CN116003485B - 一种乳果糖的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种乳果糖的制备方法，包括以下步骤：S1、配制乳糖溶液；S2、向S1的乳糖溶液中加入硼酸，反应溶液进行乳糖异构化；S3、加入酸解除四羟基合硼离子和乳果糖的络合；S4、向S2的溶液中加入甘露醇，所述甘露醇与硼生成络合物；S5、加入均匀分散在去离子水中的氧化石墨烯；伴随着搅拌，片状氧化石墨烯表面的羟基与甘露醇‑硼络合物以及四羟基合硼离子形成氢键连接发生团聚；将捕捉有硼的氧化石墨烯团聚物过滤分离；S6、将去除氧化石墨烯‑硼的物料依次去盐和去除未异构化的乳糖，获得目标乳果糖；本发明利用硼酸选择性络合制得异构化乳糖，同时有效回收硼酸，降低硼的分离成本。
Description
技术领域
本发明涉及乳果糖制备技术领域，特别是涉及一种乳果糖的制备方法。
背景技术
化学异构法是生产乳果糖的常用方式，还原性乳糖在碱性条件下，经热处理，乳糖单元上的葡萄糖发生LA重排被直接异构化成果糖，进而产生乳果糖。化学异构法中碱性催化剂的使用种类较为丰富，包括如NaOH、Ca(OH)2、强有机碱叔胺作为复合催化剂的如Al2O3和Na2CO3、叔胺复合硼酸以及H3BO3/NaOH、NaAlO2体系等络合性质催化剂。
现有技术存在的问题是可溶性催化剂的大量使用，一方面容易导致副反应的发生，同时反应体系中含有大量的盐，乳果糖分离纯化困难增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种乳果糖的制备方法，本发明利用硼酸选择性络合制得异构化乳糖，同时有效回收硼酸，降低硼的分离成本。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种乳果糖的制备方法，包括以下步骤：
S1、配制乳糖溶液，乳糖浓度为(30g至50g)/100ml；
S2、向S1的乳糖溶液中加入硼酸，硼酸的用量为(4g至5g)/100ml；
反应溶液进行乳糖异构化，异构化的工艺条件如下：
乳糖溶液pH值为9至11；
反应温度为70℃至90℃；
反应时间为100min至140min；
S3、将S2经异构化的反应液中加入酸调节溶液的pH值为2.2至2.8,解除四羟基合硼离子和乳果糖的络合；
S4、向S2的溶液中加入甘露醇，所述甘露醇与硼生成络合物；
S5、分步多次向经过S4的物料中加入均匀分散在去离子水中的氧化石墨烯；
伴随着搅拌，片状氧化石墨烯表面的羟基与甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子形成氢键连接，片状氧化石墨烯键合捕捉甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子，并进一步与周围的连接有甘露醇-硼络合物和以及四羟基合硼离子的片状氧化石墨烯接触发生团聚；
将捕捉有硼的氧化石墨烯团聚物过滤分离；
S6、将去除氧化石墨烯-硼的物料依次去盐和去除未异构化的乳糖，获得目标乳果糖；
将经过S5的物料经过离子交换树脂除去盐以及通过一次硼选择性吸附树脂除硼。
优选氧化石墨烯和硼酸的质量比为(2.1至2.2)：1。本发明保证氧化石墨烯对硼酸的有效捕捉。
优选回收S5分离收集的氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子包括以下步骤：
S51、将氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子清洗后烘干；
S52、将S51所得的氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子置于惰性气体下热处理，甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子中的硼失去水分子转化为B2O3；
S53、B2O3在升温过程中熔融；与此同时，氧化石墨烯的含氧官能团分解生成水分子和二氧化碳，熔融的硼键合于石墨烯。
本发明将络合于氧化石墨烯的四羟基合硼离子在加热的过程中嵌入氧化石墨烯。
上述回收获得的部分氧化石墨烯/石墨烯掺杂B或者与氧化石墨烯/石墨烯键合连接B2O3有效保证了B的恒定，为了进一步保证所得B元素完全有效的利用，将氧化石墨烯和石墨烯以及B2O3的混合物研磨，提高S52的热处理的温度至800至1000℃，部分氧化石墨烯的含氧基团发生分解还原为石墨烯，石墨烯与硼酸晶体的混合物高温淬火至熔融状态，伴随着保温，硼原子扩散并连接于石墨烯与石墨烯形成片状结构形成可以反复使用的石墨烯-B2O3的催化剂，连接于石墨烯-B2O3的催化剂使用醇洗分离，实现石墨烯-B2O3催化剂的直接重复使用。
为了改善石墨烯-B2O3催化剂的催化性能，可以根据实际需要添加B2O3，改善催化剂的催化性能。
优选S52热处理的工艺条件是：
Ar气气氛；
温度为680℃至750℃；
时间为3小时至6小时。
优选将S53制得的石墨烯-B2O3投入S1的乳糖溶液中，石墨烯-B2O3转化为石墨烯-B(OH)4 -作为乳糖异构化的催化剂循环使用。本发明利用氧化石墨烯与硼酸键合捕捉有效实现硼酸的回收，同时不影响硼酸的重复使用。
优选S6所得的目标乳糖溶液在55℃至75℃减压浓缩至浓度70％至80％，冷却至45℃，添加晶种，自然降温搅拌结晶，搅拌速率30转/分钟，结晶24小时，离心得乳果糖固体。
本发明现将四羟基合硼离子从异构化反应体系中分离，方便后续乳果糖的提纯。
优选S6除盐是将经过S5的物料进行经过离子交换树脂除去盐以及通过一次硼选择性吸附树脂除硼，其中包括用于解除硼酸-乳果糖络合的硫酸。
优选经过S6回收的硫酸通入S3循环使用。本发明实现硫酸的重复利用，减少酸性物质的使用。
优选S6中去除未异构化的乳糖的方法如下：
S61、将经过S5的物料分别通入至第一组移动床分离乳糖；
S62、将经过S61的物料通入第二组移动床进分离杂糖；
得目标乳果糖。
优选捕捉有甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子的氧化石墨烯团聚物过滤的方式为抽滤。本发明在抽滤的过程中利用片状氧化石墨烯的聚集实现氧化石墨烯与硼之间相对流速的延迟，促进更多的四羟基合硼离子或者甘露醇-硼络合物流经氧化石墨烯的表面，发生氢键相互作用的两种物质相对距离缩短，氢键的形成更加容易，氧化石墨烯有效性捕捉硼。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明使用硼酸作为乳糖异构化的催化剂，利用硼酸与乳果糖形成络合物有效抑制副反应的发生，乳果糖分子中包含有一个呋喃六元环和吡喃六元环同时呋喃环中有顺式二邻羟基，在碱性环境下与四羟基合硼离子发生络合，络合的原理如下：
四羟基合硼离子有效将异构化的乳果糖捕捉，提高乳果糖正向反应的程度；但是现有技术中存在的问题是硼酸在反应的物料中难以分离，需要利用树脂进行分离，树脂的分离类似过滤，由于树脂对于溶液的酸性耐受具有一定的限度，因此使用树脂吸附硼的过程中为了保护树脂，物料的pH值要大于3.0，仍有一部分的硼与乳果糖络合，影响乳果糖的分离并且容易造成硼污染。
本发明在碱催化下，当乳糖异构化完成后，四羟基合硼离子与乳果糖络合，向反应后的物料体系中加入酸，调节液体环境的pH值为2.2至2.8，四羟基合硼离子与乳果糖的络合物分离充分；此时向体系中加入均匀分散在去离子水中的氧化石墨烯，伴随着搅拌，GO表面具有充足的羟基，GO为片状结构形成类似网状结构捕捉液体环境中的四羟基合硼离子，但此时的四羟基合硼离子由于所在体系的pH值为2.2至2.8会逆向水解，转化为硼酸，即不能单独利用四羟基合硼离子直接与氧化石墨烯形成氢键，因此在加酸解除络合的同时向体系中加入甘露醇，利用甘露醇在四羟基合硼离子解除络合的动态过程硼酸与甘露醇有以下络合反应的发生；
针对上述甘露醇-硼络合物的存在，氧化石墨烯与四羟基合硼离子直接形成氢键或者氧化石墨烯与甘露醇-硼络合物通过甘露醇的氢键形成连接；硼被片状的GO捕捉，捕捉了硼的GO不断的通过甘露醇-硼络合物或者四羟基合硼离子进一步捕捉周围的已经捕捉了硼的氧化石墨烯，原本分散的氧化石墨烯因为捕捉硼相当于其表面的羟基数量进一步增加，伴随着搅拌发生明显团聚；
本发明氧化石墨烯对硼进行捕捉富集并从体系中分离，氧化石墨烯的分布在整个液体环境进行微区域捕捉，分离彻底，容易从体系中过滤分离；
其中用于与硼络合的甘露醇则在高温处理的过程中发生分解去除，回收所得的B可以循环投入乳糖异构化反应中重复利用；
本发明在使用硼酸提高乳果糖转化率并且抑制副反应的前提下，使用氧化石墨烯在酸性下与硼酸的键合方便硼酸的回收。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例1
本实施例公开一种乳果糖的制备方法，包括以下步骤：
S1、配制30g/100ml的乳糖溶液；
S2、向S1的乳糖溶液中加入硼酸，加入的量为4g/100ml；溶液进行乳糖异构化反应，异构化的工艺条件如下：
乳糖溶液pH值为9；
反应温度为70℃；
反应时间为100min；
S3、将S2经异构化的反应液中加入酸调节溶液的pH值为2.2,解除四羟基合硼离子和乳果糖的络合；
S4、在加酸的同时，向S2的溶液中加入甘露醇，所述甘露醇与硼生成络合物；甘露醇的用量为3g/100ml；
S5、分步多次向经过S4的物料中加入均匀分散在去离子水中的氧化石墨烯；
氧化石墨烯8.4g/100ml。
伴随着搅拌，片状氧化石墨烯表面的羟基与甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子形成氢键连接，片状氧化石墨烯键合捕捉甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子，并进一步与周围的连接有甘露醇-硼络合物和以及四羟基合硼离子的片状氧化石墨烯接触发生团聚；
回收S5分离收集的氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子包括以下步骤：
S51、将氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子清洗后烘干；
S52、将S51所得的氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子置于惰性气体下热处理，甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子中的硼失去水分子转化为B2O3；
S52热处理的工艺条件是：
Ar气气氛；
温度为720℃；
时间为4小时。
S53、B2O3在升温过程中熔融；与此同时，氧化石墨烯的含氧官能团分解生成水分子和二氧化碳，熔融的硼键合于石墨烯。
将捕捉有甘露醇-硼络合物和四羟基合硼离子的氧化石墨烯团聚物抽滤分离；
将S53制得的石墨烯-B2O3投入S1的乳糖溶液中，石墨烯-B2O3转化为石墨烯-B(OH)4 -作为乳糖异构化的催化剂循环使用。
S6、将去除甘露醇-硼络合物的物料分别去盐和去除未异构化的乳糖，获得目标乳果糖。
S6、将GO捕捉去除硼的物料通入阴离子交换树脂柱以及阳离子交换树脂柱去除硫酸钠，再通过硼选择性吸附树脂除硼；
之后去除未异构化的乳糖，获得目标乳果糖。
过S6回收的硫酸通入S3循环使用。
S6中去除未异构化的乳糖的方法如下：
S61、将经过S5的物料分别通入至第一组移动床分离乳糖；
S62、将经过S61的物料通入第二组移动床进分离杂糖；
得目标乳果糖。
S5所得的目标乳糖溶液在55℃减压浓缩至浓度为70％，冷却至45℃，添加晶种，自然降温搅拌结晶，搅拌速率30转/分钟，结晶24小时，离心得乳果糖固体。
实施例2
本实施例公开一种乳果糖的制备方法，包括以下步骤：
S1、配制40g/100ml的乳糖溶液；
S2、向S1的乳糖溶液中加入硼酸，加入的量为5g/100ml；溶液进行乳糖异构化反应，异构化的工艺条件如下：
乳糖溶液pH值为10；
反应温度为70℃；
反应时间为120min；
S3、将S2经异构化的反应液中加入酸调节溶液的pH值为2.4,解除四羟基合硼离子和乳果糖的络合；
S4、在加酸的同时，向S2的溶液中加入甘露醇，所述甘露醇与硼生成络合物；甘露醇的用量为3.3g/100ml；
S5、分步多次向经过S4的物料中加入均匀分散在去离子水中的氧化石墨烯；氧化石墨烯11g/100ml。
伴随着搅拌，片状氧化石墨烯表面的羟基与甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子形成氢键连接，片状氧化石墨烯键合捕捉甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子，并进一步与周围的连接有甘露醇-硼络合物和以及四羟基合硼离子的片状氧化石墨烯接触发生团聚；
回收S5分离收集的氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子包括以下步骤：
S51、将氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子清洗后烘干；
S52、将S51所得的氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子置于惰性气体下热处理，甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子中的硼失去水分子转化为B2O3；
S52热处理的工艺条件是：
Ar气气氛；
温度为680℃；
时间为3小时。
S53、B2O3在升温过程中熔融；与此同时，氧化石墨烯的含氧官能团分解生成水分子和二氧化碳，熔融的硼键合于石墨烯。
将捕捉有甘露醇-硼络合物和四羟基合硼离子的氧化石墨烯团聚物抽滤分离；
将S53制得的石墨烯-B2O3投入S1的乳糖溶液中，石墨烯-B2O3转化为石墨烯-B(OH)4 -作为乳糖异构化的催化剂循环使用。
S6、将去除甘露醇-硼络合物的物料分别去盐和去除未异构化的乳糖，获得目标乳果糖。
S6、将GO捕捉去除硼的物料通入阴离子交换树脂柱以及阳离子交换树脂柱去除硫酸钠，再通过硼选择性吸附树脂除硼；
之后去除未异构化的乳糖，获得目标乳果糖。
过S6回收的硫酸通入S3循环使用。
S6中去除未异构化的乳糖的方法如下：
S61、将经过S5的物料分别通入至第一组移动床分离乳糖；
S62、将经过S61的物料通入第二组移动床进分离杂糖；
得目标乳果糖。
S5所得的目标乳糖溶液在65℃减压浓缩至浓度为80％，冷却至45℃，添加晶种，自然降温搅拌结晶，搅拌速率30转/分钟，结晶24小时，离心得乳果糖固体。
实施例3
本实施例公开一种乳果糖的制备方法，包括以下步骤：
S1、配制50g/100ml的乳糖溶液；
S2、向S1的乳糖溶液中加入硼酸，加入的量为4g/100ml；溶液进行乳糖异构化反应，异构化的工艺条件如下：
乳糖溶液pH值为11；
反应温度为70℃；
反应时间为140min；
S3、将S2经异构化的反应液中加入酸调节溶液的pH值为2.6,解除四羟基合硼离子和乳果糖的络合；
S4、在加酸的同时，向S2的溶液中加入甘露醇，所述甘露醇与硼生成络合物；甘露醇的用量为3.1g/100ml；
S5、分步多次向经过S4的物料中加入均匀分散在去离子水中的氧化石墨烯；
氧化石墨烯8.8g/100ml。
伴随着搅拌，片状氧化石墨烯表面的羟基与甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子形成氢键连接，片状氧化石墨烯键合捕捉甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子，并进一步与周围的连接有甘露醇-硼络合物和以及四羟基合硼离子的片状氧化石墨烯接触发生团聚；
回收S5分离收集的氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子包括以下步骤：
S51、将氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子清洗后烘干；
S52、将S51所得的氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子置于惰性气体下热处理，甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子中的硼失去水分子转化为B2O3；
S52热处理的工艺条件是：
Ar气气氛；
温度为750℃；
时间为6小时。
S53、B2O3在升温过程中熔融；与此同时，氧化石墨烯的含氧官能团分解生成水分子和二氧化碳，熔融的硼键合于石墨烯。
将捕捉有甘露醇-硼络合物和四羟基合硼离子的氧化石墨烯团聚物抽滤分离；
将S53制得的石墨烯-B2O3投入S1的乳糖溶液中，石墨烯-B2O3转化为石墨烯-B(OH)4 -作为乳糖异构化的催化剂循环使用。
S6、将GO捕捉去除硼的物料通入阴离子交换树脂柱以及阳离子交换树脂柱去除硫酸钠，再通过硼选择性吸附树脂除硼；
之后去除未异构化的乳糖，获得目标乳果糖。
过S6回收的硫酸通入S3循环使用。
S6中去除未异构化的乳糖的方法如下：
S61、将经过S5的物料分别通入至第一组移动床分离乳糖；
S62、将经过S61的物料通入第二组移动床进分离杂糖；
得目标乳果糖。
S6所得的目标乳糖溶液在75℃减压浓缩至浓度为70％，冷却至45℃，添加晶种，自然降温搅拌结晶，搅拌速率30转/分钟，结晶24小时，离心得乳果糖固体。
实施例4
本实施例公开一种乳果糖的制备方法，包括以下步骤：
S1、配制40g/100ml的乳糖溶液；
S2、向S1的乳糖溶液中加入硼酸，加入的量为5g/100ml；溶液进行乳糖异构化反应，异构化的工艺条件如下：
乳糖溶液pH值为10
反应温度为80℃；
反应时间为100min；
S3、将S2经异构化的反应液中加入酸调节溶液的pH值为2.8,解除四羟基合硼离子和乳果糖的络合；
S4、在加酸的同时，向S2的溶液中加入甘露醇，所述甘露醇与硼生成络合物；甘露醇的用量为3.6g/100ml；
S5、分步多次向经过S4的物料中加入均匀分散在去离子水中的氧化石墨烯；
氧化石墨烯10.5g/100ml。
伴随着搅拌，片状氧化石墨烯表面的羟基与甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子形成氢键连接，片状氧化石墨烯键合捕捉甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子，并进一步与周围的连接有甘露醇-硼络合物和以及四羟基合硼离子的片状氧化石墨烯接触发生团聚；
回收S5分离收集的氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子包括以下步骤：
S51、将氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子清洗后烘干；
S52、将S51所得的氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子置于惰性气体下热处理，甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子中的硼失去水分子转化为B2O3；
S52热处理的工艺条件是：
Ar气气氛；
温度为750℃；
时间为4小时。
S53、B2O3在升温过程中熔融；与此同时，氧化石墨烯的含氧官能团分解生成水分子和二氧化碳，熔融的硼键合于石墨烯。
将捕捉有甘露醇-硼络合物和四羟基合硼离子的氧化石墨烯团聚物抽滤分离；
将S53制得的石墨烯-B2O3投入S1的乳糖溶液中，石墨烯-B2O3转化为石墨烯-B(OH)4 -作为乳糖异构化的催化剂循环使用。
S6、将去除甘露醇-硼络合物的物料分别去盐和去除未异构化的乳糖，获得目标乳果糖。
S6、将GO捕捉去除硼的物料通入阴离子交换树脂柱以及阳离子交换树脂柱去除硫酸钠，再通过硼选择性吸附树脂除硼；
之后去除未异构化的乳糖，获得目标乳果糖。
过S6回收的硫酸通入S3循环使用。
S6中去除未异构化的乳糖的方法如下：
S61、将经过S5的物料分别通入至第一组移动床分离乳糖；
S62、将经过S61的物料通入第二组移动床进分离杂糖；
得目标乳果糖。
S6所得的目标乳糖溶液在55℃减压浓缩至浓度为80％，冷却至45℃，添加晶种，自然降温搅拌结晶，搅拌速率30转/分钟，结晶24小时，离心得乳果糖固体。
实施例5
本实施例公开一种乳果糖的制备方法，包括以下步骤：
S1、配制30g/100ml的乳糖溶液；
S2、向S1的乳糖溶液中加入硼酸，加入的量为4g/100ml；溶液进行乳糖异构化反应，
异构化的工艺条件如下：
乳糖溶液pH值为9；
反应温度为90℃；
反应时间为120min；
S3、将S2经异构化的反应液中加入酸调节溶液的pH值为2.8,解除四羟基合硼离子和乳果糖的络合；
S4、在加酸的同时，向S2的溶液中加入甘露醇，所述甘露醇与硼生成络合物；甘露醇的用量为3.0g/100ml；
S5、分步多次向经过S4的物料中加入均匀分散在去离子水中的氧化石墨烯；
氧化石墨烯8.4g/100ml。
伴随着搅拌，片状氧化石墨烯表面的羟基与甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子形成氢键连接，片状氧化石墨烯键合捕捉甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子，并进一步与周围的连接有甘露醇-硼络合物和以及四羟基合硼离子的片状氧化石墨烯接触发生团聚；
回收S5分离收集的氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子包括以下步骤：
S51、将氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子清洗后烘干；
S52、将S51所得的氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子置于惰性气体下热处理，甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子中的硼失去水分子转化为B2O3；
S52热处理的工艺条件是：
Ar气气氛；
温度为720℃；
时间为6小时。
S53、B2O3在升温过程中熔融；与此同时，氧化石墨烯的含氧官能团分解生成水分子和二氧化碳，熔融的硼键合于石墨烯。
将捕捉有甘露醇-硼络合物和四羟基合硼离子的氧化石墨烯团聚物抽滤分离；
将S53制得的石墨烯-B2O3投入S1的乳糖溶液中，石墨烯-B2O3转化为石墨烯-B(OH)4 -作为乳糖异构化的催化剂循环使用。
S6、将去除甘露醇-硼络合物的物料分别去盐和去除未异构化的乳糖，获得目标乳果糖。
S6、将GO捕捉去除硼的物料通入阴离子交换树脂柱以及阳离子交换树脂柱去除硫酸钠，再通过硼选择性吸附树脂除硼；
之后去除未异构化的乳糖，获得目标乳果糖。
过S6回收的硫酸通入S3循环使用。
S6中去除未异构化的乳糖的方法如下：
S61、将经过S5的物料分别通入至第一组移动床分离乳糖；
S62、将经过S61的物料通入第二组移动床进分离杂糖；
得目标乳果糖。
S6所得的目标乳糖溶液在65℃减压浓缩至浓度为70％，冷却至45℃，添加晶种，自然降温搅拌结晶，搅拌速率30转/分钟，结晶24小时，离心得乳果糖固体。
对比例
本对比例使用CN113150042B公开的一种乳果糖的制备方法，其具体的生产方法如下：
乳糖异构化的溶液以及异构化工艺条件同实施例1，具体如下：
S1、配制30g/100ml的乳糖溶液；
S2、向S1的乳糖溶液中加入硼酸，加入的量为4g/100ml；溶液进行乳糖异构化反应，
异构化的工艺条件如下：
乳糖溶液pH值为9；
反应温度为70℃；
反应时间为100min；
将所得的物料通过离子交换进行浓缩和提纯，具体方法如下：
将乳果糖反应液(30L)，从储罐经过泵依次打入第一阳离子交换树脂-第二硼选择吸附树脂-第三硼选择吸附树脂-第四硼选择吸附树脂-第五阳离子交换树脂-第六硼选择吸附树脂的树脂柱，反应液完毕后，用纯化水依次洗脱树脂柱，控制第六硼选择吸附树脂柱洗脱流速为2BV/小时；收集从第六硼选择吸附树脂柱流出液体，按照电导率小于10μs/cm(20℃)且密度1.001-1.200g/cm3的条件收集合格组分。
使用火焰原子吸收光谱法间接测定实施例1至实施例5中经过S5乳果糖料液中硼的浓度为C0,实施例1至5经过除盐后在浓缩前的乳果糖溶液中的硼含量对标对比例所得乳果糖溶液经过第六硼选择吸附树脂的物料中硼的浓度为Cf，具体测试数据如表1所示。
表1实施例1至5以及对比例的硼含量
| 项目 | CGO | Cf |
| 实施例1 | 68ppm | 1.4ppm |
| 实施例2 | 72ppm | 1.5ppm |
| 实施例3 | 67ppm | 1.3ppm |
| 实施例4 | 74ppm | 1.6ppm |
| 实施例5 | 66ppm | 1.3ppm |
| 对比例 | / | 1.2ppm |
结合表1的数据可知，本发明利用氧化石墨烯捕捉富集硼并从体系中分离，氧化石墨烯分布在整个液体环境进行微区域捕捉，分离彻底，容易从体系中过滤分离；而用于与硼络合的甘露醇则在高温处理的过程中发生分解去除，方便所得石墨烯-B投入乳糖异构化中循环使用；本发明在使用硼酸提高乳果糖转化率并且抑制副反应的前提下，使用氧化石墨烯在酸性下与硼酸的键合方便硼酸的回收，具有与多次使用硼选择吸附树脂对硼进行脱除的工艺具有相近的除硼效果。
Claims (10)
1.一种乳果糖的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、配制乳糖溶液，乳糖浓度为(30g至50g)/100ml；
S2、向S1的乳糖溶液中加入硼酸，硼酸的用量为（4g至5g）/100ml；
反应溶液进行乳糖异构化，异构化的工艺条件如下：
乳糖溶液pH值为9至11；
反应温度为70℃至90℃；
反应时间为100min至140min；
S3、将S2经异构化的反应液中加入酸调节溶液的pH值为2.2至2.8,解除四羟基合硼离子和乳果糖的络合；
S4、向S2的溶液中加入甘露醇，所述甘露醇与硼生成络合物；
S5、分步多次向经过S4的物料中加入均匀分散在去离子水中的氧化石墨烯；
伴随着搅拌，片状氧化石墨烯表面的羟基与甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子形成氢键连接，片状氧化石墨烯键合捕捉甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子，并进一步与周围的连接有甘露醇-硼络合物和以及四羟基合硼离子的片状氧化石墨烯接触发生团聚；
将捕捉有硼的氧化石墨烯团聚物过滤分离；
S6、将去除氧化石墨烯-硼的物料依次去盐和去除未异构化的乳糖，获得目标乳果糖；
S6中所述去盐是将经过S5的物料进行经过离子交换树脂除去盐以及通过一次硼选择性吸附树脂除硼。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
氧化石墨烯和硼酸的质量比为（2.1至2.2）：1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：回收S5分离收集的氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子包括以下步骤：
S51、将氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子清洗后烘干；
S52、将S51所得的氧化石墨烯-甘露醇-硼络合物以及氧化石墨烯-四羟基合硼离子置于惰性气体下热处理，甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子中的硼失去水分子转化为B2O3；
S53、B2O3在升温过程中熔融；与此同时，氧化石墨烯的含氧官能团分解生成水分子和二氧化碳，熔融的硼键合于石墨烯。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：S52热处理的工艺条件是：
Ar气气氛；
温度为680℃至750℃；
时间为3小时至6小时。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：
将S53制得的石墨烯-B2O3投入S1的乳糖溶液中，石墨烯-B2O3转化为石墨烯-B（OH）4 -作为乳糖异构化的催化剂循环使用。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S6所得的目标乳果糖溶液在55℃至75℃减压浓缩至浓度为70%至80%，冷却至45℃，添加晶种，自然降温搅拌结晶，搅拌速率30转/分钟，结晶24小时，离心得乳果糖固体。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S6除盐经过离子交换除去盐回收用于解除硼酸-乳果糖络合的硫酸。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：经过S6回收的硫酸通入S3循环使用。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S6中去除未异构化的乳糖的方法如下：
S61、将经过S5的物料分别通入至第一组移动床分离乳糖；
S62、将经过S61的物料通入第二组移动床进分离杂糖；
得目标乳果糖。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：捕捉有甘露醇-硼络合物以及四羟基合硼离子的氧化石墨烯团聚物过滤的方式为抽滤。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| GR01 | Patent grant | ||
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Denomination of invention: A method for preparing lactulose Granted publication date: 20231110 Pledgee: China Merchants Bank Co.,Ltd. Jinhua Branch Pledgor: SYNGARS TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2024980006636 |