本发明涉及一种从液体乳清渗透物(wheypermeate)或干燥乳清渗透物(driedwheypermeate，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：
：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。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。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(foodadditives))。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(generallyrecognizedassafe；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。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。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。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。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。技术实现要素：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。技术问题目前，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。技术解决方案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。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。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。有利作用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。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。附图说明图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。图2显示通过将20％(w/v)dwp的溶解溶液调节到ph6.8，在70℃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。图3显示在分别用活性碳粉末(a到f)处理之后的蛋白去除产率。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，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。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。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。具体实施方式参见图1，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。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。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。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。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。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。去除固体沉淀物的过程可通过以下方式进行：经由在40℃到90℃下热处理、将干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物调节到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℃到90℃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℃到80℃的温度下进行，且ph值调节进行到ph值为4到8。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℃到80℃以及将干燥乳清渗透物的溶解溶液或液体乳清渗透物调节到ph值为5到8来进行。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。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℃到90℃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(noritinc.)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(noritcgsp)，活性碳c是由诺芮特公司生产的诺芮特casp(noritcasp)，活性碳d是由诺芮特公司生产的诺芮特ca1(noritca1)，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(noritsxplus)。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。活性碳处理优选地在50℃到80℃下进行约3小时到8小时，更优选地在55℃到75℃下进行约4小时到7小时。蛋白去除效率可随着增加处理时间和温度而得到加速。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。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。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。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(dsminc.)生产的马克西莱克特(maxilact)lx5000、马克西莱克特lg5000。酶可以0.01w/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℃到39℃下进行水解。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(simulatedmovingbed；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。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。<实施例>实施例1：干燥乳清渗透物(dwp)的组分分析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。表1[基于总糖％(totalsugar％，ts％)]实施例2：去除干燥乳清渗透物(dwp)中不溶性物质的预处理过程将由希尔马公司(hilmarinc.)生产的4克干燥乳清渗透物(dwp)悬浮并溶解于20毫升水(约20％，w/v)中，以制备干燥乳清渗透物的溶解溶液。对所制备的dwp的溶解溶液进行物理和化学预处理以在不改变dwp中的糖含量的情况下且在不形成副产物的情况下诱导不溶性固体物质的沉淀，由此仅去除杂质。为了评估dwp溶解溶液中的不溶性物质沉淀物取决于热处理和ph值条件的去除速率，将所制备的干燥乳清渗透物的溶解溶液在50℃到80℃下热处理一小时。此外，对于通过改变ph值条件而制备的样本，用hcl和naoh将悬浮液滴定到ph4.0到ph8.0，之后在室温(约25℃)下处理1小时。对通过离心回收的所得上清液的ph值(使用ph计)、电导率(使用电导仪)、白利糖度(brix，使用白利糖度计)、乳糖含量(使用hplc)以及蛋白含量(使用布莱德福蛋白分析(bradfordproteinassay))的变化进行分析(表2)。表2a：20％(w/v％)dwp溶解溶液的ph值是5.7。b：圆括号中的数字意指在热处理之前样本的分析结果。如表2中所示，随着热处理温度的变化(50℃到80℃)，反应在乳糖含量、蛋白含量、白利糖度、ph值以及电导率方面未展示出变化。随着ph值从4变化到8，反应在乳糖含量、蛋白含量、白利糖度、ph值以及电导率方面未展示出实质性变化。这些结果指示随着热处理温度和ph值改变，dwp溶解溶液在糖含量方面未展示出变化，且既不出现蛋白变性也不形成副产物。然而，可见随着热处理温度升高，在不沉淀蛋白和碳水化合物(乳糖)的情况下不溶性固体物质的沉淀程度升高。具体来说，观察到随着20％(w/v)dwp溶解溶液的ph值升高，不溶性物质沉淀加速，且在离心之后固体物质的沉淀显著增加。考虑到20％(w/v)dwp溶解溶液的酶促水解条件，将dwp溶解溶液调节到ph6.8，在70℃下热处理30分钟并离心。因此，可在不改变糖含量或不形成副产物的情况下去除约4.5重量％(干燥沉淀物的重量/干燥乳清渗透物的重量)的不溶性物质(参见图2)。实施例3：酶促水解过程为了以酶促方式水解dwp溶解溶液中的乳糖，使用乳糖酶马克西莱克特lg5000(dsm公司)。使用反应器使实施例2中预处理的样本与浓度为1％(w/v)的马克西莱克特lg5000在38℃和100转/分钟下进行反应。为了测量乳糖的水解率，在酶促水解开始后0小时、10小时、24小时、31小时、48小时和58小时采集样品。每一样品中产生的d-葡萄糖和d-半乳糖的含量使用hplc(艾米奈克斯(aminex)hpx-87c柱，ri检测器，0.2毫升/分钟流速，使用h2o作为流动相)进行定量分析(表3)。表3实施例4：干燥乳清渗透物(dwp)溶解溶液中的蛋白去除和脱色程序在这个实施例中，经由活性碳处理从dwp溶解溶液中去除蛋白和着色物质。为了评估在用各种活性碳a到活性碳f处理之后去除蛋白的可能性，将dwp以20％(w/v)的浓度悬浮并溶解于水中，且所得物用naoh滴定到ph6.8。在约70℃下热处理30分钟后，通过离心收集的上清液用六种类型的活性碳粉末处理(2克活性碳粉末/升20％dwp溶解溶液)。在室温和50℃下反应预定时间段后，对所得物质进行离心以收集上清液。对所得上清液进行定量分析以测定蛋白含量变化。结果描绘在图3中。如图3中所显示，六种类型的活性碳a到活性碳f展示出蛋白去除作用。其中，由a指示的达科kb-b和由b指示的诺芮特cgsp(两者都由诺芮特公司生产)与任何其他相比在蛋白去除效率方面展示出更好的结果。此外，大多数活性碳展示出在50℃下随着反应时间增加，蛋白去除产率增加的倾向。为了在用活性碳粉末处理之后根据温度和时间条件优化蛋白去除和脱色过程，将dwp以20％(w/v)的浓度悬浮并溶解于水中，且溶解溶液用naoh滴定到ph6.8。在约70℃下热处理30分钟后，通过离心收集的上清液用两种类型的活性碳粉末a和活性碳粉末b处理(2克活性碳粉末/升20％dwp溶解溶液)且在40℃到70℃下反应0小时到6小时。将反应过的溶液离心以收集上清液，对所述上清液进行关于蛋白含量变化的定量分析和关于色度的定性分析(图4a和图4b和图5)。如图4a和图4b中所显示，当上清液用活性碳a处理(2克活性碳粉末/升20％dwp溶解溶液)且在60℃到70℃下反应约6小时之时，蛋白去除产率为43％到44％。当上清液用活性碳b处理(2克活性碳粉末/升20％dwp溶解溶液)且在60℃到70℃下反应约6小时之时，蛋白去除产率为40％。此外，用活性碳a处理展示出脱色作用，如图5中所显示。实施例5：脱盐电渗析(electrodialysis)将经由实施例4的蛋白去除过程制备的乳糖水解溶液经由脱盐电渗析装置纯化。为了测量脱盐电渗析过程的经济可行性(如离子(盐)的脱盐率和有机物质(糖)的损耗率)，对能源消耗量、污染等进行检查。这一实施例中使用的电渗析装置为3区室型(3-compartment)的。电渗析装置和操作条件的详细描述展示在表4中。表4这一实施例中使用的离子交换膜为商业上可获得的产品(cmx、amx，日本的阿斯通株式会社(astomcorporation，japan))。本发明中使用的离子交换膜的特征展示在表5中。表5项目阳离子交换膜(cmx)阴离子交换膜(amx)类型强酸性阳离子可渗透强碱阴离子可渗透特征高机械强度(na形式)高机械强度(c1形式)电阻(欧姆)1.8～3.82.0～3.5爆破(burst)强度≥0.40≥0.30厚度(毫米)0.14～0.200.12～0.15在批式(batch)操作条件下连续进行电渗析且无任何化学洗涤，其中当原料水的电导率下降到低于目标值时切断向电渗析装置堆叠的供电，同时实时测量电渗析装置的电导率(参见表6(原料水和经处理水的水质数据)和图6)。表6项目原料水经处理水去除率(％)ph值6.86.2-白利糖度(％)15.812.620.0电导率(微西门子/厘米)1560030098.10蛋白含量(％)0.230.1821.74粗脂肪含量(％)0.200.1525.00表7表7展示在无化学洗涤情况下对已去除蛋白的水解乳糖溶液的电渗析的连续操作。离子去除率＝100-{(原料水的电导率值/经处理水的电导率值)×100}因此，离子的平均脱盐率是98％，且糖(sugar)的平均收集率是80％。尽管本文中已经描述了一些实施例，但本领域的技术人员应理解，这些实施例仅作为说明而给出，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改、改变以及更改。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求和其等效物来限制。当前第1页12