一种连续结晶制备2'-岩藻糖基乳糖的方法与流程

本发明涉及寡糖生产，具体涉及一种连续结晶制备2'-岩藻糖基乳糖的方法。

背景技术：

1、母乳低聚糖（human milk oligosaccharides，hmos）是母乳中仅次于脂肪和乳糖的第三大固体组分，是母乳中重要的功效因子，具有重要的生物学功能，在新生儿的生产发育中发挥着重要的作用。来自体外和体内实验的综合数据证实，hmos通过修饰宿主的上皮细胞表面糖体可减少微生物感染，并通过调节免疫反应间接影响婴儿的免疫系统；此外，hmos已被证明是大脑发育的必要营养物质，特别是在新生儿出生后的头几个月。

2、母乳低聚糖由五种基本的单糖组成，分别是d-葡萄糖（d-glucose，glc）、d-半乳糖（d-galactose，gal）、n-乙酰氨基葡萄糖（n-acetylglucosamine，glcnac）、l-岩藻糖（l-fucose，fuc）和唾液酸（sialic acid，sia），所有的这些单糖通过不同的糖苷键与乳糖进行连接，从而形成hmos的不同结构。2'-岩藻糖基乳糖(2'-fucosyllactose，2'-fl)是母乳中最丰富的hmos，约占总hmos的30%，分子式为c18h32o15，分子质量为488.44，易溶于水，具有旋光性和吸湿性。从结构组成来说，2'-fl是由还原性末端的一分子乳糖和非还原末端的一分子岩藻糖在α-1,2糖苷键的作用下连续组成的，而其中的乳糖结构则是由一分子葡萄糖和一分子半乳糖通过β-1,4糖苷键连续组成。2'-岩藻糖基乳糖对调节肠菌群、抵抗病原菌的黏附、调节免疫功能和大脑发育具有显著的影响，同时对骨骼发育的促进作用具有十分重要的意义。

3、微生物发酵法是2'-岩藻糖基乳糖实现产业化生产的兼具经济性与高效性的方法，但是因发酵液成分复杂，从发酵液中分离提纯高纯度2'-岩藻糖基乳糖是一个关键难题。现有技术通常采用多次进行离子交换次数或使用乙酸促进结晶的方法提纯2'-岩藻糖基乳糖，多次进行离子交换的方法工艺复杂，且由于离子交换树脂的活性位点在吸附、洗脱的过程中会逐渐被占用或堵塞，提纯效率难以得到保证，无法实现连续提纯；使用乙酸促进结晶的方法难以在岩藻糖基乳糖浓度较高的前提下同时提高晶体收率与晶体纯度。

技术实现思路

1、针对目前从微生物发酵液中分离提纯2'-岩藻糖基乳糖存在的提纯效率低、提纯纯度不高的技术问题，本发明提供一种连续结晶制备2'-岩藻糖基乳糖的方法，将含有2'-岩藻糖基乳糖的发酵液依次进行过滤、脱色、离子交换和真空浓缩后，于预结晶系统中形成过饱和结晶溶液，并将过饱和结晶溶液与乙酸加入到结晶装置中降温结晶，通过连续结晶提高了2'-岩藻糖基乳糖的结晶收率与晶体纯度。

2、本发明技术方案如下：

3、一种连续结晶制备2'-岩藻糖基乳糖的方法，包括如下步骤：

4、步骤一：对含有2'-岩藻糖基乳糖的微生物发酵液依次进行过滤、脱色、离子交换，得到电导率≤50us/cm、透光率≥95%的料液；

5、步骤二：将步骤一所得料液真空浓缩，得到总固形物的质量百分比为70%-75%的浓缩液；

6、步骤三：对浓缩液进行预结晶处理，方法如下：

7、s1:将浓缩液在温度≤70℃，真空压力为-0.08-0.09mpa的条件下闪蒸，得到总固形物的质量百分比为70%-85%的浓缩糖浆；

8、s2:将浓缩糖浆在搅拌过程中降温至50-65℃，得到预结晶糖膏，其中搅拌速度为8-10r/min；预结晶糖膏的上层部分与步骤二所得浓缩液混合，形成新的浓缩液，剩余的预结晶糖膏与s1所得浓缩糖浆混合，形成新的浓缩糖浆；

9、步骤四：重复步骤一至步骤三，直至剩余的预结晶糖膏中总固形物的质量百分比达到80%-85%为止；

10、步骤五：将总固形物的质量百分比达到80%-85%的预结晶糖膏与1-2倍体积的乙酸混合后降温结晶，得到2'-岩藻糖基乳糖晶体粗产物；

11、步骤六：将步骤五所得2'-岩藻糖基乳糖晶体粗产物离心，得到2'-岩藻糖基乳糖晶体；

12、步骤七：将步骤六所得2'-岩藻糖基乳糖晶体进行纯化，得到2'-岩藻糖基乳糖产品。

13、进一步的，步骤一中，采用过滤膜进行过滤，过滤膜为陶瓷膜和/或超滤膜。采用过滤膜对微生物发酵液进行过滤可以去除微生物发酵液中的微生物菌体。其中，陶瓷膜的孔径为0.1-2um，超滤膜的孔径为1000-10000da。

14、进一步的，步骤一中，使用粉末炭脱色，粉末炭的用量为1-10%，粉末炭的用量指粉末炭占固形物干基的质量百分比，脱色温度为55-60℃，脱色时间为40-60min，微生物发酵液脱色后的透光率＞80%，电导率为5000-7000us/cm。通过脱色可以去除蛋白和色素等大分子；微生物发酵液脱色后采用板框过滤。

15、进一步的，步骤一中，离子交换采用连续离子交换系统。经过离子交换的料液ph为3-6，料液中的组分相对稳定，不易降解。离子交换使用阴离子交换树脂和阳离子交换树脂，阴离子交换树脂和阳离子交换树脂可以单柱使用，也可以混床使用。

16、进一步的，步骤二中，真空浓缩的温度≤70℃，真空浓缩的真空压力为-0.08--0.09mpa。真空浓缩可在多效真空降膜蒸发器中进行。经过离子交换的料液在多效真空降膜蒸发器中浓缩能够提高浓缩效率，实现连续进料与出料。

17、进一步的，步骤五中，降温结晶的起始温度为50-65℃，降温速率为0.05-0.3℃/h，出料温度为25-35℃。本发明采取加入乙酸降温结晶的方式得到2'-岩藻糖基乳糖晶体粗产物，在降温过程中，2'-岩藻糖基乳糖在水中的溶解度下降，有利于促进晶体的生长。

18、进一步的，步骤六中，2'-岩藻糖基乳糖晶体中含有2'-岩藻糖基乳糖、二岩藻糖基乳糖和d-乳糖，其中，2'-岩藻糖基乳糖的含量≥98%，二岩藻糖基乳糖dfl的含量≤1%，d-乳糖的含量≤1%。

19、进一步的，步骤七中，纯化包括对步骤六所得2'-岩藻糖基乳糖晶体依次进行二次离子交换、二次浓缩、干燥。

20、本发明的有益效果在于：

21、本发明提供的一种连续结晶制备2'-岩藻糖基乳糖的方法，首先将含有2'-岩藻糖基乳糖的微生物发酵液依次进行过滤和脱色，去除微生物发酵液中的微生物菌体，蛋白和色素等大分子，降低微生物发酵液的粘度，有助于在后续的步骤中提高离子交换效率，延长离子交换装置的使用寿命；将经过脱色和过滤后的料液进行离子交换，去除了料液中的离子态杂质，改善了料液的过滤性质。

22、本发明采用连续浓缩结晶与乙酸降温结晶的方法，将晶体含量低的预结晶糖膏进行闪蒸与降温搅拌循环，可实现受控过饱和连续真空浓缩结晶操作，有利于提高2'-岩藻糖基乳糖的收率；在降温过程中加入乙酸，乙酸的加入与温度的降低导致2'-岩藻糖基乳糖在水中的溶解度下降，乙酸在降温结晶过程中保持液态，减轻了晶体生长过程对2'-岩藻糖基乳糖晶体粗产物粘度的影响，使2'-岩藻糖基乳糖晶体粗产物更容易通过离心分离。本发明通过调控降温结晶的工艺参数，促进含有2'-岩藻糖基乳糖的较大尺寸晶体形成，使2'-岩藻糖基乳糖在浓度较高的前提下仍能以较低的出料温度产出晶体，在提高了晶体收率的同时提高了晶体中2'-岩藻糖基乳糖的纯度。

23、本发明还通过对2'-岩藻糖基乳糖晶体进行纯化，去除了2'-岩藻糖基乳糖晶体中的有机溶剂残留，所得2'-岩藻糖基乳糖产品符合婴幼儿食品的应用要求，有较大的工业化生产和应用价值。