從乳清滲透物或乾燥乳清滲透物製造用於生產d-塔格糖的d-半乳糖的方法

2023-04-26 11:16:56

從乳清滲透物或乾燥乳清滲透物製造用於生產d-塔格糖的d-半乳糖的方法
【專利摘要】本發明涉及一種從乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物中生產D-半乳糖的方法，包括：從所述乾燥乳清滲透物的溶解溶液或所述液體乳清滲透物中去除非糖不溶性物質；從已去除非糖固體沉澱物的所述乾燥乳清滲透物的溶解溶液或所述液體乳清滲透物中去除蛋白；以及從已去除所述蛋白的所述乾燥乳清滲透物的溶解溶液或所述液體乳清滲透物中去除灰分、鹽或這兩者。此外，本發明涉及一種生產D-塔格糖的方法，包括將通過所述本發明方法生產的D-半乳糖異構化以獲得D-塔格糖。
【專利說明】從乳清滲透物或乾燥乳清滲透物製造用於生產D-塔格糖 的D-半乳糖的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種從液體乳清滲透物（whey permeate)或乾燥乳清滲透物（dried whey permeate,下文稱為"DWP"）生產用於生產D-塔格糖的D-半乳糖的方法。更具體 地說，本發明涉及一種從廉價原材料大批量生產D-半乳糖的方法，通過從在由乳清生產乳 清蛋白分離物的過程中產生的乾燥乳清滲透物或液體乳清滲透物中去除雜質如蛋白、灰分 (包含鹽）、其他非糖不溶性物質等來進行。本發明還涉及一種從通過本發明獲得的D-半 乳糖大批量生產D-塔格糖的方法。

【背景技術】
[0002] 對於能夠預防由於糖消耗引起的過多熱量攝取、肥胖症以及蛀牙的低熱量和功能 性甜味劑的需求已暴增。
[0003] D-塔格糖是一種理想的作為替代糖的低熱量甜味劑，它可以滿足所述消費者需 求。D-塔格糖具有（約90%)蔗糖甜度，由此與之實質上相同，但具有30%蔗糖熱量。
[0004] 此外，已知D-塔格糖（D-半乳糖的立體異構體）在體內的代謝速度和吸附速 率較低，且由此可用作無副作用的低熱量甜味劑（參見JECFA第六十三次會議，日內瓦 (Geneva)，2004年6月 8 日-17 日-食品添加劑（Food Additives))。
[0005] 僅20% D-塔格糖在小腸中被吸附，且其剩餘的80%移動到大腸，在大腸中腸道微 生物生存並選擇性地加速乳酸桿菌的產生，由此製造短鏈脂肪酸。特別地，D-塔格糖具有 大量（高達總短鏈脂肪酸的50%)製造已知有助於預防結腸癌的丁酸鹽（butyrate)的益 生（prebiotic)特徵。此外，D-塔格糖是具有1.5千卡/克的低熱量值的天然糖，且根據美 國食品和藥物管理局（FDA)已達到普遍認為安全（Generally Recognized As Safe ;GRAS) 狀態，由此允許用作食品、飲料、健康食品、膳食添加劑等中的功能性甜味劑。
[0006] 然而，D-塔格糖並不常見於自然界中且是僅以痕量存在於乳製品和一些植物中的 罕見糖。為了將D-塔格糖用作低熱量和功能性甜味劑，必需開發一種從廉價原材料大批量 生產D-塔格糖的方法。
[0007] 美國專利第5, 002, 612號和第5, 078, 796號公開一種生產D-塔格糖的方法， 通過以下方式進行：通過將乳糖酶加入D-半乳糖與D-葡萄糖的混合物中來水解乳糖 (lactose)或含有乳糖的物質，從混合物中去除任選的D-葡萄糖，以及接著將D-半乳糖以 化學方式異構化成D-塔格糖。
[0008] 因此，酶促生產D-塔格糖中的必需中間物是D-半乳糖。目前，到現在為止開發的 D-半乳糖供應受限於乳糖水解。
[0009] 然而，乳糖價格會因不可預知的因素，如根據天氣產生的原料乳量、對奶粉的需 求、第三世界國家中乳糖消耗的變化等而變化，且展現出價格反覆下降和上升的獨特價格 型態。原料乳市場的這類價格波動使得穩定供應用於生產D-塔格糖的原材料很困難。
[0010] 根據本發明，有可能從在生產乳清蛋白分離物的過程中產生的廉價乳清滲透物或 乾燥乳清滲透物中獲得D-半乳糖並使用D-半乳糖來生產D-塔格糖。因此，可確保原材料 的穩定供應以及D-塔格糖的價格穩定，由此創造可觀的附加價值。


【發明內容】

[0011] 【技術問題】
[0012] 目前，D-半乳糖（它是經由酶促過程生產D-塔格糖的原材料）的生產取決於乳 糖。然而，乳糖的不穩定供應以及乳糖的高價格直接影響D-塔格糖的生產成本。因此，廉 價原材料（即，乳糖和D-半乳糖）的更穩定供應是大批量生產D-塔格糖的前提條件。由 於對開發廉價材料作為生產D-塔格糖的原材料進行了廣泛的研究，本發明人已開發了一 種能夠經濟地利用在乳清蛋白分離物生產中作為副產物產生的乳清滲透物或乾燥乳清滲 透物（其工業使用相對不高）的技術。
[0013]【技術解決方案】
[0014] 由於乳清滲透物或乾燥乳清滲透物除含有碳水化合物（乳糖）以外還含有蛋白、 灰分（包含鹽）以及其他雜質，故需要一種經濟並有效地將乳糖從其他組分中分離出來的 方法以便將乳清滲透物或乾燥乳清滲透物用作D-塔格糖生產的原材料。
[0015] 在本發明中，對乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物進行物理和化學預 處理，如pH值調節、熱處理等，從而通過在不改變糖含量或不形成副產物的情況下誘導固 化來去除非糖不溶性物質。此外，為了實現從已去除不溶性沉澱物的乾燥乳清滲透物的溶 解溶液或液體乳清滲透物中有效並經濟地去除蛋白，使用活性碳處理而不會帶來相對高成 本的常規吸附法或離子色譜法。
[0016] 此外，對已去除固體沉澱物和蛋白的乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透 物進行電滲析，從而去除溶解溶液所含有的鹽、灰分或鹽和灰分這兩者。因此，根據本發明 的方法可經由去除固體沉澱物和蛋白的預處理而將對電滲析中使用的膜的汙染減到最少 同時改進脫鹽效率。
[0017] 【有利作用】
[0018] 本發明提供克服對在本領域中用作D-塔格糖的原材料的經純化乳糖和/或結晶 乳糖的供應的依賴性的作用，且可通過提供一種有效並經濟地去除乳清滲透物或乾燥乳清 滲透物（它是乳清蛋白分離物生產中的副產物）中的蛋白、灰分（包含鹽）和其他固體沉 澱物（不包含乳糖）的方法來直接或間接地降低生產D-塔格糖的成本。
[0019] 本發明還提供一種能夠經濟地利用在乳清蛋白分離物生產中作為副產物產生的 乳清滲透物或乾燥乳清滲透物（其工業使用相對不高）的技術。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1是根據本發明的一個方面生產D-半乳糖的整個過程的流程圖。
[0021] 圖2繪示通過將20% (w/v)DWP的溶解溶液調節到pH 6. 8,在70°C下進行熱處理 30分鐘並接著離心來去除的固化沉澱物的乾燥重量。
[0022] 圖3繪示在分別用活性碳粉末（A到F)處理之後的蛋白去除產率。
[0023] 圖4a是描繪取決於溫度和時間條件在用圖3的活性碳粉末中的活性碳A處理之 後的蛋白去除產率結果的圖式，且圖4b是描繪取決於溫度和時間條件在用圖3的活性碳粉 末中的活性碳B處理之後的蛋白去除產率結果的圖式。
[0024] 圖5是描繪在用圖3的活性碳粉末中的活性碳A處理後蛋白去除和脫色結果的照 片。
[0025] 圖6是描繪取決於電滲析操作時間變化的電導率和電流變化的圖式。

【具體實施方式】
[0026] 本發明涉及一種從乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物中生產D-半乳 糖的方法，包含：從乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物中去除固體沉澱物；從 已去除固體沉澱物的乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物中去除蛋白；以及從已 去除固體沉澱物和蛋白這兩者的乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物中去除灰 分、鹽或灰分和鹽這兩者。
[0027] 根據本發明生產D-半乳糖的方法使用在乳清蛋白分離物生產中作為副產物產生 的液體乳清滲透物和乾燥乳清滲透物這兩者作為原材料。當使用液體乳清滲透物時，去除 固體沉澱物的過程可在無單獨處理的情況下進行。當使用乾燥乳清滲透物作為原材料時， 乳清滲透物可溶解於作為溶劑的水中以製備乾燥乳清滲透物的溶解溶液，且可將固體沉澱 物從溶解溶液中去除。
[0028] 如本文所用的術語"乳清蛋白分離物"意指通過使作為原材料的乳清通過過濾器 膜而分離並收集的乳清蛋白。
[0029] 如本文所用的術語"液體乳清滲透物"意指在生產"乳清蛋白分離物"的過程期間 作為副產物產生的滲透物。
[0030] 如本文所用的術語"乾燥乳清滲透物"意指通過將液體乳清滲透物濃縮並乾燥而 獲得的乾燥乳清滲透物。
[0031] 去除固體沉澱物的過程可通過以下方式進行：經由在40°C到90°C下熱處理、將溶 解溶液調節到PH值為3到9或這兩種處理而從乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲 透物中形成固體沉澱物，並接著通過如離心等的典型方法分離固體沉澱物。在40°C到90°C 下進行熱處理以及調節到pH值為3到9的程序提供以下作用：通過在不引起乾燥乳清滲透 物的溶解溶液或液體乳清滲透物中糖含量變化和不形成副產物的情況下，將乾燥乳清滲透 物的溶解溶液或液體乳清滲透物中的固體組分沉澱來去除固體組分且不影響作為最終產 物的D-半乳糖的含量和品質。優選地，熱處理在50°C到80°C的溫度下進行，且pH值調節 進行到pH值為4到8。
[0032] 在本發明中，在不沉澱乳糖情況下的固體和不溶性物質的沉澱隨著熱處理溫度升 高而加速。此外，固體和不溶性物質的沉澱隨著pH值升高而加速。因此，隨著熱處理溫度 和PH值升高，固體和不溶性物質的沉澱可得到加速，由此顯著增加固體沉澱物。在一個實 施例中，去除固體沉澱物的過程通過將熱處理溫度升高到60°C到80°C以及將溶解溶液調 節到pH值為5到8來進行。
[0033] 在根據本發明生產D-半乳糖的方法中，有可能從已去除固體沉澱物的乾燥乳清 滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物中去除蛋白。去除蛋白的過程具有優點，所述優點在 於可使用活性碳而不使用會帶來高成本的預吸附或離子色譜進行去除蛋白。
[0034] 在本發明中，經由活性碳處理去除蛋白的過程可包含：用活性碳對已去除固體 沉澱物的乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物進行處理，且使所得物在20°C到 90°C下反應10分鐘到9小時。活性碳優選是活性碳粉末，例如（但不限於）活性碳A到活性 碳F。在本發明中，活性碳A是由諾芮特公司（Norit Inc.)生產的達科KB-B (DARCOKB-B)， 活性碳B是由諾芮特公司生產的諾芮特CGSP (N0RITCGSP)，活性碳C是由諾芮特公司生產 的諾芮特CASP (N0RITCASP)，活性碳D是由諾芮特公司生產的諾芮特CAl (N0RITCA1)，活性 碳E是由諾芮特公司生產的A51，而活性碳F是由諾芮特公司生產的諾芮特SX加 （NoritSX plus)。更優選地，活性碳A或活性碳B就蛋白去除效率來說是適用的。
[0035] 活性碳處理優選地在50°C到80°C下進行約3小時到8小時，更優選地在55°C到 75°C下進行約4小時到7小時。
[0036] 蛋白去除效率可隨著增加處理時間和溫度而得到加速。
[0037] 在本發明中使用活性碳的蛋白去除方法引起進一步的脫色。
[0038] 根據本發明生產D-半乳糖的方法可進一步包含從已去除蛋白的乾燥乳清滲透物 的溶解溶液或液體乳清滲透物中去除灰分、鹽或這兩者。灰分、鹽或這兩者的去除可通過電 滲析進行。在本發明中，由於固體沉澱物和蛋白是在電滲析之前去除的，故對電滲析膜的汙 染可減到最少，由此延長電滲析膜的壽命同時改進鹽去除效率。
[0039] 根據本發明的方法可進一步包含在固體沉澱物去除、蛋白去除和灰分和/或鹽去 除中的任一者之前或之後將乳糖酶加入乾燥滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物中。優選 地，加入乳糖酶的過程是在固體沉澱物去除之後並在蛋白去除之前進行的。
[0040] 至於乳糖酶（Lactase)，可非限制性地使用任何已知酶。乳糖酶的實例可包含由 DSM公司（DSM Inc.)生產的馬克西萊克特（Maxilact) LX5000、馬克西萊克特LG 5000。
[0041] 酶可以O.Olw/v%到5W/V%的濃度加入。在使用酶的情況下，可使用發酵器在 35°C到39°C下進行水解。
[0042] 根據本發明的方法可在鹽和/或灰分去除之後進一步包含離子純化、濃縮以及色 譜分離程序。具體來說，為了分離，可使用模擬移動床（Simulated Moving Bed ;SMB)色譜、 離子純化以及濃縮對D-半乳糖進行純化和收集。在SMB色譜分離和純化之前，通常將陽離 子和陰離子純化色譜用於離子去除，或可進行本領域中常規使用的濃縮過程。本發明的另 一個實施例涉及一種生產D-塔格糖的方法，包含將通過上述方法生產的D-半乳糖異構化 以獲得D-塔格糖。
[0043] 現將參照以下實施例更詳細地描述本發明。應理解提供這些實施例僅為了說明， 且不應以任何方式理解為限制本發明。本文中將省略對本領域的技術人員顯而易知的細節 描述。
[0044] 〈實施例〉
[0045] 實施例1 :乾燥乳清滲透物（DWP)的組分分析
[0046] 原材料中雜質的含量和類型通過乾燥乳清滲透物（它是從乳清生產乳清蛋白分 離物的副產物）的組分分析來鑑別。乾燥乳清滲透物中組分的分析結果展示在表1中。幹 燥乳清滲透物含有量大於80%的乳糖且除包含糖組分之外還包含蛋白、脂肪、各種無機鹽 以及重金屬。為了將除糖組分以外的其餘組分去除，對乾燥乳清滲透物進行物理和化學預 處理。
[0047] 表 1

【權利要求】
1. 一種從乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產D-半乳糖的方法，其特 徵在於，包括： 從乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物中去除非糖物質； 從已去除所述非糖物質的所述乾燥乳清滲透物的溶解溶液或所述液體乳清滲透物中 去除殘餘的蛋白；以及 從已去除所述蛋白的所述乾燥乳清滲透物的溶解溶液或所述液體乳清滲透物中去除 灰分、鹽或這兩者。
2. 根據權利要求1所述的從乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產D-半 乳糖的方法，其中去除所述非糖物質包括經由在40°C到90°C下熱處理和/或將所述溶解溶 液調節到PH值為3到9而從所述乾燥乳清滲透物的溶解溶液或所述液體乳清滲透物中形 成不溶的固體沉澱物，並去除所述固體沉澱物。
3. 根據權利要求2所述的從乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產D-半 乳糖的方法，其中去除所述固體沉澱物是在所述乾燥乳清滲透物的溶解溶液或所述液體乳 清滲透物中的糖含量無變化的情況下或在不形成副產物的情況下進行的。
4. 根據權利要求1所述的從乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產D-半 乳糖的方法，其中去除所述蛋白包括用活性碳處理所述溶解溶液並使所得物在20°C到 90°C下反應10分鐘到8小時。
5. 根據權利要求4所述的從乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產D-半 乳糖的方法，其中去除所述蛋白進一步包括將所述所得物脫色。
6. 根據權利要求4所述的從乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產D-半 乳糖的方法，其中所述活性碳是活性碳粉末。
7. 根據權利要求1所述的從乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產D-半 乳糖的方法，其中去除所述灰分、鹽或這兩者是通過電滲析進行的。
8. 根據權利要求1到7中任一項所述的從乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透 物生產D-半乳糖的方法，進一步包括：將乳糖酶加入所述乾燥乳清滲透物的溶解溶液或所 述液體乳清滲透物中以生產D-半乳糖。
9. 根據權利要求8所述的從乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產D-半 乳糖的方法，其中用於生產D-半乳糖的反應在35°C到39°C下進行50小時到60小時。
10. -種生產D-塔格糖的方法，其特徵在於，包括：將通過根據權利要求8所述的從幹 燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產D-半乳糖的方法生產的D-半乳糖異構化 以獲得D-塔格糖。
11. 根據權利要求1到7中任一項所述的從乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲 透物生產D-半乳糖的方法，進一步包括：在去除所述灰分、鹽或這兩者之後進行離子純化、 濃縮以及色譜程序。
12. -種生產D-塔格糖的方法，其特徵在於，包括：將通過根據權利要求1到7中任 一項所述的從乾燥乳清滲透物的溶解溶液或液體乳清滲透物生產D-半乳糖的方法生產的 D-半乳糖異構化以獲得D-塔格糖。
【文檔編號】C07H3/02GK104321331SQ201380023775
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年5月23日 優先權日:2013年5月23日
【發明者】梁成才, 金敏會, 金澤範, 李英美, 金成俌, 樸承源 申請人:Cj第一製糖株式會社