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Verfahren zur Reinigung von Rohsaft der Zuckerindustrie
Die Erfindung betrifft die Reinigung von mittels Extraktion aus Zuckerrüben, Zuckerrohr oder an- dem Vegetabilien, wie z. B. dem Topinambur, gewonnenem Rohsaft Die Erfindung bezieht sich insbe- sondere auf die Reinigung von Rohsaft mittels eines Kationenaustauschers, der mit Wasserstoffionen be- laden ist.
Der Rohsaft ist häufig trübe, neigt in kürzerer Zeit zum Verderben und lässt sich nicht über ein
Tuch oder sonst mittels irgend eines andern Filtriergerätes filtrieren. Deswegen bedient sich das übli- che Verfahren eines Zusatzes von Kalk, der häufig in grossem Überschuss zugegeben wird, worauf eine
Saturation mit Säure, wie z. B. Kohlensäure oder schwefeliger Säure, folgt. Der Saft wird erhitzt und durch Filterpressen filtriert oder aber vor dem Filtrieren dekantiert ; der Filtriervorgang verläuft meistens im Dauerbetrieb. Im allgemeinen findet die Saturation des gekalkten Saftes in zwei Phasen statt, wobei die beiden Filtrationen nacheinander vorgenommen werden. Das übliche Verfahren unterliegt häufig kleinen Änderungen.
Der Überschuss des Kalkes wirkt vor allem bei höherer Temperatur sehr störend, weil er unter anderem einen Teil der Nichtzuckerbestandteile zersetzt und in organische Säuren verwandelt, die die Kristallisation in schädlicher Weise beeinflussen. Obwohl diese Kalkbehandlung viele Vorteile bietet, so macht sie z. B. den Rohsaft filtrierbar und ermöglicht das Entfernen eines grossen Teiles der Nichtzuckerbestandteile, ist die Reinigung unbefriedigend, wobei fast ein Achtel des Zuckers aus dem Rohsaft nicht ausgeschieden werden kann und in der Melasse zurückbleibt
Es wurde schon vorgeschlagen, einen Kationenaustauscher zu benutzen, der zur Gänze oder zum Teil mit Wasserstoffionen beladen ist, um die Kationen, grösstenteils Kaliumionen, völlig oder zum Teil aus dem Rohsaft zu entfernen.
Diese anscheinend einfache Behandlung verursacht jedoch fast un- überwindliche Schwierigkeiten.
Vor allem verläuft die Filtration, die zu Beginn der Wirksamkeit des Kationenaustauschers einen gewissen Erfolg zeigt, nach einiger Zeit sehr mühsam. Die Hauptschwierigkeiten, die sich während der Filtration ergeben, sind auf die Anwesenheit einer Anzahl von Mikroorganismen und von Kolloiden zurückzuführen, welche ausfallen, den Kationenaustauscher einkapseln und schliesslich an seiner Funktion hindern und ausserdem ihn selbst nach wenigen Kreisläufen degenerieren oder unwirksam machen.
Eine zweite, sehr wesentliche Schwierigkeit besteht darin, dass eine Wiederbelebung des gebrauchten Kationenaustauschers in der bekannten Weise mittels Säure nicht möglich ist.
Gemäss der Erfindung hat sich ergeben, dass die oben erwähnten Schwierigkeiten dadurch beseitigt werden können, dass man eine Perkolation des Rohsaftes durch einen zur Gänze oder zum Teil mit Wasserstoffionen beladenen Kationenaustauscher vornimmt, wobei der Austauscher jedesmal zur Wiederbelebung eine Behandlung mit alkalischer Flüssigkeit, vorzugsweise mit erwärmter bzw. zum Kochen erhitzter Natronlauge erfährt, bevor er neuerlich mittels Säure mit Wasserstoffionen beladen wird.
Der Behandlung mit alkalischer Flüssigkeit geht vorzugsweise eine Behandlung mit erwärmtem
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oder zum Kochen erhitztem Wasser voran.
Beim Arbeiten nach der Erfindung kann man durch eine solche Wiederbelebung den Ionenaustauscher immer aufs neue benutzen. Durch die dekationisierende Wirkung des mit Wasserstoffionen beladenen Kationenaustauschers wird der Rohsaft angesäuert, wodurch die Kolloidstoffe ausflocken. Die Flocken werden von dem Kationenaustauscher zur Gänze oder teilweise festgehalten und verursachen keine Schwierigkeiten mehr. Die erfindungsgemäss angewendete Wiederbelebung macht es möglich, die Flocken leicht zu entfernen und den Gehalt an Kationen und organischen Nichtzuckerbestandteilen im Saft zu regulieren.
Es ist ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäss der Erfindung, dass solche Produkte, die bei der üblichen Methode einen schädlichen Einfluss auf die Reinigung des Saftes ausüben und die vor allem durch das Kalken bei höherer Temperatur entstehen, gar nicht gebildet werden.
Der Umstand, dass die erfindungsgemässe Arbeitsweise zur Wiederbelebung erforderlich sein könnte, ist bis heute nicht erkannt worden, es bestand vielmehr ein Vorurteil dagegen, einen solchen Vorgang durchzuführen. Aus diesem Grunde haben auch zahlreiche Vorschläge bezüglich der Anwendung von Ionenaustauschern wenig Erfolg gehabt, besonders was den Rohsaft betrifft.
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saure Harze, wie IMAC C 16 P oder C 12.
Als Kationenaustauscher sind in bestimmten Fällen flüssige Produkte interessant, aber ihre Wahl ist beschränkt, weil die stark sauren Produkte im allgemeinen zu stark löslich sind. Man kann jedoch ein Produkt, wie z. B."Versatic" (Shell, Pemis) anwenden, um den Überschuss von Kationen über PH = 3, 6 zu entfernen.
Die flüssigen Ionenaustauscher passen sich leicht den Reaktionen des Dauerbetriebes an, ihre Regenerierung erfolgt schnell und wirksam. Häufig aber sind sie zu gut löslich und neigen teilweise zum Dispergieren in der Flüssigkeit, was ihre Wirksamkeit beschränkt
Um das Resultat der Reinigung zu verbessern, soll der Rohsaft nicht zu viel an groben Verunreinigungen enthalten, die durch ihre Anwesenheit das Bett des Kationenaustauschers vom Beginn der Filtration an sperren und den Saft am Durchströmen hindern. Der aus einer klassischen Diffusionsbatterie gewonnene Rohsaft ruft solche Schwierigkeiten nicht hervor ; die im Dauerbetrieb stehenden modernen Apparate führen aber im allgemeinen zu einer Diffusion mit einem zu hohen Anteil an vegetabilischen Abfallstoffen, die während der Diffusion dauernd durch die Flüssigkeit bewegt werden.
Bekanntlich können die feinsten Schnitzelteilchen nicht durch Sieben, gewöhnliches Filtrieren oder Zentrifugieren entfernt werden, und selbst wenn es gelingt, eine kleine Menge derselben zu entfernen, so wäre deren Entzuckerung, also die Entfernung des Zuckers durch eine Wasserspülung, praktisch unmöglich.
Ein"Immedium"filter, dessen Filtriermedium aus einer Schicht von Teilchen variabler Abmessun- gen zusammengesetzt ist, die in Richtung des Flüssigkeitsstromes kleiner werden, erlaubt die Filtration und die Entzuckerung unter geeigneten Voraussetzungen. Bei Anwendung dieser Filter sind die erreichten Resultate sehr gut, auch wenn es sich um Verunreinigungsteilchen kolloidaler Abmessungen handelt
Diese Filtration kann gemäss der Erfindung dadurch ergänzt werden, dass man dem Rohsaft, bevor er z. B. dem Immediumfilter zuströmen gelassen wird, Produkte zufügt, die die Ausflockung hervorrufen oder begünstigen.
Es sind dies beispielsweise lösliche Salze von Schwermetallen, Ferri-oder Fer- roverbindungen, Sole von Eisenoxyd, Aluminiumoxyd oder Siliziumoxyd, Sole von Silikaten, Makromoleküle, koagulierende Stoffe, die eine Kopräzipitation hervorrufen, wie zahlreiche Gerbstoffe usw.
Obwohl die Zwischenräume des Filtriermediums im allgemeinen gering sind, weswegen die Filtration schwierig und langsam verläuft, ist der erreichte Erfolg erheblich. Die Kapazität des Kationenaustauschers wächst, und der Reinigungseffekt wird besser.
Es ist empfehlenswert, den schädlichen Einfluss der Mikroorganismen, die sich in dem aus der Rübendiffusionsapparatur kommenden Rohsaft befinden, zu beseitigen. Diese Mikroorganismen aller Art können den Zucker zersetzen, die Saccharose in Invertzucker umwandeln und danach organische Säuren, wie z. B. Milchsäure, bilden und auch die andern organischen Stoffe des Saftes schnell zersetzen. Es können sich auch Ablagerungen im Filtriermedium und in den Leitungen der Apparatur bilden. Die Mikroorganismen können im allgemeinen nicht leicht zersetzt werden, selbst nichtdurchMittel mit sterilisierender Wirkung. Sie schützen sich z. B. dadurch, dass sie sich in organische Stoffe einhüllen, die dem Angriff Widerstand leisten. Dennoch ist es empfehlenswert, geeignete Sterilisiermittel anzuwenden, wie z.
B. schwefelige Säure, Formaldehyd oder analoge Produkte, auch wenn es sich nur darum handeln sollte, den von Fermenten, Bakterien usw. verursachten Schaden zu beschränken. Es ist daher empfehlenswert, gelegentlich während des Durchströmens des Rohsaftes durch die Vorrichtung Sterilisiermittel zuzusetzen. Die zur Kühlung des Rohsaftes dienende Vorrichtung soll glatte Wände ohne Ecken haben. Sie soll nach jedem Arbeitskreislauf gespült und sterilisiert werden können. Nur wenige Vorrichtungen sind in dieser Hinsicht einwandfrei ; die Kühlung eines gereinigten Saftes ist weniger empfindlich.
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lenswert, den Saft unterhalb 120C zu kühlen.
Nach der Kühlvorrichtung durchläuft dann der Rohsaft den Kationenaustauscher.
Im Rahmen der Erfindung sind mehrere Änderungen des Verfahrens zur Gewinnung von gereinigtem Saft möglich. Man kann sowohl die vorgenannten Verbesserungen durchführen oder sie auch weglassen und kann weiters den durch den Kationenaustauscher perkolierten Saft in mehreren Arten weiterverarbeiten.
Beispielsweise sind nachstehend drei Schemata für die Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens angegeben.
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a) Rohsaft 802
Immediumfilter, wenn erforderlich
Kühlvorrichtung
Kationenaustauscher, mit H+ionen beladen
Kalkung und Saturation
Filtration
Eindampfung b) Rohsaft SO2 Koaguliermittel
Immediumfilter
Kühlvorrichtung
Kationenaustauscher, mit H+ionen beladen
Anionenaustauscher, mit OH-ionen beladen
Eindampfung e) Rohsaft
Immediumfilter, wenn erforderlich
Kationenaustauscher, mit H+ionen beladen
Adjustieren
Bei Durchführung des Verfahrens nach Schema a) ist es nicht notwendig, dass der durch den mit Wasserstoffionen beladenenKationenaustauscher perkolierte Saft eine Maximalreinheit aufweist, weil er noch einer Behandlung mit Kalk ausgesetzt wird.
Gemäss dem Verfahren der Erfindung wird der Saft beim Ausfliessen aus dem Ionenaustauscher gleich mit einer erfahrungsgemäss bestimmtenMengeKalk gemischt, die an erster Stelle zur Neutralisation der freien Säure im Saft dient ; dabei gibt es aber einen Überschuss, der saturiert wird, z. B. im Dauerbetrieb mittels Kohlensäure oder schwefeliger Säure. Danach kann man filtrieren.
Wenn diese Handlungen richtig durchgeführt werden, erreicht man erstaunliche Resultate. Obwohl der Überschuss von Kalk beim Verfahren gemäss der Erfindung viel geringer ist als derjenige des üblichen Verfahrens - es sind nur 30 bis 80% der üblichen Menge erforderlich-verläuft die Filtration im allgemeinen besser, der Saft ist weniger gefärbt und hat z. B. nur 20% der Farbe nach dem üblichen Verfahren, er hat keinen kennzeichnenden Geschmack des gereinigten Rübensaftes und einen höheren Reinheitsquotienten bis 96 RQ, gegen normalerweise 91 RQ. Während der Konzentration ist der PH-Wert stabiler. Erstaunlich ist das Ergebnis der Titration bezüglich des PH-Wertes des Saftes.
Es zeigt sich, dass eine grössere Menge Säure, nämlich mehr als 50%, in dem erfindungsgemäss gereinigten Saft im Vergleich zu dem nach dem üblichen Fabrikationsverfahren erhaltenen Saft fehlt.
Beim Vorgang des Kalkens und Saturierens werden höhere PH-Werte (über 11) in Verbindung mit ausserordentlich hohen Temperaturen (90 bis 100 C), wie sie gewöhnlich in der Rübenzuckerfabrikation angewendet werden, vermieden. In dieser Beziehung muss man damit rechnen, dass der Kalk mit bestimmten Säuren, wie z. B. Phosphorsäure, Oxalsäure, Zitronensäure usw., Niederschläge bildet. Diese
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im Rohsaft enthaltene Stoffe, während dagegen in dem erfindungsgemäss gereinigten Saft die im Rohsaft befindlichen Kationen zur Gänze oder zum Teil Wasserstoffionen sind.
Die schädlichen Verhältnisse bei der üblichen Reinigung können leichter vermieden werden, wenn man das Verfahren gemäss der Erfindung ausführt. Bei der Reinigung des Saftes gemäss der Erfindung ist es häufig empfehlenswert, eine zweite Filtration durchzuführen. Zweckmässig wird vor dieser zweiten Filtration ebenfalls eine zweite Kalkung und eine zweite Saturation angewendet. Der bei der zweiten Filtration abgesetzte Schlamm wird vor der ersten Filtration nach dem Kalken und Saturieren wieder in den Saft eingeführt. Die Anwendung einer Vorkalkung verbessert ebenfalls das Resultat. Die Menge des für die Reinigung anzuwendenden Kalkes kann reduziert werden.
Es ist wichtig, dass bei der ersten Filtration nach dem Kalken und Saturieren die sich absetzenden Stoffe völlig aus dem durch den mit Wasserstoffionen beladenen Kationenaustauscher perkolierten Saft entfernt werden. Es ist auch wichtig, dass das Kalken und Saturieren sorgfältig durchgeführt wird, weil die sich absetzenden Stoffe unter stark alkalischen Bedingungen und höherer Temperatur zu einer schädlichen Reaktion neigen. Man hält also die Temperatur möglichst niedrig. Nachher erfordert das Kalken, Saturieren und Filtrieren in der zweiten Phase weniger Vorsichtsmassnahmen.
Aus der Bestimmung des PH-Verlaufes in dem gemäss Schema (a) gewonnenen Saft bei Zusatz von
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sauren Lösungen und Natronlauge geht die Wirksamkeit des Verfahrens hervor. Was das Entfernen der Abbauprodukte der Eiweissstoffe anlangt, ist die Reaktion mit einer Ninhydrinlösung wichtig. Obwohl das Verfahren gemäss der Erfindung die grössten Vorteile für unverarbeiteten Rohsaft ergibt, ist es häufig günstig, es auch für Rückstandsprodukte der Zuckerfabrikation, wie z. B. Melasse, zu benutzen.
Durch Ersetzen der Wasserstoffionen des Filtrats durch Calciumionen erzielt man im allgemeinen nach dem Verfahren der Erfindung eine teilweise Entfernung der Anionen, die einen unlöslichen Niederschlag bilden. Die schwach sauren Kationenaustauscher können bei der Verarbeitung des Rohsaftes einzeln benutzt werden oder auch der Anwendung eines stärker sauren Kationenaustauschers vorangehen.
Bei der Regenerierung kann eine grosse Säure ersparnis erzielt werden, wenn man die Säurelösung durch die stark sauren Kationenaustauscher führt und danach durch einen mittelsauren oder schwach sauren Austauscher. Durch Verwendung dieser zwei Arten von Kationenaustauschern in einer Serie von mehreren
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Gebrauch machen.
Selbstverständlich kann der gereinigte Saft konzentriert und daraus der Zucker mittels der bekann- ten Methode abgeschieden werden. Wenn sich während des Eindamptens auf der Heizungsobertläche eine Ablagerung bildet, kann man die Ionen, welche daran beteiligt sind, vorher mit einem Anionen- austauscher entfernen. Die Menge der Melasse ist geringer und der Ertrag des auskristallisierten Zuckers erheblich grösser als bei der üblichen Fabrikation. Der Gehalt an Zucker in der nach dem Verfahren der
Erfindung gewonnenen Melasse beträgt weniger als 400/0 der Menge, die das übliche Verfahren ergibt.
Man kann auch den gewonnenen Saft mit gutem Erfolg demineralisieren. Da der Saft sehr rein ist, hat er nicht die aus der Praxis bekannte schädliche Wirkung auf den Ionenaustauscher. Die Demineralisierung ist weniger kostspielig, dieMenge der Salze im Saft ist erheblich geringer. Man kann also durch Zusatz von Natrium- oder andern Ionen während des Kalkens einen praktisch entkalkten Saft gewinnen.
Zu diesem Zweck kann man die erfahrungsgemäss erforderliche Menge an Natriumionen feststellen, deren Menge derjenigen der nicht niederzuschlagenden Anionen, die sich schliesslich im Saft befinden, entsprechen soll. Auf diese Weise kann man für die Regenerierung des Kationenaustauschers, welcher zur Demineralisierung dient, Schwefelsäure verwenden, die weniger kostspielig ist als Salzsäure ; die Gefahr der Bildung von Calciumsulfat im Ionenaustauscher wird also vermieden.
In bestimmten Fällen, beispielsweise wenn der Rohsaft aus einem sehr reinen vegetabilischen Rohstoff gewonnen wird oder wenn der Dekationisierungskreislauf nicht weitgehend durchgeführt worden ist, kann man das Verfahren nach Schema (b) benutzen.
Wenn man gemäss Schema (b) vorgeht, gewinnt man einen Saft, der nach Dekationisierung genügend rein ist, um direkt über einen mit Hydroxylionenbeladenen Anionenaustauscher zur Entfernung der darin befindlichen Anionen geführt zu werden. Im letzten Falle ist die Kapazität des Kationenaustauschers pro Stunde und pro Kreislauf geringer.
Dieser Variante (b) gemäss wird der Saft von dem Wasserstoffionenaustauscher gleich durch einen mit Hydroxylionen beladenen Anionenaustauscher geführt Das Verfahren ist empfindlicher, bei welchem daher versucht werden soll, durch Anwendung von mit Wasserstoffionen beladenen Kationenaustau- schem eine optimale Reinigung zu erzielen. Darum soll die Filtriergeschwindigkeit reduziert werden, und auch die Gesamtmenge des behandelten Saftes soll geringer sein. Die Teilchen des Kationenaustauschers sollen kleiner sein und z. B. 0, 4 bis 0, 8 mm betragen. Bei der Variante (a) haben sie einen erheblich grösseren Durchmesser, z. B. von 0, 6 bis 1, 2 mm. Die Filtriergeschwindigkeit soll im Falle (b)
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Wie bei der üblichen Demineralisierung in der Zuckerindustrie kann man beim Verfahren der Variante (a) insgesamt 25 bis 30 Vol. -Einheiten Saft durchströmen lassen, jedoch bei Variante (b) nur 10 bis 15 Vol.-Einheiten. Obwohl bei der Demineralisierung gemäss Variante (b) die Anwendung des Kationenaustauschers weniger wirtschaftlich erscheint als bei der üblichen Demineralisierung, ergibt die wirksame Wiederbelebung der Kationenaustauscher und das Fehlen von Abbauprodukten, die sich, wie oben erwähnt, in dem gereinigten Saft der üblichen Fabrikation befinden, dennoch einen besseren Erfolg als bei der üblichen Demineralisierung.
Gemäss der Verfahrensvariante (c) wird ein zum Konsum geeigneter Saft bereitet.
Bekanntlich sind die Diffusion und die Reinigung von Rübensaft in der Zuckerindustrie entwickelt worden und haben bis jetzt eine grosse Vollkommenheit erreicht, aber weder der Rohsaft noch der gemäss dem üblichen Verfahren gewonnene gereinigte Saftkönnenkonsumiertwerden, dennsiesind nicht schmackhaft
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Der gereinigte Saft hat zwar eine ansprechende Farbe, aber er hat immer einen schlechten Geschmack und einen unangenehmen Geruch, u. zw. wegen der Proteine, die sich teilweise während des Reinigungsverfahrens zersetzt haben.
Gemäss der Erfindung lässt man zur Bereitung eines konsumierbaren Saftes den Rohsaft mit geringer Geschwindigkeit und in bestimmten Mengen über den mit Wasserstoffionen beladenen Kationenaustauscher fliessen, welcher der Behandlung gemäss der Erfindung ausgesetzt worden ist Nach diesem Durchströmen ist der Saft klar oder leicht undurchsichtig, er ist geruchlos oder hat einen angenehmen Geruch und Geschmack und ist strohgelb. Ausserdem ist der Stickstoffgehalt gering, praktisch sind nur Spuren vorhanden. Im allgemeinen muss die Durchflussgeschwindigkeit über den Austauscher so reguliert werden, dass sie 3 VoL-Teile Saft/Vol.-Teil Harz/h nicht überschreitet. Die Temperatur des Saftes ist dieselbe wie beim Ausströmen aus der Diffusionsapparatur.
Schliesslich ist es zu beachten, dass man im allgemeinen eine Menge von 15 VoL-Teilen behandeltem Saft/Vol.-Teile Austauscher nicht überschreitet, ehe dieser regeneriert wird. Ein Teil der Saccharose des Saftes darf sich ohne weiteres in invertierten Zucker umwandeln, weil dieses Phänomen die Eigenschaften des gewonnenen Saftes gerade verbessern kann. Nach dem Durchströmen durch den Austauscher hat der Saft einen pH-Wert zwischen 2 und 3, 5. Man fängt jetzt an, den Saft zu adjustieren, danach gegebenenfalls zu konzentrieren, um einerseits dessen Konservierung zu ermöglichen und anderseits dessen Lagerung zu erleichtern ; es kann aber der verdünntesaft auch in der bekannten Weise sterilisiert und konserviert werden.
Entsprechend den Wünschen der Konsumenten kann der Saft einem mehr oder weniger weitgehend durchgeführten Entfärbungsverfahren ausgesetzt werden, welche Behandlung erfindungsgemäss unter Durchströmen des Saftes durch ein mit geeigneten Ionen beladenes Entfärbungsharz oder mittels aktiver Kohle vorgenommen werden kann, so dass schliesslich beim richtigen pH-Wert ein Produkt mit stabiler Farbe gewonnen wird. Diese Behandlung wird durch den Umstand erleichtert, dass sich der Saft in dem Kationenaustauscher mit Wasserstoffionen beladen hat. Ausserdem kann man den Saft ebenfalls ohne Schwierigkeiten durch Behandlung auf einem Kationenaustauscher klären.
Man kann wohl nach der Klärung Pektine zusetzen, die den Saft mehr oder weniger undurchsichtig machen, doch ist die vorherige Klärung zur Gewinnung eines Saftes von guter Qualität und genügender Stabilität ohne sich absetzende Stoffe notwendig. Der Zusatz von Pektinen kann schon beim Vermahlen der Rübenschnitzel stattfinden oder, im Falle von gemischten Säften, mit einem Saft anderer Herkunft, z. B. Apfelsaft.
Das Erhitzen des Rohsaftes, gegebenenfalls bis 100 C, steigert den Gehalt an Pektinen und sich absetzenden Stoffen.
Es ist möglich, nach diesen verschiedenen Phasen des Saftbereitungsverfahrens den Geschmack und den Geruch zu ändern und den Säuregehalt im Hinblick auf das Endprodukt zu regulieren. Die letztgenannte Behandlung kann unter Benutzung eines Pufferionenaustauschers erfolgen, der mit Wasserstoffionen und mit Alkali in einem richtigen Verhältnis beladen ist Vorher oder gleichzeitig gibt es öfters Anlass, die schädlichen Ionen von Schwermetallen, Cl, S04 und Nu4, welche häufig aus dem Fabrikationswasser oder bei einer chemischen Reaktion entstehen usw., völlig zu entfernen. Zwecks Entfernung dieser verschiedenen schädlichen Ionen werden ionenaustauschende, für diesen Zweck geeignete Harze benutzt, d. h. Harze mit einer grossen Selektivität.
In bestimmten Fällen kann man die Säfte behandeln zur Vergrösserung ihrer Haltbarkeit ; man bedient sich dann des üblichen Verfahrens.
Dasselbe gilt für die Konzentration der Säfte, welche durchgeführt werden kann durch Ausfrieren des Wassers, wobei ein Verlust an natürlichen Essenzen, die der Saft enthält, vermieden wird, oder aber durch Eindampfen bei niedriger Temperatur (unter Vakuum) unter Zurückgewinnung der Essenzen durch fraktionierte Kondensation der Dämpfe.
Im Laufe des Saftfabrikationsverfahrens und unter Einwirkung von Mikroorganismen können sich organische Säuren bilden, wie z. B. Milchsäure, Essigsäure, die erhebliche Störungen im Saft hervorrufen. Um diesen Unzukömmlichkeiten vorzubeugen, werden diese Reaktionen unterdrückt, wogegen nach Sterilisierung die Bildung von Zitronensäure und Glukonsäure gefördert wird, unter entsprechender Auswahl der dem Saft zuzusetzenden Mikroorganismen und unter Voraussetzungen von Druck und Temperatur, die die Entwicklung dieser Mikroorganismen fördern. Man kann hier gleichfalls genügende Mengen desinfizierender Stoffe, wie z. B. SO., zusetzen.
Im allgemeinen ist das kationenaustauschende Harz, das nach Variante (c) verwendet wird, ebenfalls eines der im Handel unter dem Namen IMAC C 12 und IMAC C 16 P bekannten Harze (monofunktionelles ionenaustauschendes Harz vom Typus des sulfonierten Polystyrols in Kugelform, von stark
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austauschender Wirkung sowohl im Natrium- als auch im Wasserstoffzyklus). Die Anwendbarkeit eines solchen Harzes variiert von PH = 0 bis PH = 14. Die Maximalanwendungstemperatur als Funktion des pH-Wertes ist 1200C. Das Standardprodukt enthält ungefähr 8% DivinylbenzoL
Gemäss der Gebrauchsanleitung für das erfindungsgemässe Verfahren wird der Rohsaft im allgemeinen von oben nach unten durch einen mit Wasserstoffionen beladenen Kationenaustauscher perkoliert, doch ist diePerkolation in entgegengesetzter Richtung ebenfalls möglich.
Die Perkolation kann auch im Dauerbetrieb stattfinden, wobei der gebrauchte Austauscher an der einen Seite des Gefässes entfernt wird und an der andern Seite ein regenerierter oder neuer Austauscher zugeführt wird.
Wenn in dem erfindungsgemässen Verfahren die Zuckerrübe durch Zuckerrohr oder einen andern vegetabilischen Rohstoff ersetzt wird, so ändert sich nur die Art der ersten Extraktion. Für die Rübe ist also das meist übliche Diffusionsverfahren das durch Osmose, für Rohr das Verfahren durch Auspressen usw.
Nachstehend folgen einige nicht beschränkende Beispiele für die Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung.
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l : DemdurchDiffusion vonRüben nach der üblichenMethode gewonnenenRohsaft einertionenaustauschers enthielt. Die Teilchen des Austauscherharzes (IMAC C 16 P) waren kugelförmig und hatten einen Durchmesser von 1, 1 bis 0, 3 mm.
Es wurden 32000 l Rohsaft durchströmen gelassen, der nach der Perkolation einen PH- Wert von
2 bis 2,5 aufwies. Der Durchsatz des Rohsaftes betrug 7000 l/h. Der perkolierte Saft war ganz klar.
Zur Beschränkung der Inversion der Saccharose in dem verarbeiteten Saft wurde dieser vor der Per- kolation bis 100C gekühlt
Nach Durchströmen durch das Gefäss gelangte der perkolierte Saft sofort in einen Mischtrog, worin Kalk und Kohlensäure bis zu einem PH- Wert von 8,2 zugesetzt wurden. Der Mischer wurde bis auf 600C erwärmt.
Der im Dauerbetrieb saturierte Saft wurde in einen zweiten Mischtrog geleitet und der PH- Wert mit schwefligsaurem Gas auf 7, 5 zurückgeführt Der Saft wurde danach durch Filterpressen filtriert Der Kalkverbrauch war 8 kg/1000 1 Saft Die Filtration war einwandfrei, das Filtrat war wenig gefärbt
Der Kationenaustauscher wurde mit Wasser entzuckert, anschliessend durch Einblasen von Dampf gekocht und dann mit bis auf 850C erhitztem Wasser gewaschen.
Nach diesem Vorgang wurde Natronlauge (25 kg NaOH) zugesetzt und die Masse aufs neue gekocht Hierauf wurde die Masse, die alkalische Reaktion zeigte, mit warmem Wasser gespült Die Regenerierung mit Salzsäure fand in der üblichen Weise statt Zu diesem Zweck wurden 1400 1 einer Lösung gebraucht, die 140 kg Salzsäure enthielt Um zu vermeiden, dass während des Erhitzens beim Abfliessen Schaum erzeugt wird, wurde die Masse mit möglichst wenig Flüssigkeit kochen gelassen und gleichzeitig Luft eingepumpt Hier kann ebenfalls ein Produkt, das übermässige Schaumbildung verhütet, zugegeben werden. Der gewonnene Saft wies einen Reinheitsquotienten RQ von 95, 5 und einen Gehalt von 12, 80 Brix auf. Der Säuregehalt war bis auf 60% des anfänglichen Gehaltes reduziert.
Der gereinigte Saft war wenig gefärbt
Das Abfallwasser wurde zur Zurückgewinnung der wertvollen Stoffe, wie z. B. Eiweiss und Eiweissabbauprodukte, benutzt
Der gereinigte Saft wurde konzentriert und in der üblichen Weise auf kristallisierten Zucker und Melasse verarbeitet Es blieben nur 3, 8% des in den Rüben vorhandenen Zuckers in der Melasse zurück, gegenüber ungefähr 11% beim üblichen Verfahren.
Beispiel 2 : Nach dem Verfahren von Beispiel 1 wurde ein im Dauerbetrieb durch Diffusion von Rüben gewonnener Rohsaft verwendet Der Rohsaft enthielt kleine Schnitzelteilchen von Rüben, die schwierig zu entfernen waren und den Kationenaustauscher verlegten. Um diese Teilchen zu entfernen, wurde der Rohsaft durch ein Immediumfilter fliessen gelassen, das Anthrazitteilchen von 2 bis 3 mm Grösse enthielt Dann wurde der Saft, wie in Beispiel 1 beschrieben, weiter verarbeitet Das Resultat war ähnlich wie in Beispiel 1.
Beispiel 3 : In diesem Beispiel wurde an Stelle von Zuckerrübensaft Rohsaft aus Zuckerrohr nach der Vorgangsweise von Beispiel 1 gereinigt.
Das hier erzielte Ergebnis bestand darin, dass 4% des im Rohr vorhandenen Zuckers in der Melasse zurückblieben, im Gegensatz zu ungefähr 12% bei dem üblichen Verfahren.
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Beispiel 4 : Bei einer Reinigung gemäss Beispiel 1 wurde eine Dosierung und eine Kalksaturation im Dauerbetrieb durchgeführt und ein ähnliches Resultat erzielt
Beispiel 5 : Nach der ersten Saturation und Filtration eines Reinigungsverfahrens gemäss Beispiel 1 wurde ein zweites Kalken und eine zweite Saturation, gefolgt von einer zweiten Filtration, durchgeführt. Der Gesamtkalkverbrauch wurde dabei auf 6 kg/1000 1 Saft herabgesetzt
Die gewonnene Menge an kristallisiertem Zucker war ähnlich wie die in Beispiel 1.
Beispiel 6 : Bei dem Verfahren nach Schema (b) wurde der Rohsaft einer Rübenzuckerfabrik durch eine Schicht des Harzes IMAC C 16 P mit mässiger Geschwindigkeit und in beschränkten Mengen (3 Vol.-Teile Saft/VoL-Teil IMAC C 16 P/h, insgesamt 13 Vol.-Teile Saft/VoL-Teil IMAC C 16 P) geleitet Das Harz IMAC C 16 P wurde mit Teilchen von 0, 4 bis 0,7 mm Durchmesser eingesetzt Der Rohsaft wurde sterilisiert und gekühlt. Der perkolierte Saft war so gut wie klar.
Sodann wurde der Rohsaft über einen schwach alkalischen, mit Hydroxylionen beladenen Anionenaustauscher geführt
Der gereinigte Saft wurde im üblichen Eindampfungsverfahren in kristallisierten Zucker und Melasse übergeführt Es blieben 5, 3% des in den Rüben vorhandenen Zuckers in der Melasse zurück, gegenüber ungefähr 11% im üblichen Reinigungsverfahren.
Die Kristallisation verlief etwas weniger leicht als in Beispiel 1. Die Flüssigkeit des Sirups war weniger günstig, und das gleiche galt für die Produkte.
Beispiel 7 : Beim Verfahren nach Schema (c) wurde ein durch Diffusion von Rübenschnitten gewonnener Rohsaft durch einen mit Wasserstoffionen beladenen Kationenaustauscher stark saurer Art von oben nach unten geführt. Der Austauscher (IMAC C 12) bestand aus kugelartigen Teilchen von 0, 3 bis 0, 8 mm Grösse. Die Perkoliergeschwindigkeit betrug 3 Vol.-Teile Saft/Vol.-Teil Austauscher/h. Es wurden 15 Vol. -Teile Saft/Vol. -Teil Harz durchströmen gelassen und nachher mit Wasser gespült. Die abströmende Flüssigkeit und das Spülwasser wurden mit "Hyflocel" in einem Verhältnis von 10 kg/m3 Mischung vermischt und in einer Filterpresse filtriert. Die nach dieser Behandlung klar gewordene Flüssigkeit wurde unter Vakuum im Dauerbetrieb konzentriert.
Die Verweildauer des Saftes im Apparat betrug 10 bis 15 min. Der bis auf 650 Brix konzentrierte Saft wurde in emaillierten Gefässen gelagert. Geruch und Geschmack waren sehr gut
Der unwirksam gewordene Kationenaustauscher wurde in folgender Weise aktiviert :
Nach Entzuckerung mit Wasser von ungefähr 900C wurde 60 min lang Wasser von etwa 80 bis 900C in den Turm unterhalb der Masse mit einer solchen Geschwindigkeit eingesprüht, dass eine Ausdehnung von 20lao in dem Harz herbeigeführt wurde. Dann wurde in das Spülwasser eine solche Menge von Natronlauge eingeführt, dass der PH- Wert der abströmenden Flüssigkeit auf 11 bis 12 anstieg. Es wurde weiter gespült, bis ein pH-Wert von 8 erreicht wurde.
Nach dieser Behandlung, die 1 bis 2 h in Anspruch nahm, waren die Kolloide und die Färbung grösstenteils verschwunden.
Schliesslich wurde der Austauscher mit einer Menge von 10% HCI in Richtung von oben nach unten regeneriert.
Beispiel 8 : Es wurde das Verfahren nach Beispiel 7 ausgeführt, jedoch der Saft von unten nach oben durch die Schicht des Austauschers geführt ; die abströmende Flüssigkeit wurde durch ein Sackfilter (System Philippe) transportiert, wobei die Flüssigkeit so wenig wie möglich geschüttelt und ein Inberührungbringen mit der Luft vermieden wurde.
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Austauscher fliessen gelassen. Dabei wurde ein Saft gewonnen, der trüb war und mehr Pektine enthielt
Diese Eigenschaften sind für die Bereitung von zum Gebrauch als Fruchtsäfte geeigneten Produkten günstig.
Beispiel 10 : Ein verdünnter, nachBehandlung mit dem Austauscher gemäss Beispiel 7 gewonnener Saft wurde filtriert und gekocht Nach Abkühlung war sein PH- Wert 2,2. Dieser Flüssigkeit wurde eine Kultur von Aspergillus niger zugesetzt und der Saft in offenem Gefäss stehen gelassen, bis der Gehalt an Zitronensäure in der Flüssigkeit auf 0, 5% angestiegen war. Anschliessend wurde die Flüssigkeit über eine Asbestschicht filtriert und sterilisiert. Man erhielt so einen für direkten Gebrauch geeigneten schmackhaften Saft Beispiel 11 : Einer Mischung von 5 Teilen des verdünnten, nach Beispiel 7 gewonnenen Saftes mit 1 Teil von nach Beispiel 10 gewonnenem Saft wurde Apfelpektin zugeführt, bis eine starke Undurchsichtigkeit erreicht wurde. Danach wurde die Flüssigkeit sterilisiert.
Man erhielt dabei einen für direkten Gebrauch geeigneten schmackhaften Saft.
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Beispiel 12 : Ein Rohsaft wurde durch Vermahlen von Rüben und Äpfeln, gemischt in einem Verhältnis von 4 : 1, hergestellt und der Saft anschliessend einem gewissen Druck ausgesetzt. In diesen Rohsaft aus Rüben und Äpfeln wurden ungefähr 0, 030/0 S02 eingeführt, bevor er im Austauscher behandelt wurde. Der perkolierte Saft wurde geklärt und der klare Saft bis 600 Brix konzentriert.
Der konzentrierte Saft war undurchsichtig und bildete einen ausgezeichneten Rohstoff für einen zum unmittelbaren Gebrauch geeigneten Saft.
Beispiel 13 : Zur Gewinnung eines rot gefärbten Saftes wurde von einem Rohstoff ausgegangen, der 9 Gew.-Teile Zuckerrüben auf 1 Gew.-Teil essbare rote Rüben enthielt. Der gewonnene Rohsaft wurde nach dem Verfahren von Beispiel 12 behandelt und ergab einen roten, für direkten Gebrauch geeigneten Saft
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die der Praxis entnommenen, vorstehend im einzelnen beschriebenen Beispiele. Es können vielmehr zahlreiche Änderungen vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Reinigung von Rohsaft, der aus Zuckerrüben, Zuckerrohr oder andern vegetabili-
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lichenfalls mit einem Sterilisiermittel und/oder durch Filtration und/oder Kühlung vorbehandelte Rohsaft in einem stark sauren, zur Gänze oder zum Teil mit Wasserstoffionen beladenen Kationenaustauscher einer Perkolation unterzogen wird, wobei der Austauscher zur Wiederbelebung einer Behandlung mit erwärmter oder zum Kochen gebrachter alkalischer Lösung, vorzugsweise Natronlauge, gegebenenfalls nach vorangegangener Behandlung mit erwärmtem oder kochendem Wasser, ausgesetzt und dann mittels Säure erneut zur Gänze oder zum Teil mit Wasserstoffionen beladen wird, worauf der perkolierte Saft erforderlichenfalls einer weiteren Behandlung zur Erzielung eines fertigen Reinsaftes unterworfen wird.