CN111138501A - 一种高纯度乳果糖的制备方法 - Google Patents

一种高纯度乳果糖的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高纯度乳果糖的制备方法。本发明通过采用两相体系，借助苯硼酸基化合物将乳果糖选择性结合并萃取到有机相中，促进乳糖异构化反应向生成乳果糖的方向进行，提高乳果糖的得率；并且萃取到有机相中的乳果糖可通过反向解吸释放到酸性水溶液中，得到高纯度的乳果糖溶液，实现高效催化和分离纯化制备高纯度乳果糖，并且水相和有机相均可循环重复使用。本发明中乳果糖的转化率可达到85％，远高于传统化学异构化法的20％左右；并且副反应产物产率低，除杂简单；此外，本发明在乳果糖的反向解吸过程中，通过调节解吸液与有机相的比例，可实现对乳果糖溶液的浓缩，浓缩倍数可达5‑10倍，减少后续浓缩成本。

Description

一种高纯度乳果糖的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高纯度乳果糖的制备方法，属于碳水化合物的高效制备及分离纯化技术领域。
背景技术
乳果糖(C12H22O11，4-O-β-D-吡喃半乳糖基-D-果糖)是一种低热量且具有多种功能特性的功能性二糖。在健康食品领域，乳果糖是一种“特定保健食品”(Foods forSpecified Health Use，FOSHU)，被广泛用于婴幼儿奶粉以及发酵酸奶等；在医药领域，乳果糖是一种用于治疗肝性脑病和便秘的处方药，有100多个国家将其纳入药典范畴，并且被列入了“世界卫生组织基本药物标准清单”(World Health Organization Model List ofEssential Medicines)，是人体基本卫生系统所必须的重要药物之一。
通过乳糖化学异构化法(chemical-isomerization)制备乳果糖是目前商业化乳果糖生产的唯一形式。由乳糖异构化生成乳果糖是一类特定的醛糖-酮糖异构化反应(aldose-ketose transformation)，存在热力学平衡限制(thermodynamic limitation)，因此采用传统化学法制备工艺，副反应剧烈，乳果糖的最终得率低(<25％)，因此提高乳果糖的得率是乳果糖制备领域的一个核心要点。当在乳糖异构化体系中，添加NaAlO2、H3BO3/NaOH等具有络合性质的催化剂时，乳果糖的转化率可大幅提高到70～80％左右，但是络合催化剂的去除极其复杂，并且存在安全以及环境污染的风险。
与此同时，高纯度乳果糖的分离纯化是乳果糖制备领域的另一个难题，尤其是医药行业和健康食品行业，对乳果糖的纯度要求高，而底物乳糖和产物乳果糖为同分异构体，结构上具有很强的相似之处，很难用传统的工艺予以分离。目前包括膜分离技术或者甲醇/乙醇结晶技术等均未能很好地解决乳糖与乳果糖的高效分离。
因此提高乳果糖得率，研究开发适用于医药行业和食品领域的高纯度乳果糖分离纯化技术，对我国乳果糖的生产及应用有着积极的意义。
发明内容
针对现有化学异构化法制备乳果糖工艺中所存在的催化效率低、副产物多、催化剂分离去除困难以及高纯度乳果糖分离纯化工艺中存在的回收率低、消耗大量有机试剂、成本高、时间长以及存在安全隐患等问题，本发明提供了一种乳果糖的制备方法，采用两相体系，借助苯硼酸基化合物将乳果糖选择性结合并萃取到有机相中，从而使得乳糖异构化反应向生成乳果糖的方向进行，进而促进乳果糖的得率；如此同时，萃取到有机相中的乳果糖可通过反向解吸技术，释放到酸性水溶液中，从而得到高纯度的乳果糖溶液，创新性地实现了高效催化和高效分离纯化制备高纯度乳果糖，在国内外尚属首次。
本发明的第一个目的是提供一种乳果糖的制备方法，包括：采用含有苯硼酸基化合物的有机溶液对乳糖异构化的水溶液进行萃取，萃取后分离有机相，向有机相中加入酸性水溶液进行乳果糖解吸，解吸结束后分离水溶液和有机溶液，所述的水溶液中含有乳果糖。
进一步地，所述的苯硼酸基化合物的结构式如下：
Figure BDA0002364813300000021
其中，R选自氢、羟基、氨基、羧基、C1-C5的烷基，所述的烷基上包括氢、羟基、氨基、羧基中的一种或多种。
进一步地，所述的含有苯硼酸基化合物的有机溶液在乳糖异构化之前加入到乳糖异构化的水溶液中，包括如下步骤：
1)苯硼酸基化合物辅助乳糖异构化：向乳糖水溶液中添加碱使其呈碱性，并向碱性的乳糖水溶液中加入含有苯硼酸基化合物的有机溶液，升温至30～80℃，搅拌反应，反应结束后分离有机相；
2)乳果糖解吸：向步骤1)分离得到的有机相中加入酸性水溶液，搅拌进行乳果糖解吸，解吸结束后分离水溶液和有机溶液，所述的水溶液中含有乳果糖；
在步骤2)中分离得到的有机溶液中含有苯硼酸基化合物，所述的有机溶液可重复用于步骤1)；在步骤1)分离得到的水相中含有未反应的乳糖和碱催化剂，所述的水相可重复用于步骤1)。
进一步地，所述的含有苯硼酸基化合物的有机溶液在乳糖异构化之后加入到乳糖异构化的水溶液中，包括如下步骤：
1)乳糖异构化制备乳果糖：向乳糖水溶液中添加碱使其呈碱性，升温至30～80℃，在搅拌条件下进行异构化反应；
2)选择性萃取乳果糖：向步骤1)得到的乳糖异构化溶液中，加入含有苯硼酸基化合物的有机溶液，在搅拌状态下进行乳果糖的选择性萃取，萃取结束后，分离有机相和水相；
3)乳果糖反向解吸：向步骤2)分离得到的有机相中加入酸性水溶液，在搅拌状态下进行乳果糖反向解吸，解吸结束后分离酸性水相和有机相，所述的酸性水相中含有乳果糖；
在步骤3)中分离得到的有机相中含有苯硼酸基化合物，所述的有机相可重复用于步骤2)中乳果糖的选择性萃取；步骤2)分离得到的水相中含有未反应的乳糖和碱催化剂，所述的水相可重复用于步骤1)中乳糖异构化制备乳果糖。
进一步地，加入碱后使乳糖水溶液的pH>7.5，所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾或氢氧化钙中的一种或多种组合。
进一步地，所述的有机溶液中的有机溶剂为辛醇、环己烷、庚烷或辛烷中的一种或多种组合。
进一步地，所述的酸性水溶液为盐酸、硫酸、醋酸、乳酸或柠檬酸中的一种或多种组合，所述酸性水溶液的pH<4.0。
进一步地，所述的含有苯硼酸基化合物的有机溶液中苯硼酸基化合物的浓度为0.01～1mol/L，乳糖水溶液的浓度为10～400g/L，有机溶液与乳糖水溶液的体积比为1:5～10:1。
进一步地，所述的酸性水溶液与有机相的体积比为1:1～1:10。
进一步地，所述的含有苯硼酸基化合物的有机溶液中还包含萃取辅助剂，所述的萃取辅助剂为甲基三辛基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵或八烷基三甲基氯化铵。
进一步地，所述的方法还包括对含有乳果糖的水溶液进行酸碱中和、浓缩或结晶，得到乳果糖。
本发明包括2个最核心的步骤：
(1)苯硼酸基化合物对乳果糖具有更强的亲和力，基于此，可借助有机相中的苯硼酸基化合物选择性结合异构化反应生成的乳果糖，并进一步萃取到有机相中，从而消除产物抑制作用，减弱醛糖-酮糖异构化反应中的“thermodynamic limitation”，使得异构化反应向生成乳果糖的方向进行，从而大幅提高乳果糖得率。与此同时，萃取后的水相(含有未反应的乳糖和碱性催化剂等)可重复循环用于乳糖的异构化。
(2)萃取到有机相中的乳果糖是以[乳果糖-苯硼酸络合物]的形成存在的。通过加入酸性水溶液，将[乳果糖-苯硼酸络合物]分解成乳果糖和苯硼酸基化合物，解离后的乳果糖进入酸性水溶液，得到高纯度乳果糖溶液，而解离后的苯硼酸基化合物仍存留在有机相中，可重复循环用于新一批次的萃取中。并且通过合理调节酸性解吸液与有机相的比例，可实现对乳果糖溶液的浓缩。
上述这2个关键步骤能够有效实现对乳果糖的选择性吸附、萃取和高效解吸。
通过同步萃取模式(在异构化之前加入含有苯硼酸基化合物的有机溶液)，在异构化反应的同时进行乳果糖的吸附和萃取，使得异构化反应持续向生成乳果糖的方向进行，产物抑制作用更小，乳果糖得率更高。另一方面，同步将乳果糖萃取到有机溶剂中，也能够保护乳果糖在强碱性环境下的水解等，能够大幅度减少副反应的产生。
通过分批萃取模式(在异构化之后加入含有苯硼酸基化合物的有机溶液)，新生成的乳果糖被分批吸附和萃取，减少了新一批次异构化过程中的产物抑制，有助于促进异构化反应向生成乳果糖的方向进行。分批萃取模式还有一个优势，在该模式下，需要加热的乳糖异构化反应和在常温下即可进行的有机相萃取反应是独立的2个过程，在整个批次循环进程中，有机相无需被加热，从而有效降低了生产能耗。
本发明的有益效果是：
(1)本发明利用苯硼酸基化合物与含有邻位顺式羟基结构的乳果糖之间特异性的亲和吸附效应，实现了对乳糖异构化体系中乳果糖的选择性亲和吸附；同时借助两相体系，将与苯硼酸基化合物特异性结合的乳果糖萃取到有机相，从而促进了异构化反应向生成乳果糖的方向进行，乳果糖的转化率可达到85％左右，极大提高了最终乳果糖的产率。
(2)本发明在乳果糖的反向解吸过程中，通过合理调节酸性解吸液与有机相的比例，可实现对乳果糖溶液的浓缩，浓缩倍数可达5-10倍，极大程度上减少了后续浓缩乳果糖的成本。
(3)基于苯硼酸基化合物对乳果糖的特异性亲和吸附效应，该方法能选择性地将乳果糖予以萃取，同时结合后续的反向解吸技术，最终可获得极高纯度(>95％)的乳果糖解吸液。
(4)在苯硼酸基化合物萃取辅助乳糖异构化反应过程中，生成的乳果糖将及时被苯硼酸基化合物亲和吸附并被萃取到有机相，避免了强碱性环境中异构化产物的累积和乳果糖的降解，有效降低了副反应的产生。
本发明中，无论是水相还是有机相，均可循环重复使用，水相可循环重复用于乳糖异构化制备乳果糖，而有机相则可循环重复用于乳果糖的选择性吸附和萃取。通过水相和有机相的循环重复使用，极大程度上减少了整个催化异构化和分离纯化过程中废弃物的产生，符合资源节约型、环境友好型的生产需求，是一种可持续、绿色环保的乳果糖生产工艺。
附图说明
图1为同步萃取模式的工艺流程图。
图2为分批萃取模式的工艺流程图。
图3为同步萃取模式下乳糖异构化溶液色泽变化图。
图4为反向萃取制备高浓度和高纯度的乳果糖浆溶液的HPLC谱图。
图5为化学异构化乳糖制备乳果糖浆溶液的HPLC谱图。
图6为单一碱催化乳糖异构化以及多批次循环“异构化-萃取”模式反应液图谱。
图7为反向解吸制备高浓度，高纯度乳果糖糖浆溶液液相图谱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
目标糖类(乳果糖、乳糖等)纯度检测方法：
利用HPLC测定目标糖类纯度的具体操作过程如下：取样后离心(12000rpm，20min)，上清液经0.22μm微孔滤膜过滤，滤液上样后进行HPLC检测分析。
利用HPLC测定目标糖类纯度的具体检测条件如下：
色谱仪：Waters 2695高效液相色谱仪；
色谱柱：Ashipak NH2P-50 4E(4.6×250mm)；
流动相：75％乙腈：25％水溶液(v/v)；
流动相流速：1mL/min；
温度：40℃；
检测器：Water 2414示差折光检测器；
进样量：10μL。
实施例1：同步萃取模式辅助乳糖异构化高效制备乳果糖
将250g的乳糖溶解到900mL去离子水中，加入Na2HPO4和NaOH调节体系pH至10.5，然后补加去离子水至整个体系体积为1L，该溶液作为乳糖异构化溶液(水相)。取500mL上述乳糖异构化溶液，并加入1000mL溶解有0.4mol/L 4-乙烯基苯硼酸(CAS：2156-04-9)的环己烷(有机相)。将上述水相-有机相混合样升温至60℃，在500r/min的高速搅拌下反应100min，然后将整个体系冷却至室温，离心分离后分别获得萃取了乳果糖的上层有机相和下层乳糖异构化水相，上层有机相进行乳果糖的反向解吸，解吸后的有机相重复循环用于乳果糖的选择性萃取。
在pH 10.50的催化体系下，化学异构化乳糖制备乳果糖的转化率也仅为20％左右，而采用上述同步萃取模式辅助乳糖异构化策略，经过5批次循环萃取，最终总的乳果糖转化率可达到75％左右。并且在pH 10.50的催化体系下，化学异构化法的副反应很剧烈，糖浆色泽呈褐色(如图3所示，其中①为初始乳糖溶液，色泽澄清透明；②为在60℃下反应50min后的乳糖异构化溶液，色泽呈现黄褐色，透明性降低；③为在60℃下反应100min后的乳糖异构化溶液，色泽呈现很深的黄褐色，透明性更低；④为在60℃下反应150min后的乳糖异构化溶液，色泽呈现浓郁的黄褐色乃至黑褐色，透明性很低，副产物很高)，而采用同步萃取模式辅助乳糖异构化策略，副反应微弱，最终糖浆色泽微黄但仍呈现良好的透明状态(如图3中试管⑤所示)。
实施例2：反向解吸制备高浓度和高纯度的乳果糖浆溶液
收集实施例1中同步萃取辅助乳糖异构化后第一批分离获得的上层有机相，总共1000mL，将上述1000mL萃取乳果糖后的有机相分成A和B两份，每份500mL。其中向A中加入500mL盐酸水溶液(0.01mol/L，pH＝2.0)，向B中加入100mL盐酸水溶液(0.1mol/L，pH＝1.0)。将上述混合样分别在室温，500r/min的搅拌条件下反向解吸1h，待解吸完成后，乳果糖解离进入下层酸性水溶液，离心收集酸性水溶液和上层的有机相，反向解吸之后的有机相循环重复用于下一批次的乳果糖选择性萃取。
分别将收集到的酸性水溶液进行HPLC分析，HPLC图谱如图4所示，其中A组最终解吸液中乳果糖浓度为10～12g/L，B组最终解吸液中乳果糖浓度为～40g/L，2组解吸液中乳果糖的纯度均在95％以上。
实施例3：同步萃取模式辅助乳糖异构化高效制备乳果糖
将100g的乳糖溶解到900mL去离子水中，加入NaOH调节体系pH至8.5，然后补加去离子水至整个体系体积为1L，该溶液作为乳糖异构化溶液(水相)。取500mL上述乳糖异构化溶液，并加入500mL溶解有0.1mol/L 2-(羟甲基)苯硼酸环状单酯(CAS：5735-41-1)的正辛醇(有机相)。将上述水相-有机相混合样升温至45℃，在500r/min的高速搅拌下反应120min，然后将整个体系冷却至室温，离心分离后分别获得萃取了乳果糖的上层有机相和下层乳糖异构化水相，上层有机相进行乳果糖的反向解吸，解吸后的有机相重复循环用于乳果糖的选择性萃取。
采用上述同步萃取模式辅助乳糖异构化策略，经过6轮同步循环萃取，最终总的乳果糖转化率可达到65％左右。而在pH 8.50的催化体系下，化学异构化乳糖制备乳果糖的转化率仅为13.5％，HPLC图谱如图5所示。
实施例4：反向解吸制备高浓度和高纯度的乳果糖浆溶液
收集实施例3中同步萃取辅助乳糖异构化后第一批分离获得的上层有机相，总共500mL，向500mL有机相中加入500mL盐酸水溶液(0.001M,pH＝3.0)。将上述混合样在室温，800r/min的搅拌条件下反向解吸1h，待解吸完成后，乳果糖解离进入下层酸性水溶液，离心收集下层的酸性水溶液和上层的有机相，反向解吸之后的有机相循环重复用于下一批次的选择性萃取乳果糖。
将收集到的酸性水溶液进行HPLC分析，最终解吸液中乳果糖浓度为20～22g/L，解吸液中乳果糖的纯度在90％左右。
实施例5：同步萃取模式辅助乳糖异构化高效制备乳果糖
将10g的乳糖溶解到900mL去离子水中，加入Na2HPO4和NaOH调节体系pH至7.5，然后补加去离子水至整个体系体积为1L，该溶液作为乳糖异构化溶液(水相)。取500mL上述乳糖异构化溶液，并加入100mL溶解有0.01mol/L 2-(羟甲基)苯硼酸环状单酯(CAS：5735-41-1)的环己烷(有机相)。将上述水相-有机相混合样升温至30℃，在500r/min的高速搅拌下反应150min，然后将整个体系冷却至室温，离心分离后分别获得萃取了乳果糖的上层有机相和下层乳糖异构化水相，上层有机相进行乳果糖的反向解吸，解吸后的有机相重复循环用于乳果糖的选择性萃取。
采用上述同步萃取模式辅助乳糖异构化策略，最终总的乳果糖转化率可达到60％左右。
实施例6：反向解吸制备高浓度和高纯度的乳果糖浆溶液
收集实施例5中同步萃取辅助乳糖异构化后分离获得的上层有机相，总共100mL，向上述100mL萃取乳果糖后的有机相中加入10mL盐酸水溶液(0.1mol/L，pH＝1.0)。将上述混合样在室温，500r/min的搅拌条件下反向解吸1h，待解吸完成后，乳果糖解离进入下层酸性水溶液，离心收集下层的酸性水溶液和上层的有机相，其中有机相可循环重复用于下一批次的选择性萃取乳果糖。
将收集到的酸性水溶液进行HPLC分析，最终解吸液中乳果糖浓度为20～30g/L，解吸液中乳果糖的纯度在85％左右。
实施例7：同步萃取模式辅助乳糖异构化高效制备乳果糖
将400g的乳糖溶解到900mL去离子水中，加入Na2HPO4和NaOH调节体系pH至11，然后补加去离子水至整个体系体积为1L，该溶液作为乳糖异构化溶液(水相)。取500mL上述乳糖异构化溶液，并加入5000mL溶解有1mol/L 4-乙烯基苯硼酸(CAS：2156-04-9)的环己烷(有机相)。将上述水相-有机相混合样升温至80℃，在500r/min的高速搅拌下反应30min，然后将整个体系冷却至室温，离心分离后分别获得萃取了乳果糖的上层有机相和下层乳糖异构化水相，上层有机相进行乳果糖的反向解吸，解吸后的有机相重复循环用于乳果糖的选择性萃取。
采用上述同步萃取模式辅助乳糖异构化策略，经过2次批次循环萃取，最终总的乳果糖转化率可达到80％左右。
实施例8：反向解吸制备高浓度和高纯度的乳果糖浆溶液
收集实施例7中同步萃取辅助乳糖异构化后分离获得的第一批上层有机相，总共5000mL，向上述5000mL萃取乳果糖后的有机相中加入5000mL盐酸水溶液(0.1M，pH＝1.0)。将上述混合样在室温，500r/min的搅拌条件下反向解吸1h，待解吸完成后，乳果糖解离进入下层酸性水溶液，离心收集下层的酸性水溶液和上层的有机相，其中有机相可循环重复用于下一批次的选择性萃取乳果糖。
将收集到的酸性水溶液进行HPLC分析，最终解吸液中乳果糖浓度为15～20g/L，解吸液中乳果糖的纯度在90％以上。
实施例9：同步萃取模式辅助乳糖异构化高效制备乳果糖
将250g的乳糖溶解到900mL去离子水中，加入Na2HPO4和NaOH调节体系pH至10.5，然后补加去离子水至整个体系体积为1L，该溶液作为乳糖异构化溶液(水相)。取500mL上述乳糖异构化溶液，并加入1000mL溶解有0.4mol/L 4-乙烯基苯硼酸(CAS：2156-04-9)和1mol/L萃取辅助剂(甲基三辛基氯化铵)的环己烷(有机相)。将上述水相-有机相混合样升温至60℃，在500r/min的高速搅拌下反应100min，然后将整个体系冷却至室温，离心分离后分别获得萃取了乳果糖的上层有机相和下层乳糖异构化水相，上层有机相进行乳果糖的反向解吸，解吸后的有机相重复循环用于乳果糖的选择性萃取。
采用上述同步萃取模式辅助乳糖异构化策略，在萃取辅助剂的辅助作用下，最终总的乳果糖转化率可达到85％左右。而Na2HPO4和NaOH催化体系下副反应很剧烈，糖浆色泽呈褐色且透明性较低，采用同步萃取模式辅助乳糖异构化策略，结合萃取辅助剂的辅助效应，乳糖异构化反应的副反应微弱，最终糖浆色泽微黄透明。
实施例10：反向解析制备高浓度和高纯度的乳果糖浆溶液
收集实施例9中同步萃取辅助乳糖异构化后第一批分离获得的上层有机相，总共1000mL，将上述1000mL萃取乳果糖后的有机相分成A和B两份，每份500mL。其中向A中加入500mL盐酸水溶液(0.01mol/L，pH＝2.0)，向B中加入100mL盐酸水溶液(0.1mol/L，pH＝1.0)。将上述混合样分别在室温，500r/min的搅拌条件下反向解吸1h，待解吸完成后，乳果糖解离进入下层酸性水溶液，离心收集下层的酸性水溶液和上层的有机相，其中有机相可循环重复用于下一批次的选择性萃取乳果糖。
分别将收集到的酸性水溶液进行HPLC分析，其中A组最终解吸液中乳果糖浓度在15g/L左右，B组最终解吸液中乳果糖浓度在～60g/L左右，2组解吸液中乳果糖的纯度均在95％以上。
实施例11：分批萃取模式辅助乳糖异构化高效制备乳果糖
将100g的乳糖溶解到900mL去离子水中，加入Na2HPO4和NaOH调节体系pH至10.5，然后补加去离子水至整个体系体积为1L，该溶液作为乳糖异构化溶液(水相)，将上述乳糖异构化水相在50℃，150r/min下搅拌反应100min，然后快速冷却至室温。
向上述反应液(1L)中加入1L溶解有0.4mol/L 4-乙烯基苯硼酸(CAS：2156-04-9)的环己烷(有机相)，在500r/min的高速搅拌下反应1h，离心分离后分别获得萃取了乳果糖的上层有机相(1L)和下层乳糖异构化水相(1L)。
将获得的乳糖异构化水相(1L)的pH值调节至10.5，然后将体系升温至50℃，150r/min下搅拌反应100min，重复前述步骤“异构化-萃取-异构化-萃取”步骤，经过4批次循环“异构化-萃取”后，停止反应。
如图6所示，单一碱催化乳糖异构化反应中，受限于醛糖-酮糖热力学限制，最终乳果糖得率仅为15％左右，残余乳糖含量在70％左右，副产物率达到15～20％。残余的乳糖极大限制了后续乳果糖的进一步分离纯化。而采用上述分批萃取模式，最终体系中残余乳糖含量低于10g/L，乳果糖得率达到60％左右，副产物率约30％。在分批模式中，无法大幅度降低副产物得率，其仍处于较高水平，但是该方法实现了对乳糖的高效利用，同时乳果糖被选择性萃取到有机相中，异构化水相中，残余的乳糖和生成的副产物不会对乳果糖及其后续处理产生影响。
实施例12：反向解吸获得高浓度和高纯度的乳果糖浆溶液
分别收集实施例1中萃取乳果糖后分离获得的上层有机相，总共4批次，每批次1000mL，分别命名为A、B、C和D。其中向A中加入1000mL盐酸水溶液(0.01mol/L，pH＝2.0)，向B中加入1000mL硫酸水溶液(pH＝2.0)，向C中加入200mL盐酸水溶液(0.1mol/L，pH＝1.0)，向D中加入100mL盐酸水溶液(0.2mol/L)。将上述有机相和解吸液的混合样在室温，500r/min的搅拌条件下反向解吸1h，待解吸完成后，乳果糖解离进入下层酸性水溶液，离心收集酸性水溶液和上层的有机相，解析之后的有机相可循环用于下一批次的对乳果糖的选择性吸附。
分别将收集到的酸性水溶液进行HPLC分析，HPLC图谱如图7所示，其中A组最终解吸液中乳果糖浓度～18g/L，B组最终解吸液中乳果糖浓度～15g/L，C组最终解吸液中乳果糖浓度～30g/L，D组最终解吸液中乳果糖浓度～50g/L，4组解吸液中乳果糖的纯度均在90％以上。
实施例13：分批萃取模式辅助乳糖异构化高效制备乳果糖
将400g的乳糖溶解到900mL去离子水中，加入NaOH调节体系pH至11.0，然后补加去离子水至整个体系体积为1L，该溶液作为乳糖异构化溶液(水相)。将上述乳糖异构化水相在60℃，150r/min下搅拌反应60min，然后快速冷却至室温。将上述反应液分为A和B组，每组各500mL。
向A组反应液(500mL)中加入500mL溶解有1.0mol/L 2-(羟甲基)苯硼酸环状单酯(CAS：5735-41-1)的正辛醇(有机相)，在500r/min的高速搅拌下选择性萃取1h，离心分离后分别获得萃取了乳果糖的上层有机相(500mL)和下层乳糖异构化水相(500mL)。
将获得的乳糖异构化水相(500mL)的pH值调节至11.0，然后将体系升温至60℃，150r/min下搅拌反应60min，重复前述步骤“异构化-萃取-异构化-萃取”步骤，经过12批次循环“异构化-萃取”后，停止反应。最终体系中残余乳糖含量低于15g/L，最终总的乳果糖得率在65％左右。
向B组反应液(500mL)中加入5000mL溶解有0.1mol/L 2-(羟甲基)苯硼酸环状单酯(CAS：5735-41-1)的正辛醇(有机相)，在500r/min的高速搅拌下选择性萃取1h，离心分离后分别获得萃取了乳果糖的上层有机相(500mL)和下层乳糖异构化水相(500mL)。
将获得的乳糖异构化水相(500mL)的pH值调节至11.0，然后将体系升温至60℃，150r/min下搅拌反应60min，重复前述步骤“异构化-萃取-异构化-萃取”步骤，经过3批次循环“异构化-萃取”后，停止反应。最终体系中残余乳糖含量低于5g/L，最终总的乳果糖得率在70％左右。
实施例14：分批萃取模式辅助乳糖异构化高效制备乳果糖
将10g的乳糖溶解到900mL去离子水中，加入NaOH调节体系pH至8.50，然后补加去离子水至整个体系体积为1L，该溶液作为乳糖异构化溶液(水相)。将上述乳糖异构化水相在80℃，150r/min下搅拌反应45min，然后快速冷却至室温。将上述反应液分为A和B组，每组各500mL。
向A组反应液(500mL)中加入100mL溶解有1.0mol/L 4-乙烯基苯硼酸(CAS：2156-04-9)的正辛醇(有机相)，在500r/min的高速搅拌下选择性萃取1h，离心分离后分别获得萃取了乳果糖的上层有机相(500mL)和下层乳糖异构化水相(500mL)。
将获得的乳糖异构化水相(500mL)的pH值调节至8.50，然后将体系升温至80℃，150r/min下搅拌反应45min，重复前述步骤“异构化-萃取-异构化-萃取”步骤，经过2批次循环“异构化-萃取”后，停止反应。最终体系中残余乳糖含量低于10g/L，最终总的乳果糖得率在70％左右。
向B组反应液(500mL)中加入5000mL溶解有0.01mol/L 4-乙烯基苯硼酸(CAS：2156-04-9)的正辛醇(有机相)，在500r/min的高速搅拌下选择性萃取1h，离心分离后分别获得萃取了乳果糖的上层有机相(500mL)和下层乳糖异构化水相(500mL)。
将获得的乳糖异构化水相(500mL)的pH值调节至8.50，然后将体系升温至80℃，150r/min下搅拌反应45min，重复前述步骤“异构化-萃取-异构化-萃取”步骤，经过2批次循环“异构化-萃取”后，停止反应。最终体系中残余乳糖含量低于5g/L，最终总的乳果糖得率在70％左右。
实施例15：分批萃取模式辅助乳糖异构化高效制备乳果糖
将250g的乳糖溶解到900mL去离子水中，加入NaOH调节体系pH至10.5，然后补加去离子水至整个体系体积为1L，该溶液作为乳糖异构化溶液(水相)。将上述乳糖异构化水相在40℃，150r/min下搅拌反应150min，然后快速冷却至室温。将上述反应液分为A和B组，每组各500mL.
向A组反应液(500mL)中加入500mL溶解有0.4mol/L 4-乙烯基苯硼酸(CAS：2156-04-9)的正辛醇(有机相)，在500r/min的高速搅拌下选择性萃取1h，离心分离后分别获得萃取了乳果糖的上层有机相(500mL)和下层乳糖异构化水相(500mL)。
将获得的乳糖异构化水相(500mL)的pH值调节至10.50，然后将体系升温至40℃，150r/min下搅拌反应150min，重复前述步骤“异构化-萃取-异构化-萃取”步骤，经过5批次循环“异构化-萃取”后，停止反应。最终体系中残余乳糖含量低于15g/L，最终总的乳果糖得率在68-70％左右。
向B组反应液(500mL)中加入500mL溶解有0.4mol/L 4-乙烯基苯硼酸(CAS：2156-04-9)和1mol/L萃取辅助剂(甲基三辛基氯化铵)的正辛醇(有机相)，在500r/min的高速搅拌下选择性萃取1h，离心分离后分别获得萃取了乳果糖的上层有机相(500mL)和下层乳糖异构化水相(500mL)。
将获得的乳糖异构化水相(500mL)的pH值调节至10.5，然后将体系升温至40℃，150r/min下搅拌反应150min，重复前述步骤“异构化-萃取-异构化-萃取”步骤，经过5批次循环“异构化-萃取”后，停止反应。最终体系中残余乳糖含量低于5g/L，最终总的乳果糖得率在77-78％左右。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种高纯度乳果糖的制备方法，其特征在于，包括：采用含有苯硼酸基化合物的有机溶液对乳糖异构化的水溶液进行萃取，萃取后分离有机相，向分离后的有机相中加入酸性水溶液进行乳果糖解吸，解吸结束后分离水溶液和有机溶液，所述的水溶液中含有乳果糖。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的苯硼酸基化合物具有如下结构式：
Figure FDA0002364813290000011
其中，R选自氢、羟基、氨基、羧基、C1-C5的烷基，所述的烷基上包括氢、羟基、氨基、羧基中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的含有苯硼酸基化合物的有机溶液在乳糖异构化之前加入到乳糖异构化的水溶液中，包括如下步骤：
1)苯硼酸基化合物辅助乳糖异构化：向乳糖水溶液中添加碱使其呈碱性，并向碱性的乳糖水溶液中加入含有苯硼酸基化合物的有机溶液，升温至30～80℃，搅拌反应，反应结束后分离有机相；
2)乳果糖解吸：向步骤1)分离得到的有机相中加入酸性水溶液，搅拌进行乳果糖解吸，解吸结束后分离水溶液和有机溶液，所述的水溶液中含有乳果糖；
在步骤2)中分离得到的有机溶液中含有苯硼酸基化合物，所述的有机溶液可重复用于步骤1)；在步骤1)分离得到的水相中含有未反应的乳糖和碱催化剂，所述的水相可重复用于步骤1)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的含有苯硼酸基化合物的有机溶液在乳糖异构化之后加入到乳糖异构化的水溶液中，包括如下步骤：
1)乳糖异构化制备乳果糖：向乳糖水溶液中添加碱使其呈碱性，升温至30～80℃，在搅拌条件下进行异构化反应；
2)选择性萃取乳果糖：向步骤1)得到的乳糖异构化溶液中，加入含有苯硼酸基化合物的有机溶液，在搅拌状态下进行乳果糖的选择性萃取，萃取结束后，分离有机相和水相；
3)乳果糖反向解吸：向步骤2)分离得到的有机相中加入酸性水溶液，在搅拌状态下进行乳果糖反向解吸，解吸结束后分离酸性水相和有机相，所述的酸性水相中含有乳果糖；
在步骤3)中分离得到的有机相中含有苯硼酸基化合物，所述的有机相可重复用于步骤2)中乳果糖的选择性萃取；步骤2)分离得到的水相中含有未反应的乳糖和碱催化剂，所述的水相可重复用于步骤1)中乳糖异构化制备乳果糖。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，加入碱后使乳糖水溶液的pH>7.5，所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾或氢氧化钙中的一种或多种组合。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述的有机溶液中的有机溶剂为辛醇、环己烷、庚烷或辛烷中的一种或多种组合。
7.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述的酸性水溶液为盐酸、硫酸、醋酸、乳酸或柠檬酸中的一种或多种组合，所述酸性水溶液的pH<4.0。
8.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述的含有苯硼酸基化合物的有机溶液中苯硼酸基化合物的浓度为0.01～1mol/L，乳糖水溶液的浓度为10～400g/L，有机溶液与乳糖水溶液的体积比为1:5～10:1。
9.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述的酸性水溶液与有机相的体积比为1:1～1:10。
10.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述的含有苯硼酸基化合物的有机溶液中还包含萃取辅助剂，所述的萃取辅助剂为甲基三辛基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵或八烷基三甲基氯化铵。
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