DE1136711B

DE1136711B - Verfahren zur direkten Extraktion von Betain aus Zuckersaeften

Info

Publication number: DE1136711B
Application number: DES67251A
Authority: DE
Inventors: Pierre Devillers; Jean Dubourg
Original assignee: ILE D ETUDES ET D EXPL DE BREV
Current assignee: ILE D ETUDES ET D EXPL DE BREV
Priority date: 1959-07-09
Filing date: 1960-02-24
Publication date: 1962-09-20

Description

Verfahren zur direkten Extraktion von Betain aus Zuckersäften Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Extraktion von Betain aus zuckerhaltigen Säften, Schlempe, Melasse, Abwässern der Zuckerextraktion aus Melasse, Destillationsrückständen usw. mit Hilfe von Ionenaustauschern ohne den Umweg über ein Betainsailz als Zwischenprodukt.
Es ist bereits bekannt, aus Flüssigkeiten der genannten Arten das Betain durch Adsorption an starken Kationenaustauschern und anschließende Elution mit Ammoniak zu extrahieren. Diese Behandlung ergibt nach der Entfernung des Ammoniaks eine noch verunreinigte Rohlösung (M. D e v i l 1e r s , Mises au point de chimie analytique et d'analyse bromatologique, 6 (1958), S. 5 bis 7).
Die Erfindung hat das Ziel, aus dieser Lösung direkt das in ihr enthaltene Betain zu gewinnen.
Nach der Erfindung werden die letzten Fraktionen des ammoniakalischen Eluats eines Zyklus zu Beginn der Elution eines folgenden Zyklus wieder auf den Kationenaustauscher gegeben. Die so erhaltene Betainlösung reinigt man dadurch, daß man sie nacheinander durch einen starken Anionenaustauscher und einen schwachen Kationenaustauscher hindurchgibt, das letzte Effluat konzentriert und das auf diese Weise direkt in Form der Base und nicht in Form des Salzes erhaltene Betain kristallisiert.
Die Zurückführung der Lösung auf den Kationenaustauscher hat den Zweck, eine übermäßige Verdünnung dieser Lösung zu vermeiden. Sie ist dann hinreichend stark mit Betain angereichert, wenn sie durch die Anionen- und Kationenaustauscher hindurchgeleitet wird. Der starke Anionenaustauscher fängt die Aminosäuren auf. Der schwache Kationenaustauscher hält das Ammoniak oder Basen, wie Kalk, zurück. Auf diese Weise wird das hydratisierte Betain in einer Menge von 9011/o der in dem behandelten Saft enthaltenen Menge gewonnen.
Die praktische Durchführung des Verfahrens wird im nachstehenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Diese veranschaulicht sowohl die benutzte Anlage als auch die Ausführungsform des Verfahrens.
Die Anlage umfaßt im wesentlichen drei Ionenaustauscher A, B und C. Der Austauscher A ist ein starker Kationenaustauscher, beispielsweise auf der Basis von sulfoniertem Polystyrol, insbesondere von Permutit C 50 (Handelsname). Er wird bei 1 mit dem zu verarbeitenden Saft beschickt, der nach Abtrennung der Kationen bei 2 abgezogen wird. Zwei Behälter 3 und 4 nehmen die ämnioniakalische Waschlösung auf, die mehr oder weniger mit zurückgeleitetem Betain beladen ist; in den Behälter 3 wird ferner eine reine Ammoniaklösung 0 eingeführt, um Ammoniakverluste auszugleichen. 5 und 6 sind Säurezu- und -ableitungen für die Regenerierung des Austauschers.
Auf den Austauscher A folgt einVerdampfer 7 mit einem Kondensator 8 und einer Vorlage 9. Bei 10 ist eine Kalkscheidepfanne mit einem Rührer 11 und einer Zuleitung 12 für Kohlendioxydgas vorgesehen. Die Kalkzuführung ist bei 13 angedeutet. Am Boden der Scheidepfanne 10 ist eine Förderpumpe 14 angeordnet, die den Saft durch das Filter 15 in die Leitung 16 drückt. Die Leitung 16 führt zu den Ionenaustauschern Bund C.
Der Austauscher B ist ein starker Anionenaustauscher; er enthält beispielsweise Amberlite IRA 401 oder 402 (Handelsname). Bei 17 und 18 sind Zu- und Ablauf der Regenerierungsflüssigkeit, gewöhnlich Natronlauge, angedeutet.
Der Austauscher C ist ein schwacher Kationenaustauscher, beispielsweise mit Amberlite IRC 50 (Handelsname) als Austauschermaterial. Zu- und Ablauf der Regenerierungsflüssigkeit, im allgemeinen Salzsäure, sind bei 19 und 20 angedeutet. Eine Abzweigung der Leitungen 17, 18 der Natronlauge dient zur Versorgung des Austauschers C.
In der Zeichnung ist nur ein Paar Ionenaustauscher B und C dargestellt, es versteht sich jedoch, daß man auch zwei oder mehr Paare solcher Austauscher in Serie geschaltet verwenden kann. An den Austauscher C schließen sich an: der Verdampfer 21, der zur Konzentrierung der Betainlösung dient, der Kristallisator 22, das Abkühlgefäß 23 und der Trockner 24.
Die zu behandelnde Flüssigkeit durchläuft den Austauscher A, indem sie den Leitungen 1 und 2 folgt. Sie verliert in A verschiedene Bestandteile, unter anderem ihren gesamten Betaingehalt. Das Betgin wird durch Auswaschen mit ammoniakalischen Lösungen aus den Behältern 3 und 4 gewonnen. Das am Ausgang des Austauschers A anfallende Bluat wird in vier Fraktionen eingeteilt: Die erste, sehr unreine, praktisch unbrauchbare Fraktion wird über die Leitung a entfernt.
Die zweite Fraktion entspricht etwa einem Drittel des Eluats und besteht aus einer ammoniakalischen Betainlösung; sie wird über die Leitung b abgezogen und in den Verdampfer 7 geschickt.
Die dritte Fraktion enthält Betgin und Ammoniak; sie wird über die Leitung c zum Behälter 4 zurückgeleitet, um von neuem durchgesetzt zu werden.
Die vierte Fraktion enthält wenig Betgin und viel Ammoniak; sie wird über die Leitung d zum Behälter 3 zurückgeführt, um ebenfalls von neuem durchgesetzt zu werden.
Dadurch, daß die Fraktion c nochmals durchgesetzt wird, ist es möglich, eine stärker konzentrierte Fraktion b und dementsprechend eine bessere Extraktion des Betgins zu erzielen.
Sobald die Auswaschung beendet ist, wird der Kationenaustauscher A regeneriert, indem man über die Leitungen 5 und 6 Schwefelsäure oder Salzsäure durchläufen läßt, auflockert und spült.
Die Fraktion b wird in dem Verdampfer 7 von ihrem Ammoniakgehalt befreit. Das verdampfte Ammoniak wird in 8 kondensiert und in der Vorlage 9 aufgefangen, um in den Behälter 3 zurückgeschickt zu werden. Das so erhaltene Konzentrat wird kochend in den Behälter 10 geleitet und dort mit gebranntem Kalk versetzt. Mit Kohlensäuregas, das durch 12 eingespeist wird, wird anschließend carbonatisiert. Die Lösung soll möglichst eine Alkalität von 1,5 g Ca 0 pro Liter erhalten.
Nach dem Filtrieren bei 15 wird das Filtrat durch die Leitung 16 in den starken Anionenaustauscher B geschickt, der die Aminosäuren zurückhält. Es passiert dann den schwachen Kationenaustauscher, der den Kalk und das restliche Ammoniak zurückhält. Nunmehr liegt ein gereinigtes, praktisch farbloses Produkt vor, das nur noch das Betgin enthält; dieses wird in der Konzentrierungsvorrichtung 21 gewonnen.
Nach einer gewissen Betriebszeit werden die Ionenaustauscher B und C regeneriert; der Austauscher B mit Hilfe von Natronlauge über die Leitungen 17 und 18, der Austauscher C mit Hilfe von Salzsäure. Das in ihnen enthaltene Harz wird dann durch Auflockern und Waschen für einen neuen Zyklus vorbereitet.
Die bei 21 konzentrierte Lösung wird dann bei 22 zur Kristallisation gebracht. Das kristallisierte Produkt wird in einen Kneter 23 gegeben und dann bei 24 gegebenenfalls unter Klären getrocknet. Bei 25 entnimmt man das reine kristallisierte Betgin. Die Mutterlaugen und Waschwässer werden bei 26 abgezogen und über die Leitung 16 in den Kreislauf zurückgeleitet.
Die im vorstehenden beschriebene Ausführung eignet sich gut zur Behandlung von Rückständen der Melassedestillation. Sie läßt sich auch unter Verwendung der entsprechenden notwendigen Hilfsmittel auf Säfte oder Melassen anwenden; so kann in gewissen Fällen die Reinigung mit Kalk und die Carbonatbildung wegfallen.
Das Verfahrgn der Erfindung wird im nachfolgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert: Beispiel Eine Lösung aus 1 t Wein-Destillationsrückstand und 40 hl Wasser wird durch den Kationenaustauscher A geleitet, der 30 hl Permutit C 50 (Handelsname) enthält. Die Durchlaufzeit dieser Lösung und des Spülwassers. beträgt 1 Stunde und 40Minuten.
Die Flluierung des Betgins erfolgt in mehreren Phasen. Eine erste Eluierung mit 640 1 Ammoniak und 12 hl Wasser führt in 1 Stunde und 40 Minuten zu den folgenden Fraktionen: 1. 16 hl praktisch unbrauchbare Flüssigkeit, die verworfen wird; 2. 16 hl ammoniakalische Betainlösung, die konzentriert wird; 3. 8 hl ammoniakalische Betainiösung, die zurückgeleitet und von neuem durchgesetzt wird; 4. 8 hl einer Lösung von viel Ammoniak und wenig Betgin, die ebenfalls zurückgeleitet und von neuem durchgesetzt wird; 5. 15 hl einer unbrauchbaren Flüssigkeit, die verworfen wird.
Im Laufe der folgenden Eluierungen leitet man zuerst die Fraktion 3 zurück, um die Eluierung einzuleiten. Dann gibt man zu 8 hl der Fraktion 4 3 hl reines Ammoniak und 4 hl kondensiertes Wasser hinzu.
Man erhält dann die gleichen Fraktionen wie zuvor. Wie gesagt, erhält man als Fraktion 2, und zwar aus der Leitung b, 16 hl ammoniakalische Betainlösung. Diese Lösung wird im Verdampfer 7 bis auf 8 hl eingeengt, wobei durch die Leitung 9 4 hl Ammoniak abgezogen und zum Behälter 3 zurückgeleitet werden.
Nach der Reinigung mit gebranntem Kalk und Kohlensäure wird die Lösung, deren Volumen 8 hl beträgt, durch den Austauscher B geleitet, der 10 hl Amberlite IRA 402 (Handelsname) enthält, und anschließend durch den Austauscher C, der 1 hl Amberlite IRC 50 (Handelsname) enthält. Die Durchlaufzeit beträgt 3 Stunden. Man erhält 22 hl einer verdünnten Lösung von reinem Betgin. Die Regenierung des Austausehers B erfordert 100 kg Natriumhyd'roxyd in Form einer 101/eigen Lösung. Zur Regenierung des Austauschers C werden 401 Salzsäure oder 20 kg Schwefelsäure benötigt. Die verdünnte Betainlösung (22 hl), die den Austauscher C verläßt, wird bei 21 zu einem Sirup eingedampft; ihr Volumen beträgt dann etwa 1,5 hl. Dieser Sirup wird anschließend ähnlich wie das Produkt einer Zuckerfabrik weiterbehandelt und zur Kristallisation gebracht. Man erhält schließlich 90 kg kristallisiertes Betgin.
In gleicher Weise und mit den gleichen Mengen an Zusatzstoffen, Wasser, Ammoniak, Säure, Natronlauge, lassen sich 2 t Melasse behandeln.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur direkten Extraktion von Betgin aus Zuckersäften von Schlempen, Melassen, Abwässern der Zuckerextraktion aus Melasse, Destillationsrückständen usw. durch Adsorption der Kationenbestandteile, insbesondere des Betains, mittels eines starken Kationenaustauschers und anschließende Elution des Betains mit Ammoniak und Abdestillieren des Ammoniaks unter Gewinnung einer Betainlösung, dadurch gekennzeichnet, daß man die letzten Fraktionen des ammoniakalischen Eluats eines Zyklus zu Beginn der Elution eines folgenden Zyklus wieder auf den Kationenaustauscher gibt, die Betainlösung zur Reinigung nach und nach durch einen starken Anionenaustauscher und durch einen schwachen Kationenaustauscher schickt, das Effluat aus diesem konzentriert und das so unmittelbar als Base erhaltene Betain kristallisiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die unreine Betainlösung vor dem Passieren des Anionenaustauschers mit gebranntem Kalk und anschließend mit Kohlendioxyd behandelt.