CN1617844A - 制备碱和热稳定多元醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备碱和热稳定多元醇的方法，它是用试剂处理糖醇而得到稳定化糖醇糖浆，将该稳定化糖浆通过至少一个离子交换树脂步骤进行纯化，即通过双通道的阳离子和阴离子交换构型(CACA)进行纯化，其中CACA构型至少包括第一弱酸阳离子交换树脂和第二强碱、中碱或弱碱阴离子交换树脂。

Description

制备碱和热稳定多元醇的方法
本发明涉及一种制备碱和热稳定性多元醇的方法，它是用试剂处理糖醇(sugar alcohol)而得到稳定化糖醇糖浆(stabilized sugar alcohol syrup)，通过至少一次离子交换树脂纯化步骤来纯化该糖浆。
多元醇意指糖醇糖浆，即多糖水解产物的氢化产物，包括，但不局限于，从淀粉、木聚糖、阿拉伯糖基木聚糖、纤维素或其它植物性(vegetal)多糖。典型地淀粉水解产物，例如，葡萄糖(dextrose)、高DE值葡萄糖糖浆、高麦芽糖糖浆、标准葡萄糖糖浆和麦芽糖糊精，包括低DE值麦芽糖糊精。
碱和热稳定性糖醇对于工业和食品领域中许多方面的应用是非常重要的，可参见JP 63/079844和EP 0711743。在这些专利文献中，记载的是通过用试剂处理糖醇以尽量去除成色成分的方式获得碱和热稳定糖醇。
在JP63/079844中，糖醇糖浆在PH＝9.5-13和高温下处理30分钟到2小时。
在EP0711743中，通过发酵、氧化或焦糖化步骤来获得稳定性。
然后，稳定化糖醇糖浆经过纯化步骤得到最终产品。
在JP63/079844中所述的纯化步骤包括用离子交换树脂处理糖浆。在该文献中，将冷却到50℃的糖浆首先通过强酸阳离子树脂，然后通过弱碱或中碱阴离子树脂，最后通过由上述同样的阳离子和阴离子树脂以1∶2的比率混合组成的混合床。这些树脂的工作温度在该专利文献中没有提及。
在EP0711743的一个实施例中，通过强酸阳离子树脂和强碱阴离子树脂来纯化稳定化糖浆。同样，没有对离子交换树脂的工作温度进行探讨。
在EP1095925提供一种改进方法，涉及通过一种碱和热稳定处理的糖醇糖浆的纯化。在该方法中，至少将稳定化糖醇糖浆通过强酸阳离子树脂进行纯化，其中通过树脂的温度低于50℃，在一个优选实施方式中要求低于40℃，最优选的温度为20℃至30℃。
在EP1095925中提及树脂的工作温度对于期望在纯化后还原性糖水平的重要性。基于这一点，工作温度低于30℃可以得非常好的热和碱稳定产物，这对于许多应用所需求的。当可水解糖醇含量高的糖浆，例如麦芽糖醇、麦芽三糖醇(maltotriitol)和氢化寡糖，其工作温度更为重要。
在US5254174中注意到对于底物处理的水解而言，强酸阳离子树脂的工作温度非常重要。至于寡糖的处理，建议使用25℃至35℃的强酸阳离子树脂，以阻止寡糖的水解。
在US4329183中注意到通过控制强酸阳离子树脂的温度为25℃至30℃是如何防止去阳离子过程中的蔗糖转换反应。
然而，当产品中需要低还原性糖含量时，在稳定化糖醇糖浆的精制过程中使用强酸阳离子树脂，其工作温度要求为20℃至30℃，此时呈现出弊端。为了将糖浆冷却到该相对低的温度，则要使用额外的冷却设备和能量。由于在这种较低温度下，相对而言被浓缩的糖浆的粘性增加，因而导致后续处理更加复杂(树脂中的内部压力)。尤其是对于通过氢化淀粉水解产物获得的主要由双糖、三糖或更高寡糖的糖浆(例如，中和高麦芽糖糖浆；麦芽三糖糖浆)更是如此。另一个弊端是，强酸树脂的再生需要大量的酸。
在EP0262711中将弱酸阳离子和弱或中碱性阴离子树脂结合用于纯化甜菜糖稀汁。
应当注意的是该方法注重对甜菜糖稀汁的部分软化(如其实施例中所描述的)。然而，从这些实施例中可知，很明显对于阳离子和色素远没有完全去除。
本发明的目的在于提供一种制备碱和热稳定多元醇的方法，克服了上述提到的弊端。
为达到上述发明目的，提供一种制备碱和热稳定多元醇的方法，其中：用试剂处理糖醇以获得稳定化糖醇糖浆，进而将糖浆通过至少一个离子交换树脂纯化步骤以进行纯化，其中稳定化糖醇糖浆是通过一种双通道的阳离子和阴离子交换构型(CACA)进行纯化的，所述CACA构型包括至少第一弱酸阳离子交换树脂和第二强碱、中碱或弱碱阴离子交换树脂。
根据本发明的一种优选方法，所使用的温度保持为20℃至60℃。
根据本发明的一种优选方法，CACA构型使用’MERRY-GO-ROUND”系统，包括至少3对层析柱，由一根填充阳离子交换树脂的层析柱和一根填充阴离子交换树脂的层析柱组成的每一对层析柱用于纯化，并且至少两对层析柱用于纯化稳定化糖醇糖浆，而至少一第三对层析柱进行再生。
这一系统具有在精制稳定化糖醇糖浆时可以连续操作的优点。
根据本发明的一种优选方法，在层析柱中的所述阳离子交换树脂由两层组成，在层析柱出口的离子交换树脂层由强酸性离子交换树脂组成。
根据本发明的一种更具体方法，所述强酸离子交换树脂的体积占层析柱中阳离子交换树脂的0.5％至50％。
根据本发明的一个还具体的方法中，所述强酸离子交换树脂的体积占层析柱中阳离子交换树脂的5％至25％。
本发明的一个更优选的方法，所用温度变化范围为30℃至50℃。
根据本发明的一个具体的优选方法中，所用温度变化范围为35℃至45℃。
在本发明的一个具体的方法中，在第一步的处理糖醇以获得稳定化糖醇糖浆的过程中，包括对相应的多糖水解产物进行氢化反应以产生氢化糖醇糖浆，然后对氢化糖浆进行碱和热稳定处理以获得所述稳定化糖醇糖浆。
根据本发明的一个更具体的方法中，在残余还原性糖干重含量低于0.2％时终止氢化反应。
根据本发明的一个更具体的方法中，在残余还原性糖干重含量低于0.1％时终止氢化反应。
根据本发明的一个优选方法，精制糖醇糖浆的传导性(conductivity)低于原糖浆的1％。
根据本发明的一个更优选方法，精制糖醇糖浆的传导性低于原糖浆的0.5％。
优选地，根据本发明的方法，使用的水解后糖醇，采用Bertrand’s方法测定其总还原糖含量为3.5％至98％。
更优选地，根据本发明的方法，采用Bertrand’s方法测定，使用的水解后糖醇的总还原糖含量为40％至95％。
最优选地，根据本发明的方法，采用Bertrand’s方法测定，使用的水解后糖醇的总还原糖含量为50％至92％。
根据本发明的一个优选方法，所述糖醇是通过对中麦芽糖糖浆到高麦芽糖糖浆进行氢化获得的。
本发明的特点和特性将在后面提供的实施例和附图来进一步得到阐述。值得提出的是，这些实施例的具体方面以优选实施例方式进行描述的，这只表明它们属于上述提及的本发明的概括性说明的范围之内，而不能解释为对本发明范围和权利要求请求保护范围的限制。
附图图1是本发明方法所使用的“merry-go-round”系统的图示。
根据本发明方法，在第一步中包括对相应多糖水解产物的氢化作用(因而称作糖醇)，然后对氢化糖醇糖浆进行碱和热稳定处理以得到稳定化糖醇糖浆，最后纯化或精制稳定化糖醇糖浆，这样就获得了一种抗碱性和热的糖醇糖浆。
根据本发明方法，采用Bertrand’s方法进行测定，所用的糖醇糖浆在水解后包含的总还原糖含量为3.5％至98％为宜。然而，进一步也发现，采用Bertrand’s方法进行测定，糖醇糖浆在水解后包含的总还原糖含量为40％至95％，优选为50％至92％获得非常好的效果。
可以根据已知的常规技术来进行氢化反应。当残余还原性糖干重含量低于0.2％，优选低于0.1％时终止氢化反应。
接着对氢化糖醇糖浆进行碱和热处理，以得到稳定化糖醇糖浆，稳定化糖醇糖浆在该过程中经历脱色。
之后，纯化或精制稳定化糖醇糖浆，以去除存在的色素成分。纯化步骤由双通道(CACA)的阳离子阴离子(CA)离子交换构型(configuration)完成。在这个过程中，利用的是由弱酸阳离子树脂和强碱、中碱或弱碱阴离子树脂组成的CACA，其工作温度为30℃至50℃，更优选方法所用工作温度为30℃至50℃，尤其优选地方法，所用工作温度为35℃至45℃。
因而在CACA处理糖浆后最重要的是充分完全地去除矿物质和脱色。而且，这些糖浆在进行碱和热处理时应当保持完全无色。
在优选方法中，利用的CACA构型是如图1所示的“merry-go-round”系统。类似的系统由3对层析柱(或更多对)组成，每一对层析柱由一根填充阳离子交换树脂的层析柱和一根填充阴离子交换树脂的层析柱组成。此外，两对层析柱用于纯化处理的糖浆(CACA)，而第三对层析柱用于再生。在通过第二套CA层析柱之后收集精制糖浆。因此，当第一对层析柱耗尽时，则转移到第二对层析柱中，在通过第三套层析柱之后收集精制糖浆。同时第一套层析柱中的树脂被去糖(sweeten off)和再生。
根据本发明的不同方法，层析柱中的阳离子树脂由两层组成，在层析柱出口的离子交换树脂层由强酸阳离子交换树脂组成。这一层占层析柱中阳离子交换树脂体积的0.5％至50％，优选地为5％至25％。
在处理之后，精制糖醇糖浆的传导率低于原糖浆的1％，优选地低于原糖浆的0.5％。
根据本发明获得的糖醇糖浆非常适合于制备碱性pH或包含碱性成分的产品，或者通过热处理来进行处理或获得的产品。
下面可通过实施例来进一步解释本发明，然而，不能解释为对本发明范围和权利要求请求保护范围的限制。
实施例1：
根据标准方法对高麦芽糖浆进行氢化反应，直至残留还原性糖干重含量低于0.2％。
氢化糖浆(约50％d.w.)，含有如下成分，对其进行碱和热处理，将糖浆的pH调到11，后于100℃加热2小时。
糖浆的成分如下(干重％)：
山梨糖醇                                   6.5％
麦芽糖醇                                   62.5％
麦芽三糖醇(maltotriitol)                   18.5％
较高(higher DP polyols)DP多元醇            12.4％
碱和热处理后，氢化糖浆冷却到35℃至40℃，再通过离子交换系统进行纯化。所用系统由3对层析柱组成。每一对层析柱由一根填充阳离子树脂的层析柱和一根填充阴离子树脂的层析柱组成。阳离子树脂是用弱酸阳离子树脂(Lewatit S8528)，阴离子树脂是强碱树脂(Lewatit OC1074)。树脂填充到具有双层壁的玻璃柱，内径为25mm。树脂的用量为100ml Lewatit S8528和100ml Lewatit OC1704。层析柱被加热到35℃，流速为200ml/小时。
对第一对层析柱进行上样，当第一对层析柱处理3100ml糖浆时，停止上样(第1步)。样品即转移到第二对层析柱，这对层析柱以前是用作“结束”层析柱对。在这里第三对层析柱被用作“结束”层析柱对，而第一对层析柱被去糖和再生(第2步)。然后，第二对层析柱处理3100ml样品时终止对第二对层析柱的上样，将样品转移到第三对层析柱(第3步)。这种操作方式在“merry-go-round”构型中连续进行，总有一对层析柱正在得以再生，以便接下来的CACA精制系统仍然能够运作。在CACA构型的第二对层析柱的出口处收集精制的糖浆。
在CACA处理之前，未精制处理底物的消光值(extinction value)为2.45(1cm比色杯，420mm)。
糖浆在CACA的第1步处理之后，进行碱和热稳定性检测。这种检测被称作S-检测，在EP711743中有详细描述。根据S检测，糖醇糖浆的稳定性均得到改善，消光值降低(优选＜0.1)。
分别测定在第1步、第2步和第3步收集的糖浆的上述精制后的糖醇糖浆的消光值(S值)，如图1所示。
CACA处理 S-值
第一步 0.055
第二步 0.052
第三步 0.051
比较例1
对与实施例1中相同的麦芽糖醣糖浆进行离子交换纯化，用下述树脂的组合：
(A)CA：强酸-中碱(Dowex CM15和Purolite A847S)
(B)CA：强酸-强碱(Dowex CM15和Lewatit OC1074)
另外，分别在两种不同温度下进行纯化步骤，即23℃和35℃。
在下表中，对上述处理获得的糖浆的S-值与根据本发明方法获得的糖浆的的S-值进行了比较。
实施例1  (A)23℃  (A)35℃  (B)23℃  (B)35℃
S-值 0.051  0.089  0.095  0.075  0.085
因而可以得出结论：根据本发明方法进行CACA处理所获得的结果总是要好于已知方法获得的结果。
实施例2
按实施例1所描述的“merry-go-round”CACA系统对与实施例1中相同的麦芽糖醇糖浆进行离子交换纯化步聚，其中层析柱中的阳离子树脂由上层为90ml弱酸阳离子树脂(IMAC HP336)，下层为10ml强酸阳离子树脂(Dowex CM15)。阴离子树脂是中碱树脂(Purolite A847S)。
用等体积的阳离子和阴离子树脂于35℃下对实施例1所用麦芽糖醇糖浆进行精制。精制糖浆的S-值为0.063(10ml强酸阳离子树脂(DowexCM15))。阴离子树脂是中碱树脂(Purolite A847S)。
用等体积的阳离子和阴离子树脂于35℃下与实施例1中相同的麦芽糖醣糖浆进行精制。精制糖浆的S-值为0.063。

Claims (17)

1.一种制备碱和热稳定多元醇的方法，其中：
-用试剂处理糖醇而得到稳定化糖醇糖浆，和
-将该稳定化糖浆通过至少一个离子交换树脂步骤进行纯化，
其特征在于，所述稳定化糖醇糖浆是通过双通道的阳离子和阴离子交换构型(CACA)进行纯化，其中CACA至少包括第一弱酸阳离子交换树脂和第二强碱、中碱或弱碱阴离子交换树脂。
2.根据权利要求1的方法，其特征于，所用温度为20℃-60℃。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征于，CACA构型使用“merry-go-round”系统，包括至少3对层析柱，每一对层析柱由一根填充阳离子交换树脂的层析柱和一根填充阴离子交换树脂的层析柱组成，并且至少其中两对层析柱用于纯化稳定化糖醇糖浆，至少一第三对层析柱用于再生。
4.根据权利要求3的方法，其特征于，层析柱中的所述阳离子交换树脂由两层组成，在层析柱出口的离子交换树脂层由强酸离子交换树脂组成。
5.根据权利要求4的方法，其特征于，所述强酸离子交换树脂的体积占层析柱中阳离子交换树脂的0.5％至50％。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于所述强酸离子交换树脂层的体积占层析柱中阳离子交换树脂的5％至25％。
7.根据权利要求2-6任一项的方法，其中所用温度为30℃至50℃。
8.根据权利要求2-6任一项的方法，其中所用温度为35℃至45℃。
9.根据权利要求1-8任一项的方法，其中在第一步的处理糖醇得到稳定化糖醇糖浆中包括对相应的多糖水解产物进行氢化反应以产生氢化糖醇糖浆，然后对氢化糖浆进行碱和热稳定处理以获得所述稳定化糖醇糖浆。
10.根据权利要求9的方法，其中在残余还原性糖干重含量低于0.2％时终止氢化反应。
11.根据权利要求9的方法，其中在残余还原性糖干重含量低于0.1％时终止氢化反应。
12.根据权利要求1-11任一项的方法，其中精制糖醇糖浆的传导性低于原糖浆的1％。
13.根据权利要求1-11任一项的方法，其中精制糖醇糖浆的传导性低于原糖浆的0.5％。
14.根据权利要求1-13任一项的方法，其中采用Bertrand’s方法测定所用水解后的糖醇的总还原糖含量为3.5％至98％。
15.根据权利要求1-13任一项的方法，其中采用Bertrand’s方法测定所用水解后的糖醇的总还原糖含量为40％至95％。
16.根据权利要求1-13任一项的方法，其中采用Bertrand’s方法测定所用水解后的糖醇的总还原糖含量为50％至92％。
17.根据权利要求14-16任一项的方法，其中糖醇是通过对中到高麦芽糖醇糖浆进行氢化作用获得的。
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