本發(fā)明涉及半乳糖生產(chǎn)，具體地說，涉及一種制備半乳糖的方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、d-半乳糖是一種單糖，能促進(jìn)嬰兒智力發(fā)育，是多種藥物的合成前體，在科研和生產(chǎn)制造方面廣泛應(yīng)用，在食品領(lǐng)域，d-半乳糖是制備d-塔格糖的直接前體物質(zhì)，d-塔格糖是一種功能性甜味劑，甜度與蔗糖相當(dāng)，熱量低，具有降血糖、抗肥胖、抗氧化、調(diào)節(jié)腸道菌群等功能特性，d-半乳糖制備技術(shù)對d-塔格糖的開發(fā)有較大影響。用于制備d-半乳糖的原料來源包括植物樹膠、瓊脂、乳糖等糖類組分，其中乳糖是一種含有d-半乳糖的乳源來源的二糖，通過降解方式可以生成d-半乳糖，該方法也是目前工業(yè)化制備d-半乳糖的常用方法，乳糖是牛乳深加工副產(chǎn)物，具有價(jià)格低廉，來源安全，高效益等優(yōu)點(diǎn)。

2、以乳糖為原料制備d-半乳糖的方法大致分兩種：酸解法和酶解法，工業(yè)化生產(chǎn)基本采用酸解法，它是利用無機(jī)酸為催化劑在高溫高壓條件下，將乳糖水解為d-半乳糖，該方法生產(chǎn)效率低，設(shè)備要求高，水解產(chǎn)生的副產(chǎn)物多，乳糖水解不徹底，使得d-半乳糖的生產(chǎn)成本高，市場價(jià)格昂貴。酶解法是通過乳糖酶將乳糖水解為一分子的葡萄糖和一分子的d-半乳糖，水解條件溫和、操作簡單，產(chǎn)物純度和得率高，所用乳糖酶早已被商業(yè)化和廣泛應(yīng)用，該方法開發(fā)對d-半乳糖制備有重要意義。

3、乳糖在完全水解情況下，半乳糖理論得率是50%，由于乳糖酶具有水解和轉(zhuǎn)苷的雙向作用，即在水解產(chǎn)生半乳糖的同時(shí)，還可以將半乳糖基轉(zhuǎn)移到乳糖基上生成低聚半乳糖，使得半乳糖得率降低，目前實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)d-半乳糖的得率一般在30%左右。乳糖酶水解乳糖的過程具體如下：乳糖酶與乳糖結(jié)合水解首先釋放葡萄糖，形成乳糖酶-半乳糖基復(fù)合物，然后酶將半乳糖基轉(zhuǎn)移給含有羥基的親核受體（水和糖類均可作為受體），當(dāng)受體為水時(shí)，生成半乳糖，受體為糖時(shí)，形成新的糖，如三糖、四糖、五糖等低聚半乳糖。水解液中乳糖濃度對水解產(chǎn)物影響較大，當(dāng)乳糖濃度較低時(shí)（＜10%），水作為受體機(jī)率更高，產(chǎn)物主要為半乳糖，而乳糖濃度越高，則乳糖有更高的機(jī)會(huì)作為受體，與半乳糖結(jié)合形成低聚半乳糖。以乳糖為原料制備半乳糖的過程中，低乳糖濃度雖然半乳糖轉(zhuǎn)化率較高，但是由于乳糖濃度低導(dǎo)致半乳糖得率較低，使得生產(chǎn)成本較高；高乳糖濃度有利于提高半乳糖的得率，但高乳糖濃度條件下，乳糖水解同時(shí)更容易發(fā)生轉(zhuǎn)苷反應(yīng)生成低聚半乳糖，同樣會(huì)使半乳糖得率較低，因此，在高乳糖濃度下提高半乳糖得率是制備半乳糖的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。

4、但目前乳糖酶解領(lǐng)域，多為針對提升低聚半乳糖得率而進(jìn)行的研究，一般在較高乳糖濃度條件下，結(jié)合工藝優(yōu)化來提升低聚半乳糖的得率，而針對d-半乳糖的制備技術(shù)及得率提升的研究相對較少，且在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上仍未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的可行性， 因此有必要對d-半乳糖的生產(chǎn)方法進(jìn)行進(jìn)一步研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種原料可被利用充分、半乳糖生產(chǎn)效率高的制備半乳糖的方法。

2、本發(fā)明提供了一種制備半乳糖的方法，通過酶解反應(yīng)進(jìn)行半乳糖的制備，所述酶解反應(yīng)的體系中包括中性乳糖酶、反應(yīng)介質(zhì)和乳糖或含有乳糖的原料，所述反應(yīng)介質(zhì)為復(fù)合鹽溶液，所述復(fù)合鹽溶液中包括磷酸二氫根離子、鉀離子和鎂離子；所述磷酸二氫根離子、鉀離子和鎂離子的摩爾比為（3-8）：（3-8）：1，所述復(fù)合鹽溶液的ph值為6.5-7.0。

3、本發(fā)明通過對乳糖酶的水解介質(zhì)進(jìn)行特定的調(diào)整，從而降低了乳糖酶的轉(zhuǎn)苷作用，減少了低聚半乳糖的生成，獲取了較高的半乳糖得率，且乳糖可全部水解，原料利用率高，為d-半乳糖生產(chǎn)及以d-半乳糖為原料合成功能性甜味劑d-塔格糖的開發(fā)提供了技術(shù)參考。

4、具體地，本發(fā)明的復(fù)合鹽溶液有利于乳糖酶水解反應(yīng)的發(fā)生，能提升乳糖的水解速率，縮短水解時(shí)間。本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn)，鎂離子有利于提升乳糖酶的整體活性，磷酸二氫根可有助于減少低聚半乳糖的產(chǎn)生，鉀離子能提高乳糖酶的水解速率，通過與磷酸二氫根的結(jié)合，可整體提升半乳糖的轉(zhuǎn)化率，縮短水解時(shí)間。當(dāng)這三種特定的離子以特定比例配合時(shí)，在ph6.5-7.0條件下以中性乳糖酶進(jìn)行酶解可整體實(shí)現(xiàn)原料的充分酶解及高效獲得半乳糖的效果。

5、本發(fā)明優(yōu)選使用可在中性環(huán)境下具有高酶活的中性乳糖酶進(jìn)行酶解。中性乳糖酶可市售獲得，其制備來源包括但不限于乳克魯維酵母、脆壁克魯維酵母、雙歧桿菌等。

6、本發(fā)明中，含有乳糖的原料包括但不限于乳清滲透物（粉或液）、乳糖濃縮液、牛乳等含有乳糖的任何原料。

7、本發(fā)明的方法中優(yōu)選，所述磷酸二氫根離子、鉀離子和鎂離子的摩爾比為5:5:1。

8、本發(fā)明的方法中，所述酶解反應(yīng)的體系中，所述乳糖在所述反應(yīng)介質(zhì)中的濃度為15-60%（w/v）；優(yōu)選為30-50%（w/v）。

9、乳糖濃度對乳糖酶的轉(zhuǎn)苷作用影響較大，乳糖濃度較低時(shí)，水解產(chǎn)生的半乳糖得率較高，低聚半乳糖含量較少；當(dāng)乳糖濃度高于10%時(shí)，隨著乳糖濃度的增加，越有利于轉(zhuǎn)苷反應(yīng)的發(fā)生，半乳糖與乳糖聚合生成低聚半乳糖的轉(zhuǎn)化率越高。當(dāng)乳糖濃度達(dá)到50%以上時(shí)，乳糖的溶解度接近飽和狀態(tài)，會(huì)出現(xiàn)乳糖結(jié)晶，需要結(jié)合加熱進(jìn)行充分溶解，同時(shí)料液粘度會(huì)明顯增加，使工業(yè)化生產(chǎn)操作難度和生產(chǎn)成本增加，因此優(yōu)選乳糖濃度在50%以下。

10、本發(fā)明酶解反應(yīng)體系中的反應(yīng)介質(zhì)可在高乳糖濃度條件下，高效生產(chǎn)半乳糖，避免通過降低乳糖濃度來提升半乳糖轉(zhuǎn)化率時(shí)導(dǎo)致半乳糖得率較低，使得生產(chǎn)成本較高的問題。

11、本發(fā)明的方法中，按乳糖的質(zhì)量計(jì)，所述乳糖酶的添加量為100-300u/g；優(yōu)選為140-300u/g。

12、本發(fā)明的方法中，所述復(fù)合鹽溶液的濃度為0.1-0.2mol/l，優(yōu)選為0.2 mol/l。

13、本發(fā)明復(fù)合鹽溶液中總物質(zhì)（不含乳糖原料和酶）的濃度適宜，可保證對乳糖酶的調(diào)整作用充分發(fā)揮，以利于實(shí)現(xiàn)提升半乳糖得率的效果。

14、本發(fā)明的方法中，所述磷酸二氫根離子來自磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉中的一種或多種；所述鉀離子來自氯化鉀、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、硫酸鉀、氫氧化鉀中的一種或多種；所述鎂離子來自氯化鎂、硫酸鎂中的一種或多種；優(yōu)選，所述磷酸二氫根離子來自磷酸二氫鉀。

15、本發(fā)明的方法中，所述酶解反應(yīng)的溫度為35-40℃，時(shí)間為3-9h，優(yōu)選為3-6h。

16、本發(fā)明方法可在較短的酶解時(shí)間內(nèi)，即完全酶解乳糖，獲得高半乳糖得率。

17、本發(fā)明的方法中，所述酶解反應(yīng)完成后，還包括滅酶的步驟，滅酶的條件為：85-100℃熱處理5-15min，更優(yōu)選滅酶的條件為：95℃熱處理10min。

18、本發(fā)明的方法中，所述滅酶后還包括離心取上清液進(jìn)行半乳糖分離純化的步驟。

19、本發(fā)明滅酶后可獲得含有半乳糖、葡萄糖等的混合糖溶液，為了進(jìn)一步獲得更純的半乳糖產(chǎn)品，可對混合糖溶液中的半乳糖進(jìn)行進(jìn)一步分離，半乳糖的分離可采用本領(lǐng)域常規(guī)方法進(jìn)行，例如，可先進(jìn)行脫鹽脫色處理，包括但不限于活性炭脫色、離子交換、納濾、電滲析等處理，脫去水解液（上清液）中顏色和鹽組分。之后進(jìn)行濃縮處理，包括但不限于蒸發(fā)濃縮、納濾膜濃縮等。最后以色譜分離獲得半乳糖。優(yōu)選，色譜分離是通過模擬移動(dòng)床進(jìn)行分離，采用的色譜分離樹脂包括但不限于ca2+型、k+型等。

20、作為一個(gè)具體實(shí)施方式，本發(fā)明半乳糖具體制備工藝過程如下：

21、1、反應(yīng)介質(zhì)復(fù)合鹽溶液配制，稱取磷酸二氫鹽、鉀鹽、鎂鹽，配制成ph6.5-7.0的0.1-0.2mol/l的鹽溶液，使鹽溶液中磷酸二氫根離子、鉀離子、鎂離子的摩爾比為（3-8）：（3-8）：1，攪拌充分溶解。

22、2、乳糖溶解，采用步驟1配制的鹽溶液溶解乳糖或任何含有乳糖的原料，配制乳糖濃度為15-60%的溶液，攪拌或加熱攪拌使乳糖充分溶解。

23、3、酶解，按照100-300u/g乳糖加入乳糖酶，35-40℃酶解3-9h。

24、4、酶滅活， 85-100℃熱處理5-15min， 5000rpm離心15min離心除去沉淀，獲得含半乳糖的上清液。

25、可進(jìn)一步進(jìn)行上清液的分離純化：首先對離心獲得的上清液進(jìn)行脫鹽脫色處理，然后濃縮至50-60%brix，再通過色譜分離獲得半乳糖溶液、葡萄糖分離液和其他組分糖分離液。

26、本發(fā)明還提供上述方法在制備塔格糖中的應(yīng)用。

27、本發(fā)明酶解所制備的半乳糖液可進(jìn)一步通過濃縮結(jié)晶干燥用于制備結(jié)晶態(tài)半乳糖產(chǎn)品，還可以作為中間原料用于生產(chǎn)塔格糖、低聚半乳糖等。本發(fā)明的副產(chǎn)物葡萄糖分離液及其他混合組分分離液，可作為其他用途使用。

28、本發(fā)明的有益效果至少在于：

29、本發(fā)明提供了一種半乳糖的制備方法，可以在較短的酶解時(shí)間內(nèi)完全水解乳糖（乳糖轉(zhuǎn)化率100%），提升半乳糖得率（大于40%），將低聚半乳糖得率降低至10%以內(nèi)。

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