从乳清渗透物或干燥乳清渗透物制造用于生产d-塔格糖的d-半乳糖的方法
【专利摘要】本发明涉及一种从干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物中生产D-半乳糖的方法，包括：从所述干燥乳清渗透物的溶解溶液或所述液体乳清渗透物中去除非糖不溶性物质；从已去除非糖固体沉淀物的所述干燥乳清渗透物的溶解溶液或所述液体乳清渗透物中去除蛋白；以及从已去除所述蛋白的所述干燥乳清渗透物的溶解溶液或所述液体乳清渗透物中去除灰分、盐或这两者。此外，本发明涉及一种生产D-塔格糖的方法，包括将通过所述本发明方法生产的D-半乳糖异构化以获得D-塔格糖。
【专利说明】从乳清渗透物或干燥乳清渗透物制造用于生产D-塔格糖 的D-半乳糖的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种从液体乳清渗透物（whey permeate)或干燥乳清渗透物（dried whey permeate,下文称为"DWP"）生产用于生产D-塔格糖的D-半乳糖的方法。更具体 地说，本发明涉及一种从廉价原材料大批量生产D-半乳糖的方法，通过从在由乳清生产乳 清蛋白分离物的过程中产生的干燥乳清渗透物或液体乳清渗透物中去除杂质如蛋白、灰分 (包含盐）、其他非糖不溶性物质等来进行。本发明还涉及一种从通过本发明获得的D-半 乳糖大批量生产D-塔格糖的方法。
【背景技术】
[0002] 对于能够预防由于糖消耗引起的过多热量摄取、肥胖症以及蛀牙的低热量和功能 性甜味剂的需求已暴增。
[0003] D-塔格糖是一种理想的作为替代糖的低热量甜味剂，它可以满足所述消费者需 求。D-塔格糖具有（约90%)蔗糖甜度，由此与之实质上相同，但具有30%蔗糖热量。
[0004] 此外，已知D-塔格糖（D-半乳糖的立体异构体）在体内的代谢速度和吸附速 率较低，且由此可用作无副作用的低热量甜味剂（参见JECFA第六十三次会议，日内瓦 (Geneva)，2004年6月 8 日-17 日-食品添加剂（Food Additives))。
[0005] 仅20% D-塔格糖在小肠中被吸附，且其剩余的80%移动到大肠，在大肠中肠道微 生物生存并选择性地加速乳酸杆菌的产生，由此制造短链脂肪酸。特别地，D-塔格糖具有 大量（高达总短链脂肪酸的50%)制造已知有助于预防结肠癌的丁酸盐（butyrate)的益 生（prebiotic)特征。此外，D-塔格糖是具有1.5千卡/克的低热量值的天然糖，且根据美 国食品和药物管理局（FDA)已达到普遍认为安全（Generally Recognized As Safe ;GRAS) 状态，由此允许用作食品、饮料、健康食品、膳食添加剂等中的功能性甜味剂。
[0006] 然而，D-塔格糖并不常见于自然界中且是仅以痕量存在于乳制品和一些植物中的 罕见糖。为了将D-塔格糖用作低热量和功能性甜味剂，必需开发一种从廉价原材料大批量 生产D-塔格糖的方法。
[0007] 美国专利第5, 002, 612号和第5, 078, 796号公开一种生产D-塔格糖的方法， 通过以下方式进行：通过将乳糖酶加入D-半乳糖与D-葡萄糖的混合物中来水解乳糖 (lactose)或含有乳糖的物质，从混合物中去除任选的D-葡萄糖，以及接着将D-半乳糖以 化学方式异构化成D-塔格糖。
[0008] 因此，酶促生产D-塔格糖中的必需中间物是D-半乳糖。目前，到现在为止开发的 D-半乳糖供应受限于乳糖水解。
[0009] 然而，乳糖价格会因不可预知的因素，如根据天气产生的原料乳量、对奶粉的需 求、第三世界国家中乳糖消耗的变化等而变化，且展现出价格反复下降和上升的独特价格 型态。原料乳市场的这类价格波动使得稳定供应用于生产D-塔格糖的原材料很困难。
[0010] 根据本发明，有可能从在生产乳清蛋白分离物的过程中产生的廉价乳清渗透物或 干燥乳清渗透物中获得D-半乳糖并使用D-半乳糖来生产D-塔格糖。因此，可确保原材料 的稳定供应以及D-塔格糖的价格稳定，由此创造可观的附加价值。
【发明内容】
[0011] 【技术问题】
[0012] 目前，D-半乳糖（它是经由酶促过程生产D-塔格糖的原材料）的生产取决于乳 糖。然而，乳糖的不稳定供应以及乳糖的高价格直接影响D-塔格糖的生产成本。因此，廉 价原材料（即，乳糖和D-半乳糖）的更稳定供应是大批量生产D-塔格糖的前提条件。由 于对开发廉价材料作为生产D-塔格糖的原材料进行了广泛的研究，本发明人已开发了一 种能够经济地利用在乳清蛋白分离物生产中作为副产物产生的乳清渗透物或干燥乳清渗 透物（其工业使用相对不高）的技术。
[0013]【技术解决方案】
[0014] 由于乳清渗透物或干燥乳清渗透物除含有碳水化合物（乳糖）以外还含有蛋白、 灰分（包含盐）以及其他杂质，故需要一种经济并有效地将乳糖从其他组分中分离出来的 方法以便将乳清渗透物或干燥乳清渗透物用作D-塔格糖生产的原材料。
[0015] 在本发明中，对干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物进行物理和化学预 处理，如pH值调节、热处理等，从而通过在不改变糖含量或不形成副产物的情况下诱导固 化来去除非糖不溶性物质。此外，为了实现从已去除不溶性沉淀物的干燥乳清渗透物的溶 解溶液或液体乳清渗透物中有效并经济地去除蛋白，使用活性碳处理而不会带来相对高成 本的常规吸附法或离子色谱法。
[0016] 此外，对已去除固体沉淀物和蛋白的干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透 物进行电渗析，从而去除溶解溶液所含有的盐、灰分或盐和灰分这两者。因此，根据本发明 的方法可经由去除固体沉淀物和蛋白的预处理而将对电渗析中使用的膜的污染减到最少 同时改进脱盐效率。
[0017] 【有利作用】
[0018] 本发明提供克服对在本领域中用作D-塔格糖的原材料的经纯化乳糖和/或结晶 乳糖的供应的依赖性的作用，且可通过提供一种有效并经济地去除乳清渗透物或干燥乳清 渗透物（它是乳清蛋白分离物生产中的副产物）中的蛋白、灰分（包含盐）和其他固体沉 淀物（不包含乳糖）的方法来直接或间接地降低生产D-塔格糖的成本。
[0019] 本发明还提供一种能够经济地利用在乳清蛋白分离物生产中作为副产物产生的 乳清渗透物或干燥乳清渗透物（其工业使用相对不高）的技术。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是根据本发明的一个方面生产D-半乳糖的整个过程的流程图。
[0021] 图2绘示通过将20% (w/v)DWP的溶解溶液调节到pH 6. 8,在70°C下进行热处理 30分钟并接着离心来去除的固化沉淀物的干燥重量。
[0022] 图3绘示在分别用活性碳粉末（A到F)处理之后的蛋白去除产率。
[0023] 图4a是描绘取决于温度和时间条件在用图3的活性碳粉末中的活性碳A处理之 后的蛋白去除产率结果的图式，且图4b是描绘取决于温度和时间条件在用图3的活性碳粉 末中的活性碳B处理之后的蛋白去除产率结果的图式。
[0024] 图5是描绘在用图3的活性碳粉末中的活性碳A处理后蛋白去除和脱色结果的照 片。
[0025] 图6是描绘取决于电渗析操作时间变化的电导率和电流变化的图式。
【具体实施方式】
[0026] 本发明涉及一种从干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物中生产D-半乳 糖的方法，包含：从干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物中去除固体沉淀物；从 已去除固体沉淀物的干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物中去除蛋白；以及从已 去除固体沉淀物和蛋白这两者的干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物中去除灰 分、盐或灰分和盐这两者。
[0027] 根据本发明生产D-半乳糖的方法使用在乳清蛋白分离物生产中作为副产物产生 的液体乳清渗透物和干燥乳清渗透物这两者作为原材料。当使用液体乳清渗透物时，去除 固体沉淀物的过程可在无单独处理的情况下进行。当使用干燥乳清渗透物作为原材料时， 乳清渗透物可溶解于作为溶剂的水中以制备干燥乳清渗透物的溶解溶液，且可将固体沉淀 物从溶解溶液中去除。
[0028] 如本文所用的术语"乳清蛋白分离物"意指通过使作为原材料的乳清通过过滤器 膜而分离并收集的乳清蛋白。
[0029] 如本文所用的术语"液体乳清渗透物"意指在生产"乳清蛋白分离物"的过程期间 作为副产物产生的渗透物。
[0030] 如本文所用的术语"干燥乳清渗透物"意指通过将液体乳清渗透物浓缩并干燥而 获得的干燥乳清渗透物。
[0031] 去除固体沉淀物的过程可通过以下方式进行：经由在40°C到90°C下热处理、将溶 解溶液调节到PH值为3到9或这两种处理而从干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗 透物中形成固体沉淀物，并接着通过如离心等的典型方法分离固体沉淀物。在40°C到90°C 下进行热处理以及调节到pH值为3到9的程序提供以下作用：通过在不引起干燥乳清渗透 物的溶解溶液或液体乳清渗透物中糖含量变化和不形成副产物的情况下，将干燥乳清渗透 物的溶解溶液或液体乳清渗透物中的固体组分沉淀来去除固体组分且不影响作为最终产 物的D-半乳糖的含量和品质。优选地，热处理在50°C到80°C的温度下进行，且pH值调节 进行到pH值为4到8。
[0032] 在本发明中，在不沉淀乳糖情况下的固体和不溶性物质的沉淀随着热处理温度升 高而加速。此外，固体和不溶性物质的沉淀随着pH值升高而加速。因此，随着热处理温度 和PH值升高，固体和不溶性物质的沉淀可得到加速，由此显著增加固体沉淀物。在一个实 施例中，去除固体沉淀物的过程通过将热处理温度升高到60°C到80°C以及将溶解溶液调 节到pH值为5到8来进行。
[0033] 在根据本发明生产D-半乳糖的方法中，有可能从已去除固体沉淀物的干燥乳清 渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物中去除蛋白。去除蛋白的过程具有优点，所述优点在 于可使用活性碳而不使用会带来高成本的预吸附或离子色谱进行去除蛋白。
[0034] 在本发明中，经由活性碳处理去除蛋白的过程可包含：用活性碳对已去除固体 沉淀物的干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物进行处理，且使所得物在20°C到 90°C下反应10分钟到9小时。活性碳优选是活性碳粉末，例如（但不限于）活性碳A到活性 碳F。在本发明中，活性碳A是由诺芮特公司（Norit Inc.)生产的达科KB-B (DARCOKB-B)， 活性碳B是由诺芮特公司生产的诺芮特CGSP (N0RITCGSP)，活性碳C是由诺芮特公司生产 的诺芮特CASP (N0RITCASP)，活性碳D是由诺芮特公司生产的诺芮特CAl (N0RITCA1)，活性 碳E是由诺芮特公司生产的A51，而活性碳F是由诺芮特公司生产的诺芮特SX加 （NoritSX plus)。更优选地，活性碳A或活性碳B就蛋白去除效率来说是适用的。
[0035] 活性碳处理优选地在50°C到80°C下进行约3小时到8小时，更优选地在55°C到 75°C下进行约4小时到7小时。
[0036] 蛋白去除效率可随着增加处理时间和温度而得到加速。
[0037] 在本发明中使用活性碳的蛋白去除方法引起进一步的脱色。
[0038] 根据本发明生产D-半乳糖的方法可进一步包含从已去除蛋白的干燥乳清渗透物 的溶解溶液或液体乳清渗透物中去除灰分、盐或这两者。灰分、盐或这两者的去除可通过电 渗析进行。在本发明中，由于固体沉淀物和蛋白是在电渗析之前去除的，故对电渗析膜的污 染可减到最少，由此延长电渗析膜的寿命同时改进盐去除效率。
[0039] 根据本发明的方法可进一步包含在固体沉淀物去除、蛋白去除和灰分和/或盐去 除中的任一者之前或之后将乳糖酶加入干燥渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物中。优选 地，加入乳糖酶的过程是在固体沉淀物去除之后并在蛋白去除之前进行的。
[0040] 至于乳糖酶（Lactase)，可非限制性地使用任何已知酶。乳糖酶的实例可包含由 DSM公司（DSM Inc.)生产的马克西莱克特（Maxilact) LX5000、马克西莱克特LG 5000。
[0041] 酶可以O.Olw/v%到5W/V%的浓度加入。在使用酶的情况下，可使用发酵器在 35°C到39°C下进行水解。
[0042] 根据本发明的方法可在盐和/或灰分去除之后进一步包含离子纯化、浓缩以及色 谱分离程序。具体来说，为了分离，可使用模拟移动床（Simulated Moving Bed ;SMB)色谱、 离子纯化以及浓缩对D-半乳糖进行纯化和收集。在SMB色谱分离和纯化之前，通常将阳离 子和阴离子纯化色谱用于离子去除，或可进行本领域中常规使用的浓缩过程。本发明的另 一个实施例涉及一种生产D-塔格糖的方法，包含将通过上述方法生产的D-半乳糖异构化 以获得D-塔格糖。
[0043] 现将参照以下实施例更详细地描述本发明。应理解提供这些实施例仅为了说明， 且不应以任何方式理解为限制本发明。本文中将省略对本领域的技术人员显而易知的细节 描述。
[0044] 〈实施例〉
[0045] 实施例1 :干燥乳清渗透物（DWP)的组分分析
[0046] 原材料中杂质的含量和类型通过干燥乳清渗透物（它是从乳清生产乳清蛋白分 离物的副产物）的组分分析来鉴别。干燥乳清渗透物中组分的分析结果展示在表1中。干 燥乳清渗透物含有量大于80%的乳糖且除包含糖组分之外还包含蛋白、脂肪、各种无机盐 以及重金属。为了将除糖组分以外的其余组分去除，对干燥乳清渗透物进行物理和化学预 处理。
[0047] 表 1
【权利要求】
1. 一种从干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物生产D-半乳糖的方法，其特 征在于，包括： 从干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物中去除非糖物质； 从已去除所述非糖物质的所述干燥乳清渗透物的溶解溶液或所述液体乳清渗透物中 去除残余的蛋白；以及 从已去除所述蛋白的所述干燥乳清渗透物的溶解溶液或所述液体乳清渗透物中去除 灰分、盐或这两者。
2. 根据权利要求1所述的从干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物生产D-半 乳糖的方法，其中去除所述非糖物质包括经由在40°C到90°C下热处理和/或将所述溶解溶 液调节到PH值为3到9而从所述干燥乳清渗透物的溶解溶液或所述液体乳清渗透物中形 成不溶的固体沉淀物，并去除所述固体沉淀物。
3. 根据权利要求2所述的从干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物生产D-半 乳糖的方法，其中去除所述固体沉淀物是在所述干燥乳清渗透物的溶解溶液或所述液体乳 清渗透物中的糖含量无变化的情况下或在不形成副产物的情况下进行的。
4. 根据权利要求1所述的从干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物生产D-半 乳糖的方法，其中去除所述蛋白包括用活性碳处理所述溶解溶液并使所得物在20°C到 90°C下反应10分钟到8小时。
5. 根据权利要求4所述的从干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物生产D-半 乳糖的方法，其中去除所述蛋白进一步包括将所述所得物脱色。
6. 根据权利要求4所述的从干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物生产D-半 乳糖的方法，其中所述活性碳是活性碳粉末。
7. 根据权利要求1所述的从干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物生产D-半 乳糖的方法，其中去除所述灰分、盐或这两者是通过电渗析进行的。
8. 根据权利要求1到7中任一项所述的从干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透 物生产D-半乳糖的方法，进一步包括：将乳糖酶加入所述干燥乳清渗透物的溶解溶液或所 述液体乳清渗透物中以生产D-半乳糖。
9. 根据权利要求8所述的从干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物生产D-半 乳糖的方法，其中用于生产D-半乳糖的反应在35°C到39°C下进行50小时到60小时。
10. -种生产D-塔格糖的方法，其特征在于，包括：将通过根据权利要求8所述的从干 燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物生产D-半乳糖的方法生产的D-半乳糖异构化 以获得D-塔格糖。
11. 根据权利要求1到7中任一项所述的从干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗 透物生产D-半乳糖的方法，进一步包括：在去除所述灰分、盐或这两者之后进行离子纯化、 浓缩以及色谱程序。
12. -种生产D-塔格糖的方法，其特征在于，包括：将通过根据权利要求1到7中任 一项所述的从干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物生产D-半乳糖的方法生产的 D-半乳糖异构化以获得D-塔格糖。
【文档编号】C07H3/02GK104321331SQ201380023775
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2013年5月23日 优先权日:2013年5月23日
【发明者】梁成才, 金敏会, 金泽范, 李英美, 金成俌, 朴承源 申请人:Cj第一制糖株式会社