本技術(shù)涉及食品醫(yī)藥領(lǐng)域，具體涉及一種制備乳糖和低聚半乳糖的方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、乳糖是哺乳動(dòng)物乳汁中常見的雙糖，是兒童生長(zhǎng)發(fā)育的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之一，對(duì)青少年智力發(fā)育十分重要，廣泛應(yīng)用于食品或醫(yī)藥中?，F(xiàn)有技術(shù)中生產(chǎn)食品級(jí)乳糖或醫(yī)藥級(jí)乳糖的方法主要經(jīng)過多次的結(jié)晶沉淀，其中或經(jīng)過活性炭吸附處理，提純?nèi)ルs質(zhì)的效果并不理想，并且產(chǎn)生的剩余液中也含有殘留的乳糖，造成浪費(fèi)。

2、低聚半乳糖(galactooligosaccharides，gos)是以乳糖為原料，通過半乳糖苷酶的轉(zhuǎn)糖苷作用制得。在自然界中，低聚半乳糖微量存在于動(dòng)物乳汁中，是一種具有天然屬性的功能性低聚糖。低聚半乳糖具有促進(jìn)雙歧桿菌的增殖、改善脂質(zhì)代謝、提高免疫力等多種功能特性，廣泛應(yīng)用于乳制品、嬰幼兒配方食品、保健食品等多個(gè)領(lǐng)域。目前制備低聚半乳糖的方法主要是以乳糖為底物，經(jīng)半乳糖苷酶水解成低聚半乳糖產(chǎn)物。但是在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的單糖和半乳糖副產(chǎn)物會(huì)抑制反應(yīng)的進(jìn)行，并且產(chǎn)生的低聚半乳糖產(chǎn)物還會(huì)分解成半乳糖。因此，現(xiàn)有技術(shù)中制備低聚半乳糖的方法將導(dǎo)致反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)、產(chǎn)物分離不及時(shí)、副產(chǎn)物增多、反應(yīng)不完全以及產(chǎn)物生成率低。

3、因此，目前制備乳糖和低聚半乳糖的方法和裝置仍有待改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種制備乳糖和低聚半乳糖的方法和裝置，以至少在一定程度上緩解甚至解決上述背景技術(shù)中提出的問題中的至少之一。

2、在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種制備乳糖和低聚半乳糖的方法，所述方法包括：對(duì)液態(tài)含乳糖原料進(jìn)行乳糖濃縮處理，分離得到乳糖濃縮液；對(duì)所述乳糖濃縮液進(jìn)行提純處理，以制備乳糖，并分離得到乳糖結(jié)晶母液；對(duì)所述乳糖結(jié)晶母液進(jìn)行乳糖的全分解處理，至所述乳糖結(jié)晶母液的低聚半乳糖生成率為15-30％時(shí)，對(duì)經(jīng)過所述全分解處理的乳糖結(jié)晶母液水解液進(jìn)行急冷處理；對(duì)經(jīng)過所述急冷處理的所述乳糖結(jié)晶母液水解液進(jìn)行過濾分離處理，以分離殘留的酶和低聚半乳糖流組分；調(diào)節(jié)所述殘留的乳糖母液水解液中的乳糖以及酶的含量，并重復(fù)進(jìn)行所述全分解處理、急冷處理以及過濾分離處理。

3、進(jìn)一步地，所述乳糖濃縮處理包括使用截留分子量為400d-600d的納濾膜對(duì)液態(tài)含乳糖原料進(jìn)行過濾，再使用截留分子量為150d-300d的納濾膜過濾所得濾液，截留液即為所述乳糖濃縮液。

4、進(jìn)一步地，對(duì)所述乳糖濃縮液進(jìn)行提純處理，以制備乳糖包括：向所述乳糖濃縮液中加入0.2-2％活性炭，加熱至50-70℃并保持3-10min，而后將活性炭濾出，得到脫活性炭乳糖濃縮液；將所述脫活性炭乳糖濃縮液加熱至70-100℃蒸發(fā)水分，至糖度為50-68度，在88-100℃下降溫至38-42℃，并干燥形成醫(yī)藥級(jí)乳糖；任選地，所述降溫包括以每分鐘下降0.1-1℃的速度進(jìn)行降溫。

5、進(jìn)一步地，對(duì)所述乳糖濃縮液進(jìn)行提純處理，以制備乳糖包括：將所述乳糖濃縮液加熱至70-100℃蒸發(fā)水分，至糖度為50-68度，在80-90℃下降溫至38-42℃形成食品級(jí)乳糖結(jié)晶；任選地，所述降溫包括以每分鐘下降0.1-1℃的速度進(jìn)行降溫。

6、進(jìn)一步地，所述全分解處理包括在酶存在的條件下，在45-60℃下反應(yīng)1-5min。

7、進(jìn)一步地，所述全分解處理的物料中所述酶和乳糖的質(zhì)量比為(0.3-1)：(80-120)。

8、進(jìn)一步地，所述急冷處理為在5min內(nèi)將物料溫度降低至40℃以下。

9、進(jìn)一步地，在過濾分離處理中，所述過濾分離處理是在保持所述急冷處理后物料的溫度的條件下進(jìn)行的。

10、進(jìn)一步地，在過濾分離處理中，所述過濾分離處理的時(shí)間不超過10min。

11、進(jìn)一步地，在過濾分離處理中，所述過濾分離處理包括第一膜過濾處理和第二膜過濾處理。

12、進(jìn)一步地，所述第一膜過濾處理為采用截留分子量為5kd-50kd的濾膜進(jìn)行的，所述第一膜過濾處理的濾液為低聚半乳糖流組分，所述第一膜過濾處理產(chǎn)生的截留液含有所述殘留的酶。

13、更進(jìn)一步地，所述第一膜過濾處理的濾膜的過濾面積能在10min以內(nèi)將截留液的體積濃縮至原液的10～30％。

14、更進(jìn)一步地，所述低聚半乳糖流組分包括乳糖、單糖產(chǎn)物以及低聚半乳糖。

15、進(jìn)一步地，所述第二膜過濾處理為采用截留分子量為250kd-500kd的濾膜對(duì)所述低聚半乳糖流組分進(jìn)行的，所述第二膜過濾處理的濾液包含所述殘留的乳糖和單糖產(chǎn)物，并任選地繼續(xù)進(jìn)行第三膜過濾處理。

16、進(jìn)一步地，所述第二膜過濾處理產(chǎn)生的截留液含有低聚半乳糖。

17、更進(jìn)一步地，所述第二膜過濾處理的濾膜的過濾面積能在10min以內(nèi)將截留液的體積濃縮至原液的10～30％。

18、進(jìn)一步地，所述第三膜過濾處理的濾膜的截留分子量為200-300d，所述第三膜過濾處理的濾液包括單糖產(chǎn)物，截留液包括所述殘留的乳糖。

19、更進(jìn)一步地，當(dāng)需要進(jìn)行所述全分解處理的物料中的單糖產(chǎn)物占物料總糖的15％以上時(shí)進(jìn)行所述第三膜過濾處理，并在單糖產(chǎn)物占物料總糖的15％及以下時(shí)停止。

20、更進(jìn)一步地，所述第三膜過濾的濾膜的過濾面積能在10min以內(nèi)將截留液的體積濃縮至原液的10～30％。

21、進(jìn)一步地，所述方法進(jìn)一步包括將膜過濾處理產(chǎn)生的所述殘留的乳糖和酶與未經(jīng)處理的乳糖結(jié)晶母液和酶混合，繼續(xù)進(jìn)行所述全分解處理。

22、更進(jìn)一步地，所述殘留的乳糖和酶預(yù)先經(jīng)過升溫處理，再與所述未經(jīng)處理的乳糖結(jié)晶母液和酶進(jìn)行混合。

23、進(jìn)一步地，所述酶包括使乳糖水解成半乳糖單體并聚合成由2-9個(gè)半乳糖組成的多糖的酶。

24、進(jìn)一步地，多次重復(fù)進(jìn)行所述全分解處理、急冷處理以及過濾分離處理，以令乳糖的水解率達(dá)到不低于80％。

25、更進(jìn)一步地，令所述乳糖的水解率達(dá)到不低于80％是在不超過120min以內(nèi)達(dá)到的。

26、在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種制備乳糖和低聚半乳糖的裝置，其特征在于，所述裝置包括依次連接的乳糖濃縮單元、提純單元、全分解單元、急冷單元以及過濾分離單元，所述過濾分離單元具有殘留乳糖回路以及殘留酶回路，所述殘留乳糖回路以及殘留酶回路均和所述全分解單元相連。

27、進(jìn)一步地，所述乳糖濃縮單元包括截留分子量為400d-600d和150d-300d的納濾膜，并且具有液態(tài)含乳糖原料入口以及乳糖濃縮液出口；其中，所述乳糖濃縮液出口與所述提純單元相連。

28、進(jìn)一步地，所述提純單元包括吸附組件和結(jié)晶組件，并且具有乳糖濃縮液入口、結(jié)晶乳糖出口以及乳糖結(jié)晶母液出口；所述吸附組件與結(jié)晶組件相連。

29、更進(jìn)一步地，所述結(jié)晶乳糖出口與乳糖儲(chǔ)罐相連；所述乳糖結(jié)晶母液出口與所述全分解單元相連；所述吸附組件包括活性炭。

30、進(jìn)一步地，所述全分解單元包括乳糖結(jié)晶母液入口、物料入口、分解產(chǎn)物出口、殘留酶入口以及殘留乳糖入口；所述分解產(chǎn)物出口與所述急冷單元相連。

31、進(jìn)一步地，所述急冷單元包括分解產(chǎn)物入口、換熱組件以及急冷產(chǎn)物出口；所述急冷產(chǎn)物出口與所述過濾分離單元相連。

32、進(jìn)一步地，所述過濾分離單元包括第一過濾組件以及第二過濾組件；并具有殘留乳糖回路以及殘留酶回路。

33、更進(jìn)一步地，所述第一過濾組件具有急冷產(chǎn)物入口、殘留酶出口以及第一濾液出口，并且與所述急冷單元相連。

34、更進(jìn)一步地，所述第二過濾組件具有第一濾液入口、低聚半乳糖出口以及第二濾液出口，并與所述第一濾液出口相連。

35、更進(jìn)一步地，所述殘留酶出口與所述殘留酶回路相連，所述第二濾液出口與所述殘留乳糖回路相連。

36、進(jìn)一步地，所述過濾分離單元進(jìn)一步包括第三過濾組件；所述第三過濾組件包括第二濾液入口、截留液出口以及第三濾液出口；其中，所述截留液出口與所述殘留乳糖回路相連。

37、總的來說，本發(fā)明至少具有以下有益效果的至少之一：

38、1、本發(fā)明利用液態(tài)含乳糖原料制備乳糖，可獲得食品級(jí)、醫(yī)藥級(jí)乳糖，所得食品級(jí)乳糖和醫(yī)藥級(jí)乳糖純度高，并利用反應(yīng)剩余液制備低聚半乳糖，降低生產(chǎn)成本；

39、2、本發(fā)明采用間歇式反應(yīng)的工藝流程制備低聚半乳糖，按照全反應(yīng)-緩慢反應(yīng)并分離-全反應(yīng)的循環(huán)對(duì)物料進(jìn)行處理，及時(shí)分離反應(yīng)產(chǎn)物和反應(yīng)物，減少副反應(yīng)的發(fā)生，副產(chǎn)物含量降低，產(chǎn)物生成率提高；

40、3、本發(fā)明的方法在制備低聚半乳糖過程中對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行分離并重復(fù)利用，令反應(yīng)物充分反應(yīng)，降低生產(chǎn)成本，能夠以高灰分乳糖母液為原料制備低聚半乳糖，節(jié)能環(huán)保，無三廢產(chǎn)生。

41、4、本發(fā)明的裝置減少了反應(yīng)時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。

42、上述概述僅僅是為了說明書的目的，并不意圖以任何方式進(jìn)行限制。除上述描述的示意性的方面、實(shí)施方式和特征之外，通過參考附圖和以下的詳細(xì)描述，本技術(shù)進(jìn)一步的方面、實(shí)施方式和特征將會(huì)是容易明白的。

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