CS256365B2

CS256365B2 - Method of betaine or inerted molasses insulation

Info

Publication number: CS256365B2
Application number: CS811434A
Authority: CS
Inventors: Heikki O Heikkilae; Jaakko A Melaja; Dan E D Millner; Jouko J Virtanen
Original assignee: Suomen Sokeri Oy
Priority date: 1980-02-29
Filing date: 1981-02-27
Publication date: 1988-04-15
Also published as: DK158222B; FI812912L; WO1981002420A1; FI77845B; SU1189334A3; DK158222C; RO84360B; ES8207127A1; IT1170766B; IS1327B6; FI77845C; BG49616A3; JPH0250895B2; YU42383B; EP0054544B1; BE887652A; DK453281A; GR73024B; JPS57500286A; RO84360A

Description

Vynález se týká způsobu izolace betainu z popřípadě invertované melasy.

Betain, důležitá složka melasy cukrové řepy, má molekulární vzorec

CH_O - coo

I ²

N(^CH ₃)₃ nebo

Sloučenina má amfoterní charakter a ve vodném roztoku vykazuje neutrální reakci. Betain je snadno rozpustný ve vodě a používá se jej v krmivu pro zvířata, včetně hovězího a vepřového dobytka a ptáků. Betain se kromě toho požuívá ve farmacii.

Betain se vyskytuje v kořenech, zrnech a stéblech četných rostlin a cukrovka má poměrně vysoký obsah betainu, pohybující se od 1,0 do 1,5 %, vztaženo na obsah sušiny. Během zpracování cukrovky při izolaci sacharózy se betain koncentruje v melase. Melasa cukrovky obsahuje obvykle mezi 3 až 8 procenty betainu, vztaženo na obsah sušiny. Jiné materiály s význačným množstvím betainu zahrnují zbytkovou melasu ze Steffenova procesu, výpalky a některé sirupy, které jsou vedlejšími produkty rafinace cukru.

Z melasy cukrovky byl betain izolován pomocí výměny iontů, krystalizací ve formě hydrochloridu nebo extrakcí do organických rozpouštědel.

Byly zveřejněny různé modifikace způsobu výměny iontů, viz například USA patentový spis č. 2 586 295, japosnký patentový spis č. 24 906/71, SSSR patentový spis č. 445 270 a Schneider F.: Technologie des Zuckers, nakladatelství Schaper Hannover, 1968, str. 635 až 636. Způsoby podle dřívějšího stavu techniky zahrnují obvykle pasáž melasy silným katexem, oddělení iontoměniče od zbylého roztoku a desorbci betainu pasáží zředěného amoniaku ložem pryskyřice.

Jestliže se melasa cukrovky podrobí procesu odcukernění, například Steffenově procesu, betain se koncentruje ve zbytkové melase. Podobnou surovinou pro betain jsou výpalky, které jsou zbytkovou melasou po fermentačních procesech.

Betain se izoluje ze zbytkové melasy nebo výpalků výměnou iontů, avšak v důsledku poměrně vysoké koncentrace betainu v těchto materiálech je rovněž možné využít nízké rozpustnosti sloučeniny betainu s kyselinou chlorovodíkovou; viz britský patetnovýs pis č. 715 774, USA patentový spis Č. 2 519 573, Chneider F.: Technologie des Zuckers, nakladatelství Schaper, Hannover, 1968, str. 1 010.

Betain byl izolován ze zbytkové melasy i extrakcí do organických rozpouštědel, viz německou patentovou přihlášku č. 2 300 492.

Chromatografické způsoby separace organických sloučenin jsou dobře známy z analytické chemie. Druh chromatografie, takzvané ionty vytěsňující chromatografie byl použit к izolaci sacharózy z melasy. V literatuře lze o této metodě nalézt značné množství patentů a dalších publikací, například D. Gross v CITS 14th Gen. Ass. Brusel 1971, USA patentový spis č. č. 2 868 677, 2 937 959, 3 214 293 a 3 884 714, a kanadský patentový spis č. 754 511. V procesu vytěsňování iontů se melasa odděluje obvykle na sloupci katexové pryskyřice ve formě s alkalickým kovem. Cukerná frakce se eluuje ze sloupce po necukerné frakci.

Nyní bylo nalezeno, že betain lze separovat z cukerných a necukerných složek melasy cukrovky pomocí chromatografie. Na sloupec se nanáší zředěná melasa. Při eluci zředěné melasy vodou se ze sloupce získá jako eluát opouštějící spodní část sloupce první necukerná odpadní frakce, druhá frakce obsahující podstatnou část cukrů z násady a třetí frakce obsahující betain. Tato frakce je eluována jako koncová frakce po cukerné frakci a obsahuje vysoký podíl betainu z ná3 sady, který činí více než 80 %, vztaženo na sušinu. Z uvedené betainové frakce je možno získat betain krystalizací nebo, je-li to žádoucí, ve formě hydrochloridu.

Předmětem vynálezu je tedy v souladu s tím způsob izolace betainu z popřípadě invertované melasy, který se vyznačuje tím, že se melasa ředí vodou na hmotnostní obsah pevných látek 20 až 50 %, zředěná melasa se zavádí při průtoku 0,5 až 2,0 m^.h¹ do horní části chromatograf ického sloupce ponořeného ve vodě a naplněného solí polystyrensulfonátové katexové pryskyřice o rovnoměrném středním průměru částic 0,037 až 0,84 mm zesítěné hmotnostně 2 až 12 % divinylbenzenu, vztaženo na hmotnost pryskyřice, a pak se melasa eluuje z chromatografického sloupce vodou, přičemž ze spodní části chromatografického sloupce se postupně odebírá odpadní frakce, frakce obsahující cukr a frakce obsahující betain, načež se frakce, obsahující betain, koncentruje a čistí.

Předmět vynálezu objasňují připojené výkresy, přičemž je na obr. 1 dělení řepné melasy; jednotlivé číslice mají tento význam: 1 celková koncentrace, vodivost, 3 sacharóza, 4 betain obr. 2 dělení zbytkové melasy (význam číslic stejný jako na obr. 1), .

obr. 3 dělení melasy postupné náplně (význam číslic stejný jako na obr. 1) obr. 4 dělení výpalků (význam číslic stejný jako na obr. 1 jedině 3 znamená jiné” obr. 5 stupeň I, dělení melasy; jednotlivé číslice mají tento význam: 1 celková koncentrace, 2 vodivost, 3 jiném, 4 betain, 5 disacharidy obr. 6 stupeň II, dělení betainu (význam číslic stejný jako na obr. 5) obr. 7 dělení invertované řepné melasy: jednotlivé Číslice mají tento význam: 1 vodivost, celkový obsah pevných látek, 3 jiné, 4 betain, 5 invertní cukr

Vhodnou surovinou pro výrobu betainu je melasa z cukrovky, která obvykle obsahuje 3 až 8 % hmotnostních betainu, vztaženo na sušinu. Jak zbytková melasa z procesu odcukernění, tak výpalky z procesu fermentace mají vysoký obsah betainu a jsou tudíž přirozeně velmi vhodnými surovinami.

Betainhydrochlorid, kterého se používá ve farmaceutických prostředcích, lze připravit například z frakce bohaté betainem, získané způsobem podle vynálezu, obvyklým způsobem za použití ekvivalentního množství kyseliny chlorovodíkové.

Proudový diagram uvádějící obecný popis způsobu podle vynálezu je znázorněn v tabulce I; melasa obsahující betain se ředí na 25 až 50 % obsahu sušiny, s výhodou na 35 až 40 % a vede se na provozní chromatografickou kolonu. Kolona obsahuje silný katex ve formě alkalického kovu; sodík je přitom obvykle výhodnou alkálií z ekonomických důvodů. Kolona s pryskyřicí se před přidáním zředěné melasy naplní vodou. Po skončeném přidání melasy na kolonu se kolona eluuje vodou při teplotě 60 až 90 °C a eluát se shromažďuje ve formě několika frakcí.

Pryskyřice používaná na koloně je s výhodou sůl alkalického kovu sulfonované polystyrénové iontoměničové pryskyřice zesítěné asi od 2 až asi do 12 % hmotnostních a výhodněji asi od 3 až asi do 9 % hmotnostních divinylbenzenu (DVB). Pryskyřice má jednotnou velikost částic v rozmezí asi od 20 až do 400 U.S. mesh (ok), a nejvýhodněji v přibližném rozmezí 0,2 až 0,5 mm. Výška lože pryskyřice je asi od 2,5 asi do 10 metrů. Rychlost plnění je 0,5 až 2 kubic3 2 ké metry za hodinu na čtvereční metr průřezu kolony s pryskyřicí (m /h/m ). Plní se s výhodou řepná melasa obsahující betain, zbytková melasa nebo výpalky, které se ředí vodou na obsah hmotnostně asi 25 až 50 % sušiny, s výhodou asi 25 až 40 %.

Při eluci vodou se izoluje z kolony eluát představující prvou necukernou odpadní frakci, druhou cukernou frakci a třetí frakci obsahující převážně betain. Necukerné a cukerné frakce se podrobují dalšímu zpracování, aby se izolovat cukr a zbytková melasa. Toto další, zpracování je popsáno dříve v literatuře a není součástí tohoto vynálezu.

V případě, kdy se používá к plnění roztoků o poměrně nízkém obsahu cukru, druhá frakce, obsahující cukry, neobsahuje komerčně zajímavá množství cukru. V tomto případě lze frakce používat jako krmivá pro hovězí dobytek nebo její část nebo všechna může být vrácena do systému v příští náplni. Dále bylo nalezeno, že lze provádět následné náplně zředěné melasy v předem stanovených plnicích intervalech, následovaných elucí vodou. V tomto případě je možné popřípadě náplně částečně překrývat. Takto se betainová frakce na koloně z předchozí náplně eluuje za použití zředěné melasy z následující náplně jako eluátu. V tomto případě poslední frakce prvé náplně obsahuje betain z prvé náplně, spolu s malým množstvím betainu z prvé náplně, spolu s malým množstvím dalších složek druhé náplně. Výhoda tohoto způsobu spočívá v kratší době mezi náplněmi, celkový čas procesu pro dané množství melasy se podstatně zkracuje.

Betain se izoluje z frakce obsahující hlavně betain, nazývané betainová frakce v tabulce 1, tím, že se nejprve odpaří asi z 77 % až asi na 81 %, s výhodou asi na 80 % obsahu sušiny. Roztok se potom naočkuje krystaly bezvodého betainu a bezvodý betain vykrystaluje, přičemž teplota se udržuje v rozmezí 75 až 85 °C, ve vakuu, v rozmezí asi 11 až 16 kPa během krystalizace. Obvyklý vakuový krystalizátor typu, jakého se používá v cukrovarnictví, je vhodný к provádění tohoto stupně procesu. Voda se odpařuje, což způsobuje růst krystalů. Když je krystalizace v podstatě skončena, jak je znázorněno na krystalizaci la v tabulce 1, krystaly bezvodého betainu se separují od matečného louhu odstředěním. Sirup získaný po odstředění se koncentruje na obsah 80 až 90 % sušiny, naočkuje krystaly bezvodého betainu a další podíl krystalů bezvodého betainu se izoluje krystalizaci ve vakuovém krystalizátoru, jak je znázorněno na krystalizaci Ib na tabulce 1. Při druhé krystalizaci Ib se teplota udržuje při 80 až 90 °C, ve vakuu v rozmezí asi 8 až 13 kPa.

Doba krystalizace v prvé krystalizaci la je 4 až 10 hodin, zatímco ve druhé je zapotřebí asi 6 až 12 hodin. Výtěžky betainu z prvé krystalizace jsou 50 až 55 % a z druhé krystalizace 45 až 50 % betainu. Čistota krystalů z prvé krystalizace je 99 % a 98 % z druhé krystalizace. Procesy prvé a druhé krystalizace, právě popsané jako krystalizace la a Ib, poskytují produkt, který lze popsat jako chemicky čistý betain.

Monohydrát betainu farmaceutické jakosti lze získat rozpuštěním surového krystalického betainu získaného v krystalizaci la a Ib za vzniku roztoku obsahujícího asi 60 % sušiny, takto vzniklý roztok se odbarví obvyklým způsobem aktivním uhlím a filtrací a betain se krystaluje z vody ve vakuovém krystalizátoru při teplotě 75 až 85 °C ve vakuu v rozmezí asi 13 až 24 kPa. Doba krystalizace se pohybuje za těchto podmínek v rozmezí 2 až 4 hodiny. Výtěžek betainu je 50 až 55 %, vztaženo na celkový obsah betainu v náplni a čistota krystalů je větší než 99,8 %. Toto stadium procesu je uvedeno v tabulce 1 jako krystalizace.il.

Lze použít rovněž odlišný způsob přípravy betainu. Tento betain lze izolovat z melasy chromatografickým dělením ve dvou stupních: hrubým dělením za účelem shromáždění frakce bohaté betainem, která se potom dělí podruhé za účelem izolace roztoku Čistého betainu. Materiálová bilance dvoustupňového procesu je uvedena na obr. 4. Čistota roztoku betainu, který se izoluje ze druhého stupně dělení je 90 %. Z toho roztoku se betain krystaluje. Proces je podrobně popsán v příkladech 7 až 8.

Při provádění způsobu izolace betainu podle vynálezu je třeba věnovat pozornost použití zařízení podle dosavadního stavu techniky. Lze použít chromatografického sloupce a způsobu popsaného v USA patentovém spisu č. 3 928 913, stejně jako plnicího zařízení pro sloupec, popsaného v USA patentovém spisu č. 3 814 253. Dále lze používat automatické kontroly frakcio načního procesu, založené na měření hustoty a optické otáčivosti, sacharózy, popsaném v USA patentovém spisu č. 3 826 905. Kromě toho lze použít automatického měření proměnných veličin procesu, například vodivosti a lze použít mikroprocesorů, aby se zvýhodnil automatický výpočet a provádění kontroly. Krystalizaci bezvodého betainu a monohydrátu betainu lze provádět v obvyklém vakuovém krystalizátoru s nuceným oběhem typu používaného při výrobě cukru. Krystaly betainu lze oddělit od jejich matečného louhu v odstředivkách, například typu užívaného při oddělování krystalů sacharózy od melasy.

Vynález se týká rovněž výroby betainu z invertované melasy. (H. Hongisto a H. Keikkiláí

Desugarisation of сапе molesses by the Finnsugar process. V proceedings XVI. Congress of International Society of Сапе Sugar Technologists, Sao Paulo 1977, vol. 3, strany 3 031 až 3 038).

Při chromatografickém dělení invertované melasy se betain odděluje od necukerných složek. Monosacharidy invertního cukru částečně překrývají betain, lze však získat frakci bohatou betainem.

Z frakce bohaté betainem se betain izoluje obvyklou výměnou iontů (jak je to popsáno na straně 5) .

Proudový diagram izolace betainu z invertované melasy je znázorněn v tabulce 2. Na obr. 7 je uvedeno chromatografické dělení invertované melasy. Způsobem podle tohoto vynálezu se řepná melasa invertuje kyselinou nebo působením enzymů obvyklým způsobem.

Invertovaná melasa se podrobí chromatografickému dělení, jak shora popsáno. Izoluje se frakce bohatá betainem, která obsahuje část monosacharidů invertního cukru a potom podrobí obvyklými způsoby výměně iontů. Frakce invertního cukru ze sloupce s iontoměničem se spojí s cukernou frakcí z chromatografického dělení. Betain se eluuje z kolony s iontoměničem pomocí zředěného amoniaku (nebo jiného vhodného elučního činidla). Betain krystalizuje z neutralizovaného roztoku jako bezvodý nebo jako hydrochlorid betainu.

Vynález bude dále popsán v následujících příkladech provedení; procenta a díly jsou míněny hmotnostně. Tabulky jsou zařazeny za příklady.

Příklad 1

Izolace betainu z řepné melasy

Betain byl izolován z řepné melasy zředěním melasy a pasáží chromatografickou kolonou, přičemž způsob a kolona mají následující charakteristiky:

Chromatografická kolona:

Sulfonovaná polystyren-divinylbenzenová katexová pryskyřice v Na⁺-formě, 5,5 % divinylbenzenu. Pí.ůměrná velikost zrnění 0,45 mm, výška lože 6,1 m a průměr lože 2,76 m. Lože bylo zpočátku zcela ponořeno do vody.

Průtok: 5,85 m³/h (0,97 m³/h/m²)

Teplota: 82 °C

Eluční činidlo: voda

Náplň: 1 455 kg sušiny ve formě řepné melasy, zředěné vodou na obsah 39 % sušiny.

Složení pevných látek (% sušiny) sacharóza62,2 betain6,9 další pevné látky30,9

Během provozního chromatografického dělení bylo shromážděno sedm oddělených frakcí, jak je uvedeno na obr. 1 v tabulce 3. Složení frakcí je uvedeno v tabulce 3. Frakce 2 představuje odpadní frakci a odstraňuje se z procesu к dalšímu použití jako živočišné krmivo, fermentační substrát apod. Frakce 5 je cukerná frakce a frakce 7 je betainová frakce. Frakce 1,3, 4a 6 jsou recyklovány do procesu ve spojení s melasovou náplní následujících šarží.

Izolovaná betainová frakce obsahovala 72 % betainu, vztaženo na náplň. Čistota frakce byla 80,6 %, vztaženo na sušinu.

Bylo provedeno několik postupných přídavků vody na horní část kolony jako eluce mezi každou náplní. Sloupec pryskyřice byl vždy pokryt tekutinou. Z každé náplně byl izolován betain, který je eluován poslední jako frakce 7, právě před necukernou (odlišnou) frakcí následující náplně. Doba mezi náplněmi byla 140 minut.

Příklad 2 *

Výroba bezvodého betainu a monohydrát betainu

Bezvodý betain a monohydrát betainu byly izolovány a materiálová bilance procesu je uvedena v tabulce 4. Cukerná melasa byla rozdělena provozní chromatografií jak je popsáno v příkladu 1. Výtěžek betainu z této separace byl 75 %, vztaženo na obsah betainu v náplni a čistota roztoku byla 75 %, vztaženo na sušinu. Opět způsobem popsaným v příkladu 1 byly prováděny následné náplně zředěné melasy, prováděna separace a betainové frakce získané takto z eluentů jednotlivých následných náplní byly spojeny. Jako elučního činidla bylo použito vody a mezi každou náplní uplynul čas 140 minut. Takto získaný zředěný roztok betainu ve formě spojené betainové frakce obsahoval 4,5 % hmotn. sušiny a byl odpařen na koncentraci 80 %. Takto získaný koncentrovaný roztok byl naočkován krystaly betainu a vykrystaloval bezvodý betain, jak je uvedeno na la v tabulce 4, při teplotě 75 až 85 °C za vakua asi 13 kPa. Výtěžek krystalů betainu byl 55 %. Čistota krystalů byla 99 %. Krystalizace byla prováděna v obvyklém krystalizátoru cukru s nuceným oběhem. Doba krystalizace byla 6 hodin.

Krystaly byly separovány od matečného louhu odstředěním v obvyklé odstředivce pro cukr. Sirup byl odpařen a krystalizací při teplotě 80 až 90 °C, Ib v tabulce 4, a ve vakuu 8 až 13 kPa bylo získáno další množství krystalů bezvodého betainu. Výtěžek tohoto stupně krystalizace byl 48 % a čistota krystalů 98 %. Doba krystalyzace byla 8 hodin. Sirup po odstředění krystalů po druhé krystalizací, Ib, byl recyklován s roztokem náplně.

Aby byl vyroben monohydrát betainu farmaceutické jakosti, získané krystaly bezvodého betainu byly rozpuštěny ve vodě, aby byl získán roztok s obsahem 60 % pevné látky a tento roztok byl čištěn aktivním uhlím a následující filtrací, z čištěného roztoku vykrystaloval monohydrát betainu při teplotě 80 °C v cukerném krystalizátoru krystalizací II. Výtěžek byl 55 % a čistota betainových krystalů téměř 100%. Sirup byl recyklován jako náplň pro krystalizaci la.

Příklad 3

Výroba krystalického betainu

Materiálová bilance výroby krystalického betainu je uvedena v tabulce 5.

Cukerná melasa byla rozdělena provozní chromatografií jako v příkladech 1 a 2. Byla prováděna následná plnění a shromážděné betainové frakce byly spojeny. Výtěžek betainu ve frakcích byl 80 % a čistota betainového roztoku byla rovněž 80 % vztaženo na sušinu. Koncentrace betainového roztoku byla 4,0 %. Zředěný betainový roztok byl koncentrován odpařením na obsah asi 80 % sušiny a bezvodý betain vykrystaloval jako v příkladu 2. Krystaly surového bezvodého betainu byly rozpuštěny ve vodě a roztok byl podroben obvyklému odbarvení a filtraci. Z čištěného roztoku byl krystalován monohydrát betainu. Výtěžek byl 72 kg bezvodého betainu a 100 kg monohydrátu betainu (vztaženo na bezvodou látku).

Příklad 4

Dělení zbytkové melasy zbavené cukru

Betain byl izolován ze zbytkové melasy zbavené cukru pasáží chromatografickou kolonou mající charakteristiky a užívající pracovní podmínky uvedené níže:

Kolony: Sulfonovaná polystyren-divinylbenzenová katexová pryskyřice v Na⁺-formě. Průměrná velikost zrnění 0,44 mm. Výška lože 5,4 m. Průměr lože 0,225 m.

Průtok: 0,04 m³/h (1,007 m³/h/m²)

Teplota: 85 °C

Náplň: zbytková melasa zbavená cukru. Obsah sušiny 12 kg ve formě roztoku o koncentraci hmotnostních %.

Složení pevných látek (v % vztaženo na sušinu) sacharóza 32,4 betain 9,1 jiné pevné látky 58,5 eluční činidlo: voda

Výsledek dělení je uveden na obr. 2 znázorňujícím situaci, když se používá následných náplní. Necukerné složky (jiné) následující náplně jsou eluovány právě po betainu z předchozí náplně. Doba mezi náplněmi byla 145 minut a během této doby byla dodávána kontinuálně voda na horní část kolony jako eluční činidlo a v množství postačujícím udržet hladinu kapaliny nad pryskyřicí v koloně.

Tabulka 6 ukazuje složení shromážděných 4 frakcí, frakce 3 představuje betainovou frakci a frakce 2 a 4 jsou recyklovány do procesu, aby se zvýšil výtěžek. V důsledku poměrně nízkého obsahu sacharózy v náplni, nebyla izolována žádná cukerná frakce.

Příklad 5

Dělení řepné melasy

Řepná melasa byla zředěna na obsah 39,6 % sušiny a nanesena na horní část chromatografické kolony s následujícími charakteristikami a za následujících podmínek:

Kolona: sulfonovaná polystyren-divinylbenzenová katexová pryskyřice v Na^-formě, 6,5 % DVB. Průměr má velikost zrnění 0,44 m, výška lože 4,4 m, průměr lože 60 cm.

Teplota: 81,5 °C

Průtok: 0,246 m³/h (0,870 m³/h/m²)

Náplň: řepná melasa, obsah sušiny 64 kg ve formě 39,6% vodného roztoku

Složení pevných látek (v % vztaženo na sušinu) sacharóza 66,5 betain 5,3 jiné pevné látky 28,2 eluční činidlo: voda

Frakcionace je znázorněna na obr. 3. Když bylo použito následných náplní, necukerné složky následující náplně byly eluovány ihned po betainu z předchozí náplně. Doba mezi náplněmi byla 130 minut. Jako elučního činidla mezi náplněmi bylo použito vody a hladina kapaliny nad hladinou pryskyřice na koloně byla udržována po celou dobu.

Tabulka 7 uvádí rozdělení složek do 4 shromážděných frakcí. Frakce 1 představuje odpadní frakci nebo zbytkovou melasovou frakci, frakce 2 je recyklována, frakce 3 představuje cukernou frakci a frakce 4 betainovou frakci.

Příklad 6

Dělení výpalků

Betain byl izolován z výpalků chromatografickým dělením následovaným krystalizaci. Výpal256365 ky představují vedlejší produkt fermentace, který obsahuje vysoká množství betainu. Dělení bylo prováděno na laboratorní koloně. Bylo použito podmínek:

Náplň: 0,1 litr zředěných výpalků koncentrace (c) 30 g/100 g

Průtok: 360 ml/h (0,237 m³/h/m²)

Pryskyřice: Zerolit 225, Na-forma, 3,5 % DVB

Výška kolony: 0,83 m

Velikost částic: 0,23 mm

Teplota: 60 °C

Průměr kolony: 4,4 cm

Složení náplně (v % vztaženo na sušinu) monosacharidy 10,1 oligosacharidy 4,8 betain 14,0 jiné 71,1

Doba mezi dvěma následnými náplněmi činila 135 minut. Jako elučního činidla mezi náplněmi bylo použito vody. Z elučního činidla byly shromážděny frakoe jak je uvedeno v následující tabulce 8,

Kapacita náplně byla 10,4 kg sušiny/h/m pryskyřice. Dělení je znázorněno graficky na obr. 4. Z betainové frakce (frakce 4) byl betain izolován krystalizací jako v příkladech 2 a 3. Celkový výtěžek byl zvýšen recirkulací jako v příkladu 1 nad 80 % betainu v náplni.

Příklad 7

Výroba betainu, dvoustupňové dělení

Betain byl připraven z řepné melasy dělením ve dvou stupních: hrubou separací za účelem zvýšení obsahu betainu v roztoku a druhou separací, aby se izoloval čistý roztok betainu. Chromátografická dělení byla prováděna jako v příkladu 1. Podmínky hrubé separace, stupeň 1, byly následující:

Náplň: 2 510 litrů řepné melasy. Koncentrace náplně byla 39,9 g pevných látek/100 g

Průtok: 5,49 m³/h (0,918 m³/h/m²)

Pryskyřice: Duolite C 20 Na-forma, 6,5 % DVB

Výška lože: 6,1 m

Velikost částic: 0,45 mm

Průměr lože: 276 cm

Doba mezi náplněmi: 105 minut

Složení náplně (v % vztaženo na sušinu) monosacharidy 0,3 disacharidy 62,4 betain 10,6 jiné 26,7

Bylo provedeno několik následných náplní, s použitím vody jako elučního činidla mezi náplněmi. Doba mezi náplněmi, 105 minut, byla uspořádána tak, aby betainová frakce byla eluována z kolony během počáteční fáze další následné náplně. Betainová frakce odebíraná obvykle jako poslední frakce, se odebírá jako prvá frakce dalších následných sérií shromažďovaných frakcí. Všechny náplně byly podobné a podmínky během následných šarží byly beze změny.

Výsledek hrubého dělení, dělení 1 v tabulce 9, je uveden na obr. 5. Eluát byl shromážděn jako šest frakcí, jejichž složení je uvedeno v tabulce 10.

Kapacita náplně byla 21,9 kg sušiny/h/m³. Po několika provedených děleních byly betainem bohaté frakce (frakce 1) spojeny za vzniku roztoku náplně druhé frakcionace, dělení 2, tabulka 9. Frakce 2, 4 a 6 byla recirkulovány. Spojený roztok byl odpařen na obsah 39,7 %. Lze použít rozmezí obsahu asi 35 % až 40 % pevných látek. Frakce 3 byla .-odstraněna jako odpadní, zatímco frakce 5 byla izolována jako cukerná frakce.

Podmínky při druhé frakcionaci, dělení 2, tabulka 9, byly následující;

Náplň: 3 000 litrů, koncentrace 39,7 g/100 g

Průtok: 5,4 m³/h (0,903 m³/h/m²)

Pryskyřice: Duólit C 20 v Na-formě 6,5 % DVB

Výška lože: 6,2 m

Velikost částic: 0,45 mm

Průměr lože: 276 cm

Doba mezi náplněmi: 180 minut

Výsledek frakcionace je uveden na obr. 6. Byly odebrány čtyři frakce, jak je uvedeno v následující tabulce 11.

Kapacita náplně byla 12,5 kg sušiny/h/m³. Betainová frakce (frakce 3) obsahovala asi 95 % sušiny betainu. Betain byl izolován z betainové frakce, frakce 3, pomocí krystalizace, jak je popsáno níže v příkladu 8. Frakce 1 byla odstraněna a frakce 2 a 4 byly vráceny do systému v následující šarži. Poslední matečný louh z krystalizaci byl vrácen rovněž do náplně druhého stupně dělení (tabulka 9).

Příklade

Krystalizace monohydrátu betainu

Řepná melasa byla rozdělena pomocí provozní chromatografie ve dvou stupních popsaných v příkladu 7. Ve dvou stupních procesu frakcionace je výtěžek betainu 86 %, čistota betaincvého roztoku je 90 %. Zředěný roztok betainu byl odpařen na obsah 76 hmotnostních %. Zkoncentrovaný roztok byl naočkován krystaly monohydrátu betainu a monohydrát betainu byl krystalizován při teplotě 80 až 85 °C, ve vakuu 17 až 24 kPa. Výtěžek krystalů betainu byl 55 % (vztaženo na sušinu) a čistota krystalů byla 99,5 %. Doba krytsalizace byla čtyři hodiny. Krystaly byly odděleny od matečných louhů odstředěním v obvyklé odstředivce pro cukr. Z několika šarží sirupů byl krystalován bezvodý betain jako v příkladů 2. Poslední šarže sirupů byla recirkulována к dělení jak je uvedeno na schématu v tabulce 9. Celkový výtěžek betainu byl 84,7 %.

Příklad 9

Krystalizace bezvodého betainu

Roztok betainu 90% čistoty byl připraven jako v příkladu 7. Roztok byl odpařen na obsah 79 % a naočkován krystaly bezvodého betainu. Bezvodý betain krystaloval při teplotě 90 až 95 °C, za tlaku 23 až 26 kPa. Výtěžek byl 55 % a čistota krystalů byla 99 %. Doba krystalizace byla šest hodin. Poslední šarže sirupů byla zpracována jako v příkladu 8.

Příklad 10

Chromatografické dělení invertované řepné melasy

Kolona: sulfonované polystyren-divinylbenzenová katexová iontoměnná pryskyřice v Na⁺-for256365 mě. Průměrná velikost zrnění 0,42 mm. Výška lože 5,2 m, průměr kolony 0,225 m. Pryskyřice byla zcela ponořena do vody

Eluční činidlo: voda

Průtok: 0,880 m³/h/m²

Teplota: 78 °C

Roztok náplně: Enzymaticky invertovaná řepná melasa. Celkový obsah 13,2 kg sušiny jako roztoku o hmotnostní koncentraci 35,5 %

Složení:

monosacharidy (invertní cukr)	70 % sušiny
di- a vyšší sacharidy	3,6 %
betain	5,7 %
jiné	20,7 %

Chromatografické dělení bylo prováděno tak, jak je popsáno dříve. Z eluentu z kolony bylo shromážděno 5 frakcí. Analýza je uvedena v tabulce 12 a dělení je znázorněno graficky na obr. 7.

Frakce 1 je odpadní frakce, frakce 2 a 5 jsou recyklovány a frakce 3 a 4 jsou zachyceny jako frakce obsahující produkt. Betainová frakce obsahuje 85 % betainu přítomného v náplni. (Frakce 4).

Betainová frakce se uvádí na iontoménnou kolonu, která absorbuje betain, zatímco cukry se neabsorbují. Eluovaný roztok cukru se spojuje s frakcí obsahující cukr a produkt (frakce

3) z chromatografického dělení. Iontoměnič se potom eluuje zředěných amoniakem, aby se izoloval absorbovaný betain. Betain se krystaluje z eluovaného roztoku jako bezvodý betain tak, jak shora popsáno.

Frakce 4 představuje betainovou frakci a frakce 3 frakci invertního cukru. Betainová frakce obsahuje 14,1 % betainu a 85 % invertního cukru, avšak jenom stopy jiné látky. Když se frakce bohatá betainem podrobí zpracování iontoměničem získává se čištěný betain.

Tabulka 1

Proudový diagram výroby betainu

Krystaly farmaceutické kvality betainu ·

Tabulka 2

Proudový diagram - výroba betainu z invertované melasy

Tabulka 3

Složení frakcí z dělení řepné melasy (příklad 1) *
Frakce minuty	1	2	3	4	5	6	7
Pevné látky celkem	0-17	17-65	-72	-80	-115	-120	-140
Koncentrace g/100 g	3,1	6,6	13,1	15,5	20,0	5,5	4,6

Složení pevných látek v % vztaženo na sušinu

sacharóza	1,1	20,1	55,0	64,6	92,0	58,3	5,6
betain	12,5	0,4	0	0	1,2	37,6	80,6
jiné	86,4	79,5	45,0	35,4	6,8	4,1	13,8

Tabulka 4

Materiálová bilance betainu z řepné mgjasy

Materiálová bilance výroby kryst. betainu

Tabulka 6

Složení frakcí z dělení zbytkové melasy (příklad 4)

Frakce	1	2	3	• 4
Minuty	10-115	-125	-153	-155
Obsah pevných látek celkem
g/100 g	14,1	9,0	5,1	3,5
Složení pevných látek v %
vztaženo na sušinu
sacharóza	34,6	33,5	8,8	0
betain	1,5	29,7	76,0	60,1
jiné	63,9	36,8	15,2	39,9

Tabulka 7

Složení frakcí z dělení řepné melasy (příklad 5)

Frakce	1	2	3	. 4
Minuty	5-60	60-80	-105	• -135
Obsah pevných látek celkem
g/100 g	6,1	18,7	26,1 .·	3,2
Složení pevných látek v %
vztaženo na sušinu
sacharóza	30,4	67,4	90,9	8,9
betain	1,1	0	0	81,3
jiné	68,5	32,6	9,1	9,8
Tabulka 8
Složení frakcí z dělení	výpalků (příklad 6)
Frakce	1	2	3	4
Minuty	0-10,0	10,0-117,5	-120	-135
Obsah pevných látek celkem
g/100 g	1,7	4,0	5,5	3,5
Složení frakcí v %
monosacharidy	8,6	8,9	29,9	15,5
betain	42,4	3,9	62,8	75,5
oligosacharidy a jiné	49,0	87,2	7,3	9,0

Výroba betainu - dvojí dělení

Výtěžek 84,7 % z melasy

Tabulka 10

Složení frakcí z dělení I, příklad 7

Frakce	1	2	3	4	5	6
Minuty	0-25	25-35	-52,5	-74,5	-102,5	-105
Obsah pevných látek	celkem
g/100 g	7,8	7,8	9,9	15,6	22,2	9,4
Složení frakcí v %
vztaženo na sušinu
monosacharidy	1,9	0	0	0	0	0
disacharidy	7,3	8,9	37,4	61,5	92,0	70,3
betain	59,6	32,6	2,8	0	1,0	17,7
jiné	31,2	58,5	59,8	38,5	7,0	12,0

Složení frakcí z dělení 2, příklad 7

Tabulka 11

Frakce	1	2	3	4
Minuty	0-95	95-105	-179	-180
Celkový obsah pevných látek
g/100 g	6,1	4,6	11/9	3,9
Složení frakcí v % hmotn.
vztaženo na sušinu
monosacharidy	1/1	20,6	3,2	0
disacharidy .	32,0	17,1	0,1	0
betain	2,5	57,4	94,9 .	87,0
jiné	64,4	4,9	1/8	13,0

Tabulka 12

Chromátografické dělení invertované melasy. Složení frakcí

Frakce	1	2	3	4	5
Doba (minuty)	0-65	-75	-105	-145	-155
Celkový obsah pevných látek kg	2,7	1,0	4,8	4,5	0,1
Obsah g/100 g *	7,4	16,2	25,0	18,0	2,3
Složení frakcí v % sušiny
monosacharidy (invertní
cukr)	12,1	58,4	92,3	85,0	5,2
di- a vyšší sacharidy	10,5	8,0	2,5	0,0	0,0
betain	0,0	0,0	1,1	14,1	40,4
jiné	77,4	33,6	4,1	0,9	54,4

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Způsob izolace betainu z popřípadě invertované melasy, vyznačující se tím, že se melasa ředí vodou na hmotnostní obsah pevných látek 20 až 50 %, zředěná melasa se zavádí při průtoku 0,5 až 2,0 т^.Ь’¹ do horní části chromatografického sloupce ponořeného ve vodě a naplněného solí polystyrensulfonátové katexové pryskyřice o rovnoměrném středním průměru částic 0,037 až 0,84 mm zesítěné hmotnostně 2 až 12 % divinylbenzenu, vztaženo na hmotnost pryskyřice, a pak se melasa eluuje z chromatografického sloupce vodou, přičemž ze spodní části chromatografického sloupce se postupně odebírá odpadní frakce, frakce obsahující cukr a frakce obsahující betain, načež se frakce obsahující betain koncentruje a čistí.
2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se frakce obsahující betain odpařuje na hmotnostní obsah pevných látek 35 až 40 %, koncentrovaný roztok se naočkovává krystaly betainu a nechá se krystalovat při teplotě 75 až 95 °C za vakua 8 až 12 kPa, takto získané krystaly bezvodého betainu se oddělují od roztoku a roztok se poté recykluje zpět do chromatografického sloupce.
3. Způsob podle bodu 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se frakce obsahující betain čistí po zkoncentrování na hmotnostní obsah pevných látek 35 až 40 % opakovaným zaváděním do horní části chromatografického sloupce.