信成夫，景文利，于麗，任尚美

（山東綠健生物技術(shù)有限公司，山東禹城 251200）

乳果糖是一種功能性稀有糖，由乳糖異構(gòu)生成，是半乳糖和果糖以β-1.4糖苷鍵結(jié)合的二糖，被人們稱為“雙歧桿菌增殖因子”[1]，其甜度略高于乳糖，易溶于水。乳果糖不僅是一種良好的甜味劑，而且還具有健胃、潤腸、防止便秘等生理功能，還可用作乳品、飲料、嬰兒及老年食品的功能性添加劑，亦可制成保健飲品供直接服用。另外，乳果糖對治療肝臟疾病和腦部疾病有明顯療效[2]，因此這是一種具有藥用和保健價值，同時又具有巨大經(jīng)濟效益的新一代保健品，對于它的制備研究和開發(fā)應(yīng)用已成為人們研究的熱點。

乳果糖是乳糖在堿性試劑催化下發(fā)生異構(gòu)反應(yīng)生成的，目前采用的堿性催化劑作用于乳糖，乳果糖的產(chǎn)率低，同時生成了相當數(shù)量的降解產(chǎn)物如半乳糖、果糖等，產(chǎn)物不僅難以分離，而且顏色常常較深。副產(chǎn)物的產(chǎn)生，不但降低了乳果糖的產(chǎn)率，也給糖漿的進一步純化及制取結(jié)晶帶來困難[3]。因此減少副產(chǎn)物生成、提高乳果糖的異構(gòu)產(chǎn)率的研究具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

乳果糖標樣：Sigma公司；原料乳糖：青島天新食品添加劑有限公司；氫氧化鈉：北京益利精細化學品有限公司；偏鋁酸鈉：淄博利爾化工有限公司；四硼酸鈉：無錫展望化工試劑有限公司；亞磷酸氫二鈉：如東縣振豐精細化工廠；氧化鎂：營口仁恒鎂業(yè)有限公司；亞硫酸氫鈉：淄川精細化工廠均為國內(nèi)分析純；活性炭：安丘市維立凈化材料科技開發(fā)有限公司；陽離子交換樹脂001×7、陰離子交換樹脂D301-F：江蘇蘇青水處理工程集團有限公司。

KDM型恒溫電熱套：山東鄄城華魯電熱儀器有限公司；圓底燒瓶；冷凝回流管；離子交換柱：禹城市超越不銹鋼廠；WYT-4型折光儀：泉州中友光學儀器有限公司；OOH-0135-KO型高效液相色譜柱：廣州菲羅門科學儀器有限公司；ShodexRI-101型示差折光檢測器：天津伏尼克科技發(fā)展有限公司。

1.2 方法

1.2.1 方法

向不同濃度的乳糖溶液中，加入等量不同種類的異構(gòu)劑，加熱進行異構(gòu)反應(yīng)，反應(yīng)后將異構(gòu)混合液進行活性炭脫色、陰陽離子樹脂凈化，然后用高效液相色譜法測定其組成。

1.2.2 分析方法

利用高效液相色譜法測定反應(yīng)混合物組成，高效液相色譜條件：

流動相：超純水；色譜柱：碳水化合物柱；柱溫：80 ℃～85℃；流速：0.6 mL/min；檢測器：示差折光檢測器；進樣量：20 μL。

2 結(jié)果與討論

2.1 異構(gòu)劑的篩選

選擇氫氧化鈉、偏鋁酸鈉、四硼酸鈉、亞磷酸氫二鈉以及氧化鎂和亞硫酸氫鈉的混合物為乳糖異構(gòu)劑進行實驗[4-5]，異構(gòu)劑添加質(zhì)量為乳糖質(zhì)量的1.5%，乳糖濃度為60%，反應(yīng)溫度110℃，反應(yīng)3 h后取樣檢測混合物組成，實驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 異構(gòu)劑種類對乳果糖生產(chǎn)的影響Fig.1 The effect of is omerizing agent on lactulose yield

圖1實驗結(jié)果表明，5種選擇的異構(gòu)劑中，偏鋁酸鈉和亞磷酸氫二鈉的異構(gòu)效果明顯優(yōu)于其他3種，考慮到鋁離子對人體的危害，因此選擇對人體無害的亞磷酸氫二鈉作為乳糖異構(gòu)為乳果糖的異構(gòu)劑。

2.2 乳糖濃度對異構(gòu)結(jié)果的影響

以亞磷酸氫二鈉為異構(gòu)劑，選擇乳糖濃度為30%、40%、50%、60%、70%進行實驗，亞磷酸氫二鈉的添加質(zhì)量為乳糖質(zhì)量的1.5%，反應(yīng)溫度110℃，反應(yīng)3 h后取樣檢測混合物組成，實驗結(jié)果如圖2所示。

圖2實驗結(jié)果表明，初始乳糖濃度為60%時，得到的糖漿中乳果糖含量最高。初始濃度過高過低都不利于乳果糖的生成。

2.3 異構(gòu)劑加量對異構(gòu)反應(yīng)的影響

以亞磷酸氫二鈉為異構(gòu)劑，選擇亞磷酸氫二鈉添加質(zhì)量為乳糖質(zhì)量的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%進行實驗，乳糖濃度為60%，反應(yīng)溫度110℃，反應(yīng)3 h后取樣檢測混合物組成，實驗結(jié)果如圖3所示。

圖2 乳糖濃度對異構(gòu)反應(yīng)的影響Fig.2 The effect of lactose concenyration on is omrization

圖3 亞磷酸氫二鈉加量對異構(gòu)反應(yīng)的影響Fig.3 The effect of sodium phosphite quantity on is omrization

圖3實驗結(jié)果表明，亞磷酸氫二鈉添加質(zhì)量為乳糖質(zhì)量的1.5%時，得到異構(gòu)混合液中乳果糖含量最高，達56.72%。異構(gòu)劑加量過低時，乳糖異構(gòu)不充分，乳果糖產(chǎn)率低；加量過多，異構(gòu)液堿性增強，乳糖降解嚴重，并且生成的乳果糖也會有一定程度的降解，同樣會降低乳果糖的產(chǎn)率。

2.4 溫度對異構(gòu)反應(yīng)的影響

以亞磷酸氫二鈉為異構(gòu)劑，選擇異構(gòu)反應(yīng)溫度為80、90、100、110、120℃進行實驗，乳糖濃度為 60%，亞磷酸氫二鈉的添加質(zhì)量為乳糖質(zhì)量的1.5%，反應(yīng)3 h后取樣檢測混合物組成，實驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 溫度對異構(gòu)反應(yīng)的影響Fig.4 The effect of temperature on is omrization

圖4實驗結(jié)果表明，異構(gòu)反應(yīng)溫度為110℃時，異構(gòu)混合液中乳果糖含量最高。溫度過低，達不到異構(gòu)所需溫度，溫度過高，無論是乳糖還是產(chǎn)物乳果糖都會有一定量的降解，也會影響乳果糖產(chǎn)率。

2.5 反應(yīng)時間對異構(gòu)反應(yīng)的影響

以亞磷酸氫二鈉為異構(gòu)劑，選擇異構(gòu)反應(yīng)時間為1、2、3、4、5 h 進行實驗，乳糖濃度為 60%，亞磷酸氫二鈉的添加質(zhì)量為乳糖質(zhì)量的1.5%，110℃反應(yīng)后取樣檢測混合物組成，實驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 反應(yīng)時間異構(gòu)反應(yīng)的影響Fig.5 The effect of time on is omrization

圖5實驗結(jié)果表明，反應(yīng)時間為3 h時，得到的糖漿中乳果糖含量最高。反應(yīng)時間過短，乳糖的異構(gòu)反應(yīng)進行不完全，反應(yīng)時間過長，乳糖及得到的乳果糖會發(fā)生降解，也得不到高含量的乳果糖。

2.6 正交試驗

結(jié)合單因素試驗，選擇了如表1所示的4個因素及3個水平進行試驗，并進行了正交試驗設(shè)計，正交試驗的設(shè)計及結(jié)果分析見表2。

表1 四因素三水平表Table 1 The table of four factors and three levels

由于因素B的極差最大，所以B因素對結(jié)果的影響最大，它的3個水平對應(yīng)的乳果糖含量平均值中，第三水平對應(yīng)的平均值最大，所以第三水平最好。因素A的極差次于因素C，所以因素A對結(jié)果的影響次于因素C，它的三個水平中第二水平對應(yīng)的乳果糖含量平均值最大，所以第二水平最好。C因素的極差最小，所以他對結(jié)果的影響最小，C因素的第三水平對應(yīng)的乳果糖含量平均值最大，所以第三水平最好。綜上，各因素對結(jié)果影響的大小次序為B（異構(gòu)劑加量），A（反應(yīng)時間），D（反應(yīng)溫度），C（乳糖濃度），最好方案為B3A2D2C3。方案B3A2D2C3不在上述實驗中，通過驗證，此方案得到的乳果糖含量為56.84%，優(yōu)于正交表中方案，所以乳糖異構(gòu)為乳果糖的最佳條件為B3A2D2C3，即：異構(gòu)劑加量為2.0%，反應(yīng)時間為3 h，反應(yīng)溫度為110℃，乳糖濃度為70%。

表2 正交設(shè)計及結(jié)果分析Table 2 Orthogonal design and results analysis

3 結(jié)論

首先通過異構(gòu)劑篩選實驗，尋找到乳糖異構(gòu)生產(chǎn)乳果糖的最佳異構(gòu)劑為亞磷酸氫二鈉，然后以亞磷酸氫二鈉為異構(gòu)劑，優(yōu)化得出乳糖異構(gòu)生產(chǎn)乳果糖的最佳條件為：異構(gòu)劑加量為2.0%，反應(yīng)時間為3 h，反應(yīng)溫度為110℃，乳糖濃度為70%，在此最佳條件下得到異構(gòu)混合液中乳果糖含量為56.84%。

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[1]桂彪.腸道菌群與乳果糖研究新進展[J].實用老年醫(yī)學,1998,12(6):270-271

[2]Carobbi.Method for preparing high-purity crystalline lactuloseUS:07/141,786[P].1988-01-11

[3]于海,杜昱光.乳果糖的制備、分離及純化的研究發(fā)展現(xiàn)狀[J].中國科學院大連化學物理研究所,1998,10(3):184-186

[4]Carobbi.Process for preparing lactulose from lactose,in the form of a syrup or a crystalline productUS:06/518,846[P].1983-08-01

[5]Gasparotti；Franca A.Process for producing lactuloseUS:06/076,585[P].1979-09-18