專利名稱：一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝。
背景技術：
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，其甜度略高于乳糖。乳果糖不僅是一種良好的甜味劑，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，亦可制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明顯療效，因此這是一種具有藥用和保健價值，同時又具有巨大經濟效益的新一代保健品，對于它的制備研究和開發應用已成為人們研究的熱點ο塔格糖是果糖的一種“差向異構體”，其甜味與蔗糖相當，它是一種很好的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， 適用于焙烤食品、飲料、糖果和醫藥制劑中。2001年，美國FDA批準塔格糖為GRAS。乳果糖是以乳糖為原料，在弱堿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后，將乳果糖結晶生產結晶乳果糖，但是所采用的提純方法制得的乳果糖純度低，結晶難度大，并且結晶效果不好，同時乳果糖提純后剩余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
針對上述現有技術，本發明提供了一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝，其采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，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。本發明是通過以下技術方案實現的一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝，步驟如下(1)將乳糖溶液在弱堿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，然后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⑴得到的初步提純的混合液經脫色和離子交換后，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；乳果糖易溶于水，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，本研究采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。它可以通過變換程序的方法，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于，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采用完全相同的連續模式，而是采用不同順序、不同程序的模式，這種多順序的運行，使得它可以用于分離3種成分的混合物。(3)將步驟O)中得到的乳果糖組分蒸發濃縮后，結晶、離心、干燥制得結晶乳果糖；(4)將步驟O)中得到的半乳糖組分在可溶性堿金屬鹽或堿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，然后抽慮去除沉淀，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%后進行脫色、離子交換，得到凈化液；(7)將步驟(6)中得到的凈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)中提純制得的塔格糖漿進行蒸發濃縮后，結晶、離心、干燥，制得結晶塔格糖。所述步驟(1)中，乳糖溶液中乳糖的質量濃度為20 60%，弱堿性異構劑為鈉鹽， 添加量為乳糖質量的1 10%，回流異構的條件為溫度90 120°C，反應時間1 他。所述步驟(1)中，乳糖溶液中乳糖的質量濃度為30%，弱堿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°C，反應時間池。所述步驟O)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°C，切換時間13 2Imin，進料質量濃度40 60%，進料流速2. 0 4. OL/h。優選的分離條件為分離劑為鈣型陽離子樹脂，分離溫度60°C，切換時間17min，進料質量濃度50%，進料流速3. OL/h。將步驟⑵中得到的乳糖組分可以作為原料回用到步驟⑴。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°C，冷卻后溫度為15°C， 冷卻速度0. 1 0. 90C /h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°C，冷卻后溫度為15°C，冷卻速度60 50°C 時0. 30C /h、50 30°C時0. 50C /h、30 15°C時0. 9V /h。為充分利用資源，結晶后剩余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%，可溶性堿金屬鹽或堿土鹽為氯化鈣，添加量為半乳糖質量的1 5%，異構反應時間為1 他，溫度為5 30°C。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3h，溫度為 15°C。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°C，冷卻后溫度為20°C， 冷卻速度0. 5 4. O0C /h。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°C，冷卻后溫度為20°C，冷卻速度2. O0C /h。為充分利用資源，結晶后剩余的含有少量塔格糖的母液可以加入到步驟(6)得到的凈化液中，再次進行模擬移動床分離。本發明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，充分利用資源，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，制得的乳果糖組分含量高，為后續的乳果糖結晶打下基礎，乳糖組分還可重新回用做原料，并且半乳糖組分經化學異構，制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，并且無污染，充分利用了資源，是本項目的關鍵技術。
圖1為本發明的生產工藝流程圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步的說明。實施例1 稱取50kg乳糖，加入去離子水使乳糖水溶液質量濃度為40%，再加入 2. 5kg無水鈉鹽，通冷凝水回流后加熱至110°C，并維持110°C異構池，冷卻、活性炭脫色、 離子交換、蒸發濃縮后進行乳糖結晶，離心后得到乳糖含量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. OL/h的速度進入三元順序式模擬移動床，在60°C、切換時間為17min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，然后冷卻，60 50°C時冷卻速度為0. 3°C /h、50 30°C時 0. 5°C /h、30 15°C時0. 9°C /h，再經離心、干燥后得到乳果糖含量為99. 21%的結晶乳果糖28. 72kg ；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°C異構3h，然后用磷酸中和至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 %后，經脫色、離子交換后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%加入塔格糖晶種后，以2. O0C /h的速度將料液從70°C降溫至20°C，離心、烘干得到 6. 84kg結晶塔格糖。
實施例2 稱取50kg乳糖，加入去離子水使乳糖水溶液質量濃度為60%，再加入 5kg無水鈉鹽，通冷凝水回流后加熱至120°C，并維持120°C異構lh，冷卻、活性炭脫色、離子交換、蒸發濃縮后進行乳糖結晶，離心后得到乳糖含量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. OL/h的速度進入三元順序式模擬移動床，在50°C、切換時間為21min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. 50C /h的速度將糖漿從60°C冷卻到15°C，離心、干燥后得到乳果糖含量為98. 56%的結晶乳果糖26. 66kg ；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，以及半乳糖質量的氯化鈣，5°C異構他，然后用磷酸中和至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%后，經脫色、離子交換后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%加入塔格糖晶種后，以0. 5°C /h的速度將料液從70°C降溫至20°C，離心、烘干得到7. 12kg結晶塔格糖。實施例3 稱取50kg乳糖，加入去離子水使乳糖水溶液質量濃度為20%，再加入 0. 5kg無水鈉鹽，通冷凝水回流后加熱至90°C，并維持90°C異構他，冷卻、活性炭脫色、離子交換、蒸發濃縮后進行乳糖結晶，離心后得到乳糖含量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. OL/h的速度進入三元順序式模擬移動床，在50°C、切換時間為i:3min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，然后冷卻，60 50°C時冷卻速度為0. 80C /h、50 30°C時0. 5°C /h、30 15°C時0. 3°C /h，再經離心、干燥后得到乳果糖含量為98. 43%的結晶乳果糖23. 57kg ；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°C異構lh，然后用磷酸中和至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%后，經脫色、離子交換后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. 加入塔格糖晶種后，以4. 0°C /h的速度將料液從70°C降溫至20°C，離心、烘干得到5. 43kg結晶塔格糖。實施例4 稱取50kg乳糖，加入去離子水使乳糖水溶液質量濃度為60%，再加入 5kg無水鈉鹽，通冷凝水回流后加熱至120°C，并維持120°C異構他，冷卻、活性炭脫色、離子交換、蒸發濃縮后進行乳糖結晶，離心后得到乳糖含量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. OL/h的速度進入三元順序式模擬移動床，在60°C、切換時間為17min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. 90C /h的速度將糖漿從60°C冷卻到15°C，離心、干燥后得到乳果糖含量為96. 5%的結晶乳果糖8. 3kg ；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°C異構6h，然后用磷酸中和至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%后，經脫色、離子交換后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. 加入塔格糖晶種后，以4. O0C /h的速度將料液從70°C降溫至20°C，離心、烘干得到1. 85kg結晶塔格糖。
權利要求
1.一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝，其特征在于，步驟如下(1)將乳糖溶液在弱堿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，然后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后，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O)中得到的乳果糖組分蒸發濃縮后，結晶、離心、干燥制得結晶乳果糖；(4)將步驟O)中得到的半乳糖組分在可溶性堿金屬鹽或堿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，然后抽慮去除沉淀，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%后進行脫色、離子交換，得到凈化液；(7)將步驟(6)中得到的凈化液進行模擬移動床分離，得到塔格糖漿；(8)將步驟(7)中提純制得的塔格糖漿進行蒸發濃縮后，結晶、離心、干燥，制得結晶塔格糖。
2.根據權利要求1所述的一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝，其特征在于所述步驟⑴中，乳糖溶液中乳糖的質量濃度為20 60%，弱堿性異構劑為鈉鹽，添加量為乳糖質量的1 10%，回流異構的條件為溫度90 120°C，反應時間1 他。
3.根據權利要求1所述的一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝，其特征在于所述步驟(1)中，乳糖溶液中乳糖的質量濃度為30%，弱堿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°C，反應時間池。
4.根據權利要求1所述的一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝，其特征在于所述步驟O)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°C，切換時間13 2Imin，進料質量濃度40 60%，進料流速2. 0 4. OL/h。
5.根據權利要求1所述的一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝，其特征在于將步驟 (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所述的一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝，其特征在于所述步驟(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°C，冷卻后溫度為15°C，冷卻速度0. 1 0.9°C /h梯度降溫。
7.根據權利要求1所述的一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝，其特征在于所述步驟(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%，可溶性堿金屬鹽或堿土鹽為氯化鈣，添加量為半乳糖質量的1 5%，異構反應時間為1 6h，溫度為5 30°C。
8.根據權利要求1所述的一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝，其特征在于所述步驟(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%，異構反應時間為池，溫度為15°C。
9.根據權利要求1所述的一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝，其特征在于所述步驟(5)中所用酸為磷酸。
10.根據權利要求1所述的一種同時生產乳果糖和塔格糖的工藝，其特征在于所述步驟(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°C，冷卻后溫度為20°C，冷卻速度0. 5 4. O0C /h。
全文摘要
本發明公開了一種同時生產乳果糖與塔格糖的工藝，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，充分利用了資源，步驟如下(1)乳糖回流異構、蒸發冷卻結晶，得到混合液；(2)混合液經脫色和離子交換后，進行模擬移動床分離，得到乳糖組分、乳果糖組分和半乳糖組分；(3)乳果糖組分蒸發濃縮后，結晶、離心、干燥得結晶乳果糖；(4)半乳糖組分異構得半乳糖異構液；(5)半乳糖異構液用酸中和，抽慮去除沉淀，得塔格糖漿；(6)塔格糖漿蒸發濃縮后進行脫色、離子交換，得凈化液；(7)凈化液進行模擬移動床分離，得塔格糖漿；(8)塔格糖漿進行蒸發濃縮后，結晶、離心、干燥，制得結晶塔格糖。
文檔編號C13K11/00GK102296129SQ20111016298
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月16日 優先權日2011年6月16日
發明者于麗, 任尚美, 信成夫, 景文利 申請人:禹城綠健生物技術有限公司