還提供一種能夠經(jīng)濟(jì)地利用在乳清蛋白分離物生產(chǎn)中作為副產(chǎn)物產(chǎn)生的 乳清滲透物或干燥乳清滲透物（其工業(yè)使用相對不高）的技術(shù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面生產(chǎn)D-半乳糖的整個(gè)過程的流程圖。
[0021] 圖2繪示通過將20% (w/v)DWP的溶解溶液調(diào)節(jié)到pH 6. 8,在70°C下進(jìn)行熱處理 30分鐘并接著離心來去除的固化沉淀物的干燥重量。
[0022] 圖3繪示在分別用活性碳粉末（A到F)處理之后的蛋白去除產(chǎn)率。
[0023] 圖4a是描繪取決于溫度和時(shí)間條件在用圖3的活性碳粉末中的活性碳A處理之 后的蛋白去除產(chǎn)率結(jié)果的圖式，且圖4b是描繪取決于溫度和時(shí)間條件在用圖3的活性碳粉 末中的活性碳B處理之后的蛋白去除產(chǎn)率結(jié)果的圖式。
[0024] 圖5是描繪在用圖3的活性碳粉末中的活性碳A處理后蛋白去除和脫色結(jié)果的照 片。
[0025] 圖6是描繪取決于電滲析操作時(shí)間變化的電導(dǎo)率和電流變化的圖式。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 本發(fā)明涉及一種從干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物中生產(chǎn)D-半乳 糖的方法，包含：從干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物中去除固體沉淀物；從 已去除固體沉淀物的干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物中去除蛋白；以及從已 去除固體沉淀物和蛋白這兩者的干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物中去除灰 分、鹽或灰分和鹽這兩者。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)D-半乳糖的方法使用在乳清蛋白分離物生產(chǎn)中作為副產(chǎn)物產(chǎn)生 的液體乳清滲透物和干燥乳清滲透物這兩者作為原材料。當(dāng)使用液體乳清滲透物時(shí)，去除 固體沉淀物的過程可在無單獨(dú)處理的情況下進(jìn)行。當(dāng)使用干燥乳清滲透物作為原材料時(shí)， 乳清滲透物可溶解于作為溶劑的水中以制備干燥乳清滲透物的溶解溶液，且可將固體沉淀 物從溶解溶液中去除。
[0028] 如本文所用的術(shù)語"乳清蛋白分離物"意指通過使作為原材料的乳清通過過濾器 膜而分離并收集的乳清蛋白。
[0029] 如本文所用的術(shù)語"液體乳清滲透物"意指在生產(chǎn)"乳清蛋白分離物"的過程期間 作為副產(chǎn)物產(chǎn)生的滲透物。
[0030] 如本文所用的術(shù)語"干燥乳清滲透物"意指通過將液體乳清滲透物濃縮并干燥而 獲得的干燥乳清滲透物。
[0031] 去除固體沉淀物的過程可通過以下方式進(jìn)行：經(jīng)由在40°C到90°C下熱處理、將溶 解溶液調(diào)節(jié)到PH值為3到9或這兩種處理而從干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲 透物中形成固體沉淀物，并接著通過如離心等的典型方法分離固體沉淀物。在40°C到90°C 下進(jìn)行熱處理以及調(diào)節(jié)到pH值為3到9的程序提供以下作用：通過在不引起干燥乳清滲透 物的溶解溶液或液體乳清滲透物中糖含量變化和不形成副產(chǎn)物的情況下，將干燥乳清滲透 物的溶解溶液或液體乳清滲透物中的固體組分沉淀來去除固體組分且不影響作為最終產(chǎn) 物的D-半乳糖的含量和品質(zhì)。優(yōu)選地，熱處理在50°C到80°C的溫度下進(jìn)行，且pH值調(diào)節(jié) 進(jìn)行到pH值為4到8。
[0032] 在本發(fā)明中，在不沉淀乳糖情況下的固體和不溶性物質(zhì)的沉淀隨著熱處理溫度升 高而加速。此外，固體和不溶性物質(zhì)的沉淀隨著pH值升高而加速。因此，隨著熱處理溫度 和PH值升高，固體和不溶性物質(zhì)的沉淀可得到加速，由此顯著增加固體沉淀物。在一個(gè)實(shí) 施例中，去除固體沉淀物的過程通過將熱處理溫度升高到60°C到80°C以及將溶解溶液調(diào) 節(jié)到pH值為5到8來進(jìn)行。
[0033] 在根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)D-半乳糖的方法中，有可能從已去除固體沉淀物的干燥乳清 滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物中去除蛋白。去除蛋白的過程具有優(yōu)點(diǎn)，所述優(yōu)點(diǎn)在 于可使用活性碳而不使用會帶來高成本的預(yù)吸附或離子色譜進(jìn)行去除蛋白。
[0034] 在本發(fā)明中，經(jīng)由活性碳處理去除蛋白的過程可包含：用活性碳對已去除固體 沉淀物的干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物進(jìn)行處理，且使所得物在20°C到 90°C下反應(yīng)10分鐘到9小時(shí)?；钚蕴純?yōu)選是活性碳粉末，例如（但不限于）活性碳A到活性 碳F。在本發(fā)明中，活性碳A是由諾芮特公司（Norit Inc.)生產(chǎn)的達(dá)科KB-B (DARCOKB-B)， 活性碳B是由諾芮特公司生產(chǎn)的諾芮特CGSP (N0RITCGSP)，活性碳C是由諾芮特公司生產(chǎn) 的諾芮特CASP (N0RITCASP)，活性碳D是由諾芮特公司生產(chǎn)的諾芮特CAl (N0RITCA1)，活性 碳E是由諾芮特公司生產(chǎn)的A51，而活性碳F是由諾芮特公司生產(chǎn)的諾芮特SX加 （NoritSX plus)。更優(yōu)選地，活性碳A或活性碳B就蛋白去除效率來說是適用的。
[0035] 活性碳處理優(yōu)選地在50°C到80°C下進(jìn)行約3小時(shí)到8小時(shí)，更優(yōu)選地在55°C到 75°C下進(jìn)行約4小時(shí)到7小時(shí)。
[0036] 蛋白去除效率可隨著增加處理時(shí)間和溫度而得到加速。
[0037] 在本發(fā)明中使用活性碳的蛋白去除方法引起進(jìn)一步的脫色。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)D-半乳糖的方法可進(jìn)一步包含從已去除蛋白的干燥乳清滲透物 的溶解溶液或液體乳清滲透物中去除灰分、鹽或這兩者?；曳?、鹽或這兩者的去除可通過電 滲析進(jìn)行。在本發(fā)明中，由于固體沉淀物和蛋白是在電滲析之前去除的，故對電滲析膜的污 染可減到最少，由此延長電滲析膜的壽命同時(shí)改進(jìn)鹽去除效率。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的方法可進(jìn)一步包含在固體沉淀物去除、蛋白去除和灰分和/或鹽去 除中的任一者之前或之后將乳糖酶加入干燥滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物中。優(yōu)選 地，加入乳糖酶的過程是在固體沉淀物去除之后并在蛋白去除之前進(jìn)行的。
[0040] 至于乳糖酶（Lactase)，可非限制性地使用任何已知酶。乳糖酶的實(shí)例可包含由 DSM公司（DSM Inc.)生產(chǎn)的馬克西萊克特（Maxilact) LX5000、馬克西萊克特LG 5000。
[0041] 酶可以O(shè).Olw/v%到5W/V%的濃度加入。在使用酶的情況下，可使用發(fā)酵器在 35°C到39°C下進(jìn)行水解。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明的方法可在鹽和/或灰分去除之后進(jìn)一步包含離子純化、濃縮以及色 譜分離程序。具體來說，為了分離，可使用模擬移動床（Simulated Moving Bed ;SMB)色譜、 離子純化以及濃縮對D-半乳糖進(jìn)行純化和收集。在SMB色譜分離和純化之前，通常將陽離 子和陰離子純化色譜用于離子去除，或可進(jìn)行本領(lǐng)域中常規(guī)使用的濃縮過程。本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例涉及一種生產(chǎn)D-塔格糖的方法，包含將通過上述方法生產(chǎn)的D-半乳糖異構(gòu)化 以獲得D-塔格糖。
[0043] 現(xiàn)將參照以下實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。應(yīng)理解提供這些實(shí)施例僅為了說明， 且不應(yīng)以任何方式理解為限制本發(fā)明。本文中將省略對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易知的細(xì)節(jié) 描述。
[0044] 〈實(shí)施例〉
[0045] 實(shí)施例1 :干燥乳清滲透物（DWP)的組分分析
[0046] 原材料中雜質(zhì)的含量和類型通過干燥乳清滲透物（它是從乳清生產(chǎn)乳清蛋白分 離物的副產(chǎn)物）的組分分析來鑒別。干燥乳清滲透物中組分的分析結(jié)果展示在表1中。干 燥乳清滲透物含有量大于80%的乳糖且除包含糖組分之外還包含蛋白、脂肪、各種無機(jī)鹽 以及重金屬。為了將除糖組分以外的其余組分去除，對干燥乳清滲透物進(jìn)行物理和化學(xué)預(yù) 處理。
[0047] 表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種從干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產(chǎn)D-半乳糖的方法，其特 征在于，包括： 從干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物中去除非糖物質(zhì)； 從已去除所述非糖物質(zhì)的所述干燥乳清滲透物的溶解溶液或所述液體乳清滲透物中 去除殘余的蛋白；以及 從已去除所述蛋白的所述干燥乳清滲透物的溶解溶液或所述液體乳清滲透物中去除 灰分、鹽或這兩者。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產(chǎn)D-半 乳糖的方法，其中去除所述非糖物質(zhì)包括經(jīng)由在40°C到90°C下熱處理和/或?qū)⑺鋈芙馊?液調(diào)節(jié)到PH值為3到9而從所述干燥乳清滲透物的溶解溶液或所述液體乳清滲透物中形 成不溶的固體沉淀物，并去除所述固體沉淀物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的從干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產(chǎn)D-半 乳糖的方法，其中去除所述固體沉淀物是在所述干燥乳清滲透物的溶解溶液或所述液體乳 清滲透物中的糖含量無變化的情況下或在不形成副產(chǎn)物的情況下進(jìn)行的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產(chǎn)D-半 乳糖的方法，其中去除所述蛋白包括用活性碳處理所述溶解溶液并使所得物在20°C到 90°C下反應(yīng)10分鐘到8小時(shí)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的從干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產(chǎn)D-半 乳糖的方法，其中去除所述蛋白進(jìn)一步包括將所述所得物脫色。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的從干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產(chǎn)D-半 乳糖的方法，其中所述活性碳是活性碳粉末。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產(chǎn)D-半 乳糖的方法，其中去除所述灰分、鹽或這兩者是通過電滲析進(jìn)行的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的從干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透 物生產(chǎn)D-半乳糖的方法，進(jìn)一步包括：將乳糖酶加入所述干燥乳清滲透物的溶解溶液或所 述液體乳清滲透物中以生產(chǎn)D-半乳糖。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的從干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產(chǎn)D-半 乳糖的方法，其中用于生產(chǎn)D-半乳糖的反應(yīng)在35°C到39°C下進(jìn)行50小時(shí)到60小時(shí)。
10. -種生產(chǎn)D-塔格糖的方法，其特征在于，包括：將通過根據(jù)權(quán)利要求8所述的從干 燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產(chǎn)D-半乳糖的方法生產(chǎn)的D-半乳糖異構(gòu)化 以獲得D-塔格糖。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的從干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲 透物生產(chǎn)D-半乳糖的方法，進(jìn)一步包括：在去除所述灰分、鹽或這兩者之后進(jìn)行離子純化、 濃縮以及色譜程序。
12. -種生產(chǎn)D-塔格糖的方法，其特征在于，包括：將通過根據(jù)權(quán)利要求1到7中任 一項(xiàng)所述的從干燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產(chǎn)D-半乳糖的方法生產(chǎn)的 D-半乳糖異構(gòu)化以獲得D-塔格糖。
【文檔編號】C07H3/02GK104321331SQ201380023775
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月23日
【發(fā)明者】梁成才, 金敏會, 金澤范, 李英美, 金成俌, 樸承源 申請人:Cj第一制糖株式會社