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一种制备半乳糖的方法及其应用与流程

泰然健康网
2025-09-23 08:20

本发明涉及半乳糖生产，具体地说，涉及一种制备半乳糖的方法及其应用。

背景技术：

1、d-半乳糖是一种单糖，能促进婴儿智力发育，是多种药物的合成前体，在科研和生产制造方面广泛应用，在食品领域，d-半乳糖是制备d-塔格糖的直接前体物质，d-塔格糖是一种功能性甜味剂，甜度与蔗糖相当，热量低，具有降血糖、抗肥胖、抗氧化、调节肠道菌群等功能特性，d-半乳糖制备技术对d-塔格糖的开发有较大影响。用于制备d-半乳糖的原料来源包括植物树胶、琼脂、乳糖等糖类组分，其中乳糖是一种含有d-半乳糖的乳源来源的二糖，通过降解方式可以生成d-半乳糖，该方法也是目前工业化制备d-半乳糖的常用方法，乳糖是牛乳深加工副产物，具有价格低廉，来源安全，高效益等优点。

2、以乳糖为原料制备d-半乳糖的方法大致分两种：酸解法和酶解法，工业化生产基本采用酸解法，它是利用无机酸为催化剂在高温高压条件下，将乳糖水解为d-半乳糖，该方法生产效率低，设备要求高，水解产生的副产物多，乳糖水解不彻底，使得d-半乳糖的生产成本高，市场价格昂贵。酶解法是通过乳糖酶将乳糖水解为一分子的葡萄糖和一分子的d-半乳糖，水解条件温和、操作简单，产物纯度和得率高，所用乳糖酶早已被商业化和广泛应用，该方法开发对d-半乳糖制备有重要意义。

3、乳糖在完全水解情况下，半乳糖理论得率是50%，由于乳糖酶具有水解和转苷的双向作用，即在水解产生半乳糖的同时，还可以将半乳糖基转移到乳糖基上生成低聚半乳糖，使得半乳糖得率降低，目前实际工业生产d-半乳糖的得率一般在30%左右。乳糖酶水解乳糖的过程具体如下：乳糖酶与乳糖结合水解首先释放葡萄糖，形成乳糖酶-半乳糖基复合物，然后酶将半乳糖基转移给含有羟基的亲核受体（水和糖类均可作为受体），当受体为水时，生成半乳糖，受体为糖时，形成新的糖，如三糖、四糖、五糖等低聚半乳糖。水解液中乳糖浓度对水解产物影响较大，当乳糖浓度较低时（＜10%），水作为受体机率更高，产物主要为半乳糖，而乳糖浓度越高，则乳糖有更高的机会作为受体，与半乳糖结合形成低聚半乳糖。以乳糖为原料制备半乳糖的过程中，低乳糖浓度虽然半乳糖转化率较高，但是由于乳糖浓度低导致半乳糖得率较低，使得生产成本较高；高乳糖浓度有利于提高半乳糖的得率，但高乳糖浓度条件下，乳糖水解同时更容易发生转苷反应生成低聚半乳糖，同样会使半乳糖得率较低，因此，在高乳糖浓度下提高半乳糖得率是制备半乳糖的关键技术难点。

4、但目前乳糖酶解领域，多为针对提升低聚半乳糖得率而进行的研究，一般在较高乳糖浓度条件下，结合工艺优化来提升低聚半乳糖的得率，而针对d-半乳糖的制备技术及得率提升的研究相对较少，且在技术上和经济上仍未实现工业化应用的可行性，因此有必要对d-半乳糖的生产方法进行进一步研究。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种原料可被利用充分、半乳糖生产效率高的制备半乳糖的方法。

2、本发明提供了一种制备半乳糖的方法，通过酶解反应进行半乳糖的制备，所述酶解反应的体系中包括中性乳糖酶、反应介质和乳糖或含有乳糖的原料，所述反应介质为复合盐溶液，所述复合盐溶液中包括磷酸二氢根离子、钾离子和镁离子；所述磷酸二氢根离子、钾离子和镁离子的摩尔比为（3-8）：（3-8）：1，所述复合盐溶液的ph值为6.5-7.0。

3、本发明通过对乳糖酶的水解介质进行特定的调整，从而降低了乳糖酶的转苷作用，减少了低聚半乳糖的生成，获取了较高的半乳糖得率，且乳糖可全部水解，原料利用率高，为d-半乳糖生产及以d-半乳糖为原料合成功能性甜味剂d-塔格糖的开发提供了技术参考。

4、具体地，本发明的复合盐溶液有利于乳糖酶水解反应的发生，能提升乳糖的水解速率，缩短水解时间。本发明研究发现，镁离子有利于提升乳糖酶的整体活性，磷酸二氢根可有助于减少低聚半乳糖的产生，钾离子能提高乳糖酶的水解速率，通过与磷酸二氢根的结合，可整体提升半乳糖的转化率，缩短水解时间。当这三种特定的离子以特定比例配合时，在ph6.5-7.0条件下以中性乳糖酶进行酶解可整体实现原料的充分酶解及高效获得半乳糖的效果。

5、本发明优选使用可在中性环境下具有高酶活的中性乳糖酶进行酶解。中性乳糖酶可市售获得，其制备来源包括但不限于乳克鲁维酵母、脆壁克鲁维酵母、双歧杆菌等。

6、本发明中，含有乳糖的原料包括但不限于乳清渗透物（粉或液）、乳糖浓缩液、牛乳等含有乳糖的任何原料。

7、本发明的方法中优选，所述磷酸二氢根离子、钾离子和镁离子的摩尔比为5:5:1。

8、本发明的方法中，所述酶解反应的体系中，所述乳糖在所述反应介质中的浓度为15-60%（w/v）；优选为30-50%（w/v）。

9、乳糖浓度对乳糖酶的转苷作用影响较大，乳糖浓度较低时，水解产生的半乳糖得率较高，低聚半乳糖含量较少；当乳糖浓度高于10%时，随着乳糖浓度的增加，越有利于转苷反应的发生，半乳糖与乳糖聚合生成低聚半乳糖的转化率越高。当乳糖浓度达到50%以上时，乳糖的溶解度接近饱和状态，会出现乳糖结晶，需要结合加热进行充分溶解，同时料液粘度会明显增加，使工业化生产操作难度和生产成本增加，因此优选乳糖浓度在50%以下。

10、本发明酶解反应体系中的反应介质可在高乳糖浓度条件下，高效生产半乳糖，避免通过降低乳糖浓度来提升半乳糖转化率时导致半乳糖得率较低，使得生产成本较高的问题。

11、本发明的方法中，按乳糖的质量计，所述乳糖酶的添加量为100-300u/g；优选为140-300u/g。

12、本发明的方法中，所述复合盐溶液的浓度为0.1-0.2mol/l，优选为0.2 mol/l。

13、本发明复合盐溶液中总物质（不含乳糖原料和酶）的浓度适宜，可保证对乳糖酶的调整作用充分发挥，以利于实现提升半乳糖得率的效果。

14、本发明的方法中，所述磷酸二氢根离子来自磷酸二氢钾、磷酸二氢钠中的一种或多种；所述钾离子来自氯化钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、硫酸钾、氢氧化钾中的一种或多种；所述镁离子来自氯化镁、硫酸镁中的一种或多种；优选，所述磷酸二氢根离子来自磷酸二氢钾。

15、本发明的方法中，所述酶解反应的温度为35-40℃，时间为3-9h，优选为3-6h。

16、本发明方法可在较短的酶解时间内，即完全酶解乳糖，获得高半乳糖得率。

17、本发明的方法中，所述酶解反应完成后，还包括灭酶的步骤，灭酶的条件为：85-100℃热处理5-15min，更优选灭酶的条件为：95℃热处理10min。

18、本发明的方法中，所述灭酶后还包括离心取上清液进行半乳糖分离纯化的步骤。

19、本发明灭酶后可获得含有半乳糖、葡萄糖等的混合糖溶液，为了进一步获得更纯的半乳糖产品，可对混合糖溶液中的半乳糖进行进一步分离，半乳糖的分离可采用本领域常规方法进行，例如，可先进行脱盐脱色处理，包括但不限于活性炭脱色、离子交换、纳滤、电渗析等处理，脱去水解液（上清液）中颜色和盐组分。之后进行浓缩处理，包括但不限于蒸发浓缩、纳滤膜浓缩等。最后以色谱分离获得半乳糖。优选，色谱分离是通过模拟移动床进行分离，采用的色谱分离树脂包括但不限于ca2+型、k+型等。

20、作为一个具体实施方式，本发明半乳糖具体制备工艺过程如下：

21、1、反应介质复合盐溶液配制，称取磷酸二氢盐、钾盐、镁盐，配制成ph6.5-7.0的0.1-0.2mol/l的盐溶液，使盐溶液中磷酸二氢根离子、钾离子、镁离子的摩尔比为（3-8）：（3-8）：1，搅拌充分溶解。

22、2、乳糖溶解，采用步骤1配制的盐溶液溶解乳糖或任何含有乳糖的原料，配制乳糖浓度为15-60%的溶液，搅拌或加热搅拌使乳糖充分溶解。

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

24、4、酶灭活， 85-100℃热处理5-15min， 5000rpm离心15min离心除去沉淀，获得含半乳糖的上清液。

25、可进一步进行上清液的分离纯化：首先对离心获得的上清液进行脱盐脱色处理，然后浓缩至50-60%brix，再通过色谱分离获得半乳糖溶液、葡萄糖分离液和其他组分糖分离液。

26、本发明还提供上述方法在制备塔格糖中的应用。

27、本发明酶解所制备的半乳糖液可进一步通过浓缩结晶干燥用于制备结晶态半乳糖产品，还可以作为中间原料用于生产塔格糖、低聚半乳糖等。本发明的副产物葡萄糖分离液及其他混合组分分离液，可作为其他用途使用。

28、本发明的有益效果至少在于：

29、本发明提供了一种半乳糖的制备方法，可以在较短的酶解时间内完全水解乳糖（乳糖转化率100%），提升半乳糖得率（大于40%），将低聚半乳糖得率降低至10%以内。