基本介紹
- 中文名：一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝
- 公布號：CN102296129A
- 公布日：2011年12月28日
- 申請號：201110162981
- 申請日：2011年6月16日
- 申請人：禹城綠健生物技術有限公司
- 地址：山東省德州市禹城市高新技術開發區
- 發明人：信成夫、景文利、任尚美、於麗
- 代理機構：濟南聖達智慧財產權代理有限公司
- 代理人：楊琪
- Int.Cl.：C13K5/00（2006.01）I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
乳果糖是一種雙糖，乳糖分子內的葡萄糖被果糖所代替，即為乳果糖，其甜度略高於乳糖。乳果糖不僅是一種甜味劑，而且還具有健胃、潤腸、防止便秘等生理功能，還可用作乳品、飲料、嬰兒及老年食品的功能性添加劑，亦可製成保健飲品供直接服用。另外，乳果糖對治療肝臟疾病和腦部疾病有療效，因此該物質是一種具有藥用和保健價值，同時又具有經濟效益的新一代保健品，對於它的製備研究和開發套用已成為研究的熱點。
塔格糖是果糖的一種“差向異構體”，其甜味與蔗糖相當，它是一種低能量食品甜味劑和填充劑，具有低熱量、抑制高血糖、改善腸道菌群、不致齲齒等多種生理功效，適用於焙烤食品、飲料、糖果和醫藥製劑中。2001年，美國FDA批准塔格糖為安全食物。
乳果糖是以乳糖為原料，在弱鹼性試劑催化下發生異構化反應生成的，乳糖在發生異構反應生成乳果糖的同時，也有部分被降解生成了半乳糖。傳統的乳果糖生產中有的將它們的混合糖漿直接進行銷售；有的將乳果糖進行提純，去除半乳糖在內的雜糖後，將乳果糖結晶生產結晶乳果糖，但是所採用的提純方法製得的乳果糖純度低，結晶難度大，並且結晶效果不好，同時乳果糖提純後剩餘的半乳糖及雜糖被作為廢料進行處理，沒得到充分的利用。
發明內容
專利目的
針對2011年6月之前的已有技術，《一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝》提供了一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝，其採用三元順序式模擬移動床色譜分離技術將乳糖異構得到的乳果糖漿進行分離，得到乳糖組分、乳果糖組分和半乳糖組分。
技術方案
《一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝》具體技術方案如下：
（1）將乳糖溶液在弱鹼性異構劑作用下回流異構得到乳糖、乳果糖和半乳糖的混合溶液，然後通過蒸發冷卻結晶去除結晶出來的乳糖（可以再次將其作為原料進行異回流構），得到初步提純的混合液；回流異構是在異構反應過程中，安裝冷凝回流裝置，使反應過程中蒸發的水分通過冷凝水冷卻，流回反應器，保證異構反應的整個過程乳糖濃度及異構劑濃度不變，控制了副反應，提高了乳糖異構率。
（2）步驟（1）得到的初步提純的混合液經脫色和離子交換後，進行三元順序式模擬移動床分離，得到乳糖組分、乳果糖組分和半乳糖組分；乳果糖易溶於水，所以結晶很困難，要想進行乳果糖結晶，最有效的方法是提高乳果糖純度，本研究採用三元順序式模擬移動床分離技術（色譜圖上乳糖、半乳糖在乳果糖兩側，是三元分離的條件）將初步提純的乳果糖液分成乳糖餾分、乳果糖餾分及半乳糖餾分三個組分，乳果糖餾分純度達90％以上，為水相結晶的成功奠定了基礎。同時半乳糖餾分純度也達到70％以上，可以將其中的半乳糖化學異構為塔格糖，達到充分利用乳果糖生產副產物的目的。順序式模擬移動床（即SSMB）是一種間歇順序操作的模擬移動床。它可以通過變換程式的方法，將三元組分的混合液分離為3個單獨的餾分。它與普通模擬移動床的不同之處在於，在裝置上：循環管上多了一個可以將循環流量切斷的開關閥和一個可以供中間組分流出的出口；從運行模式上：它的運行不是採用完全相同的連續模式，而是採用不同順序、不同程式的模式，這種多順序的運行，使得它可以用於分離3種成分的混合物。
（3）將步驟（2）中得到的乳果糖組分蒸發濃縮後，結晶、離心、乾燥製得結晶乳果糖；
（4）將步驟（2）中得到的半乳糖組分在可溶性鹼金屬鹽或鹼土鹽存在時用金屬氫氧化物異構得到半乳糖異構液；
（5）將步驟（4）得到的半乳糖異構液用酸中和至pH5.0～6.0，然後抽慮去除沉澱，得到塔格糖漿；
（6）將步驟（5）中得到的塔格糖漿蒸發濃縮至質量濃度50％後進行脫色、離子交換，得到淨化液；
（7）將步驟（6）中得到的淨化液進行模擬移動床分離，得到高純度塔格糖漿；
（8）將步驟（7）中提純製得的塔格糖漿進行蒸發濃縮後，結晶、離心、乾燥，製得結晶塔格糖。
所述步驟（1）中，乳糖溶液中乳糖的質量濃度為20～60％，弱鹼性異構劑為鈉鹽，添加量為乳糖質量的1～10％，回流異構的條件為：溫度90～120℃，反應時間1～6小時。
所述步驟（1）中，乳糖溶液中乳糖的質量濃度為30％，弱鹼性異構劑為一種鈉鹽，添加量為乳糖質量的5％，回流異構的條件為：溫度110℃，反應時間3小時。
所述步驟（2）中，三元順序式模擬移動床分離條件為：分離劑為鈣型樹脂，分離溫度50～70℃，切換時間13～21分鐘，進料質量濃度40～60％，進料流速2.0～4.0升/小時。優選的分離條件為：分離劑為鈣型陽離子樹脂，分離溫度60℃，切換時間17分鐘，進料質量濃度50％，進料流速3.0升/小時。
將步驟（2）中得到的乳糖組分可以作為原料回用到步驟（1）。
所述步驟（3）中，乳果糖結晶條件為：料液純度80～95％，料液質量濃度為75～90％，晶種添加量為料液質量的1.0～5.0％，加晶種時的溫度為60℃，冷卻後溫度為15℃，冷卻速度0.1～0.9℃/小時梯度降溫。優選條件為：料液純度90～95％，料液質量濃度為85％，晶種添加量2.0％，加晶種時的溫度為60℃，冷卻後溫度為15℃，冷卻速度60～50℃時0.3℃/小時、50～30℃時0.5℃/小時、30～15℃時0.9℃/小時。為充分利用資源，結晶後剩餘的含有少量乳果糖的母液可以加入到初步提純的混合液中，再次經進行三元順序式模擬移動床分離。
所述步驟（4）中，半乳糖異構條件為：半乳糖組分質量濃度為10～50％，金屬氫氧化物為氧化鈣，添加量為半乳糖質量的5～50％，可溶性鹼金屬鹽或鹼土鹽為氯化鈣，添加量為半乳糖質量的1～5％，異構反應時間為1～6小時，溫度為5～30℃。
所述步驟（4）中，半乳糖異構條件為：半乳糖組分質量濃度為30％，氧化鈣添加量為半乳糖質量的30％，氯化鈣添加量為半乳糖質量的2％，異構反應時間為3小時，溫度為15℃。
所述步驟（5）中所用酸為磷酸。
所述步驟（8）中塔格糖結晶條件為：料液純度70～90％，料液質量濃度為70～90％，晶種添加量為料液質量的0.1～1.0％，加晶種時的溫度為70℃，冷卻後溫度為20℃，冷卻速度0.5～4.0℃/小時。優選條件為：料液純度80～90％，料液質量濃度為80％，晶種添加量0.5％，加晶種時的溫度為70℃，冷卻後溫度為20℃，冷卻速度2.0℃/小時。為充分利用資源，結晶後剩餘的含有少量塔格糖的母液可以加入到步驟（6）得到的淨化液中，再次進行模擬移動床分離。
改善效果
《一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝》的工藝是以乳糖為原料，生產乳果糖的同時，利用副產物半乳糖生產得到塔格糖，實現了變廢為寶。三元順序式模擬移動床色譜分離技術將乳果糖漿分成乳糖組分、乳果糖組分和半乳糖組分，製得的乳果糖組分含量高，為後續的乳果糖結晶打下基礎，乳糖組分還可重新回用做原料，並且半乳糖組分經化學異構，製得具有良好用途的塔格糖。三元順序式模擬移動床，運行成本低、分離效果好，並且無污染。
《一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝》不但能提高乳果糖組分中乳果糖的純度，從而降低乳果糖結晶的難度，乳糖組分還可以回用做原料，而且半乳糖組分可以進一步進行化學異構生產塔格糖，充分發揮了乳果糖漿中各種成分的價值，不但降低了成本，還得到兩種高附加值的產品，實現了效益最大化。
附圖說明
附圖說明
權利要求
1.《一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝》其特徵在於：
（1）將乳糖溶液在弱鹼性異構劑作用下回流異構得到乳糖、乳果糖和半乳糖的混合溶液，然後通過蒸發冷卻結晶去除結晶出來的乳糖，得到初步提純的混合液；
（2）步驟（1）得到的初步提純的混合液經脫色和離子交換後，進行三元順序式模擬移動床分離，得到乳糖組分、乳果糖組分和半乳糖組分；
（3）將步驟（2）中得到的乳果糖組分蒸發濃縮後，結晶、離心、乾燥製得結晶乳果糖；
（4）將步驟（2）中得到的半乳糖組分在可溶性鹼金屬鹽或鹼土鹽存在時用金屬氫氧化物異構得到半乳糖異構液；
（5）將步驟（4）得到的半乳糖異構液用酸中和至pH5.0～6.0，然後抽慮去除沉澱，得到塔格糖漿；
（6）將步驟（5）中得到的塔格糖漿蒸發濃縮至質量濃度50％後進行脫色、離子交換，得到淨化液；
（7）將步驟（6）中得到的淨化液進行模擬移動床分離，得到塔格糖漿；
（8）將步驟（7）中提純製得的塔格糖漿進行蒸發濃縮後，結晶、離心、乾燥，製得結晶塔格糖。
2.根據權利要求1所述的所述步驟（1）中，乳糖溶液中乳糖的質量濃度為20～60％，弱鹼性異構劑為鈉鹽，添加量為乳糖質量的1～10％，回流異構的條件為：溫度90～120℃，反應時間1～6小時。
3.根據權利要求1所述的步驟（1）中，乳糖溶液中乳糖的質量濃度為30％，弱鹼性異構劑為一種鈉鹽，添加量為乳糖質量的5％，回流異構的條件為：溫度110℃，反應時間3小時。
4.根據權利要求1所述的所述步驟（2）中，三元順序式模擬移動床分離條件為：分離劑為鈣型樹脂，分離溫度50～70℃，切換時間13～21分鐘，進料質量濃度40～60％，進料流速2.0～4.0升/小時。
5.根據權利要求1所述的步驟（2）中得到的乳糖組分作為原料回用到步驟（1）。
6.根據權利要求1所述的所述步驟（3）中，乳果糖結晶條件為：料液純度80～95％，料液質量濃度為75～90％，晶種添加量為料液質量的1.0～5.0％，加晶種時的溫度為60℃，冷卻後溫度為15℃，冷卻速度0.1～0.9℃/小時梯度降溫。
7.根據權利要求1所述的步驟（4）中，半乳糖異構條件為：半乳糖組分質量濃度為10～50％，金屬氫氧化物為氧化鈣，添加量為半乳糖質量的5～50％，可溶性鹼金屬鹽或鹼土鹽為氯化鈣，添加量為半乳糖質量的1～5％，異構反應時間為1～6小時，溫度為5～30℃。
8.根據權利要求1所述的步驟（4）中，半乳糖異構條件為：半乳糖組分質量濃度為30％，氧化鈣添加量為半乳糖質量的30％，氯化鈣添加量為半乳糖質量的2％，異構反應時間為3小時，溫度為15℃。
9.根據權利要求1所述的步驟（5）中所用酸為磷酸。
10.根據權利要求1所述的步驟（8）中塔格糖結晶條件為：料液純度70～90％，料液質量濃度為70～90％，晶種添加量為料液質量的0.1～1.0％，加晶種時的溫度為70℃，冷卻後溫度為20℃，冷卻速度0.5～4.0℃/小時。
實施方式
實施例1
稱取50千克乳糖，加入去離子水使乳糖水溶液質量濃度為40％，再加入2.5千克無水鈉鹽，通冷凝水回流後加熱至110℃，並維持110℃異構3小時，冷卻、活性炭脫色、離子交換、蒸發濃縮後進行乳糖結晶，離心後得到乳糖含量8.86％，乳果糖含量70.15％，半乳糖含量20.04％的乳果糖漿；將得到的乳果糖漿質量濃度調至50％，以3.0升/小時的速度進入三元順序式模擬移動床，在60℃、切換時間為17分鐘條件下進行分離，得到乳果糖組分的純度為91.17％，半乳糖組分純度為70.32％；將提純得到的乳果糖組分濃縮至85％，按2.0％加入乳果糖晶種，然後冷卻，60～50℃時冷卻速度為0.3℃/小時、50～30℃時0.5℃/小時、30～15℃時0.9℃/小時，再經離心、乾燥後得到乳果糖含量為99.21％的結晶乳果糖28.72千克；將半乳糖組分質量濃度濃縮至20％，加入半乳糖質量30％的氧化鈣，以及半乳糖質量2％的氯化鈣，15℃異構3小時，然後用磷酸中和至pH5.0～6.0，抽慮得塔格糖漿，塔格糖漿蒸發濃縮至質量濃度50％後，經脫色、離子交換後進行模擬移動床色譜分離，分離得到塔格糖組分的含量為91.53％，將分離得到的塔格糖組分蒸發濃縮至質量濃度為80％，按0.5％加入塔格糖晶種後，以2.0℃/小時的速度將料液從70℃降溫至20℃，離心、烘乾得到6.84千克結晶塔格糖。
實施例2
稱取50千克乳糖，加入去離子水使乳糖水溶液質量濃度為60％，再加入5千克無水鈉鹽，通冷凝水回流後加熱至120℃，並維持120℃異構1小時，冷卻、活性炭脫色、離子交換、蒸發濃縮後進行乳糖結晶，離心後得到乳糖含量9.23％，乳果糖含量68.21％，半乳糖含量21.82％的乳果糖漿；將得到的乳果糖漿質量濃度調至60％，以2.0升/小時的速度進入三元順序式模擬移動床，在50℃、切換時間為21分鐘條件下進行分離，得到乳果糖組分的純度為89.88％，半乳糖組分純度為75.43％；將提純得到的乳果糖組分濃縮至90％，按1.0％加入乳果糖晶種，以0.5℃/小時的速度將糖漿從60℃冷卻到15℃，離心、乾燥後得到乳果糖含量為98.56％的結晶乳果糖26.66千克；將半乳糖組分質量濃度濃縮至10％，加入半乳糖質量5％的氧化鈣，以及半乳糖質量1％的氯化鈣，5℃異構6小時，然後用磷酸中和至pH5.0～6.0，抽慮得塔格糖漿，塔格糖漿蒸發濃縮至質量濃度50％後，經脫色、離子交換後進行模擬移動床色譜分離，分離得到塔格糖組分的含量為93.22％，將分離得到的塔格糖組分蒸發濃縮至質量濃度為90％，按1.0％加入塔格糖晶種後，以0.5℃/小時的速度將料液從70℃降溫至20℃，離心、烘乾得到7.12千克結晶塔格糖。
實施例3
稱取50千克乳糖，加入去離子水使乳糖水溶液質量濃度為20％，再加入0.5千克無水鈉鹽，通冷凝水回流後加熱至90℃，並維持90℃異構6小時，冷卻、活性炭脫色、離子交換、蒸發濃縮後進行乳糖結晶，離心後得到乳糖含量9.37％，乳果糖含量66.57％，半乳糖含量23.05％的乳果糖漿；將得到的乳果糖漿質量濃度調至40％，以4.0升/小時的速度進入三元順序式模擬移動床，在50℃、切換時間為13分鐘條件下進行分離，得到乳果糖組分的純度為90.08％，半乳糖組分純度為78.53％；將提純得到的乳果糖組分濃縮至75％，按5.0％加入乳果糖晶種，然後冷卻，60～50℃時冷卻速度為0.8℃/小時、50～30℃時0.5℃/小時、30～15℃時0.3℃/小時，再經離心、乾燥後得到乳果糖含量為98.43％的結晶乳果糖23.57千克；將半乳糖組分質量濃度濃縮至30％，加入半乳糖質量50％的氧化鈣，以及半乳糖質量5％的氯化鈣，30℃異構1小時，然後用磷酸中和至pH5.0～6.0，抽慮得塔格糖漿，塔格糖漿蒸發濃縮至質量濃度50％後，經脫色、離子交換後進行模擬移動床色譜分離，分離得到塔格糖組分的含量為90.79％，將分離得到的塔格糖組分蒸發濃縮至質量濃度為70％，按0.1％加入塔格糖晶種後，以4.0℃/小時的速度將料液從70℃降溫至20℃，離心、烘乾得到5.43千克結晶塔格糖。
實施例4
稱取50千克乳糖，加入去離子水使乳糖水溶液質量濃度為60％，再加入5千克無水鈉鹽，通冷凝水回流後加熱至120℃，並維持120℃異構6小時，冷卻、活性炭脫色、離子交換、蒸發濃縮後進行乳糖結晶，離心後得到乳糖含量9.04％，乳果糖含量59.21％，半乳糖含量28.82％的乳果糖漿；將得到的乳果糖漿質量濃度調至60％，以2.0升/小時的速度進入三元順序式模擬移動床，在60℃、切換時間為17分鐘條件下進行分離，得到乳果糖組分的純度為84.5％，半乳糖組分純度為85.24％；將提純得到的乳果糖組分濃縮至75％，按1.0％加入乳果糖晶種，以0.9℃/小時的速度將糖漿從60℃冷卻到15℃，離心、乾燥後得到乳果糖含量為96.5％的結晶乳果糖8.3千克；將半乳糖組分質量濃度濃縮至30％，加入半乳糖質量50％的氧化鈣，以及半乳糖質量1％的氯化鈣，30℃異構6小時，然後用磷酸中和至pH5.0～6.0，抽慮得塔格糖漿，塔格糖漿蒸發濃縮至質量濃度50％後，經脫色、離子交換後進行模擬移動床色譜分離，分離得到塔格糖組分的含量為73.8％，將分離得到的塔格糖組分蒸發濃縮至質量濃度為70％，按0.1％加入塔格糖晶種後，以4.0℃/小時的速度將料液從70℃降溫至20℃，離心、烘乾得到1.85千克結晶塔格糖。
榮譽表彰
2017年12月11日，《一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
