Патент на изобретение №2169775

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЦЕНТРАТА ЛАКТУЛОЗЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано при получении бифидогенных концентратов лактулозы. Способ предусматривает приготовление водного раствора восстановителя, например сульфита щелочного металла, при температуре 50 – 70^oC и непрерывном перемешивании. В него вводят катализатор и щелочь до рН 10,5 – 12,5, а затем сухую лактозу, проводят изомеризацию лактозы в лактулозу при температуре 80 – 105^oC до прекращения уменьшения показателя удельного вращения раствора. Изомеризованный раствор охлаждают до температуры 20 – 30^oC и подкисляют до рН 6,5 – 7,5. Раствор деминерализуют для удаления химических реагентов путем электродиализа и ионообмена и сгущают до 55 – 75% СВ. Способ обеспечивает высокое содержание лактулозы в готовом продукте до 67% и его хорошее качество. 1 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано при получении бифидогенных концентратов лактулозы.

Известен способ получения сиропа лактулозы (RU 2130973, 27.05.99), предусматривающий приготовление водного раствора лактозы, с концентрацией 10-40% при температуре 70-100^oC. Горячий раствор подвергают электролитической активации до достижения pH 11,5-12,5 и проводят процесс изомеризации лактозы в лактулозу при 70-100^oC. После этого сгущают изомеризованный раствор, выкристаллизовывают остатки лактозы и отделяют их от маточного раствора, который представляет собой сироп лактулозы.

Недостатком способа является длительный технологический процесс вследствие необходимости кристаллизации лактозы продолжительность которой достигает 48 часов, а также недостаточно высокая степень изомеризации лактозы в лактулозу (до 35%).

Известен способ получения концентрата лактулозы, предусматривающий приготовление водного щелочного раствора лактозы с ее концентрацией 60-65% и температурой 80-100^oC, внесение сульфита щелочного или щелочноземельного металла в количестве 0,05-0,5 моль на 1 кг моногидрата лактозы, изомеризацию последней в лактулозу и охлаждение (AU 288595, 10.03.1971).

После этого в раствор вводят кристаллическую затравку для ускорения процесса кристаллизации неизомеризованной лактозы. Кристаллы лактозы удаляют, а маточный раствор (сироп лактулозы) деминерализуют путем ионообмена, сгущают и охлаждают. Процесс является длительным, так как кристаллизация протекает около 24 часов. Известный способ также не позволяет достичь высокой степени изомеризации лактозы в лактулозу. Она достигает лишь около 20%, так как буферная емкость сульфитов не обеспечивает достаточно высоких значений pH процесса изомеризации (не выше 10,7%).

Ближайшим техническим решением к предложенному является способ получения концентрата лактулозы, предусматривающий приготовление водного раствора восстановителя, предотвращающего окисление лактулозы, например сульфита натрия, при его расходе 0,1-0,5 г-моль на 1 кг лактозы и температуре 80-100^oC, введение в раствор сухой лактозы до ее содержания 20-65%, катализатора реакции, например бораты, алюминаты в количестве 0,1-0,5 г-моль на 1 кг лактозы и затем щелочи до достижения pH 10,5-12,5, изомеризацию лактозы в лактулозу при температуре 80-105^oC до прекращения уменьшения показателя удельного вращения раствора, его охлаждение, деминерализацию путем электродиализа для удаления химических реагентов и сгущение до содержания сухих веществ 55-65% (RU 2133778 C1, 27.07.1999).

Недостаток способа заключается в том, что раствор с лактозой подвергается длительному воздействию высокой температуры, так как процесс растворения реагентов является достаточно длительным. Это приводит к образованию побочных красящих веществ и ухудшению качества готового концентрата.

Содержание лактулозы в концентрате согласно известному способу не является достаточно высоким.

Технический результат изобретения заключается в улучшении качества концентрата и повышении содержания в нем лактулозы.

Это достигается тем, что в предложенном способе получения концентрата лактулозы, предусматривающем приготовление водного раствора восстановителя, предотвращающего окисление лактулозы, введение в раствор сухой лактозы, катализатора реакции изомеризации и щелочи до pH 10,5-12,5, изомеризацию лактозы в лактулозу при температуре 80-105^oC до прекращения уменьшения удельного вращения раствора, его охлаждение, деминерализацию и сгущение, катализатор и щелочь вводят в раствор восстановителя до введения в него сухой лактозы.

После охлаждения изомеризованного раствора его подкисляют до pH 6,5-7,5. Деминерализацию изомеризованного раствора можно проводить в две стадии путем электродиализа и ионообмена.

Способ заключается в следующем.

Готовят водный раствор восстановителя, в качестве которого могут быть использованы сульфиты или фосфаты щелочного или щелочноземельного металла, при температуре 50-70^oC и непрерывном перемешивании. Количество вносимого восстановителя составляет 0,05-0,5 г-моль на 1 кг лактозы. Температура 50-70^oC является оптимальной для растворения восстановителя. В готовый раствор восстановителя при указанной температуре вводят катализатор, в качестве которого, например, могут быть использованы бораты, алюминаты и др. Количество катализатора составляет 0,1-0,5 г-моль на 1 кг лактозы. Температурный режим обеспечивает минимальное время растворения.

Затем в раствор вносят щелочь при постоянном перемешивании в количестве, обеспечивающем pH от 10,5 до 12,5. Доводят раствор до температуры 95-105^oC. В течение короткого промежутка времени при постоянном перемешивании вводят сухую лактозу в количестве 150-200 кг на 100 литров раствора и проводят изомеризацию лактозы в лактулозу при температуре 80-105^oC.

В щелочных растворах лактозы на первой стадии преимущественно происходит реакция образования лактулозы при незначительном накоплении побочных продуктов реакции. Затем происходит стабилизация и последующее затухание процесса образования лактулозы, сопровождающееся увеличением кислотности и интенсивным потемнением раствора. Это явление можно объяснить тем, что накапливающиеся органические кислоты начинают катализировать реакции гидролиза лактулозы до галактозы и фруктозы. Вследствие высокой реагентоспособности фруктоза подвергается дальнейшему окислению вплоть до изосахариновых кислот. С определенного момента времени скорость образования побочных продуктов углеводного распада становится равной, а затем начинает превышать скорость образования лактулозы. Скорость этих сложных превращений зависит от природы и концентрации применяемых реагентов (катализаторов и восстановителей), а также от условий проведения реакции (температуры, времени, наличия примесей и др. ). Изменяя эти факторы, можно остановить процесс на желаемой стадии или направить его преимущественно в определенную сторону. Поэтому в предложенном способе щелочная изомеризация проходит при температурах выше 80^oC и активной кислотности не ниже 10,5 ед.pH. В этих условиях процесс изомеризации протекает в течение 3-8 мин. Таким образом, пределы активной кислотности (10,5-12,5) и температуры (80-105^oC) обеспечивают минимальное время перехода лактозы в лактулозу при максимальной степени изомеризации. Повышение температуры выше 105^oC при атмосферном давлении не представляется возможным, а проведение процесса под давлением приводит к повышению энергетических затрат, не ускоряя процесс изомеризации. Понижение температуры ниже 80^oC увеличивает продолжительность изомеризации.

Понижение значения pH ниже 10,5 приводит к затуханию процесса изомеризации, т. е. увеличению времени технологической операции, а увеличение выше верхнего предела (12,5 pH) не приводит к существенному увеличению степени изомеризации и сокращению времени процесса.

Процесс изомеризации ведут до прекращения уменьшения показателя удельного вращения раствора. Это может в зависимости от количества исходного сырья, реагентов и условий процесса происходить при значениях угла вращения плоскости поляризации от – 12^o до – 35^o, который измеряют при помощи сахариметра.

Изомеризованный раствор охлаждают до температуры 20-30^oC и подкисляют до pH 6,5-7,5, в результате чего процесс изомеризации прекращается.

Изомеризованный раствор деминерализуют для удаления из него химических реагентов путем электродиализа в непрерывном режиме при температурах 20-30^oC до достижения степени деминерализации не менее 92%.

Если использовать деминерализацию в две стадии, то на первой проводят электродиализ, а на второй – ионообмен, при этом степень деминерализации электродиализом можно снизить до 75%.

Сгущение сиропа осуществляют выпариванием под вакуумом до содержания 55-75% СВ.

Пример 1. Готовят раствор восстановителя – сульфита натрия из расчета 1 кг на 100 л воды при температуре 60^oC. Вносят 2 кг катализатора – тетрабората натрия и перемешивают раствор до полного растворения. После этого добавляют 40% раствор щелочи – гидроксида натрия до достижения pH 10,5 и нагревают раствор до кипения. Вносят 150 кг лактозы, интенсивно перемешивают до полного растворения. При достижении угла вращения (-12^o) изомеризованный раствор охлаждают до 20^oC и затем подкисляют органической кислотой – лимонной до достижения pH 7,5. Деминерализуют раствор до степени обессоливания 92%. Сироп сгущают под вакуумом до содержания сухих веществ 60%, из которых на долю лактулозы приходится 51,2%. Сироп имеет светло-желтую окраску.

Пример 2. Раствор восстановителя – сульфита натрия готовят из расчета 5 кг на 100 л воды при температуре 70^oC. Затем вносят 5 кг катализатора-тетрабората натрия и перемешивают до полного растворения. Добавляют 40% раствор гидроксида натрия до достижения pH 12,5 и нагревают смесь до кипения. Вносят 200 кг сухой лактозы при интенсивном перемешивании до полного растворения. По достижению угла вращения (-35^o) охлаждают сироп до температуры 30^oC и подкисляют соляной кислотой до достижения pH 6,5. Деминерализуют раствор на электродиализной установке до степени обессоливания 75%. Затем пропускают его через ионоселективные колонки. Сгущают раствор до 75% СВ под вакуумом и пастеризуют. Готовый концентрат имеет интенсивный желтый цвет и содержит 66,7% лактулозы.

Пример 3.

Приготавливают раствор сульфита натрия из расчета 3 кг на 100 л воды при температуре 65^oC. Вносят 3,5 кг алюмината натрия и перемешивают до полного растворения. Добавляют 40% раствор гидроксида натрия до достижения pH 11,5 и нагревают до кипения. Засыпают 175 кг сухой лактозы и проводят ее растворение. По достижении угла вращения (-24^o) раствор охлаждают до 25^oC и подкисляют соляной кислотой до pH 7,0. Раствор деминерализуют электродиализом до степени обессоливания 84%. Его сгущают до 65% СВ под вакуумом и пастеризуют. Готовый концентрат имеет светло-желтый цвет и содержит 57,4% лактулозы.

Способ получения концентрата лактулозы прошел промышленные испытания.

Способ обеспечивает высокое содержание лактулозы в готовом продукте и его хорошее качество, поскольку предотвращает образование большого количества побочных красящих веществ в результате разложения лактозы при воздействии высоких температур. Способ позволяет получать концентраты лактулозы светло-желтого цвета, сохраняющие свои свойства в течение длительного периода времени.

Формула изобретения

1. Способ получения концентрата лактулозы, предусматривающий приготовление водного раствора восстановителя, предотвращающего окисление лактулозы, введение в раствор сухой лактозы, катализатора реакции изомеризации и щелочи до pH 10,5-12,5, изомеризацию лактозы в лактулозу при температуре 80-105^oC до прекращения уменьшения показателя удельного вращения раствора, его охлаждение, деминерализацию и сгущение, отличающийся тем, что катализатор и щелочь вводят в раствор восстановителя до введения в него сухой лактозы, при этом после охлаждения изомеризованного раствора его подкисляют до pH 6,5-7,5.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что деминерализацию изомеризованного раствора проводят в две стадии путем электродиализа и ионообмена.

PC4A – Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 5-2002

(73) Патентообладатель:

ООО “Фелицата Холдинг” (RU)

Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 05.10.2001 № 13243

Извещение опубликовано: 20.02.2002

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 21.01.2007

Извещение опубликовано: 20.01.2008 БИ: 02/2008