CN103864858A - 一种乳果糖的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种乳果糖的制备方法，其步骤包括：制备乳果糖糖浆、活性炭脱色、纳滤纯化及浓缩、离子交换脱除残余盐分。其中膜分离所用纳滤膜为截留分子量大于250Da的聚酰胺膜；去除残余盐分的方法为：在糖浆pH为7～10区间内加入除硼树脂，之后加入阳离子交换树脂，最后再一次用阴离子交换树脂调节糖浆pH值为中性。本发明的优点在于催化异构化可使乳果糖相对于总糖的含量达到75%～80%，活性炭脱色的色值脱除率达到80%；纳滤纯化的脱盐率达到97%以上，脱单糖率达到100%；最终乳果糖产品相对于总糖的纯度大于90%，乳果糖得率为70%以上。

Description

一种乳果糖的制备方法

技术领域

本发明属于功能性糖领域，特别涉及一种结合纳滤技术的乳果糖的制备方法。

背景技术

乳果糖(也称异构乳糖，乳酮糖)是一分子半乳糖和一分子果糖以β-1,4糖苷键连接而成的双糖，具有调节肠道健康、提高人体免疫力、促进营养吸收等有益功效，是医药、食品和饲料工业的重要原辅料。但是,低纯度乳果糖（50-70%对总糖）中存在的单糖（葡萄糖和半乳糖）和乳糖会对其功效产生影响，另外副反应所产生的色素、残余的盐分均会引起药品和食品安全问题，因此需要建立一种易于工业化的高纯度乳果糖的制备方法。

目前，工业上制备乳果糖的方法通常是采用化学异构法，以硼酸为催化剂，在一定条件下将催化乳糖异构化为乳果糖，同时部分乳糖被分解为单糖（葡萄糖和半乳糖），并有产生色素的副反应发生。异构化反应得到的乳果糖粗糖浆中，含有乳果糖（70～75%对总糖）、乳糖（10～15%对总糖）、单糖（10～15%对总糖）、色素、硼酸、盐酸。因此，要获得高纯度乳果糖，必须通过后处理工艺将单糖、乳糖、色素及盐分脱除。

脱盐是乳果糖糖浆纯化的主要难点，这是因为药用乳果糖中残余硼酸的含量不能超过13 mg/kg，作为食品用途时硼酸也是有害物质。目前主要的工业脱盐技术有离子交换脱盐和膜分离脱盐，离子交换脱盐树脂用量大，糖吸附严重，需要大量的再生酸碱；膜分离技术将乳果糖糖浆中的大部分盐分脱除后，进一步脱除残余盐分就需要消耗大量的去离子水。脱单糖是乳果糖糖浆纯化的另一个难点，目前主要的工业分离单糖技术有工业柱色谱和膜分离，柱色谱分离装备成本高、操作要求高，尚未在功能糖工业生产中广泛应用。

另外，在申请人2011年4月1日申请的申请号为201110081858.1、发明名称为一种高纯度乳果糖的制备方法里，其缺点是：为了完全转化乳糖，最终获得高达97%纯度（对总糖）的乳果糖糖浆，限制了NaOH与乳糖的用量比，但同时导致乳果糖得率降低为50~55%，而水解、产生色素等副反应的程度上升。

发明内容

本发明的目的是提供一种易于工业化的乳果糖的制备方法，采用膜分离脱盐与离子交换脱盐结合的方法脱除硼酸和盐酸，并实现在脱盐的同时完全脱除单糖，同时还具有较高的乳果糖得率和纯度。

本发明的原理为：以硼酸为催化剂，氢氧化钠调节反应pH为11～13强碱性，催化乳糖异构化为乳果糖，通过控制硼酸用量、反应pH值、反应温度和时间等参数，实现乳糖转化为乳果糖的转化率为75～80%。之后利用活性炭脱除色素，利用截留分子量>250 Da的聚酰胺膜脱盐同时脱除所有单糖，最后利用专门的除硼树脂脱除残余的硼酸。

为实现上述目的，本发明通过以下技术实现：

   一种乳果糖的制备方法，包括以下步骤：

（1） 制备乳果糖糖浆：以食品级乳糖为原料，硼酸为催化剂，将乳糖按1:4～1:6的料水质量比溶解在水中，加入硼酸，硼酸和乳糖的质量比为1:5～1:7，然后加入固体氢氧化钠将糖浆pH调节至11～13，反应液在60~80℃下搅拌保温反应1～1.5 h；

（2）活性炭脱色：用浓盐酸将反应液pH调节至2～4，加入相对于乳糖质量比为0.2～0.5%的活性炭，保温搅拌0.5～1.5 h，之后用板框过滤分离活性炭；

（3）纳滤纯化及浓缩：利用纳滤纯化乳果糖糖浆，操作压力为25～45 bar，温度为30～50℃，通过纳滤同时脱除糖浆中的盐分和单糖，并实现乳果糖糖浆的浓缩；

（4）离子交换脱除残余盐分：离子交换树脂的添加量相对于糖浆体积为40～70 g/L，在20～30℃下搅拌0.5～1.0 h，过滤分离树脂，得到纯度相对于总糖质量比为90%以上的乳果糖糖浆。

特别地，所述的膜分离所用纳滤膜，为截留分子量大于250 Da的聚酰胺膜。

特别地，所述的离子交换树脂包括：除硼树脂，具体为由苯乙烯和二乙烯苯共聚交联的，具有N-甲基葡萄糖胺基的大孔结构螯合树脂；阳离子树脂，具体为由苯乙烯和二乙烯苯共聚交联的，带有磺酸基的大孔结构树脂；阴离子交换树脂，具体为由苯乙烯和二乙烯苯共聚交联，带有季铵基的大孔结构树脂。

特别地，所述的去除残余盐分的方法为：在糖浆pH为7～10区间内加入除硼树脂，之后加入阳离子交换树脂，最后再一次用阴离子交换树脂调节糖浆pH值为中性。

本发明的有益效果在于：总体上，催化异构化可使乳果糖相对于总糖的含量达到75%～80%，活性炭脱色的色值脱除率达到80%，纳滤纯化的脱盐率达到97%以上，脱单糖率达到100%，最终乳果糖产品相对于总糖的纯度大于90%，乳果糖得率为70%以上；相比于申请号201110081858.1的专利，本发明的进步之处在于：优化了反应条件，使乳果糖得率较高同时副反应程度降低，改进了离子交换工艺，减少了脱除残余盐分时糖的损耗，即：乳果糖纯度从97%略微降低至90~95%，但乳果糖得率从原来的50~55%，显著提高到>70%。

具体实施方式

实施例一

一种乳果糖的制备方法，包括以下步骤：

（1） 制备乳果糖糖浆：以20 kg食品级乳糖为原料，硼酸为催化剂，将乳糖溶解在100 L水中，加入4 kg硼酸，然后加入固体氢氧化钠将糖浆pH调节至12，反应液在70℃下搅拌反应1.5 h；

（2）活性炭脱色：用浓盐酸将反应液pH直接调节至2，加入600 g活性炭，保温搅拌1.0 h，之后用板框过滤分离活性炭；

（3）纳滤纯化及浓缩：利用纳滤纯化乳果糖糖浆，所用膜为陶氏NF-270纳滤膜，操作压力为40 bar，温度为40℃，加水透析至糖浆电导率为初始电导率的3%；

（4）离子交换脱除残余盐分：在纳滤纯化的乳果糖糖浆中加入40 g/L D403除硼树脂，在25℃下搅拌0.5 h，过滤分离树脂；之后加入45g/L 732阳离子交换树脂，在25℃下搅拌0.5 h；过滤分离树脂，最后加入60 g/L717阴离子交换树脂，最终得到纯度为93.5%（对总糖）的乳果糖糖浆。

实施例二

一种乳果糖的制备方法，包括以下步骤：

（1） 制备乳果糖糖浆：以24 kg食品级乳糖为原料，硼酸为催化剂，将乳糖溶解在120 L水中，加入4.4 kg硼酸，然后加入固体氢氧化钠将糖浆pH调节至11，反应液在80℃下搅拌保温反应70 min；

（2）活性炭脱色：用浓盐酸将反应液pH直接调节至3，加入1200 g活性炭，保温搅拌40 min，之后用板框过滤分离活性炭；

（3）纳滤纯化及浓缩：利用纳滤纯化乳果糖糖浆，所用膜为Sepro M-8纳滤膜，操作压力为30 bar，温度为30℃，加水透析至糖浆电导率为初始电导率的3%；

（4）离子交换脱除残余盐分：在纳滤纯化的乳果糖糖浆中加入45 g/L ESC980除硼树脂，在30℃下搅拌1.0 h，过滤分离树脂；之后加入50 g/L 732阳离子交换树脂，在30℃下搅拌0.5 h；过滤分离树脂，最后加入70 g/L717阴离子交换树脂，最终得到纯度为93.0%（对总糖）的乳果糖糖浆。

Claims (4)

1.一种乳果糖的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）制备乳果糖糖浆：以食品级乳糖为原料，硼酸为催化剂，将乳糖按1:4～1:6的料水质量比溶解在水中，加入硼酸，硼酸和乳糖的质量比为1:5～1:7，然后加入固体氢氧化钠将糖浆pH调节至11～13，反应液在60~80℃下搅拌保温反应1～1.5 h；

（2）活性炭脱色：用浓盐酸将反应液pH调节至2～4，加入相对于乳糖质量比为0.2～0.5%的活性炭，保温搅拌0.5～1.5 h，之后用板框过滤分离活性炭；

（3）纳滤纯化及浓缩：利用纳滤纯化乳果糖糖浆，操作压力为25～45 bar，温度为30～50℃，通过纳滤同时脱除糖浆中的盐分和单糖，并实现乳果糖糖浆的浓缩；

（4）离子交换脱除残余盐分：离子交换树脂的添加量相对于糖浆体积为40～70 g/L，在20～30℃下搅拌0.5～1.0 h，过滤分离树脂，得到纯度相对于总糖质量比为90%以上的乳果糖糖浆。

2.如权利要求1所述的乳果糖的制备方法，其特征在于步骤（3）所述的膜分离所用纳滤膜，为截留分子量大于250 Da的聚酰胺膜。

3.如权利要求1所述的乳果糖的制备方法，其特征在于步骤（4）所述的离子交换树脂包括：除硼树脂，具体为由苯乙烯和二乙烯苯共聚交联的，具有N-甲基葡萄糖胺基的大孔结构螯合树脂；阳离子树脂，具体为由苯乙烯和二乙烯苯共聚交联的，带有磺酸基的大孔结构树脂；阴离子交换树脂，具体为由苯乙烯和二乙烯苯共聚交联，带有季铵基的大孔结构树脂。

4.如权利要求3所述的乳果糖的制备方法，其特征在于步骤（4）所述的去除残余盐分的方法为：在糖浆pH为7～10区间内加入除硼树脂，之后加入阳离子交换树脂，最后再一次用阴离子交换树脂调节糖浆pH值为中性。