處理乾酪加工廢料的方法

2023-04-22 22:33:11

專利名稱：處理乾酪加工廢料的方法
技術領域：
本發明涉及一種處理乾酪加工廢料的方法。
乳清是乾酪製造業的主要副產品，基於環境因素，存在一個難以解決的廢處理問題。乳清一般由約5wt％乳糖，1wt％的蛋白質和約0.5wt％鹽和餘量的水組成。同時蛋白質成份可以經常通過超濾方法回收，並因此用於食品中，乳糖成份迄今為止用處不大。
雖然主要乾酪製造國家持續開發處理和利用流體乳清的方法，但廢處理問題的重大要求發展改善處理方法。在1993年通過Dairy ProductsAnnual USDA估算僅美國一國就製造出超過626億磅的流體乳清。常用的流體乳清處理方法包括用作肥料、用作液體動物飼料、用於食品、乾燥和傾倒。
在US4001198中Thomus公開了一種通過多步超濾從乾酪乳清中回收營養素的方法，其中蛋白質、乳糖和小分子量分子被依次去除。剩餘的超濾透過液接著被氧化，用以降低生物需氧量和化學需氧量，以便該超濾透過液可以安全地傾倒。
在US4547386中Chambers等人公開了從乳清中製備動物飼料塊的內容，其中乳清濃縮至固形物含量至少是45％，接著通過加入二價陽離子，來促進結構膠凝。
在US4968521中Melnychyn公開了流體牛奶副產品作為針對食品或動物飼料中的植物原料的提取溶劑的用途。
在US4617861中Armstrong公開了通過乳清蛋白的分離，接著通過乳糖發酵來生產乙醇和發酵可溶物的乾酪乳清加工方法。蛋白質部分用作食品原料、乙醇作為工業燃料，而發酵可溶物作為動物飼料添加劑。
在US4202909中Pederson.Jr公開了使用超濾方法以減少乾酪乳清中礦物質含量，從而使其更易獲得相對高純淨的乳糖。
在US4971701和4855056中，Harju等人公開了通過四室電解池來對乾酪乳清脫礦質的方法。
在US4543261中，Harmon等人公開了從非離子低分子量有機化合物中分離可溶鹽的方法，就是將水性液體通過凝膠型強酸陽離子交換樹脂床。
在US5118516中Shimatani等人公開了從乳清、脫脂牛奶或脫蛋白質溶液中分離含唾液酸乳糖的方法，就是通過(a)電滲析，或(b)通過陽離子交換樹脂和強鹼陰離子交換樹脂的離子交換，或(c)電滲析和通過陽離子交換樹脂和強鹼陰離子交換樹脂的離子交換的結合來對超濾透過液脫鹽。
在US5270462中Shimatani等人公開了含高濃度唾液酸製品的製備方法，就是調節乾酪乳清的pH值至酸性，讓該乳清通過陽離子交換器，接著對該洗脫液進行濃縮和脫鹽。
JP特許公開01-168693公開了唾液酸組合物製品的製備方法，通過將牛奶、非脂牛奶、酪乳或乳清進行超濾，在pH為4.0至6.0條件下在20000至500000道爾頓分餾，接著進行第二次超濾，在pH為6.0至8.0，0.2至2.0Mpa條件下，在1000至10000道爾頓分餾，以此來去除例如乳糖的雜質。殘餘物被噴霧乾燥或冷凍乾燥。
JP特許公開03-143351公開從在乳清脫鹽中形成的陰離子交換樹脂鹼性清洗廢料中回收寡糖粘合型唾液酸的方法，通過中和、超濾、反滲透、脫鹽，在強鹼型陰離子交換樹脂上吸收唾液酸，接著進行洗脫、脫鹽和乾燥。
JP特許公開59-184197公開了附著在唾液酸中的寡糖的製備方法，通過對冷唾液寡糖糖蜜脫鹽，將脫鹽的溶液通過陰離子交換柱、中和該洗脫液並通過電泳法對該洗脫液脫鹽。
因此，通過離子交換色譜法提取有價值的成份來處理乾酪加工廢料的方法已經公開。用於乾酪加工廢料中去除唾液寡糖的離子交換基本方法，難以將唾液寡糖從離子交換柱中分離出來。具體地說，被吸收的唾液寡糖通過用幾個柱體積的水性鹽溶液例如NaCl和NaOAc的柱處理進行洗脫。得到的洗脫液是非常稀的唾液寡糖溶液和高濃度的鹽。為了從洗脫液中分離唾液寡糖，該洗脫液須經例如反滲透的脫鹽工藝，即將唾液寡糖與鹽分離。但是反滲透耗時長且需非常強能量。因此，任何分離工藝最好能避開反滲透脫鹽工序。
儘管有許多處理廢流體乳清的創造性方法，但不斷增長的乾酪乳清供給量，需要更有效地廢處理方法。
本發明通過提供一種處理乾酪廢料的方法來解決這個問題，就是提供該物料的經濟處理方法。
因此，本發明的一個目的是提供一種處理乾酪加工廢液的新方法。
本發明的第二個目的是提供一種處理乾酪加工廢液乾酪乳清的新方法。
本發明的第三個目的是提供一種處理乾酪加工廢液即處理由乾燥乾酪乳清得到的固體的新方法。
本發明的第四個目的是提供一種處理乾酪加工廢液即處理通過從乾酪乳清中分離乳糖得到的母液的新方法。
本發明的第五個目的是提供一種處理乾酪加工廢液即乳糖的新方法。
本發明的目的是提供一種處理乾酪加工廢液的方法，其中依次包括i)將乾酪加工廢料與陰離子交換樹脂接觸；ii)從所述乾酪加工廢料中去除所述陰離子交換樹脂，並用鋰鹽水溶液洗脫所述陰離子交換樹脂，得到洗脫液；iii)濃縮所述洗脫液以形成鋰鹽固體和乾酪加工廢物鋰鹽；且iv)用有機溶劑清洗所述固體，溶解所述鋰鹽，並留下所述乾酪加工廢物鋰鹽作為固體。
已經發現乾酪加工廢物鋰鹽在有機溶劑中具有低的溶解度，而鋰鹽具有高有機溶劑溶解度，因此該洗脫液可以被「脫鹽」，即通過用有機溶劑簡單地將鋰鹽從乾酪加工廢物鋰鹽中洗脫。
該方法還可以包括去除帶正電物料，這一步驟在所述乾酪加工廢液與所述陰離子交換樹脂接觸之前進行，接著根據步驟i)至iv)進行加工。
根據本發明的第二個實施方案，乾酪加工廢液的處理依次包括i)將乾酪加工廢料與溶劑接觸；ii)從所述乾酪加工廢液分離所述溶劑；且iii)分離乾酪加工廢料提取液。
已經發現乾酪加工廢料可以用溶劑提取，來獲得乾酪加工廢料提取液。
根據本發明加工的乾酪加工廢料，可以在乾酪製造過程中產生的任何廢液中獲得。例如酸乳清，這是當脫脂奶凝結以形成酪農乾酪時分離掉固體而產生的。酸乳清特徵是具有高乳酸含量。當乾酪由全脂牛奶製備時，殘留的液體是甜乳清，它可以通過蒸發進一步加工成幹乳清粉。甜乳清也可以被乾燥，脫礦質和蒸發形成脫鹽乳清透過液。甜乳清也可以經過超濾產生乳清超濾透過液和乳清超濾透過液濃縮液。乳清超濾透過液可以通過結晶乳糖進一步加工成乳糖和母液。從乳清超濾透過液經結晶乳糖得到的母液在本領域稱為「Delac」。適合的乾酪加工廢料包括初乳、牛奶、奶粉、全乳清、脫礦質乳清透過液，由脫礦質乳清透過液得到的再生液、乳清透過液、結晶乳糖、噴霧乾燥乳糖、乳清粉、食用乳糖、乳糖、精製乳糖和USP乳糖。優選使用由結晶乳糖得到的水性母液(即，Delac)。
流體乾酪乳清一般被乾燥以便得到非吸溼性，高可分散粉末。新鮮流體乳清通過將其通過自動清洗型澄清器被澄清的。該乳清經分離去除脂肪，接著在二效或三效蒸發器中濃縮，使其固形物含量約62wt％。該固形物可以通過在室溫下分離被去除，或更優選在固形物被排除之前，冷卻該濃縮乳清。
當待加工的乾酪加工廢料是由乾燥乳清得到的固體時，該固體先溶於水，優選約1-620g的量，優選50至200g，更優選約100g的固體每升水。由乾燥乾酪乳清得到的固體的溶解可在室溫下或升高的溫度下進行，以此加速溶解過程並增加溶解固體量。優選，溫度從20-80℃是合適的。
或者，該固體可以通過溶劑提取直接加工。
在本發明中一般的乾酪加工廢料都可以利用，而不需要調整pH。因此根據本發明在加工之前一般不需要改變物料的pH值。因此，該方法可以避開由於需要調整pH值而產生的更多的廢料。但是如果幹酪加工廢液的pH值，不適於本方法，該pH值通過加入酸例如鹽酸、硫酸、醋酸、乳酸或檸檬酸使其pH值範圍是2-9，或通過加入鹼例如氫氧化鈉，氫氧化銨和氫氧化鉀使pH值從2至10、優選從3至9、更優選從4至6。
先於乾酪加工廢液與陰離子交換樹脂處理之前乾酪加工廢液優選先進行處理以去除乳清蛋白和其它帶正電物料。進行預處理以清除帶正電物料，可以在陰離子交換樹脂需要再生之前，使更大量的乾酪加工廢料在陰離子交換樹脂上處理。
任何本領域普通技術人員已知的技術可以用作去除帶正電物料。例如一種用於使乳清蛋白通過與陽離子交換樹脂接觸而被吸收的合適技術，如J.N.De Witt等人所述(Neth.Milk DairyJ.，4041-56(1986))和J.S.Ayers等人(紐西蘭J Dairy Sci Tech2121-35(1986)，以及那些在JP特許公開52-151200和63-39545和JP 2-104246和2-138295中所述的方法。
合適的陽離子交換樹脂可以通過本領域普通技術公知的常用方法製備。例如適合的陽離子交換樹脂可以由可聚合單官能和多官能單體混合物通過游離基乳液聚合反應方法進行，接著用例如以質子形式存在的羧酸基或磺酸基的酸性基團官能化而製得。
陽離子交換樹脂的交聯度可以根據陽離子交換柱的操作條件進行選擇。高度交聯樹脂提供滿意的耐久性和高度的機械牢固性，但造成孔隙率的降低和傳質的減弱。低交聯樹脂更易碎且趨向於由於吸收流動相而膨脹。合適的樹脂具有2至12％的交聯，優選8％的交聯。
陽離子交換樹脂的顆粒尺寸的選擇應能便於乾酪加工廢液的有效流動，同時還能有效地去除帶正電荷物料。對於30×18cm的柱合適的顆粒尺寸是100-200目。
適合的陽離子交換樹脂包括但不僅限於CM-Sephadex、SP-Sephadex、CM-Sepharose、S-Sepharose、CM-Cellulose、磷酸纖維素，Sulfoxyethyl Cellulose，Amberlite，Dowex-50W、Dowex HCR-S、DoWex MacroporousResin，Duolit C433，SP Trisacryl Plus-M、SP Trisacryl Plus-LS、Oxycellulose、AG50W-X2、AG50W-X4、AG50W-X8、AG50W-X12、AG50W-X16、AGMP-50Resin、Bio-Rex70。更特別優選合適的樹脂是DOWEXTM50X8(由Dowchemical提供的連接了一個芳族磺酸的聚苯乙烯交聯樹脂)和AMBERLYSTM-15、AMBERLYSTTMIR-120和AMBERLYSTTM-200酸性樹脂。
乾酪加工廢液可以與陽離子交換樹脂接觸，以任何適合的能使乳清蛋白和其它帶正電物料吸收到陽離子交換樹脂上的方式進行。優選陽離子交換樹脂加裝到柱上，且乾酪加工廢料通過該柱子，以去除乳清蛋白。有效去除帶正電物料的陽離子交換樹脂的量其選擇根據處理的乾酪加工廢液將會有很大的不同。一般當該廢液是乳清透過液時，乾酪加工廢液與陽離子交換樹脂的裝載率可以從5至20，優選從8至15，更優選從9至121v/v。
當在柱中接觸是有效時，乾酪加工廢料優選通過率從1至70cm/min，優選從2至15cm/min，更優選比率是4.6cm/min。選擇合適的壓力來獲得理想的流動率。一般壓力選擇從0至100PSIG。通過對柱的洗脫端施加負壓也可以獲得合適的流動率，且收集洗脫液。也可以採用正壓和負壓結合的方法。
將乾酪加工廢料與陽離子交換樹脂接觸所採用的溫度沒有特別的限制，只要該溫度不是太高以造成廢液成份降解就行。一般環境室溫採用從17至25℃。
或者，帶正電物料可以通過例如電泳、超濾、反滲透或鹽沉澱的技術被去除。
在選擇性地處理乾酪加工廢料去除帶正電物料處理之後，乾酪加工廢料與陰離子交換樹脂接觸。
合適的陰離子交換樹脂通過本領域普通技術人員公知的常用方法製備。例如適合的陰離子交換樹脂可以由可聚合單官能和多官能單體混合物通過游離基乳液聚合反應方法進行，接著用例如季銨基的強鹼基官能化而製得。
陰離子交換樹脂的交聯度可以根據陰離子交換柱的操作條件進行選擇。合適的樹脂具有從2至12％的交聯，優選8％的交聯。
陰離子交換樹脂的顆粒尺寸的選擇應能便於乾酪加工廢料的有效流動，同時還能有效地去除帶負電物料。對於30×18cm的柱合適的顆粒尺寸是100-200目。
合適的陰離子交換樹脂包括但不僅限於DEAE Sephadex，QAE Sephadex，DEAE Sepharose，Q Sepharose，DEAESephacel，DEAE Cellulose，Ecteola Cellulose，PEI Cellulose，QAECellulose，Amberlite，Dowex 1-X2，Dowex 1-X4，Dowex 1-X8，DoWcx2-X8，DoWex Macroporous Resins，Dowex WGR-2，DEAE TrisacrylPlus-M，DEAE Trisacryl plus-LS，Amberlite LA-2，AG 1-X2，AG 1-X4，AG 1-X8 AG 2-X8，AG MP-1 Resin，AG 4-X4，AG 3-X4，Bio-Rex5和ALIQUAT-336(由Henkcl公司提供的氯三辛基甲基銨)。更優選合適的陰離子交換樹脂是DOW EXTM1×8(由Dow chemical提供的連接了一種甲基苄基銨的聚苯乙烯交聯樹脂)和AMBERLYSTTMA -26、AMBERLYSTTMIRA400。AMBERLYSTTMIRA400、AMBERLYSTTMIRA416和AMBERLYSTTMIRA910，強鹼樹脂。
乾酪加工廢料可以與陰離子交換樹脂接觸以任何合適的能使帶負電物料吸收到陰離子交換樹脂上的方式進行。優選陰離子交換樹脂加裝到柱上，且乾酪加工廢料通過該柱子，以將帶負電物料吸收到樹脂上。
對陰離子交換樹脂的用量加以選擇以有利於負電荷物質的吸收，該用量會有很大變化，這取決於待處理的乾酪加工廢料。一般地，當廢料是乳清滲透液時，乾酪加工廢料與陰離子交換樹脂的吸附比是5-200，優選8-15，較優選是9-12v/v。當接觸是在柱中進行時，乾酪加工廢料優選以1-70cm/min速率，較優選以2-15cm/min速率，更優選以4.6cm/min速率通過。
可選擇適宜的壓力以獲得所需流速。一般選擇0-100PSIG的壓力。通過對柱的洗脫末端施加負壓和收集該洗脫液也可獲得適宜的流速率。正壓和負壓亦可聯合使用。
乾酪加工廢料與陰離子交換樹脂接觸所用的溫度沒有特別限制，只要該溫度不至太高而引起廢料成分的降解，通常使用17-25℃室溫。
通過該洗脫液與陰離子交換樹脂接觸，乾酪加工廢料的負電荷成分被吸收到陰離子交換樹脂上。吸收到陰離子交換樹脂上的物質是來自乾酪加工廢料的負電荷物質， 包括但不限於唾液基寡糖(sialyloligosaccharides)，如3′唾液基乳糖，6′唾液基乳糖和6′唾液基乳胺(6′sialy llactosamine)。
正是除去該唾液基寡糖提供了乾酪加工廢料的經濟處理。如前所述，單在美國流體乳清就以每年約626億(62.6×109)磅的速度產出。對其價值缺乏認識導致該原料被處理成動物飼料，肥料或者採用常規廢料處理技術如埋入地下或傾倒對其處理。業已發現通過從乾酪廢液中除去唾液基寡糖可使乾酪加工廢料的處理變得經濟。
唾液基寡糖，如3′唾液基乳糖，6′唾液基乳糖和6′唾液乳胺可用作抗粘結劑，抗感染劑和嬰兒配方的添加劑。含唾液酸組合物的應用已在US 5,270,462中報導。唾液基乳糖亦有報導用於治療關節炎方法中(US5,164,374)。
但是，由於唾液基寡糖在天然資源中存量少，因此非常貴。從牛初乳中分離的3′唾液基乳糖由希格瑪化學公司(SigmaChemical Company)出售，每毫克60.05美元。從牛初乳中分離的6′異構體的每毫克66.10美元出售。現已發現每千克乾酪加工廢料能得到多達6克的唾液基寡糖。由於乾酪加工廢料目前幾乎沒有或沒有商業價值，因此能作為工業廢品便宜地得到。1千克先前沒有價值的原料能加工提取出價值60,000美元的成分。這樣一來，處理乾酪加工廢料現在經濟上可行了。
與陰離子交換樹脂接觸後形成的液體，其中主要含有水和乳糖，可進行乾燥以及處理成動物飼料、肥料或食品輔料。
陰離子交換樹脂然後用適宜鹽的含水溶液作為洗脫液洗脫而清洗唾液基寡糖，該適宜的鹽如乙酸鈉，乙酸銨，氯化鈉，碳酸氫鈉，甲酸鈉，氯化銨或鋰鹽如乙酸鋰，碳酸氫鋰，硫酸鋰，甲酸鋰，高氯酸鋰，氯化鋰和溴化鋰。用含水鹽清洗陰離子交換樹脂可採用本領域的普通技術人員已知的常規手段完成。唾液基寡糖也可用含水鹼溶液從陰離子交換樹脂中除去，但含水鹼溶液的濃度必須足夠稀而不致破壞唾液基寡糖的結構，合適的解吸條件可通過例行試驗來確定。
當用鋰鹽的含水溶液洗脫時，不需要反滲透進行脫鹽。全部洗脫液濃縮並乾燥，殘餘固體用有機溶劑洗滌。鋰鹽被溶解，唾液基寡糖的鋰鹽仍為固體。特別是發現3′唾液基乳糖，6′唾液基乳糖和6′唾液基乳胺的鋰鹽具有非常小的有機溶劑溶解性。
洗脫液中所用的鋰鹽必須在水中任意溶解及在有機溶劑中高的溶解性。在本發明的內容中，有機溶劑中的高溶解性是於固體被洗滌的溫度下每毫升有機溶劑≥1克鋰鹽，優選≥5g/ml，更優選≥10g/ml。在水中任意溶解且在有機溶劑中具有高溶解性的適宜的鋰鹽包括乙酸鋰，碳酸氫鋰，硫酸鋰，甲酸鋰，高氯酸鋰，氯化鋰和溴化鋰。
用來洗滌濃縮洗脫液的有機溶劑應該溶解洗脫的鋰鹽，但對唾液基寡糖的鋰鹽具有低的溶劑化作用。在本發明內容中，對唾液基寡糖的鋰鹽的低溶劑化作用為在固體被洗滌的溫度下，唾液基寡糖的鋰鹽的溶解性≤0.5g/ml有機溶劑，優選≤0.25g/ml，更優選≤0.1g/ml。適宜的溶劑包括但不限於丙酮，甲基乙基酮，3-戊酮，二乙醚，叔丁基甲基醚，甲醇，乙醇及其混合物。
有機溶劑優選含≤0.1％wt.，更優選≤0.01％wt.的水，該有機溶劑最優選不含水，使用含高水濃度的有機溶劑導致唾液基寡糖鋰鹽的溶解，有機溶劑的溫度沒有特別限制，但優選有機溶劑為室溫或更低溫度下，較優選是0-5℃。
由於唾液基寡糖鋰鹽的高吸溼性，固體的洗滌在本領域普通技術人員已知的常規條件下進行以限制大氣水分的吸收。例如這種洗滌可在氮氣下在乾燥箱中進行或採用Schlenk-型設備。
當用洗脫液清洗陰離子交換樹脂時，適宜的清洗溶液是50mM。洗脫液的pH優選調節至4-9，更優選是5-6。一般2-5，優選4個柱體積的清洗溶液用於從陰離子交換樹脂中除去唾液基寡糖，優選在環境溫度下完成。乙酸鋰優選用來清洗唾液基寡糖的陰離子交換樹脂。
唾液基寡糖鈉鹽可按本領域普通技術人員已知的常規離子交換技術獲得。
當用鋰鹽之外的洗脫劑以從陰離子交換樹脂中除去唾液基寡糖時，含唾液基寡糖和鹽的洗脫液可進行濃縮及脫鹽，如使洗脫液經反滲透從唾液基寡糖中除去鹽。進行反滲透的膜是100-700道爾頓分子量斷流(cut off)，優選是400道爾頓納米斷流。
反滲透優選在300-1,600psi，較優選400-600psi，更優選450psi的壓力下進行。
經反滲透除鹽後，得到的物質進行濃縮以提供含唾液基聚寡糖如3′唾液乳糖和6′唾液基乳糖的固體物質，它可以從水和有機溶劑的混合物中重結晶。
優選的沉澱溶劑選自下組乙醇，丙酮，甲醇，異丙醇，二乙醚，叔丁基甲基醚，乙酸乙酯，己烷，四氫呋喃和水。
此外，來自陰離子交換柱的洗脫液含有唾液基聚寡糖的混合物，它包括3′唾液基乳糖、6′唾液基乳糖和6′唾液基乳胺，該洗脫液經柱色譜分離其中包含的唾液基聚寡糖，其條件是DOWEX 1×2陰離子交換樹脂，pH值4-6，使用緩衝液，及適宜的鹽作洗脫劑，如乙酸鈉，乙酸銨，或鋰鹽如乙酸鋰，高氯酸鋰，氯化鋰和溴化鋰。乙酸鋰的溶液是優選的。
如前所述，適宜的陰離子交換樹脂可通過本領域普通技術人員已知的常規技術來製備。
對陰離子交換樹脂交聯度的選擇取決於陰離子交換柱的操作條件。適宜的樹脂可為2-12％交聯度，優選2％交聯度。
選擇陰離子交換樹脂的粒度使乾酪加工廢料可有效流動，同時仍能有效地進行負電荷物質的色譜分離。適於20×100cm柱的粒度是200-400目。
適宜的陰離子交換樹脂包括但不限於DEAE交聯葡聚糖(DEAE Sephadex)，QAE交聯葡聚糖，DEAE瓊脂糖(DEAESepharose)，Q瓊脂糖，DEAE Sephacel，二乙氨基乙基纖維素(DEAE Cellulose)，Ecteola纖維素，PEI纖維素，QAE纖維素，Amberlite，Dowex 1-X2，Dowex 1-x4，Dowex 1-X8，Dowex 2-X8，Dowex大孔樹脂，Dowex WGR-2，DEAE Trisacryl Plus-M，DEAE Trisacryl Plus-LS，Amberlite LA-2，AG 1-X2，AG 1-X4，AG 1-X8，AG 2-X8，AG MP-1樹脂，AG 4-X4，AG 3-X4，Bio-Rex5和ALIQUAT-336(漢高公司的氯化三辛基甲基銨)。優選的樹脂是DOWEX 1×2(Dow Chemical，三甲基苯基銨連接到聚苯乙烯交聯樹脂)，AMBERLYST和AMBERLYTE鹼性樹脂。
欲分離的唾液基寡糖混合物經過陰離子交換樹脂的柱色譜。選擇陰離子交換樹脂的量以實現不同唾液基低寡糖的分離。唾液基寡糖與陰離子交換樹脂的負載比一般是0.1-5，優選0.2-4，更優選是在負載濃度為0-10mH的鹽下每升樹脂1克原料。色譜進行的速度是20cm/h，優選4.6cm/h表觀速度。可選擇適宜的壓力以獲得所需流速。壓力一般選擇0-22PSIG。也可通過對柱的洗脫末端施加負壓並收集該洗脫液而獲得適宜的流速。正壓和負壓譜可聯合使用。
可採用任何溫度使乾酪加工廢料與陰離子交換樹脂接觸，只要溫度不至太高而引起唾液基寡糖的成分的降解、一般採用環境溫度17-25℃。
當緩衝洗脫液是鋰鹽時，各個唾液基寡糖可這樣分離將該洗脫液濃縮形成固體並用有機溶劑洗去鋰鹽，從鋰鹽洗脫液中分離唾液基寡糖鋰鹽如前所述。
唾液基寡糖鈉鹽可通過本領域普通技術人員已知的常規離子交換技術來獲得。
當緩衝洗脫液不是鋰鹽時，各個唾液基寡糖可藉助反滲透技術進行分離。
根據本發明的第二個實施方案，乾酪加工廢液可以不採用離子交換柱和不採用反滲透而進行處理。
乾酪加工廢料，如固體乳糖或乳糖水溶液可與一種溶劑接觸，其中唾液基寡糖被提取。
提取的唾液基寡糖包括但不限於3′唾液基乳糖，6′唾液基乳糖和6′唾液基乳胺。
乾酪加工廢液可以任何方式與一種溶劑接觸，藉助加溶作用有效地提取唾液基低聚糖。
例如，粉末狀的固體乳糖可填充入一根柱中，讓一種溶劑通過該填充柱。當溶劑通過該柱時，唾液基寡糖從該固體乳糖中提取出。如提高唾液基寡糖的加溶作用，該溶劑可循環通過柱直到在溶劑獲得唾液基低聚糖的平衡濃度。
為提高唾液基寡糖的加溶作用，可在環境壓力和高溫但低於唾液基寡糖的熱降解點下將溶劑進行循環，優選27℃-80℃，更優選60-75℃。
乾酪加工廢料也可與一種溶劑接觸成為該溶劑中乾酪加工廢料的漿液或懸浮液。乾酪加工廢料與溶劑優選以1∶4v/v比，更優選1∶3v/v進行混合，將該漿液或懸浮液攪拌直到唾液基寡糖溶於該溶劑中。
選擇乾酪加工廢料與溶劑的比例使得回收的唾液基低聚糖量達最大而所用溶劑的量為最小。由於在所選溶劑中唾液基寡糖的高溶解性，溶劑的量一般比乾酪加工廢料的體積小很多。因此，處理乳糖時，該乳糖不需要完全溶解。
該懸浮液可在任何低於唾液基寡糖熱降解點的溫度下進行攪拌，優選4℃-80℃，更優選4-27℃，環境壓力下。
適宜的溶劑體系是水，C1-5醇，如甲醇，乙醇，正丙醇，異丙醇，正丁醇，異丁醇，仲丁醇，叔丁醇，叔戊醇和異戊醇及其混合物。C1-5醇溶劑中的水量根據所用醇而不同。該溶劑優選含0-75％的水(v/v)，較優選含20-70％的水(v/v)，更優選含44-66％的水。特別優選的溶劑體系是含44-66％水的水醇溶劑。
當採用高溫時，優選在達到唾液基寡糖的最大濃度之後從柱、漿液或懸浮液中除去溶劑，然後冷卻已分離的溶劑。通過冷卻已分離的溶劑，加溶的乳糖結晶析出，藉助常規手段，如過濾、離心分離和潷析從含唾液基寡糖的溶劑中除去乳糖。
乳糖水溶液，如乳糖結晶得到的母液，也可用溶劑在高溫下處理，優選在60-75℃，較優選在68-72℃，然後冷卻並從溶液中沉澱乳糖。從該溶劑中分離已沉澱的乳糖，濃縮溶劑得到唾液基寡糖。
乳糖水溶液與溶劑以約1∶3v/v的比例，優選1∶2v/v，較優選1∶1v/v的比例進行混合，適於處理乳糖水溶液的溶劑是C1 -5醇。
分離的溶劑或柱洗脫液進行濃縮得到高純度的唾液基寡糖。該原料可進一步從含水醇和適宜有機溶劑中重結晶提純以除去乳糖雜質。
有關柱、漿液或懸浮液處理技術的另一實施方案中，一部分提取溶劑被移除並通過陰離子交換柱，該溶劑返回到體系中。在這一方式中，唾液基寡糖可在陰離子交換柱上濃縮。要經過陰離子交換樹脂的溶劑可連續除去或間歇除去。
一旦陰離子交換柱被唾液基寡糖飽和，該柱可從體系拆走並清洗以獲得唾液基寡糖。適宜的清洗溶液是120mM LioAc。一般採用2-5，優選4倍柱體系的清洗溶液以從陰離子交換樹脂中於室溫除去負電荷物質。適宜的陰離子交換樹脂，接觸條件和清洗條件已在前面描述過。
唾液基寡糖亦可利用超臨界CO2萃取技術從乳清廢料中提取，該方法與用於從咖啡豆中提取咖啡咽的方法類似。利用溼法超臨界CO2從咖啡豆中提取咖啡咽的技術載於US3,806,619和4,260,639。通常，超臨界CO2萃取方法包括將乳糖或乳糖水溶液與超臨界CO2接觸，接觸條件是藉助超臨界CO2實現唾液基寡糖的加溶。含有唾液基寡糖的超臨界CO2從乳糖或乳糖水溶液中分離，然後蒸發除去CO2，剩餘為提取的唾液基寡糖。
本發明的其它特徵將在以下具體例舉的實施方案描述中更為清楚，這些實施方案用來說明本發明但並不旨在限制本發明。
實施例1500磅食用乳糖(得自Land O′Lakes Dairy)約在環境溫度下溶於2,000L水中。將該溶液通過5μm過濾器除去顆粒物質。溶液經過15L DOWEX 50×8陽離子交換樹脂。洗脫液經過15LDOWEX 1×8陰離子交換樹脂。該樹脂再用水洗以除去殘餘乳糖，再用10倍柱體積的50mM NaOAc洗滌。NaOAc洗脫液進行濃縮並通過反滲透用6倍柱體積的水膜過濾(diafiltercd)以脫鹽(400 PSIG下採用400道爾頓斷流膜)。得到10L含55克唾液基寡糖的溶液。
實施例2實施例1的溶液裝入含45L DOWEX 1×2樹脂的76×36cm柱中，用190L 120mM NaOAc洗脫，速度為55ml/min。6′唾液基乳糖經40-47h後洗脫，3′唾液基乳糖經48-55h後洗脫。含特殊唾液基寡糖的餾分其pH值調節至4.8-5.3+/-0.1，然後濃縮，用10倍柱體積的水進行膜過濾脫鹽，該餾分然後調節至pH為8.25，經旋轉蒸發濃縮至約200mg/ml，通過0.2μm過濾器，在劇烈攪拌下用4體積乙醇和13.3體積丙酮稀釋形成懸浮液。該懸浮液冷至約4℃，固體由離心分離及用丙酮洗滌得到。
實施例31次乳糖柱約含1.5mg 3′-唾液基乳糖的5g乳糖(來自Land O′LakesDairy)放入柱中並用10ml溶劑洗滌，該溶劑或為66％乙醇水溶液，或為45％乙醇水溶液，或於4℃，或於室溫(RT)下。藉助高壓液相色譜(HPLC)採用峰值積分分析洗滌液中除去的3′-唾液基乳糖的百分比。
條件3′唾液基(3′-SL)收率％45％ RT 6.2645％ 4℃ 3.766％ RT266％ 4℃ 1.4實施例4再循環5g乳糖柱將含1.5mg 3′-唾液基乳糖的5g乳糖(來自Land O′LakesDairy)放入柱中並用泵循環洗液(66％乙醇/4℃)進行洗滌。14小時後分析該洗液。
條件 3′-SL收率％循環 66％ 4℃17％實施例5漿液提取約含1.5mg 3′-唾液基乳糖的5g乳糖(來自Land O′LakesDairy)放入燒瓶內，於20ml溶劑中攪拌，該溶劑或者是66％乙醇水溶液，或者是45％乙醇水溶液，或者4℃或者室溫(RT)下。該乳糖決不會完全溶於溶液中，但3′-唾液基乳糖已經溶解。對上清液進行分析條件 3′-SL收率％45％ RT 3345％ 4℃ 9.666％ RT 1866％ 4℃ 22.3實施例6熱提取約含1.5mg 3′-唾液基乳糖的5g乳糖(來自Land O′LakesDairy)放入燒瓶內，加熱使乳糖溶於150ml 66％乙醇中，再另用100ml RT 66％乙醇冷卻並於4℃攪拌過夜。對上清液進行分析條件 3′-SL收率％加熱/66％乙醇冷卻70.5實施例7熱提取-不同條件6.4g乳糖(來自Land O′Lakes Dairy)(～1.92mg 3′-SL)加熱至70℃得到20ml水溶液中。該濃縮的乳糖溶液或於4℃，或於室溫(RT)及不同乙醇濃度下攪拌16小時以沉澱乳糖和保留3′-SL。
條件 3′-SL收率％0％ 乙醇 RT 10033％ 乙醇 RT 3250％ 乙醇 RT 3666％ 乙醇 RT 70％ 乙醇 4℃6333％ 乙醇 4℃5050％ 乙醇 4℃2666％ 乙醇 4℃24實施例8熱提取-不同條件較長接觸時間60g乳糖(來自Land O′Lakes Dairy)(～18mg 3′-SL)在70℃下加熱約10分鐘溶於100ml水中。等量的等分試樣在不同條件下放置並攪拌約36小時。樣品由高壓液相色譜(HPLC)分析。
條件 3′-SL收率％0％ 乙醇 RT 10033％ 乙醇 RT 18.350％ 乙醇 RT 8.366％ 乙醇 RT 8.7
0％ 乙醇 4℃ 10033％ 乙醇 4℃ 27.650％ 乙醇 4℃ 15.266％ 乙醇 4℃ 100實施例9母液-加熱實驗100ml母液於70℃加熱約10分鐘，再用2倍體積95％乙醇冷卻至4℃。讓其攪拌36小時。樣品用HPLC分析3′-SL含量。
條件 3′-SL收率ML0％ 乙醇 4℃ 33根據上述教導，本發明顯然可能有大量改進和變化。因此應該知道在所附權利要求範圍內，本發明可不按本文具體描述的內容進行實施。
權利要求
1.一種處理乾酪加工廢料的方法，包括i)將乾酪加工廢料與陰離子交換樹脂接觸；ii)從所述乾酪加工廢料去除所述陰離子交換樹脂，並用鋰鹽水溶液洗脫所述陰離子交換樹脂，得到洗脫液；iii)濃縮所述洗脫液以形成包括鋰鹽和乾酪加工廢物鋰鹽的固體；且iv)用有機溶劑清洗所述固化，溶解所述鋰鹽，並留下所述乾酪加工廢物鋰鹽作為固體。
2.根據權利要求1的方法，其中所述乾酪加工廢料是流體乾酪乳清。
3.根據權利要求1的方法，其中所述乾酪加工廢料是從乾酪乳清中結晶乳糖得到的固體。
4.根據權利要求1的方法，其中所述乾酪加工廢料是從乾酪乳清中結晶乳糖得到的母液。
5.根據權利要求1的方法，其中所述乾酪加工廢料選自初乳、牛奶、奶粉、全乳清、脫礦質乳清透過液、由脫礦質乳清透過液得到的再生液、乳清透過液、結晶乳糖、噴霧乾燥乳糖、乳清粉、食用乳糖、乳糖、精製乳糖和USP乳糖。
6.根據權利要求1的方法，其中所述鋰鹽選自乙酸鋰、碳酸鋰、硫酸鋰、高氯酸鋰、氯化鋰、溴化鋰和其混合物。
7.根據權利要求1的方法，其中所述有機溶劑選自丙酮、甲基乙基酮、3-戊酮、二乙醚，叔丁基甲基醚和其混合物。
8.根據權利要求1的方法，還包括在與所述陰離子交換樹脂接觸之前，處理所述乾酪加工廢料以去除帶正電物料。
9.根據權利要求8的方法，其中所述處理使用陽離子交換樹脂。
10.根據權利要求1的方法，其中所述鋰鹽是乙酸鋰。
11.一種處理乾酪加工廢料的方法，包括i)將乾酪加工廢料與溶劑接觸；ii)從所述乾酪加工廢液分離所述溶劑；且iii)從所述溶劑中分離乾酪加工廢料提取液。
12.根據權利要求11的方法，其中所述的溶劑選自水、C1-5的醇和其混合物。
13.根據權利要求11的方法，其中所述乾酪加工廢料是乳糖。
14.根據權利要求11的方法，其中所述乾酪加工廢料是從乾酪乳清中結晶乳糖得到的母液。
15.根據權利要求11的方法，其中所述溶劑是44-66％(v/v)含水乙醇。
16.根據權利要求11的方法，其中所述溶劑與所述乾酪加工廢料接觸溫度從20至80℃。
17.根據權利要求11的方法，其中所述溶劑與所述乾酪加工廢料接觸溫度從40至45℃。
18.根據權利要求11的方法，其中所述溶劑由所述乾酪加工廢料中分離的溫度從20至80℃。
19.根據權利要求11的方法，其中所述溶劑由所述乾酪加工廢料中分離的溫度從40至45℃。
20.根據權利要求11的方法，其中所述的接觸是以所述乾酪加工廢料和所述溶劑的懸浮液形式處理。
21.根據權利要求14的方法，其中所述的接觸是將母液與溶劑以1.2(v/v)比率形式處理。
22.根據權利要求14的方法，其中所述接觸是在溫度從60至75℃的條件下進行處理。
23.根據權利要求1的方法，其中所述乾酪加工廢物鋰鹽是唾液寡糖。
24.根據權利要求23的方法，其中所述的唾液寡糖選自3′唾液乳糖、6′唾液乳糖和6′唾液乳胺和其混合物。
25.根據權利要求11的方法，其中所述的乾酪加工廢料提取液是唾液寡糖。
26.根據權利要求25的方法，其中所述的唾液寡糖選自3′唾液乳糖，6′唾液乳糖，6′唾液乳胺和其混合物。
全文摘要
一種處理在乾酪製造過程中產生的乾酪加工廢液的方法，在此進行了描述。
文檔編號B01D15/04GK1162927SQ95196083
公開日1997年10月22日 申請日期1995年11月1日 優先權日1995年11月1日
發明者B·布裡安, D·A·佐普夫, 呂蕾, J·P·小麥克卡雷, M·帕特施 申請人:尼奧斯技術有限公司