一种制备乳糖和低聚半乳糖的方法和装置与流程
本技术涉及食品医药领域，具体涉及一种制备乳糖和低聚半乳糖的方法和装置。
背景技术：
1、乳糖是哺乳动物乳汁中常见的双糖，是儿童生长发育的主要营养物质之一，对青少年智力发育十分重要，广泛应用于食品或医药中。现有技术中生产食品级乳糖或医药级乳糖的方法主要经过多次的结晶沉淀，其中或经过活性炭吸附处理，提纯去杂质的效果并不理想，并且产生的剩余液中也含有残留的乳糖，造成浪费。
2、低聚半乳糖(galactooligosaccharides，gos)是以乳糖为原料，通过半乳糖苷酶的转糖苷作用制得。在自然界中，低聚半乳糖微量存在于动物乳汁中，是一种具有天然属性的功能性低聚糖。低聚半乳糖具有促进双歧杆菌的增殖、改善脂质代谢、提高免疫力等多种功能特性，广泛应用于乳制品、婴幼儿配方食品、保健食品等多个领域。目前制备低聚半乳糖的方法主要是以乳糖为底物，经半乳糖苷酶水解成低聚半乳糖产物。但是在生产过程中产生的单糖和半乳糖副产物会抑制反应的进行，并且产生的低聚半乳糖产物还会分解成半乳糖。因此，现有技术中制备低聚半乳糖的方法将导致反应时间过长、产物分离不及时、副产物增多、反应不完全以及产物生成率低。
3、因此，目前制备乳糖和低聚半乳糖的方法和装置仍有待改进。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种制备乳糖和低聚半乳糖的方法和装置，以至少在一定程度上缓解甚至解决上述背景技术中提出的问题中的至少之一。
2、在本发明的一个方面，本发明提供了一种制备乳糖和低聚半乳糖的方法，所述方法包括：对液态含乳糖原料进行乳糖浓缩处理，分离得到乳糖浓缩液；对所述乳糖浓缩液进行提纯处理，以制备乳糖，并分离得到乳糖结晶母液；对所述乳糖结晶母液进行乳糖的全分解处理，至所述乳糖结晶母液的低聚半乳糖生成率为15-30％时，对经过所述全分解处理的乳糖结晶母液水解液进行急冷处理；对经过所述急冷处理的所述乳糖结晶母液水解液进行过滤分离处理，以分离残留的酶和低聚半乳糖流组分；调节所述残留的乳糖母液水解液中的乳糖以及酶的含量，并重复进行所述全分解处理、急冷处理以及过滤分离处理。
3、进一步地，所述乳糖浓缩处理包括使用截留分子量为400d-600d的纳滤膜对液态含乳糖原料进行过滤，再使用截留分子量为150d-300d的纳滤膜过滤所得滤液，截留液即为所述乳糖浓缩液。
4、进一步地，对所述乳糖浓缩液进行提纯处理，以制备乳糖包括：向所述乳糖浓缩液中加入0.2-2％活性炭，加热至50-70℃并保持3-10min，而后将活性炭滤出，得到脱活性炭乳糖浓缩液；将所述脱活性炭乳糖浓缩液加热至70-100℃蒸发水分，至糖度为50-68度，在88-100℃下降温至38-42℃，并干燥形成医药级乳糖；任选地，所述降温包括以每分钟下降0.1-1℃的速度进行降温。
5、进一步地，对所述乳糖浓缩液进行提纯处理，以制备乳糖包括：将所述乳糖浓缩液加热至70-100℃蒸发水分，至糖度为50-68度，在80-90℃下降温至38-42℃形成食品级乳糖结晶；任选地，所述降温包括以每分钟下降0.1-1℃的速度进行降温。
6、进一步地，所述全分解处理包括在酶存在的条件下，在45-60℃下反应1-5min。
7、进一步地，所述全分解处理的物料中所述酶和乳糖的质量比为(0.3-1)：(80-120)。
8、进一步地，所述急冷处理为在5min内将物料温度降低至40℃以下。
9、进一步地，在过滤分离处理中，所述过滤分离处理是在保持所述急冷处理后物料的温度的条件下进行的。
10、进一步地，在过滤分离处理中，所述过滤分离处理的时间不超过10min。
11、进一步地，在过滤分离处理中，所述过滤分离处理包括第一膜过滤处理和第二膜过滤处理。
12、进一步地，所述第一膜过滤处理为采用截留分子量为5kd-50kd的滤膜进行的，所述第一膜过滤处理的滤液为低聚半乳糖流组分，所述第一膜过滤处理产生的截留液含有所述残留的酶。
13、更进一步地，所述第一膜过滤处理的滤膜的过滤面积能在10min以内将截留液的体积浓缩至原液的10～30％。
14、更进一步地，所述低聚半乳糖流组分包括乳糖、单糖产物以及低聚半乳糖。
15、进一步地，所述第二膜过滤处理为采用截留分子量为250kd-500kd的滤膜对所述低聚半乳糖流组分进行的，所述第二膜过滤处理的滤液包含所述残留的乳糖和单糖产物，并任选地继续进行第三膜过滤处理。
16、进一步地，所述第二膜过滤处理产生的截留液含有低聚半乳糖。
17、更进一步地，所述第二膜过滤处理的滤膜的过滤面积能在10min以内将截留液的体积浓缩至原液的10～30％。
18、进一步地，所述第三膜过滤处理的滤膜的截留分子量为200-300d，所述第三膜过滤处理的滤液包括单糖产物，截留液包括所述残留的乳糖。
19、更进一步地，当需要进行所述全分解处理的物料中的单糖产物占物料总糖的15％以上时进行所述第三膜过滤处理，并在单糖产物占物料总糖的15％及以下时停止。
20、更进一步地，所述第三膜过滤的滤膜的过滤面积能在10min以内将截留液的体积浓缩至原液的10～30％。
21、进一步地，所述方法进一步包括将膜过滤处理产生的所述残留的乳糖和酶与未经处理的乳糖结晶母液和酶混合，继续进行所述全分解处理。
22、更进一步地，所述残留的乳糖和酶预先经过升温处理，再与所述未经处理的乳糖结晶母液和酶进行混合。
23、进一步地，所述酶包括使乳糖水解成半乳糖单体并聚合成由2-9个半乳糖组成的多糖的酶。
24、进一步地，多次重复进行所述全分解处理、急冷处理以及过滤分离处理，以令乳糖的水解率达到不低于80％。
25、更进一步地，令所述乳糖的水解率达到不低于80％是在不超过120min以内达到的。
26、在本发明的另一方面，本发明提供了一种制备乳糖和低聚半乳糖的装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的乳糖浓缩单元、提纯单元、全分解单元、急冷单元以及过滤分离单元，所述过滤分离单元具有残留乳糖回路以及残留酶回路，所述残留乳糖回路以及残留酶回路均和所述全分解单元相连。
27、进一步地，所述乳糖浓缩单元包括截留分子量为400d-600d和150d-300d的纳滤膜，并且具有液态含乳糖原料入口以及乳糖浓缩液出口；其中，所述乳糖浓缩液出口与所述提纯单元相连。
28、进一步地，所述提纯单元包括吸附组件和结晶组件，并且具有乳糖浓缩液入口、结晶乳糖出口以及乳糖结晶母液出口；所述吸附组件与结晶组件相连。
29、更进一步地，所述结晶乳糖出口与乳糖储罐相连；所述乳糖结晶母液出口与所述全分解单元相连；所述吸附组件包括活性炭。
30、进一步地，所述全分解单元包括乳糖结晶母液入口、物料入口、分解产物出口、残留酶入口以及残留乳糖入口；所述分解产物出口与所述急冷单元相连。
31、进一步地，所述急冷单元包括分解产物入口、换热组件以及急冷产物出口；所述急冷产物出口与所述过滤分离单元相连。
32、进一步地，所述过滤分离单元包括第一过滤组件以及第二过滤组件；并具有残留乳糖回路以及残留酶回路。
33、更进一步地，所述第一过滤组件具有急冷产物入口、残留酶出口以及第一滤液出口，并且与所述急冷单元相连。
34、更进一步地，所述第二过滤组件具有第一滤液入口、低聚半乳糖出口以及第二滤液出口，并与所述第一滤液出口相连。
35、更进一步地，所述残留酶出口与所述残留酶回路相连，所述第二滤液出口与所述残留乳糖回路相连。
36、进一步地，所述过滤分离单元进一步包括第三过滤组件；所述第三过滤组件包括第二滤液入口、截留液出口以及第三滤液出口；其中，所述截留液出口与所述残留乳糖回路相连。
37、总的来说，本发明至少具有以下有益效果的至少之一：
38、1、本发明利用液态含乳糖原料制备乳糖，可获得食品级、医药级乳糖，所得食品级乳糖和医药级乳糖纯度高，并利用反应剩余液制备低聚半乳糖，降低生产成本；
39、2、本发明采用间歇式反应的工艺流程制备低聚半乳糖，按照全反应-缓慢反应并分离-全反应的循环对物料进行处理，及时分离反应产物和反应物，减少副反应的发生，副产物含量降低，产物生成率提高；
40、3、本发明的方法在制备低聚半乳糖过程中对反应物进行分离并重复利用，令反应物充分反应，降低生产成本，能够以高灰分乳糖母液为原料制备低聚半乳糖，节能环保，无三废产生。
41、4、本发明的装置减少了反应时间，降低了生产成本，适合于工业化生产。
42、上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本技术进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
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