CN106589006A - 一种乳果糖制备中硼酸的回收及再利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在乳果糖制备过程中硼酸的回收及再利用的方法。主要包括：（1）将异构后的乳果糖溶液纳滤除盐、除硼酸；（2）将纳滤透过液浓缩、结晶、干燥，得到硼酸晶体；（3）硼酸晶体作为催化剂回配至乳糖溶液进行异构化反应。本发明的优点在于一步将异构溶液中硼酸通过纳滤去除率达到98%以上，且经结晶处理后硼酸可再次回收利用，回收利用率＞85%，这样操作工艺简单，易于实现工业化，同时，既大幅度降低了生产成本，又省除了对大量含硼水的再次处理步骤，减少了污水排放量，对环境更加友好。

Description

一种乳果糖制备中硼酸的回收及再利用方法
技术领域
本发明涉及一种乳果糖制备中硼酸的回收及再利用方法。
背景技术
乳果糖，又称异构乳糖或乳酮糖，是一种人工合成的二糖，自然界中一般不存在这种糖。它甜度约为蔗糖的48-70%。
乳果糖是一种双歧杆菌的促进因子，还能够促进多种族维生素的合成及促进人体对多种微量元素的吸收。此外，乳果糖改善脂质代谢，降低总血清胆固醇浓度，提高血清中高密度脂蛋白所占比例。且低热量的乳果糖不会引起龋齿，能最大限度地满足那些喜爱甜品又担心发胖者的要求。正是由于乳果糖具有的各种优异的生理功能特性，因而乳果糖被广泛地应用于医药、食品和饲料行业等多个领域。
目前，制备乳果糖的方法主要有化学法和酶法，工业化大生产以化学法为主。1895年，Lobry de Bruyn和Van Ekenstein发现还原性糖在碱性溶液中会发生异构化反应生成非还原性糖，此类反应被称为Lobry de Bruyn-van Ekenstein Transformation。化学法制备乳果糖正是利用这一反应原理，以乳糖为原料，经过碱性溶液处理采用均一或非均一的催化剂通过转化反应而生成。均一催化剂催化体系是目前异构化乳糖主要的方法，包括碱单一催化、酸碱协同催化、铝酸钠催化等3种催化体系。
工业上最常用的是酸碱协同催化，即通过在反应体系中加入硼酸，在碱性条件下，硼酸能使乳果糖形成乳果糖-硼酸盐络合物，使反应的平衡朝着有利于乳果糖生成的方向移动。络合物的形成及反应平衡的移动最大程度地减少了降解产物的生成。整个反应过程中只有少部分的乳果糖会转化成副产物，乳果糖转化率在70％左右，最高可达75％。转化完成后，将反应体系的pH转化为酸性，络合物就会发生分解，生成乳果糖和硼酸盐，再将硼酸盐去除后就可得到纯净的乳酮糖。其中的难题是硼酸的去除及回用，因硼酸盐是一种弱酸盐，一般的阴离子交换树脂几乎不能将其脱除到安全标准以下，需要除硼酸的专用离子树脂，但其价格高昂，且会产生大量含硼废水，整体生产成本很高。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种在乳果糖制备过程中硼酸的回收及再利用的方法。
本发明的技术方案为：
一种乳果糖制备中硼酸的回收及再利用方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）异构后的乳果糖溶液纳滤除盐、除硼酸：异构后的乳果糖溶液经纳滤膜分离，除去其中的盐分及硼酸，保留纯化后的乳果糖溶液；
（2）将纳滤透过液进行浓缩、结晶、干燥，得到硼酸晶体；
（3）硼酸晶体作为催化剂回配至乳糖溶液进行异构化反应。
根据本发明优选的，步骤（1）中异构后的乳果糖溶液的pH控制在2.5-3.0，纳滤膜截留分子量为 200-300Da，纳滤膜的操作压力控制在15-30bar，，温度控制在30-50℃；
根据本发明优选的，步骤（2）中浓缩后固形物含量控制在30-35%，pH3-5；
根据本发明优选的，步骤（2）中结晶工序控制降温区间为75℃→10℃，降温时间8-15h；干燥采用50-70℃气流干燥；
根据本发明优选的，步骤（3）中硼酸晶体为步骤（2）中所回收的硼酸，其全部回配至异构工序。
本发明对工艺条件进行了改进和调整，具体带来的积极效果如下：
（1）本发明一步将异构溶液中硼酸的去除率达到98%以上，且硼酸的回收利用率＞85%，整个操作工艺简单，易于实现工业化；
（2）本发明既大幅度降低了生产成本，又省除了对大量含硼水的再次处理步骤，减少了污水排放量，对环境更加友好。
具体实施方式：
下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，但本发明所保护范围不限于此。
实施例一
一种乳果糖制备中硼酸的回收及再利用方法，包括以下步骤：
（1）将异构得到的乳果糖溶液pH调节为2.5左右，整个溶液呈酸性，乳果糖-硼酸盐络合物分解，生成乳果糖和硼酸盐，硼酸盐在酸性条件下以硼酸的形式存在；
（2）将步骤（1）得到的料液通过纳滤膜分离纯化，纳滤膜截留分子量为 200-300Da，纳滤膜的操作压力控制在15bar，温度控制在30℃，截留液中硼酸去除率98.2%；
（3）将过膜后的透过液浓缩至固形物含量32%，调溶液pH为3.7；
（4）将步骤（3）的溶液进行降温结晶，降温区间为75℃→10℃，结晶8h，离心分离晶体；
（5）50℃气流干燥，硼酸回收率为85.8%；
（6）将步骤（5）得到的硼酸用于异构工序。
实施例二
一种乳果糖制备中硼酸的回收及再利用方法，包括以下步骤：
（1）将异构得到的乳果糖溶液pH调节为2.8左右，整个溶液呈酸性，乳果糖-硼酸盐络合物分解，生成乳果糖和硼酸盐，硼酸盐在酸性条件下以硼酸的形式存在；
（2）将步骤（1）得到的料液通过纳滤膜分离纯化，纳滤膜截留分子量为 200-300Da，纳滤膜的操作压力控制在30bar，温度控制在40℃，截留液中硼酸去除率98.2%；
（3）将过膜后的透过液浓缩至固形物含量35%，调溶液pH为5.0；
（4）将步骤（3）的溶液进行降温结晶，降温区间为75℃→10℃，结晶13h，离心分离晶体；
（5）70℃气流干燥，硼酸回收率为89.2%；
（6）将步骤（5）得到的硼酸用于异构工序。
实施例三
一种乳果糖制备中硼酸的回收及再利用方法，包括以下步骤：
（1）将异构得到的乳果糖溶液pH调节为3.0左右，整个溶液呈酸性，乳果糖-硼酸盐络合物分解，生成乳果糖和硼酸盐，硼酸盐在酸性条件下以硼酸的形式存在；
（2）将步骤（1）得到的料液通过纳滤膜分离纯化，纳滤膜截留分子量为 200-300Da，纳滤膜的操作压力控制在25bar，温度控制在50℃，截留液中硼酸去除率98.1%；
（3）将过膜后的透过液浓缩至固形物含量30%，调溶液pH为3.0；
（4）将步骤（3）的溶液进行降温结晶，降温区间为75℃→10℃，结晶15h，离心分离晶体；
（5）55℃气流干燥，硼酸回收率为86.5%；
（6）将步骤（5）得到的硼酸用于异构工序。
上述脱色温度为60℃，脱色时间为60分钟，过滤用板框过滤。测得透光率96.5%；
上述料液进入离子交换柱，经树脂吸附除去灰分及某些有机杂质，提高产品纯度，改善产品口感，得到的产品 pH4～7，透光率＞98%；
上述料液经真空浓缩后，干燥方式为喷雾干燥或带式真空干燥，产品为白色至乳白色粉末；
最终产品中葡萄糖含量为0.81％，聚葡萄糖含量为98.27％，5-羟甲基糠醛≤0.05％，水分≤4％。
实施例四
一种葡萄糖液制备聚葡萄糖的方法，包括以下步骤：
（1）将葡萄糖液经过颗粒碳柱除去蛋白等杂质；
（2）将步骤（1）得到的料液通过纳滤膜分离纯化，纳滤膜截留分子量为 200-300Da，透过液中葡萄糖含量为98.6%；
（3）将步骤（2）得到的料液真空浓缩至固形物含量为88.9%；
（4）将步骤（3）得到的料液中加入山梨醇及柠檬酸，葡萄糖、山梨醇、柠檬酸按重量份数比为90.2：1：10.8进行配料混匀，在高温下进行真空缩聚反应，得到聚葡萄糖粗品； 缩聚条件为：温度230℃，压力为-0.09MPa，时间0.5小时；
（5）将步骤（4）得到的聚葡萄糖粗品溶于水后脱色、离交、浓缩、干燥，得到白色至乳白色、口感无不良苦味及其它异味的聚葡萄糖粉末产品。
上述脱色温度为70℃，脱色时间为30分钟，过滤用板框过滤。测得透光率95.9%。
上述料液进入离子交换柱，经树脂吸附除去灰分及某些有机杂质，提高产品纯度，改善产品口感，得到的产品 pH4～7，透光率＞98%。
上述料液经真空浓缩后，干燥方式为喷雾干燥或带式真空干燥，产品为白色至乳白色粉末。
最终产品中葡萄糖含量为0.85％，聚葡萄糖含量为98.18％，5-羟甲基糠醛≤0.05％，水分≤4％。

Claims (5)

1.一种乳果糖制备中硼酸的回收及再利用方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)异构后的乳果糖溶液纳滤除盐、除硼酸：异构后的乳果糖溶液经纳滤膜分离，除去其中的盐分及硼酸，保留纯化后的乳果糖溶液；
(2)将纳滤透过液进行浓缩、结晶、干燥，得到硼酸晶体；
(3)硼酸晶体作为催化剂回配至乳糖溶液进行异构化反应。
2.根据权利要求1所述的乳果糖制备中硼酸的回收及再利用方法，其特征在于：步骤（1）中异构后的乳果糖溶液的pH控制在2.5-3.0，纳滤膜截留分子量为 200-300Da，纳滤膜的操作压力控制在15-30bar，，温度控制在30-50℃。
3.根据权利要求1所述的乳果糖制备中硼酸的回收及再利用方法，其特征在于：步骤（2）中浓缩后固形物含量控制在30-35%，pH3-5。
4.根据权利要求1所述的乳果糖制备中硼酸的回收及再利用方法，其特征在于：步骤（2）中结晶工序控制降温区间为75℃→10℃，降温时间8-15h；干燥采用50-70℃气流干燥。
5.根据权利要求1所述的乳果糖制备中硼酸的回收及再利用方法，其特征在于：步骤（3）中硼酸晶体为步骤（2）中所回收的硼酸，其全部回配至异构工序。
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