Способ получения сиропа лактулозы

 

Изобретение относится к молочной промышленности. Способ предусматривает приготовление водного раствора лактозы с концентрацией ее 10 - 40% при 70 - 100^oC. Горячий раствор подвергают электролитической активации до достижения pH 11,5 - 12,5. Раствор лактозы подвергают изомеризации при 70 - 100^oC, сгущают изомеризованный раствор, кристаллизуют лактозу и отделяют кристаллы лактозы от сиропа лактулозы. Способ обеспечивает повышение выхода последней, а также снижение энергозатрат. 1 ил.

Изобретение относится к молочной промышленности и может быть использовано для получения лактулозы, являющейся активным бифидогенным фактором.

Для получения лактулозы используется внутримолекулярная перегруппировка лактозы в растворах, обладающих щелочными свойствами. Известные промышленные способы производства лактулозы предусматривают использование в качестве катализатора реакции изомеризации лактозы в лактулозу щелочей (гидроксид натрия или кальция) или солей, обладающих щелочными свойствами (сульфитов, фосфитов, боратов, алюминатов).

Препараты лактулозы, полученные с использованием катализаторов требуют для получения качественного готового продукта очистки от внесенных реагентов, использования специального оборудования, материальных и энергетических затрат.

Известен способ получения сиропа лактулозы (патент Австрии 288595, МКИ A 61 K 27/00. Способ производства концентратов лактулозы/ Лаевозан, Австрия - заявл. 07.02.69, опубл. 23.08.80.) предусматривающий приготовление водного щелочного раствора лактозы путем внесения в насыщенные 60-65% растворы лактозы при 80-100^o 0,05 - 0,5 моль щелочного или щелочноземельного сульфита на 1 кг моногидрата лактозы, изомеризацию последней и охлаждение. После этого в раствор вводят кристаллическую затравку для ускорения процесса кристаллизации неизомеризованной лактозы. После удаления кристаллов лактозы раствор подвергают ионообменной обработке для удаления катализатора (сульфита) и образовавшихся кислот. Очищенный раствор концентрируют, охлаждают. Недостатком способа является внесении в раствор лактозы посторонних химических реагентов (сульфитов) в качестве катализаторов, которые в дальнейшем необходимо удалять, применяя при этом сложное оборудование.

Ближайшим техническим решением к предложенному является способ получения сиропа лактулозы (патент РФ 2092563 МКИ 13/00, 5/00 Заявл. 14.04.95, опубл. 10.10.97), предусматривающий приготовление водного щелочного раствора лактозы, изомеризацию последующей, сгущение изомеризованного раствора, кристаллизацию лактозы и отделение кристаллов лактозы от сиропа лактулозы. Способ предусматривает использование для приготовления водного щелочного раствора лактозы католит, полученный электролизом воды и имеющий pH 10,5-11,5, при этом концентрация лактозы в нем составляет 1-5% и процесс изомеризации проводят при 70-100^oC.

Преимуществом способа является исключение расхода химических реагентов, деминерализации раствора, что упрощает и ускоряет процесс.

Существенным недостатком прототип является низкая концентрация исходного раствора лактозы - 1,5%, обусловленная недостатком щелочных ионов для изомеризации. При растворении в католите с pH 10,5 - 11,5 лактозы, обладающей слабокислыми свойствами, происходит нейтрализация щелочных ионов. При увеличении концентрации лактозы до 10% и выше, pH вплоть до нейтральных значений изомеризация не протекает. Низкая концентрация исходного раствора требует в дальнейшем больших энергетических затрат на удаление влаги при сгущении раствора с целью получения сиропа лактулозы.

Технический результат предлагаемого способа заключается в значительном (в 2 - 8 раз) снижении энергетических затрат на производство лактулозы. При этом сохраняются все преимущества безреагентного способа: исключение операций внесения катализаторов, деминерализации и др.

Для достижения технического результата предлагается повергать электроактивированию не воду или слабые растворы солей (как в прототипе), а растворы лактозы. В этом случае источником образования щелочных ионов, необходимых для изомеризации, являются молекулы раствора, в том числе микроколичества минеральных компонентов, присутствующих в лактозосодержащем источнике (в том числе в молочном сахаре, молочной сыворотке и др.). Это позволяет довести pH раствора лактозы до 11,5 - 12,5, достичь высоких концентраций щелочных ионов, а следовательно, и степеней изомеризации даже в растворах с высокой концентрацией лактозы (10-40%).

Следует отметить, что простое добавление эквивалентного раствору лактозы количества минеральных солей при получении католита в прототипе не дает таких же конечных результатов изомеризации. Проведенные нами исследования позволяют утверждать, что только электроактивация всей системы "раствор молочного сахара" дает возможность достичь указанного положительного эффекта.

Способ получения сиропа лактулозы заключается в следующем.

Готовят водный раствор лактозы с концентрацией последней 10 - 40% при температуре 70 - 100^oC. Горячий раствор подвергают электроактивации в катодном пространстве установки. В анодное пространство помещают водопроводную воду.

В результате экстрагирования pH раствора лактозы, помещенного в катодное пространство установки, изменяется и достигает значения 11,5 - 12,5 ед. Это значение pH обеспечивает возможность изомеризации 10-40% растворов молочного сахара, так как в католите накапливаются ионы, играющие роль катализаторов процесса изомеризации лактозы в лактулозу.

При электроактивировании горячего раствора лактозы, который и используется в качестве католита, протекает реакция изомеризации лактозы в лактулозу и степень ее составляет от 10 до 40%.

Установлено, что при повышении концентрации лактозы выше 40% наблюдается снижение степени изомеризации. Это явление можно объяснить недостатком акцепторов протонов в католите для изомеризации высококонцентрированных растворов лактозы. Нижний предел концентрации раствора лактозы (10%) обусловлен экономической целесообразностью. Так как при электроактивровании слабо концентрированных растворов лактозы резко повышаются энергозатраты на изомеризацию и последующее сгущение раствора. Нижний предел pH (11,5) обусловлен тем, что только при этом значении реакция изомеризации лактозы в лактулозу протекает эффективно, и более низкие значения pH не обеспечивают достаточного количества гидроксид ионов для катализации реакции изомеризации. Установлено, что величина pH раствора лактозы в катодном пространстве выше, чем 12,5 ед. требует высоких затрат электроэнергии и не приводит к существенному повышению степени изомеризации лактозы в лактулозу. Изомеризованный раствор сгущают, охлаждают до 10-15^oC и проводят процесс кристаллизации непрорегаировавшей лактозы. Для ускорения процесса кристаллизации может быть внесена кристаллическая затравка. Полученную кристалломассу центрифугируют для отделения кристаллов лактозы от сиропа лактулозы. При необходимости процесс кристаллизации и выделения лактозы повторяют.

В результате получают сироп, содержащий в основном лактулозу, а также лактозу, незначительное количество галактозы и зольного остатка. Выделенная кристаллическая лактоза может быть использована как исходное сырье, что обеспечивает безотходность технологии. Принципиальная схема получения лактулозу по прототипу и предлагаемым способом представлена на чертеже.

Пример 1. При электролизе воды получают 20 литров католита с pH 10,9 и температурой 74^oC. В этом количестве католита растворяют 100 г лактозы (рафинированного молочного сахара) и выдерживают раствор при 70^oC в течение 12 минут, контролируя процесс по удельному вращению. После этого раствор сгущают под вакуумом при 65^oC до содержания сухих веществ 40%. После охлаждения и внесения кристаллической затравки выдерживают раствор при 10^oC в течение 12 часов. Выкристаллизовавшуюся лактозу отделяют центрифугированием. Полученный раствор содержит 19,3% сухих веществ, в том числе 4,8% лактулозы. После повторного сгущения и повторения операций по выделению лактозы получают прозрачный желтый сироп со сладким вкусом, содержащим сухих веществ 44,21%. лактозы 26,8% золы - 0,8%. Степень изомеризации лактозы в лактулозу в данном примере достигает 5%. И концентрирование сиропа лактулозы достигается за счет выпаривания раствора лакто-лактулозы.

Пример 2. Готовят 20 литров 5% раствора молочного сахара, нагревают его до температуры 80^oC для растворения лактозы и подвергают электроактивированию до pH = 11, выдерживают в электроактиваторе в течение 10 минут. Процесс изомеризации контролируют по удельному вращению плоскости поляризации. Раствор сгущают пол вакуумом при 65^oC до содержания сухих веществ 30%. После охлаждения и внесения кристаллической затравки выдерживают раствор при 10^oC в течение 12 часов. Выкристаллизовавшуюся лактозу отделяют центрифугированием. Полученный раствор содержит 14% сухих веществ, в том числе 5% лактулозы. После повторного сгущения и повторения операции по выделению лактозы получают прозрачный желтый сироп со сладким вкусом, содержащий 40% сухих веществ, из них 23% лактулозы, 16,5% лактозы, 0,8% золы.

Получение сиропа лактулозы данным способом предусматривает неоправданно большой расход энергии на сгущение 5% раствора до содержания сухих веществ в сиропе 40%.

Пример 3. Готовят 20 литров 10% раствора молочного сахара, нагревают его до температуры 80^oC для растворения лактозы и подвергают электроактивированию до pH = 11,5 и выдерживают в электроактиваторе в течение 20 минут. Процесс изомеризации контролируют по удельному вращению плоскости поляризации. Раствор сгущают под вакуумом при 65% до выдерживания сухих веществ 40%. После охлаждения и внесения кристаллической затравки выдерживают раствор при 10^oC в течение 12 часов. Выкристаллизовавшуюся лактозу отделяют центрифунгированием. Полученный раствор содержит 20% сухих веществ, в том числе 9% лактулозы. После повторного сгущения и повторения операции по выделению лактозы получают прозрачный желтый сироп со сладким вкусом, содержащий 46% сухих веществ, из них 29,2% лактулозы, 16,5% лактозы и 0,7% золы.

Пример 4. Готовят 10 литров 25% раствора молочного сахара, нагревают полученный раствор до 100% для растворения лактозы и осаждения белка, и горячим подвергают электроактивированию. В результате получают 10 литров католита (25% раствора лактозы) с pH 12 и температурой 80^oC. После этого раствор охлаждают до 10^oC, вносят кристаллическую затравку и выдерживают в течение 12 часов. Выкристаллизовавшуюся лактозу отделяют центрифугированием. Полученный раствор содержит 40% сухих веществ, из них 21% лактулозы. Этот раствор сгущают под вакуумом при 65^oC и после повторной операции по выделению кристаллов лактозы получают прозрачный желтый сироп лактулозы со сладким вкусом, содержащий 50% сухих веществ, из них 35% лактулозы, 14% лактозы и 1% золы.

Пример 5. Готовят 20 литров 40% раствора молочного сахара, нагревают полученный раствор до 100^oC для растворения лактозы и осаждения белка, и горячим подвергают электроактивированию. В результате получают 20 литров католита (40% раствора лактозы) с pH 12,5 и температурой 80^oC. После этого раствор охлаждают до 10^oC, вносят кристаллическую затравку и выдерживают в течение 12 часов. Выкристаллизовавшуюся лактозу отделяют центирифугированием. Полученный раствор содержит 24% сухих веществ, из них 18% лактулозы. Этот раствор сгущают под вакуумом при 65^oC и после повторной операции по выделению кристаллов лактозы получают мутный темно-желтый сироп лактулозы со сладким вкусом, содержащий 40% сухих веществ, из них 28% лактулозы, 10,5% лактозы и 1,5% золы.

При получении сиропа лактулозы данным способом наблюдается незначительное загрязнение поверхности электродов и мембраны выкристаллизовавшейся во время электроактивирования лактозой.

Пример 6. Готовят 5 литров 45% раствора молочного сахара, нагревают полученный раствор до 100^oC для растворения лактозы и осаждения белка и горячим подвергают электроактивированию. В результате получают 5 литров католита (45% раствора лактозы) с pH 13 и температурой 80^oC. После этого раствор охлаждают до 10^oC, вносят кристаллическую затравку и выдерживают в течение 12 часов. Выкристаллизовавшуюся лактозу отделяют центрифугированием. Полученный раствор содержит 29% сухих веществ, из них 19% лактулозы. Этот раствор сгущают под вакуумом при 65^oC и после повторной операции по выделению кристаллов лактозы получают мутный коричневый сироп лактулозы со сладким вкусом, содержащий 43% сухих веществ, из них 27,5% лактулозы, 13,5% лактозы и 3% золы.

При получении сиропа лактулозы данным способом наблюдается существенное загрязнение поверхности электродов и мембраны выкристаллизовавшейся лактозой, кроме того образуется значительное количество побочных продуктов реакции изомеризации за счет повышения pH выше 12,5 единиц и неоправданный перерасход электроэнергии на активацию концентрированного раствора лактозы.

Формула изобретения

Способ получения сиропа лактулозы, предусматривающий приготовление водного раствора лактозы, изомеризацию последней при 70 - 100^oC, сгущение изомеризованного раствора, кристаллизацию лактозы и отделение кристаллов лактозы от сиропа лактулозы, отличающийся тем, что раствор лактозы готовят 10 - 40%-ной концентрации и подвергают его электролитической активации до достижения pH 11,5 - 12,5 ед.

РИСУНКИ

Рисунок 1