一種連續(xù)制備低聚半乳糖的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種連續(xù)制備低聚半乳糖的方法，以300～400g/L乳糖溶液為原料，采用β-半乳糖苷酶直接合成低聚半乳糖，當反應(yīng)液內(nèi)低聚半乳糖含量達到為40wt％以上且乳糖濃度達到150g/L以下時，反應(yīng)液經(jīng)超濾膜超濾使酶循環(huán)利用，同時向反應(yīng)釜中流加400～500g/L高濃度乳糖溶液進行連續(xù)合成反應(yīng)，超濾出液經(jīng)三級納濾膜納濾，分離得到低聚半乳糖。本發(fā)明方法，具有原料充足、方便、易得、無毒性、生產(chǎn)成本低等特點，通過超濾使酶循環(huán)利用、納濾分離得到高純度低聚半乳糖，工藝過程簡單，條件溫和，降低了合成低聚半乳糖的成本，提高了低聚半乳糖合成的效率和純度，能滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求，具有廣闊的工業(yè)生產(chǎn)前景。
【專利說明】一種連續(xù)制備低聚半乳糖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低聚糖的制備方法，具體涉及一種連續(xù)制備低聚半乳糖的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]低聚半乳糖是一種功能性低聚糖，在體內(nèi)不能被胃酸和胃酶降解，而是直接進入小腸被有益菌尤其是被雙歧桿菌利用，因此能有效促進體內(nèi)雙歧桿菌的生長繁殖，改善脂質(zhì)代謝，促進鈣的吸收和維生素的合成，并具有分解致癌物質(zhì)、提高人體免疫力等功能。低聚半乳糖是母乳組成成分之一，嬰兒體內(nèi)雙岐桿菌菌群的建立很大程度上依賴于母乳中的低聚半乳糖成分。低聚半乳糖作為功能性低聚糖大量應(yīng)用于嬰幼兒食品、低熱量、低齲齒食品、糖尿病患者專用食品等，另外還應(yīng)用于化妝品、醫(yī)藥、飼料和口腔清潔等非食品行業(yè)。
[0003]目前低聚半乳糖的制備主要有五種方法:(I)天然提取，在自然界中，低聚半乳糖含量較少，并且不帶電荷，分離提取較為困難；(2)酸水解多糖，用酸水解多糖轉(zhuǎn)化率低，產(chǎn)品成分復(fù)雜，難以得到含量較高的低聚半乳糖；(3)化學(xué)合成，化學(xué)合成法試劑毒性大，易殘留，不適用食品級低聚半乳糖生產(chǎn)；(4)發(fā)酵生產(chǎn)，直接用微生物發(fā)酵制備低聚半乳糖目前研究較少，該方法需要從發(fā)酵液中分離提取低聚半乳糖，發(fā)酵液成分復(fù)雜，分離較為困難；以上四種方法目前不適用于大規(guī)模生產(chǎn)。(5)酶法合成，酶法合成低聚半乳糖主要以牛乳來源的乳糖為底物，利用微生物β-D-半乳糖苷酶催化合成，乳糖來源充足，而β-D-半乳糖苷酶主要由微生物發(fā)酵制得，生產(chǎn)成本較低，是目前工業(yè)化生產(chǎn)低聚半乳糖的主要方法。
[0004]國內(nèi)外對低聚半乳糖制備技術(shù)研究得較多，日本、歐洲一些國家已實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，國內(nèi)也有少數(shù)幾個廠家在研制生產(chǎn)，但產(chǎn)量都不大。日本和歐洲低聚半乳糖市場需求量非常大，而在我國仍處于起步階段。目前，市場上出售的低聚半乳糖濃度大多為27%~65%，通常純化低聚半乳糖的方法操作復(fù)雜，無法完全除去單糖和乳糖，在我國高純度低聚半乳糖還沒有實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。低聚半乳糖中所含單糖組分如葡萄糖、半乳糖等直接影響其應(yīng)用價值。葡萄糖組分的存在會妨礙低聚半乳糖促進雙歧桿菌的增殖效果；而且，由于葡萄糖不適于糖尿病人、肥胖病人等忌糖人士的食用，也降低了低聚半乳糖在食品、保健品及藥品中的應(yīng)用價值。因此，降低聚半乳糖中葡萄糖等單糖組分，提高純度，不但能夠促進產(chǎn)品的生理功能的發(fā)揮，還可以大大促進其在醫(yī)藥級產(chǎn)品中的應(yīng)用。因此，提高低聚半乳糖產(chǎn)品純度、增加產(chǎn)品品質(zhì)成為當前低聚半乳糖產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用的迫切需求。
[0005]雖然目前對低聚半乳糖制備技術(shù)研究得較多，但產(chǎn)品的下游分離純化技術(shù)確很少有人研究，目前還沒有既經(jīng)濟又有效的低聚半乳糖的分離純化方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種連續(xù)制備低聚半乳糖的方法，以降低合成低聚半乳糖的成本，同時提高低聚半乳糖合成的效率和純度。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:[0008]—種連續(xù)制備低聚半乳糖的方法，以300~400g/L乳糖溶液為原料,采用β _半乳糖苷酶直接合成低聚半乳糖，當反應(yīng)液內(nèi)低聚半乳糖含量達到為40wt%以上且乳糖濃度達到150g/L以下時，反應(yīng)液經(jīng)超濾膜超濾使酶循環(huán)利用，同時向反應(yīng)釜中流加400~500g/L高濃度乳糖溶液進行連續(xù)合成反應(yīng)，超濾出液經(jīng)三級納濾膜納濾，分離得到低聚半乳糖產(chǎn)品O
[0009]其中，所述的乳糖溶液，溶劑為pH6.0~7.5磷酸緩沖液。
[0010]其中，β-半乳糖苷酶的用量為0.1~1.0U/mL。β -半乳糖苷酶購自諾維信或帝斯曼。
[0011]酶活定義:在測定條件下(40°C,pH值為6.5，反應(yīng)10min),每分鐘催化生I μ mol的產(chǎn)物(如半乳糖或低級半乳糖)所需的酶量定義為一個酶活力單位(U)。
[0012]其中，以乳糖溶液為原料，采用β_半乳糖苷酶直接合成低聚半乳糖，反應(yīng)溫度為20 ~30?。
[0013]其中，所述的超濾膜為醋酸纖維素膜或陶瓷膜，截留分子量為6000~150000，超濾壓力為1.0~2.0MPa0
[0014]其中，所述的納濾膜為有機復(fù)合納濾膜或醋酸纖維素納濾膜；采用三級納濾膜分離，第一級納濾截留分子量為800~1000，第二級納濾截留分子量為500~700，第三級納濾截留分子量為200~400 ;每一級納濾截留液與超濾流出液一起濃縮再依次進入第一、二、三級納濾膜進行分離；第一級納濾膜的進料濃度為總糖濃度150~250g/L，每一級納濾膜的操作條件為:壓力為1.0~3.0MPaJDK 3~5BV，溫度為20~30°C。
[0015]其中，β -半乳糖苷酶在反應(yīng)釜中可以連續(xù)使用120~150h。
[0016]其中，最終分離得到低聚半乳糖產(chǎn)品純度為80%以上。通過三級有機復(fù)合納濾膜納濾，可以使低聚半乳三糖與單糖、二塘分離，大大提高了產(chǎn)品的純度，低聚半乳糖的純度可以達到80%以上。
[0017]有益效果:本發(fā)明方法采用酶催化反應(yīng)與納米分離耦合技術(shù)，通過超濾膜使酶循環(huán)利用，利用三級納濾膜不斷分離純化得到高純度低聚半乳糖(80% )，本發(fā)明方法，具有原料充足、方便、易得、無毒性、生產(chǎn)成本低等特點，通過超濾使酶循環(huán)利用、納濾分離得到高純度低聚半乳糖，工藝過程簡單，條件溫和，降低了合成低聚半乳糖的成本，提高了低聚半乳糖合成的效率和純度，能滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求，具有廣闊的工業(yè)生產(chǎn)前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1連續(xù)反應(yīng)與分離純化耦合催化合成低聚半乳糖的裝置圖。其中，1、補料瓶；2、反應(yīng)釜；3、超濾膜；4、濃縮液收集罐；5、一級納濾膜；6、二級納濾膜；7、三級納濾膜；8、透析液收集罐；9、濃縮液儲罐；10、第一蠕動泵；12、第二蠕動泵；11、真空泵。其中，4、5、6、7、11屬于分離裝置。
[0019]圖2連續(xù)反應(yīng)與分離純化耦合催化合成低聚半乳糖過程中的酶活穩(wěn)定性。
【具體實施方式】
[0020] 根據(jù)下述實施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實施例所描述的內(nèi)容僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)當也不會限制權(quán)利要求書中所詳細描述的本發(fā)明。
[0021]由圖1所示，由圖1的反應(yīng)裝置實現(xiàn)本發(fā)明的方法。反應(yīng)釜2依次順序與超濾膜
3、濃縮液收集罐4、一級納濾膜5、二級納濾膜6、三級納濾膜7、透析液收集罐8相連通。補料瓶I與反應(yīng)釜2連通用于補加反應(yīng)原料。超濾膜3進水速率由第一蠕動泵10控制，超濾膜3截留液回流至反應(yīng)釜2中。一級納濾膜進水速率由真空泵11控制，一級、二級和三級納濾膜截留液回流至濃縮液收集罐4。濃縮液收集罐4月濃縮液儲罐9連通，由第二蠕動泵12控制濃縮液收集罐4中過多的濃縮液流至濃縮液收集罐9中儲備。
[0022]實施例1:反復(fù)批次催化合成低聚半乳糖并分離純化。
[0023]稱取一定量的乳糖置于反應(yīng)釜中，再加入一定量磷酸鹽緩沖液(PH = 6.5)，加熱使其完全溶解，使乳糖濃度至350g/L，自然冷卻至反應(yīng)溫度25°C，量取一定量的β-半乳糖苷酶(0.3U/mL)加入上述反應(yīng)釜開始反應(yīng)直到低聚半乳糖濃度不再增加時停止(8h左右)反應(yīng)，經(jīng)超濾酶液回到反應(yīng)釜中，加入新乳糖溶液繼續(xù)反復(fù)分批催化合成低聚半乳糖，直到酶活降低到初始酶活一半(96h左右)時這批做完停止反復(fù)批次反應(yīng)。經(jīng)超濾初步得到這幾批的糖組分混合液，經(jīng)HPLC檢測得低聚半乳糖含量為48.22%的糖溶液。此時糖組分為葡萄糖、半乳糖、乳糖、低聚半乳糖。
[0024]以上面的糖溶液在1.0~3.0MPa壓力，進料總糖濃度150~200g/L，加水2~4BV，溫度20~30°C條件下采用三級有機復(fù)合納濾膜進行分離，有效分離了乳糖、葡萄糖和半乳糖組分，產(chǎn)品低聚半乳糖純度達75.48% (表1)。
[0025]表1應(yīng)用有機合成納濾膜分離低聚半乳糖
[0026]
【權(quán)利要求】
1.一種連續(xù)制備低聚半乳糖的方法，其特征在于，以300~400g/L乳糖溶液為原料，采用β -半乳糖苷酶直接合成低聚半乳糖，當反應(yīng)液內(nèi)低聚半乳糖含量達到為40wt%以上且乳糖濃度達到150g/L以下時，反應(yīng)液經(jīng)超濾膜超濾使酶循環(huán)利用，同時向反應(yīng)釜中流加400~500g/L高濃度乳糖溶液進行連續(xù)合成反應(yīng)，超濾出液經(jīng)三級納濾膜納濾，分離得到低聚半乳糖產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備低聚半乳糖的方法，其特征在于，所述的乳糖溶液，溶劑為pH6.0~7.5磷酸緩沖液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備低聚半乳糖的方法，其特征在于，β_半乳糖苷酶的用量為0.1~1.0U/mL。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備低聚半乳糖的方法，其特征在于，以乳糖溶液為原料，采用β -半乳糖苷酶直接合成低聚半乳糖，反應(yīng)溫度為20~30°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備低聚半乳糖的方法，其特征在于，所述的超濾膜為醋酸纖維素膜或陶瓷膜，截留分子量為6000~150000，超濾壓力為1.0~2.0MPa0
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備低聚半乳糖的方法，其特征在于，所述的納濾膜為有機復(fù)合納濾膜或醋酸纖維素納濾膜；采用三級納濾膜分離，第一級納濾截留分子量為800~1000，第二級納濾截留分子量為500~700，第三級納濾截留分子量為200~400 ;每一級納濾截留液與超濾流出液一起濃縮再依次進入第一、二、三級納濾膜進行分離；第一級納濾膜的進料濃度為 總糖濃度150~250g/L，每一級納濾膜的操作條件為:壓力為1.0~3.0MPaJDK 3 ~5BV，溫度為 20 ~30°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備低聚半乳糖的方法，其特征在于，β_半乳糖苷酶在反應(yīng)釜中可以連續(xù)使用120~150h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備低聚半乳糖的方法，其特征在于，最終分離得到低聚半乳糖產(chǎn)品純度為80%以上。
【文檔編號】C07H1/06GK104004799SQ201410261794
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】應(yīng)漢杰, 任恒飛, 陳勇, 費俊杰, 施欣馳, 趙婷, 莊偉 , 吳菁嵐, 朱晨杰 申請人:南京工業(yè)大學(xué)