Специфика изомеризации лактозы в лактулозу в концентратах молочной сыворотки

14-05-2014, 17:06

Н.В. Козлова под руководством проф. И.А. Евдокимова провела комплекс исследований по изомеризации лактозы в лактулозу с использованием высокоэффективного катализатора — боратов и сульфатов в концентрированных растворах молочного сахара. Продолжая исследования, начатые А.В. Серовым, в работе был изучен процесс изомеризации лактозы в присутствии борат и сульфит-ионов.
Бор способен образовывать комплексные соединения с углеводами. Образование комплекса способствует блокированию активных групп лактулозы и сдерживает ее распад до низкомолекулярных соединений. В результате равновесие постепенно сдвигается в сторону образования больших количеств лактулозы, чем при использовании гидроксидов или сульфитов. Можно предположить, что взаимодействие тетрабората и лактозы приводит к нестабильности конформации ее молекулы и способствует внутримолекулярной перегруппировке.
Проведенные исследования показали, что добавка буры в растворы дисахаридов (лактозы и лактулозы) существенно влияет на их оптические свойства, что может быть объяснено образованием устойчивых боратных комплексов в этой системе. Сложный характер зависимости значений удельного угла вращения плоскости поляризованного света [α]° от концентрации компонентов позволяет предположить, что структура и состав таких комплексов зависит не только от концентрации борат-ионов и дисахарида в растворе, но и от соотношения между компонентами.
Установлено, что использование растворов сульфита натрия в процессе изомеризации резко уменьшает образование окрашенных продуктов реакции. С целью оптимизации процесса окисления сульфит-ионов было изучено влияние технологических факторов (X1 — концентрация вносимого окислителя, %, X2 — активная кислотность и X3 — температура, °С) на выходные параметры (Y1 — активная кислотность, Y2 — концентрация сульфат-ионов, %, Y3 — окислительно-восстановительный потенциал, мВ). Диапазоны значений технологических параметров, были определены на основании предварительных экспериментов. Была проведена математическая обработка результатов эксперимента (табл. 13.14, 13.15).

На основе обработки результатов экспериментов были получены математические модели, адекватно описывающее исследуемый процесс окисления сульфит-ионов и отражающее как влияние отдельных входных параметров, так и межфакторные взаимодействия:

Сопоставление полученных зависимостей позволило определить оптимальные параметры окисления сульфит-ионов в модельных растворах: активная кислотность раствора (7,0 ± 0,5); температура (42 ± 2) °С; доза вносимого окислителя (10 + 2)%. В результате исследований предложен механизм изомеризации α-лактозы в лактулозу в присутствии высокоэффективного катализатора тетрагидроксоборат-иона и стабилизирующей добавки в виде сульфита натрия.
В работе Н.В. Козловой была изучена кинетика удаления бора из углеводсодержащих растворов методом ионного обмена и электродиализа. Объектом исследования был сироп лактулозы с массовой долей сухих веществ 20,0% и уровнем деминерализации 80%, содержащий 2,32 мг/см3 бора. После электродиализа проводилось подкисление сиропа лактулозы до pH 1,6 путем пропускания его через колонку с ионообменной смолой КУ-2-8 ЧС в H+-форме. Результаты представлены на рис. 13.17.

Проведение процесса ионообменной обработки с соблюдением установленных параметров дает возможность получать очищенный сироп лактулозы, в котором содержание бора соответствует требованиям фармакопеи США и Великобритании.