本發(fā)明屬于低聚半乳糖化學(xué)合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高純度低聚半乳糖的制備方法。

背景技術(shù)：

低聚半乳糖（galacto-oligosaccharide，簡(jiǎn)稱gos）是一種低分子量水溶性膳食纖維，一般由葡萄糖或半乳糖分子與1~7個(gè)半乳糖基β（1—6）、β（1—4）、β（1—3）糖苷鍵結(jié)合形成，多存在于動(dòng)物的乳汁和乳清中，在母乳中的含量和種類最為豐富。隨著科學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)食品的要求不僅僅局限于色、香、味，而是更加注重營(yíng)養(yǎng)與健康，因此gos正是這種趨勢(shì)下被矚目的一種新型食品及配料。低聚半乳糖是一種天然存在的功能性低聚糖，具有多種益生功能，如改善腸道微環(huán)境，尤其是新生兒腸道內(nèi)有益菌群的建立；促進(jìn)脂質(zhì)代謝；促進(jìn)礦物元素的吸收；降低血清中膽固醇的濃度；降血壓；預(yù)防齲齒等。

現(xiàn)有技術(shù)中，低聚半乳糖的提純工藝多以微生物發(fā)酵為主，但是這種方法并不能有效地去除gos中的其他雜糖組分，gos純度提高程度有限且生產(chǎn)成本高，不利于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

目前，工業(yè)化的gos產(chǎn)品一般是含有葡萄糖、半乳糖、乳糖和gos的混合物，沒(méi)有經(jīng)過(guò)分離純化，其中低聚半乳糖的純度僅在24~57%，其中含有較多的乳糖可能不適用于乳糖不耐受人群，含有的葡萄糖也不適用于糖尿病患者，因此需要去除其他雜糖成分，制備高純度gos以適應(yīng)特殊的受眾人群，擴(kuò)大gos的市場(chǎng)應(yīng)用范圍。

中國(guó)專利cn102676604a公開(kāi)了一種連續(xù)模擬移動(dòng)床色譜分離高純度低聚半乳糖的方法，采用十床式連續(xù)模擬移動(dòng)床色譜分離制備，產(chǎn)品純度可達(dá)95％以上，但利用該方法單糖、二糖的分離效果較差，得到的低聚半乳糖的純度仍然在98%以下，而且離子交換過(guò)程采用傳統(tǒng)固定床離交方式，該方法酸堿和水的消耗量大，分離速度慢，分離成本高。在實(shí)際應(yīng)用中仍不易推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的低聚半乳糖純度低，分離困難、酸堿消耗大及成本高的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高純度低聚半乳糖的制備方法，該方法采用滿室床離交技術(shù)和六床式順式模擬移動(dòng)床色譜分離技術(shù)（鈉型大孔陽(yáng)離子樹脂），分離效果更好，能實(shí)現(xiàn)葡萄糖、乳糖、半乳糖和低聚半乳糖的精細(xì)分離，得到98%以上高純度低聚半乳糖產(chǎn)品。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高純度低聚半乳糖的制備方法，低聚半乳糖混合液采用滿室床離交技術(shù)進(jìn)行分離，分離后采用順序式模擬移動(dòng)床色譜分離技術(shù)提純得高純度低聚半乳糖。

進(jìn)一步地，所述的順序式模擬移動(dòng)床為六床式順式模擬移動(dòng)床。

進(jìn)一步地，所述的滿室床中的分離樹脂為混合的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂和弱堿性陰離子交換樹脂；所述的陽(yáng)陰離子交換樹脂的體積比為1：1~1.8。

進(jìn)一步地，所述的滿室床進(jìn)料質(zhì)量濃度30%，進(jìn)料溫度40℃，流速為每小時(shí)1.5~2.5倍柱體積。

進(jìn)一步地，所述的順序式六床模擬色譜以鈉型陽(yáng)離子大孔樹脂為載體，樹脂裝填高度為70cm，分配盤轉(zhuǎn)速為3°/min，進(jìn)料質(zhì)量濃度60%，進(jìn)料溫度60~65℃，進(jìn)料流速1.0-1.8l/h，進(jìn)水流速1.8-2.8l/h，流出液流速1.3-2.0l/h，洗脫液流速1.6-2.6l/h。

進(jìn)一步地，所得低聚半乳糖溶液的制備方法為：利用生物酶法催化乳糖得混合液，混合液經(jīng)0.1m孔徑陶瓷膜超濾，活性炭吸附得低聚半乳糖混合液。

進(jìn)一步地，所述的生物酶為β-半乳糖苷酶，酶的加入量為50u/g乳糖干基。

進(jìn)一步地，所述的酶反應(yīng)條件為，乳糖濃度為45%，反應(yīng)溫度為50~60℃，反應(yīng)ph為5.5~6.0。

有益效果

（1）采用滿室床離交技術(shù)，樹脂利用率高，提高了物料的精制效果及感官指標(biāo)。滿室床離交技術(shù)中的樹脂混合裝填，樹脂破碎率低，穩(wěn)定性好，與常規(guī)順序式離交柱相比有較高的工作交換容量，減少了離交過(guò)程中酸堿和水的消耗，降低了生產(chǎn)成本；

（2）采用滿室床離交技術(shù)對(duì)低聚半乳糖混合液進(jìn)行分離，分離后降低了順序式模擬移動(dòng)床色譜分離難度，由原來(lái)的十床式縮減為現(xiàn)在的六床式，分離的速度明顯加快，且分離得到的低聚半乳糖的純度更高；

（3）采用六床式順式模擬移動(dòng)床色譜分離技術(shù)，采用鈉型大孔陽(yáng)離子樹脂，相對(duì)于鈣型陽(yáng)離子樹脂對(duì)低聚半乳糖的分離效果更好，能實(shí)現(xiàn)葡萄糖、乳糖、半乳糖和低聚半乳糖的精細(xì)分離，得到98%以上高純度低聚半乳糖產(chǎn)品。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。

實(shí)施例1:

（1）取精制乳糖，用反滲透水調(diào)至乳糖濃度為45%，調(diào)節(jié)ph值為5.5，β-半乳糖苷酶的添加量為50u/g乳糖干基，60℃發(fā)酵40h得混合液，混合液經(jīng)陶瓷膜超濾，加入干基質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的活性炭脫色后得低聚半乳糖混合液，將混合液稀釋至低聚半乳糖的質(zhì)量百分濃度為30%；

（2）將質(zhì)量比為1:1的強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹脂和弱堿陰離子交換樹脂混合，加入到在滿室床分離柱中，樹脂高度1m，進(jìn)料濃度為30%，進(jìn)料溫度40℃，流速1.5倍柱體積，得到糖組分的混合液，經(jīng)指標(biāo)檢測(cè)，糖濃為25%，透光率達(dá)到91.10%，ph5.01，電導(dǎo)率57us/cm；經(jīng)hplc檢測(cè)，混合液中低聚半乳糖含量為57.13%，將混合液濃縮至低聚半乳糖的質(zhì)量百分濃度為60%；

（3）六床式順式模擬移動(dòng)床色譜分離：色譜分離樹脂為鈉型大孔陽(yáng)離子樹脂，樹脂柱裝填高度為70cm，分配盤轉(zhuǎn)速為3°/min，進(jìn)料濃度60%，進(jìn)料溫度60℃，進(jìn)料流速1.3l/h，進(jìn)水流速1.8l/h，流出液流速1.3l/h，洗脫液流速1.6l/h，可分離得到98.73%的高純度低聚半乳糖產(chǎn)品，六床式順序式模擬移動(dòng)床分離低聚半乳糖成分含量如下表1所示。

表1：應(yīng)用六床式順式模擬移動(dòng)床分離低聚半乳糖

實(shí)施例2

（1）取精制乳糖，用反滲透水調(diào)至乳糖濃度為45%，調(diào)節(jié)ph值為5.5，β-半乳糖苷酶的添加量為50u/g乳糖干基，60℃發(fā)酵40h得混合液，混合液經(jīng)陶瓷膜超濾，加入干基質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的活性炭脫色后得低聚半乳糖混合液，將混合液稀釋至低聚半乳糖的質(zhì)量百分濃度為30%；

（2）將質(zhì)量比為1:1.4的強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹脂和弱堿陰離子交換樹脂混合，加入到在滿室床分離柱中，樹脂高度1m，進(jìn)料濃度30%，進(jìn)料溫度40℃，流速1.5倍柱體積進(jìn)行脫鹽處理，得到糖組分的混合液。經(jīng)指標(biāo)檢測(cè)，糖濃為25%，透光率達(dá)到91.47%，ph5.23，電導(dǎo)率51us/cm。經(jīng)hplc檢測(cè)，混合液中低聚半乳糖含量為57.02%，將混合液濃縮至低聚半乳糖的質(zhì)量百分濃度為60%；

（3）六床式順式模擬移動(dòng)床色譜分離：色譜分離樹脂為鈉型大孔陽(yáng)離子樹脂，樹脂柱裝填高度為70cm，分配盤轉(zhuǎn)速為3°/min，進(jìn)料濃度60%，進(jìn)料溫度65℃，進(jìn)料流速1.5l/h，進(jìn)水流速2.3l/h，流出液流速1.8l/h，洗脫液流速2.0l/h，可分離得到98.41%的高純度低聚半乳糖產(chǎn)品，六床式順序式模擬移動(dòng)床分離低聚半乳糖成分含量如下表2所示。

表2：應(yīng)用六床式順式模擬移動(dòng)床分離低聚半乳糖

實(shí)施例3

（1）取精制乳糖，用反滲透水調(diào)至乳糖濃度為45%，調(diào)節(jié)ph值為5.5，β-半乳糖苷酶的添加量為50u/g乳糖干基，60℃發(fā)酵40h得混合液，混合液經(jīng)陶瓷膜超濾，加入干基質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的活性炭脫色后得低聚半乳糖混合液，將混合液稀釋至低聚半乳糖的質(zhì)量百分濃度為30%；

（2）將質(zhì)量比為1:1.8的強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹脂和弱堿陰離子交換樹脂混合，加入到在滿室床分離柱中，樹脂高度1m，進(jìn)料低聚半乳糖質(zhì)量濃度為30%，進(jìn)料溫度40℃，流速2.5倍柱體積進(jìn)行脫鹽處理，得到糖組分的混合液。經(jīng)指標(biāo)檢測(cè)，糖濃為25%，透光率達(dá)到90.01%，ph5.8，電導(dǎo)率72us/cm。經(jīng)hplc檢測(cè)，混合液中低聚半乳糖含量為56.95%，將混合液濃縮至低聚半乳糖的質(zhì)量百分濃度為60%；

（3）六床式順式模擬移動(dòng)床色譜分離：色譜分離樹脂為鈉型大孔陽(yáng)離子樹脂，樹脂柱裝填高度為70cm，分配盤轉(zhuǎn)速為3°/min，進(jìn)料低聚半乳糖質(zhì)量濃度為60%，進(jìn)料溫度60℃，進(jìn)料流速1.8l/h，進(jìn)水流速2.8l/h，流出液流速2.0l/h，洗脫液流速2.5l/h，可分離得到98.19%的高純度低聚半乳糖產(chǎn)品，六床式順序式模擬移動(dòng)床分離低聚半乳糖成分含量如下表3所示。

表3應(yīng)用六床式順式模擬移動(dòng)床分離低聚半乳糖

對(duì)比例1

（1）取精制乳糖，用反滲透水調(diào)至乳糖濃度為45%，調(diào)節(jié)ph值為5.5，β-半乳糖苷酶的添加量為50u/g乳糖干基，60℃發(fā)酵40h得混合液，混合液經(jīng)陶瓷膜超濾，加入干基質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的活性炭脫色后得低聚半乳糖混合液，將混合液稀釋至低聚半乳糖的質(zhì)量百分濃度為30%

（2）采用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子-弱堿性陰離子-強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂，樹脂高度1m，進(jìn)料濃度30%，進(jìn)料溫度40℃，流速1.5倍柱體積進(jìn)行脫鹽處理，得到糖組分的混合液。經(jīng)指標(biāo)檢測(cè)，糖濃為25%，透光率達(dá)到91.13%，ph5.09，電導(dǎo)率65us/cm。經(jīng)hplc檢測(cè)，混合液中低聚半乳糖含量為56.53%，將混合液濃縮至低聚半乳糖的質(zhì)量百分濃度為60%，實(shí)施例2與對(duì)比例1制備1噸料液離交成本對(duì)比如表4所示；

（3）六床式順式模擬色譜分離：色譜分離樹脂為鈉型大孔陽(yáng)離子樹脂，樹脂柱裝填高度為70cm，分配盤轉(zhuǎn)速為3°/min，進(jìn)料質(zhì)量濃度60%，進(jìn)料溫度65℃，進(jìn)料流速1.5l/h，進(jìn)水流速2.3l/h，流出液流速1.8l/h，洗脫液流速2.0l/h，可分離得到96.41%的高純度低聚半乳糖產(chǎn)品。

表4實(shí)施例2與對(duì)比例1制備1噸料液離交成本對(duì)比

對(duì)比例1中的分離樹脂采用順序式裝填方式，本專利采用混合式通過(guò)表4結(jié)果可知，實(shí)施例2與對(duì)比例1相比，酸的用量減少了47%，堿的用量減少了45%，可節(jié)約48%的用水量，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

對(duì)比例2：

（1）取精制乳糖，用反滲透水調(diào)至乳糖濃度為45%，調(diào)節(jié)ph值為5.5，β-半乳糖苷酶的添加量為50u/g乳糖干基，60℃發(fā)酵40h得混合液，混合液經(jīng)陶瓷膜超濾，加入干基質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的活性炭脫色后得低聚半乳糖混合液，將混合液稀釋至低聚半乳糖的質(zhì)量百分濃度為30%；

（2）將質(zhì)量比為1:1.8的強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹脂和弱堿陰離子交換樹脂混合，加入到在滿室床分離柱中，樹脂高度1m，進(jìn)料濃度30%，進(jìn)料溫度40℃，流速2.5倍柱體積進(jìn)行脫鹽處理，得到糖組分的混合液。經(jīng)指標(biāo)檢測(cè)，糖濃為25%，透光率達(dá)到90.01%，ph5.8，電導(dǎo)率72us/cm。經(jīng)hplc檢測(cè)，混合液中低聚半乳糖含量為56.95%，將混合液濃縮至低聚半乳糖的質(zhì)量百分濃度為60%；

（3）色譜分離參數(shù)為：傳統(tǒng)十床式連續(xù)模擬移動(dòng)床色譜分離樹脂為鈣型樹脂，樹脂柱裝填高度為70cm，分配盤轉(zhuǎn)速為3°/min，進(jìn)料質(zhì)量濃度60%，進(jìn)料溫度60℃，進(jìn)料流速1.8l/h，進(jìn)水流速2.8l/h，流出液流速2.0l/h，洗脫液流速2.5l/h，可分離得到95.11%的高純度低聚半乳糖產(chǎn)品，不同類型樹脂對(duì)低聚半乳糖分離效果如表5所示。

表5實(shí)施例3與對(duì)比例1不同樹脂對(duì)低聚半乳糖分離效果對(duì)比

通過(guò)表5結(jié)果分析，傳統(tǒng)模擬移動(dòng)床對(duì)單糖、二糖的分離效果較差；在進(jìn)料濃度、溫度以及洗脫流速等條件不變的情況下，使用鈉型大孔陽(yáng)離子樹脂制備高純度低聚半乳糖效果優(yōu)于鈣型陽(yáng)離子樹脂，低聚半乳糖純度由95.11%提高到98.19%。

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