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Hintergrund
der Erfindung
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Essbare
pflanzliche Öle
werden im Allgemeinen durch die Verarbeitung von Ölsamen gewonnen. Pflanzliche
Rohöle
können
aus Pflanzensamen durch Lösungsmittelextraktion
gewonnen werden. Hexan ist das am häufigsten verwendete Lösungsmittel
zur Extraktion. Die pflanzlichen Rohöle enthalten im Allgemeinen neutrale
Triglyceride und eine Unzahl natürlicher
Verunreinigungen, einschließlich
Phosphotiden, Schwefelverbindungen, freier Fettsäuren, Kohlenhydraten, Peptiden,
oxidierter Lipide, Spuren an Niederaldehyden und Ketonen, Glycosiden
von Sterolen und Terpenen und verschiedene Arten von Farbkörperchen
oder Farbsubstanzen. Diese Verunreinigungen werden aus den pflanzlichen
Rohölen
im Verlauf der Raffinierung entfernt, um die pflanzlichen Öle schmackhaft
zu machen.
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Die
Gewinnung von Sojabohnenöl
aus Sojabohnen ist besonders wünschenswert.
Eine Technik zum Gewinnen von Sojabohnenöl schließt mehrere Verfahrensschritte
ein. Die Sojabohne wird geschält
und Sojabohnenrohöl
wird durch Hexan extrahiert. Der Extrakt (Miscella), welcher Hexan
und Sojabohnenrohöl
einschließt,
wird weiterverarbeitet, um schmackhaftes Sojabohnenöl zu gewinnen.
Hexan in der Miscella wird verdampft und das erhaltene Sojabohnenrohöl wird degummiert.
Degummieren, so wie es in konventionellen Verfahren verwendet wird,
betrifft die Entfernung von Phosphatiden und anderen Gummen aus
dem Öl
durch Zugabe von Wasser und/oder Säure hierzu und dem Zentrifugieren.
Das gewonnene Öl
kann weiter mit Wasser und Alkali (wie NaOH) raffiniert werden und
wird zentrifugiert, um die Fettsäuren
und Gummen zu entfernen. Das aus dem Alkali-Raffinierungsschritt
resultierende Öl
kann dann gebleicht werden, um Farbkörperchen zu entfernen, hydrogeniert
werden, um die Öle
stabiler zu machen, und desodoriert werden. Die Techniken der Degummierung,
der Alkalischritt und insbesondere das Zentrifugieren führen zu
einem Ölverlust.
Das rückgewonnene
Gummikonzentrat aus einem konventionellen Degummierungsverfahren
kann getrocknet werden, falls gewünscht, und gebleicht werden,
um kommerzielles Sojabohnenlecithin herzustellen.
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Lecithin
wird als Emulgator, Dispergiermittel, Benetzungsmittel, Penetriermittel
und Antioxidationsmittel verwendet. Zusätzlich wird Lecithin in Nahrungsmittelprodukten,
Farben, Tinten, Petroleumprodukten, Seifen, Kosmetika und Schmiermitteln
verwendet. Kommerzielles Lecithin ist ein Gemisch aus Phosphatiden.
Typischerweise schließt
kommerziell erhältliches
Lecithin ungefähr
62 Gew.-% an Aceton-unlöslichen
Phosphatiden ein.
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Zahlreiche
Referenzen aus dem Stand der Technik beschreiben Techniken zum Gewinnen
pflanzlicher Öle
durch Anwendung von Membrantechnologie. Beispielsweise beschreibt
U.S. Patent Nr. 4,093,540 von Sen Gupta die Raffinierung roher Glyceridöle durch
Kontaktieren einer Zusammensetzung aus Glyceridölen und einem organischen Lösungsmittel
unter Druck einer semipermeablen Ultrafiltrationsmembran, um die
Bestandteile verschiedener Molekulargewichte in Retentat- und Permeatfraktionen
aufzutrennen, und das Kontaktieren der Zusammensetzung oder mindestens
einer der Fraktionen mit einem Metalloidoxid-Adsorptionsmittel in
einer Säule,
die das Adsorptionsmittel enthält.
Zusätzliche
Referenzen, die die Verwendung der Membrantechnik zum Auftrennen
von Phospholipiden aus pflanzlichen Rohölen beschreiben, schließen ein:
U.S. Patent Nr. 4,414, 157 von Iwama et al.; U.S. Patent Nr. 4,533,501
von Sen Gupta; Raman et al.; „Membrane Technology", Oils & Fats International,
Bd. 10, Nr. 6, 1994, Seiten 28–40;
Ziegelitz, „Lecithin
Processing Possibilities",
Inform, Bd. 6, Nr. 11, Nov. 1995, Seiten 1224–1213; Ondrey et al., „The Skinny
On Oils & Fats", Chemical Engineering,
Okt. 1997, Seiten 34–39;
Pioch et al., „Towards
An Efficient Membrane Based Vegetable Oils Refining", Industrial Crops & Products, 7 (1998),
Seiten 83–89;
Koseoglu et al.; „Membrane
Applications & Research
In Edible Oil Industry: And Assessment", JAOCS, Bd. 67, Nr. 4 (April 1990),
Seiten 239–249.
U.S. Patent 4,496,489 verarbeitet eine pflanzliche Ölmiscella
in einer Membraneinheit mit einem molekularen Grenzniveau zwischen
500 und 300.000 (Spalte 4, Zeilen 19–24), welche nach Gelman Sciences
membrane and Device Division eine Porengröße von weniger als 0,001 Mikrometer
hat.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
wird ein Verfahren zum Verarbeiten von Pflanzenölmiscella durch die vorliegende
Erfindung bereitgestellt. Die Pflanzenölmiscella kann in gewünschte Produkte,
einschließlich
Pflanzenöl
und konzentriertes Lecithin, verarbeitet werden.
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Das
Verfahren zum Verarbeiten der Pflanzenölmiscella schließt einen
Schritt der Zufuhr von Pflanzenölmiscella
zu einer Trennmembran zur Rückgewinnung
eines Permeatstroms und eines Retentatstroms ein. Die Trennmembran
wird zum Entfernen von Phospholipiden bereitgestellt. Der gewonnene
Permeatstrom hat eine verringerte Konzentration an Phospholipiden,
verglichen mit der Konzentration an Phospholipiden, die in der Miscella
vorliegen. Zusätzlich
hat der Retentatstrom eine erhöhte
Konzentration an Phospholipiden, verglichen mit der Konzentration
an Phospholipiden, die in der Miscella vorliegen.
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Im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist der Permeatstrom
der Strom, der durch die Membran hindurchfließt, und der Retentatstrom ist
der Strom, der nicht durch die Membran hindurchfließt. Die Pflanzenölmiscella
schließt
das Extraktions-Lösungsmittel
und pflanzliche Rohöle
ein, die Phospholipide enthalten. Die Pflanzenölmiscella kann als Ausgangsmiscella
gekennzeichnet werden, wenn sie aus dem gewonnen wird, was als Extrakt
des Extraktionsverfahrens zur Gewinnung von Pflanzenölen bezeichnet
wird und hinsichtlich der Entfernung von Feststoffen noch nicht
geklärt
worden ist. Die Pflanzenölmiscella
kann als geklärte Miscella
gekennzeichnet werden, wenn sie zur Entfernung der Feststoffe behandelt
worden ist.
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Die
Trennmembran betrifft die Membran, die die Abtrennung von Phospholipiden
aus dem Pflanzenöl ermöglicht.
Die Trennmembran kann als Phospholipid-Trennmembran bezeichnet werden.
Im Allgemeinen kann die Trennmembran durch Modifizieren einer Membran
mit einer Porengröße von ungefähr 0,05 μm bis ungefähr 3 μm bereitgestellt
werden und mehr bevorzugt von ungefähr 0,1 μm bis ungefähr 2 μm. Die Modifizierung bezieht
sich auf die Konditionierung, welche die Behandlung der Membran
mit einem Lösungsmittel oder
einem Lösungsmittelsystem
einschließt,
was ermöglicht,
dass die Membran für
die Abtrennung von Phospholipiden aus Pflanzenölen verwendet werden kann.
Die Polymermembran, die zu konditionieren ist, ist im Allgemeinen
eine Membran, die in einem wässrigen
Medium bereitgestellt wird. Um die Membran mit Miscella zu verwenden,
kann die Membran konditioniert werden.
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Die
Pflanzenölmiscella
enthält
vorzugsweise zwischen ungefähr
45 Gewichtsprozent und ungefähr
80 Gewichtsprozent Extraktions-Lösungsmittel
und mehr bevorzugt zwischen ungefähr 70 Gewichtsprozent und ungefähr 80 Gewichtsprozent
Extraktions-Lösungsmittel.
Ein bevorzugtes Extraktions-Lösungsmittel
schließt Hexan
ein. Der Permeatstrom schließt
vorzugsweise weniger als 0,6 Gewichtsprozent Phospholipide ein,
mehr bevorzugt weniger als ungefähr
0,15 Gewichtsprozent Phospholipide und noch bevorzugter weniger
als ungefähr
0,015 Gewichtsprozent Phospholipide.
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Die
Pflanzenölmiscella,
die durch einen Extraktionsarbeitsschritt erhalten wird, enthält im Allgemeinen einen
relativ hohen Gehalt an Feststoffen, falls sie nicht aus der Miscella
entfernt werden, relativ schnell die Phospholipid-Trennmembran verstopfen.
Daher ist es wünschenswert,
ein Vorfiltersystem zum Entfernen der Feststoffe in der Miscella
bereitzustellen. Das Vorfiltersystem kann einen oder mehrere Filter
in Serie bereitstellen, um eine Reduzierung des Feststoffgehalts
in der Miscella zu ermöglichen.
Die erhaltene Miscella mit einem reduzierten Feststoffgehalt kann
als geklärte
Miscella bezeichnet werden. Im Allgemeinen haben die Filter, die
zur Entfernung von Feststoffen aus der Miscella verwendet werden,
eine durchschnittliche Porengröße im Bereich
von von 0,05 μ bis
ungefähr
100 μ. Es
ist allgemein vorteilhaft, eine Reihe von Filtern mit abnehmender
Porengröße bereitzustellen,
so dass die stromaufwärts
gelegenen Filter die relativ großen Feststoffe entfernen und
die stromabwärts
liegenden Filter die kleineren Feststoffe entfernen. Die Filter,
die in dem Vorfiltersystem verwendet werden können, müssen keine konditionierten
Membranen einschließen.
Die in dem Vorfiltersystem verwendeten Filter können Edelstahlfilter einschließen. Zusätzlich können die
Filter Sackgassenfilter und/oder Befüll- und Entleerungsfilter sein.
Des Weiteren kann das Vorfiltersystem im batch oder kontinuierlich
durchgeführt
werden. Zusätzlich
wird es begrüßt, dass,
obwohl die Filter, die zum Trennen von Phospholipiden aus Pflanzenöl, die im
Zusammenhang mit kontinuierlichen Arbeitsverfahren beschrieben werden, auch
im batch verwendet werden können.
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Das
Phospholipid-Trennfilter, das oben erwähnt wurde, kann als erstes
Phospholipid-Trennfilter bezeichnet werden. Der Retentatstrom aus
dem ersten Phospholipid-Trennfilter kann weiter in einem zweiten Phospholipid-Trennfilter
zur Abtrennung von Phospholipiden aus Pflanzenöl verarbeitet werden. Die Zufuhr des
zweiten Phospholipid-Trennfilters schließt bevorzugt eine Kombination
des Retentatstroms aus dem ersten Phospholipid-Trennfilter und ein
zusätzliches
Lösungsmittel
ein. Es ist allgemein wünschenswert,
ein zusätzliches
Lösungsmittel
bereitzustellen, um dabei zu helfen, das Pflanzenöl durch
die Membran zu leiten, die in dem zweiten Phospholipid-Trennfilter
bereitgestellt wird. Der erhaltene Retentatstrom kann in ein Lecithinprodukt
verarbeitet werden, das zwischen ungefähr 50 Gewichtsprozent und ungefähr 85 Gewichtsprozent
an Phospholipiden enthält.
Vorzugsweise schließt
das Lecithinprodukt zwischen ungefähr 72 Gewichtsprozent und ungefähr 85 Gewichtsprozent
Phospholipide ein. Zusätzlich
kann der Permeatstrom vom zweiten Phospholipid-Trennfilter recycliert
werden, indem er mit der geklärten
Miscella kombiniert wird.
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Der
Permeatstrom aus dem ersten Phospholipid-Trennfilter kann in einen
dritten Phospholipid-Trennfilter zur Abtrennung von Phospholipiden
aus Pflanzenöl
geleitet werden. Obwohl der Permeatstrom des ersten Phospholipid-Trennfilters
ein kommerziell annehmbares Pflanzenölprodukt sein kann, kann es
wünschenswert sein,
die Phospholipide weiter zu entfernen. Dementsprechend kann der
Permeatstrom des dritten Phospholipid-Trennfilters Pflanzenöl mit einem
Phospholipidgehalt von weniger als 7 ppm bereitstellen. Zusätzlich kann der
Retentatstrom aus dem dritten Phospholipid-Trennfilter durch das
Kombinieren hiervon mit den geklärten Miscella
recycliert werden.
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In
der Erfindung wird ein Apparat zur Verarbeitung von Pflanzenölmiscella
bereitgestellt. Der Apparat schließt mindestens das erste Phospholipid-Trennfilter
ein, einschließlich
der Trennmembran. Der Apparat kann zusätzlich ein zweites Phospholipid-Trennfilter,
ein drittes Phospholipid-Trennfilter und Vorfiltersystem einschließen und
jede Art von Leitungen oder Schläuchen,
die diese verschiedenen Bestandteile verbinden.
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Durch
die Erfindung wird ein Verfahren zum Konditionieren einer Membran
bereitgestellt. Das Verfahren schließt das Bereitstellen einer
Polymermikrofiltrationsmembran ein, die dadurch gekennzeichnet ist,
dass sie eine durchschnittliche Porengröße im Bereich von ungefähr 0,05 μ bis ungefähr 2 μ hat, und
mehr bevorzugt im Bereich von ungefähr 0,1 μ bis 2 μ und mehr bevorzugt im Bereich
von 2 μ bis
ungefähr
5 μ. Vorzugsweise
umfasst die Polymermikrofiltrationsmembran Polyacrylonitril, Polysulfon,
Polyamid oder Polyimid. Die Polymermikrofiltrationsmembran kann
konditioniert werden, indem die Membran mit einem Zwischen-Lösüngsmittel
behandelt wird, und die Membran dann mit dem Extraktions-Lösungsmittel
behandelt wird. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung schließt die Behandlung
der Membran mit einem Gemisch aus Zwischen-Lösungsmittel und Extraktions-Lösungsmittel
zwischen den Schritten der Behandlung der Membran mit einem Zwischen-Lösungsmittel und der Behandlung
der Membran mit den unbearbeiteten Miscella ein. Die konditionierte
Polymermembran kann als Trennmembran in irgendeinem der ersten,
zweiten und dritten Phospholipid-Trennfilter verwendet werden. Zusätzlich kann
die konditionierte Membran in einem Vorfiltersystem verwendet werden,
falls das gewünscht
ist. Vorzugsweise ist die konditionierte Membran in dem dritten
Phospholipid-Trennfilter enger als das konditionierte Filter, das
in dem ersten Phospholipid-Trennfilter
verwendet wird.
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Eine
weitere Technik zur Konditionierung der Membran schließt die Behandlung
der Membran mit unbehandelten Miscella ein. Im Allgemeinen kann
diese Technik einen ersten Schritt der Behandlung der Membran mit
dem Lösungsmittel
einschließen,
das durch die unbearbeiteten Miscella bereitgestellt wird, und dann durch
die Behandlung der Membran mit den unbehandelten Miscella. Die Schritte
der Behandlung schließen im
Allgemeinen die Behandlung für
mindestens ungefähr
10 Minuten und mehr bevorzugt mindestens ungefähr 20 Minuten ein. In den meisten
Situationen wird davon ausgegangen, dass die Behandlung für ungefähr eine
Stunde ablaufen kann. Obwohl längere
Behandlungszeiten ermöglicht
werden können,
sollte darunter verstanden werden, dass längere Behandlungszeiten zu
einem Zeitverlust oder einer Verzögerung des Abtrennungsarbeitsschrittes
führen.
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Die
Schritte der Behandlung der Membran mit Lösungsmittel werden über einen
Zeitraum durchgeführt,
der ausreicht, um das erwünschte
Konditionierungsniveau zu erreichen. In den meisten Fällen wird
erwartet, dass die Behandlung das Spülen und/oder Tränken für mindestens
ungefähr
eine halbe Stunde einschließt.
Zur Erleichterung kann es gewünscht
sein, der Membran zu ermöglichen,
dass sie in einem bestimmten Lösungsmittel über Nacht
oder für
einen Zeitraum von bis zu ungefähr
24 Stunden getränkt
wird. Es ist zu verstehen, dass längere Tränkdauern erlaubt sind.
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Die
Behandlung mit dem Zwischen-Lösungsmittel
ist vorteilhaft, um die Wahrscheinlichkeit des Angreifens (shocking)
oder der Beschädigung
der Membran zu reduzieren, wenn sie mit dem Extraktions-Lösungsmittel
oder der Miscella behandelt wird. Beispielhafte Zwischen-Lösungsmittel
schließen
Alkohole und Aceton ein. Vorzugsweise ist das Zwischen-Lösungsmittel
eines, das mit dem Extraktions-Lösungsmittel
mischbar ist. Im Fall der Verwendung von Hexan als Extraktions-Lösungsmittel
ist das Zwischen-Lösungsmittel
vorzugsweise Ethanol, Propanol oder ein Gemisch aus Ethanol und
Propanol.
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Eine
konditionierte Polymermikrofiltrationsmembran wird bereitgestellt.
Die konditionierte Membran kann als Membran gekennzeichnet werden,
die aus den Schritten der Konditionierung hervorgeht. Zusätzlich kann
die konditionierte Membran im Hinblick auf deren Leistungsfähigkeit
gekennzeichnet sein. Beispielsweise kann eine Sojabohnenölmiscella
bereitgestellt werden, die 25 Gewichtsprozent unbearbeitetes Sojabohnenöl und 75
Gewichtsprozent eines Gemisches aus Hexan enthält, und einen Phosphorgehalt
von ungefähr
5000 ppm in dem unbearbeiteten Öl
enthält.
Durch die Zufuhr der Miscella zur Membran bei einem Transmembrandruck
von ungefähr
150 psi wird erwartet, dass die Membran ein Permeat in stabilem
Zustand bei einer Fließrate
von mehr als ungefähr
65 l/hm2 bereitstellt und einen Phosphorgehalt
von weniger als ungefähr
50 ppm. Vorzugsweise wird der Phosphorgehalt weniger als ungefähr 25 ppm
betragen. Mehr bevorzugt wird die Fließrate mehr als ungefähr 80 l/hm2 sein.
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Es
wird ein Lecithinproduktzusammensetzung bereitgestellt. Das Lecithinprodukt
kann durch die Verarbeitung durch die Phospholipid-Trennfilter nach
der Erfindung hergestellt werden und schließt nach der Verflüchtigung
zur Entfernung des Lösungsmittels
eine Phospholipidkonzentration von zwischen ungefähr 50 Gewichtsprozent
und ungefähr
85 Gewichtsprozent ein. Vorzugsweise hat das Lecithin eine Phospholipid-Konzentration
von zwischen ungefähr
72 Gewichtsprozent und ungefähr
85 Gewichtsprozent und mehr bevorzugt zwischen ungefähr 75 Gewichtsprozent
und ungefähr
85 Gewichtsprozent.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein diagrammartige Darstellung eines Verfahrens zum Entfernen von
Phospholipiden aus Pflanzenölmiscella
gemäß den erfindungsgemäßen Prinzipien.
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2 ist
eine diagrammartige Darstellung eines Verfahrens des Stands der
Technik zur Entfernung von Phospholipiden aus Pflanzenölmiscella,
in dem Säure
und Alkalibehandlung verwendet werden; und
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3 ist
eine diagrammartige Darstellung eines Verfahrens zur Verarbeitung
von Pflanzenölmiscella.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Pflanzenölmiscella.
Pflanzenölmiscella
können
hier einfacher als Miscella bezeichnet werden. Miscella betrifft
den Extrakt, der aus der Lösungsmittelextraktion
von Pflanzensamen hervorgeht. Miscella schließen im Allgemeinen Pflanzenöl-Lösungsmittel
und unbearbeitetes Pflanzenöl
ein, das durch die Extraktion aus den Pflanzensamen gewonnen wird.
Techniken für die
Lösungsmittelextraktion
von Pflanzensamen sind gut bekannt und werden beispielsweise beschrieben
in Bailey's Industrial
Oil and Fat Products, 5. Ausgabe, herausgegeben von Y. H. Hui, New
York, Wiley, 1996, und Handbook of Soy Oil Processing and Utilization,
St. Louis, Mo., American Soybean Association, Champaign, III, American
Oil Chemists' Society,
dessen Offenbarungen hierin durch Bezugnahme eingeschlossen sind.
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Pflanzenölmiscella
können
verarbeitet werden, um mehrere wertvolle Produkte zu gewinnen. Pflanzenöl ist eindeutig
eine Art von Produkt mit gewünschtem
kommerziellem Wert. Ein weiteres Produkt mit kommerziellem Wert
und das aus Pflanzenölmiscella
gewonnen werden kann, schließt
Lecithin ein. Wie in genaueren Details unten beschrieben wird, kann
das Verfahren zur Verarbeitung von Pflanzenölmiscella erfindungsgemäß modifiziert
werden, abhängig
von dem zu gewinnenden gewünschten
Produkt und von dessen gewünschter
Reinheit.
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Die
bevorzugten Pflanzenöle,
die erfindungsgemäß verarbeitet
und/oder isoliert werden können,
sind die essbaren Pflanzenöle,
die gut bekannt sind in der Pflanzenölindustrie. Beispiele für Pflanzenöle schließen Sojabohnenöl, Maisöl, Öl aus gemahlenen
Nüssen,
Olivenöl,
Leinöl,
Rapsöl,
Sonnenblumenkernöl,
Distelsamenöl,
Baumwollsamenöl
und Traubenkernöl
ein. Bevorzugte Öle,
die erfindungsgemäß gewonnen
werden können,
schließen
Sojabohnenöl,
Rapsöl, Öl aus gemahlenen
Nüssen,
Maisöl,
Sonnenblumenkernöl
und Baumwollsamenöl
und Leinöl
ein.
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Pflanzenölmiscella,
die direkt aus einem Extraktionsarbeitsschritt ohne Behandlung zur
Entfernung von Feststoffen gewonnen werden, können als unbearbeitete Miscella
bezeichnet werden. Unbearbeitete Miscella schließen im Allgemeinen das Extraktions-Lösungsmittel,
das unbearbeitete Pflanzenöl
und Feststoffe ein. Unbearbeitetes Pflanzenöl schließt im Allgemeinen Pflanzenöl und Phospholipide
in einer Menge ein, die das Öl
unschmackhaft macht. Die unbearbeitete Miscella kann Feststoffe
einschließen
oder nicht, aber es wird erwartet, dass die unbearbeitete Miscella
im Allgemeinen Feststoffe einschließt. Die Feststoffe können hier
als Feinstoffe bezeichnet werden und können als Partikel gekennzeichnet
sein. Eine Quelle der Partikel schließt Mahlfeinstoffe ein, die
aus Samenschalen, Schmutz, Sand, Abrieb etc. stammen. Die Feststoffe
werden im Allgemeinen als Kontaminanten angesehen und es ist wünschenswert,
diese Feststoffe vor der Abtrennung der Phospholipide von Pflanzenöl zu entfernen.
Tatsächlich
schließt
der Extrakt eines Extraktionsarbeitsverfahrens häufig Abscheider zur Entfernung
von Feststoffen ein. Nichtsdestotrotz schließt die nicht-bearbeitete erhaltene Miscella
typischerweise Feststoffe ein, die vor der Filtrierung zur Entfernung
von Phospholipiden entfernt werden müssen. Eine bevorzugte Technik
zum Entfernen von Feinstoffen aus unbearbeiteten Pflanzenölmiscella schließt die Filtration
ein und der Schritt der Entfernung von Feststoffen aus unbearbeiteten
Miscella kann als Vorfiltrierung bezeichnet werden. Die Filtrierung
kann im batch oder kontinuierlich sein und kann mehrere Schritte
einschließen.
Es ist erwünscht,
dass für
die Filtrierung die Feststoffe entfernt werden und dem unbearbeiteten
Pflanzenöl
ermöglicht
wird, durch das Filter zu laufen.
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Um
die essbaren Pflanzenöle
aus der Miscella zu gewinnen, werden die Phospholipide entfernt.
Die Technik zur Entfernung von Phospholipiden aus Miscella kann
als Miscella-Entgummierung
bezeichnet werden. Zusätzliche
Verunreinigungen, wie beispielsweise Farbkörperchen und freie Fettsäuren, die
in der Miscella vorliegen, können
durch die Technik der Entfernung von Phospholipiden aus Pflanzenölmiscella
gemäß der Erfindung
entfernt werden.
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Das
Lösungsmittel,
das in den Pflanzenölmiscella
vorliegt, ist gewöhnlich
das Extraktions-Lösungsmittel.
Das Extraktions-Lösungsmittel
kann sich auf ein Lösungsmittel
beziehen, das das unbearbeitete Pflanzenöl während des Extraktionsarbeitsschritts
löst. Zusätzlich kann
sich das Extraktions-Lösungsmittel
auf jedes Lösungsmittel
beziehen, das das Pflanzenöl
im unbearbeiteten Zustand löst.
Ein Lösungsmittel,
das das pflanzliche Öl
löst, kann
hier als Pflanzenöl-Lösungsmittel
bezeichnet werden, und kann das tatsächliche Lösungsmittel sein, das während des
Extraktionsarbeitsverfahrens verwendet wird oder nicht. Obwohl das
Lösungsmittel
in den unbearbeiteten Miscella durch ein anderes Lösungsmittel
für das
Entgummierungsverfahren ersetzt werden kann, ist es günstig, das
Entgummierungsverfahren mit dem in dem Extraktionsarbeitsverfahren
verwendeten Lösungsmittel
zu praktizieren. Das Lösungsmittel,
das zum Extrahieren von unbearbeiteten Pflanzenölen aus zermahlenen Pflanzensamen
verwendet wird, ist eines, in dem die Pflanzenöle sich leicht lösen. Solche
Lösungsmittel
sind in der Industrie gut bekannt. Das Lösungsmittel ist bevorzugt eines
mit einem vergleichsweise niedrigen Molekulargewicht. Das heißt, ein
Molekulargewicht, das im Wesentlichen nicht mehr ist als das des
Pflanzenöls.
Bevorzugt liegt das Molekulargewicht des Lösungsmittels zwischen ungefähr 50 und
ungefähr
200 und mehr bevorzugt zwischen 60 und ungefähr 150. Bevorzugte Lösungsmittel
schließen träge Kohlenwasserstoffe,
insbesondere Alkane, Alkohole, Cycloalkene und einfache aromatische
Kohlenwasserstoffe ein, z.B. Benzol und dessen Homologe, die Alkylsubstituenten
enthalten, mit bis zu vier Kohlenstoffatomen. Die Alkan- und Alkohol-Lösungsmittel
sind bevorzugt geradkettig oder verzweigt. Bevorzugte Alkane und
Alkohole schließen
Hexan ein, wie beispielsweise n-Hexan und Isohexan, Ethanol, n-Propylalkohol,
Isopropylalkohol und Gemische daraus. Diese Lösungsmittel neigen dazu, die
Mobilität
des Öls
zu verbessern, und bringen eine Umwandlung der vorhandenen Phospholipidmoleküle mit sich,
so dass sie Miscella bilden. Dieses Phänomen, das als Aggregierung
einer großen
Anzahl von Phospholipidmolekülen
unter dem Einfluss des Lösungsmittels
in Körperchen
(Miscella) von höherem
Molekulargewicht beschrieben werden kann, welches bis zu 200.000
bei Hexan reichen kann, erhöht
die effektive Größe der Phospholipide.
Außerdem
scheinen die so gebildeten Miscellen die vergleichsweise kleinen
Moleküle
anderer Verunreinigungen, wie Zucker und Aminosäuren, einzubetten, die ansonsten
mit dem Öl
durch die Membran entwischen. Beispielhafte Kohlenwasserstoffe schließen Benzol,
Toluol, Xylene, Cycloalkane, wie Cyclohexan, Cyclopentan und Cyclopropan,
ein und Alkane, wie Pentane, Hexane, Butane und Octane in Gemischen
daraus, Petroleumether, der in einem Bereich von –1°C bis 120°C siedet,
oder Alkene.
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Während es
bevorzugt ist, Kohlenwasserstoffe zu verwenden, die bei Umgebungstemperaturen
normalerweise flüssig
sind, können
andere Lösungsmittel
verwendet werden, einschließlich
solche Lösungsmittel, die
nur bei dem verwendeten Filtrationsdruck flüssig sind. Wenn das Öl durch
Verdampfen des Lösungsmittels abzutrennen
ist, hat das Lösungsmittel
vorzugsweise einen vergleichsweise niedrigen Siedepunkt. Wenn Phosphatide
nicht in signifikanten Mengen vorhanden sind, können andere organische Lösungsmittel,
einschließlich
Aceton, verwendet werden.
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Die
Menge des Lösungsmittels
in der Miscella wird allgemein infolge des Extrahierens nicht-bearbeiteter
Pflanzenöle
aus Pflanzensamen mitgebracht. Daher kann die Menge des Lösungsmittels,
das in der Miscella vorhanden ist, in Abhängigkeit von dem besonderen
Lösungsmittel-Extraktionsdesign,
das benutzt wurde, abhängen.
Während
eine Menge des Lösungsmittels
von der Miscella vor dem Entgummieren der Miscella entfernt werden
kann, wird es bevorzugt, dass eine ausreichende Menge des Lösungsmittels
verbleibt, welches die Abtrennung der Miscella durch den Durchfluss
durch eine Trennmembran ermöglicht.
Im Allgemeinen wird erwartet, dass die Miscella eine Lösungsmittelmenge
von zwischen ungefähr
45 Gewichtsprozent bis ungefähr
90 Gewichtsprozent einschließt,
mehr bevorzugt zwischen 50 Gewichtsprozent und 85 Gewichtsprozent
und noch mehr bevorzugt zwischen ungefähr 70 Gewichtsprozent und ungefähr 80 Gewichtsprozent.
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Entfernung
von Phospholipiden
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Wenn
jetzt auf 1 Bezug genommen wird, wird
ein Verfahren zum Entfernung von Phospholipiden aus Pflanzenölmiscella
gemäß der Erfindung
bei Bezugszeichen 10 bereitgestellt. Ölsamen werden zur Extraktion
unter Verwendung von im Fachgebiet gut bekannten Techniken hergestellt.
Die Ölsamen 11 werden
in einer Vorbereitungseinheit 12 verarbeitet. Dies schließt im Allgemeinen
das Schälen
und/oder Mahlen der Ölsamen
ein. Unbearbeitetes Pflanzenöl 14 kann
aus einigen Arten pflanzlicher Öle
durch Herauspressen in einer Expeller-Einheit 15 gewonnen werden.
Daher können
die gemahlenen Ölsamen 13 in
einen Expeller 15 geleitet werden, um ein unbearbeitetes
Pflanzenöl 14 bereitzustellen.
Es sollte angemerkt werden, dass unbearbeitetes Pflanzenöl im Allgemeinen
nicht durch Herauspressen aus allen Arten von Ölsamen gewonnen wird. Daher
können
die gemahlenen Ölsamen 13' direkt in eine
Extraktionsvorrichtung 18 geleitet werden, wodurch sie
den Expeller 15 umgehen. Zusätzlich kann Presskuchen 16 zur
Rückgewinnung
des unbearbeiteten Pflanzenöls
durch Extraktion verarbeitet werden.
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Ein
Lösungsmittel 19 wird
in die Extraktionsvorrichtung 18 eingeleitet, und Miscella 20 wird
gewonnen. Die Miscella 20 schließt als Hauptbestandteile Extraktions-Lösungsmittel,
Pflanzenöle
und Phospholipide ein. Techniken zum Bilden von Miscella durch Lösungsmittelextraktion
aus pflanzlichen Ölsamen
sind allgemein im Fachgebiet bekannt. Falls gewünscht, kann das gepresste unbearbeitete Öl 14 mit
den Miscella 20 zur weiteren Verarbeitung kombiniert werden.
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Die
Phospholipide können
von der Miscella 20 durch Zufuhr der Miscella 20 zu
einem Filter 22 entfernt werden, welcher eine Trennmembran
enthält.
Die Trennmembran ist vorzugsweise eine Polymermikrofiltrationsmembran,
die so konditioniert worden ist, dass sie Phospholipide aus der
Miscella 20 selektiv entfernt. Details der Trennmembran
und der Techniken zur Konditionierung der Membran zur selektiven
Entfernung von Phospholipiden werden unten beschrieben.
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Die
Trennmembran kann in jeder Form bereitgestellt werden, die den gewünschten
Grad der Miscella-Entgummierung bietet. Im Allgemeinen sind Membranen
als spiralförmig
aufgebundene Membranen, röhrenförmige Membranen
und als flach abgeplattete Membranen bekannt. Zur Entfernung der
Phospholipide aus Miscella sind spiralförmig aufgewundene Membranen
bevorzugt, da sie im Allgemeinen kosteneffektiver sind als andere
Filterausführungen.
Membranen werden typischerweise auf einer Halterung zur Unterstützung bereitgestellt.
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Der
Permeatstrom 24 fließt
vom Filter 22 und schließt Pflanzenöle und das Extraktions-Lösungsmittel mit
einer verminderten Konzentration an Phospholipiden, bezogen auf
die Miscella 20, ein. Der Retentatstrom 26 fließt vom Filter 22 und
schließt
die Pflanzenöle
und das Extraktions-Lösungsmittel
und eine erhöhte
Konzentration an Phospholipiden, bezogen auf die Miscella 20,
ein. Das Filtriersystem kann ein batch oder kontinuierliches sein.
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Eine
bevorzugte Art eines kontinuierlichen Filtriersystems schließt ein Befüll- und
Entleerungsfilter-System ein. In einem Befüll- und Entleerungsfilter-System
zirkuliert die Miscella durch Leitungen, die in dem Filtriersystem
in einer Schlaufe bereitgestellt werden, und die Miscella wird in
das System mit einer bestimmten Zufuhrrate zugeleitet und Permeat
und Retentat werden aus dem System mit einer bestimmten Rate abgeleitet.
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Der
Permeatstrom 24 wird in einem Verdampfer 28 zur
Entfernung des Extraktions-Lösungsmittels
geleitet. Der resultierende Pflanzenölstrom 30 kann durch
die Schritte der Raffinierung, Bleichung, Hydrogenierung und Desodorierung
behandelt werden, die im Allgemeinen im Fachgebiet bekannt sind.
Solche Techniken werden beispielsweise im Handbook of Oil Processing
and Utilization, St. Louis, Mo, American Soybean Association, Champaign,
III, American Oil Chemists' Society
beschrieben.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann verwendet wurden, um den resultierenden pflanzlichen Ölstrom 30,
der einen gewünschten
Gehalt an Phospholipiden enthält,
bereitzustellen. Typischerweise hat kommerzielles entgummiertes
Pflanzenöl
einen Phospholipidgehalt von weniger als 100 ppm. Im Allgemeinen
sind niedrigere Gehalte an Phospholipiden in Pflanzenöl wünschenswert.
Das erfindungsgemäße Verfahren
kann einen Pflanzenölfluss
mit einem Phospholipidgehalt von weniger als 30 ppm bereitstellen
und mehr bevorzugt weniger als 5 ppm.
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Wenn
jetzt auf 2 Bezug genommen wird, wird
ein Verfahren des Stands der Technik zur Entfernung von Phospholipiden
aus Pflanzenölmiscella
bei Bezugszeichen 50 gezeigt. Dieses Verfahren des Stands der
Technik wird gezeigt, um einen Vergleich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
zu bieten. Im Allgemeinen werden Ölsamen 51 in einer
Vorbereitungseinheit 52 verarbeitet, und falls gewünscht werden
die gemahlenen Samen 53 in einem Expeller 54 gepresst.
Die gemahlenen Samen 53' und/oder
der Presskuchen 55 wird in einen Extraktor 56 geleitet,
zusammen mit einem Extraktions-Lösungsmittel 58 und
die Miscella 60 wird gewonnen. Das Lösungsmittel 58 wird
aus der Miscella in einem Verdampfer 62 gewonnen. Das erhaltene
unbearbeitete Öl 66 (welches
bei einigen Arten von Ölsamen
ebenfalls aus dem Expeller 54 gewonnen werden kann) wird
einer Wasser-68 und Säure-70 Behandlung
unterworfen, um die Phospholipide zu -hydratisieren. Das Wasser-
und Säure-behandelte
Rohöl wird
in einer Zentrifuge 71 verarbeitet, um die hydrogenierten
Gummen 73 zu entfernen. Der resultierende entgummierte
Strom 72 wird im Allgemeinen mit wässrigem Alkali zur Neutralisierung
und weiterer Zentrifugierung behandelt. Das resultierende Öl wird dann
typischerweise gebleicht, hydrogeniert und desodoriert.
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Verarbeitung
von Pflanzenölmiscella
-
Wenn
jetzt auf 3 Bezug genommen wird, wird
ein Verfahren zur Verarbeitung von Pflanzenölmiscella bei Bezugszeichen 100 bereitgestellt.
Unbearbeitete Miscella 102 kann in ein Vorfiltersystem 104 zur
Entfernung von Feinstoffen geleitet werden. Die Feinstoffe können Teile
von Mehl (meal), Samenschalen, Sand, Dreck, Abrieb etc. enthalten.
Es ist wünschenswert,
dass das Vorfiltersystem die Feinstoffe entfernt, aber dem Pflanzenöl und den
Phospholipiden ermöglicht,
durchzufließen.
Das Vorfiltersystem 104 kann eine Serie an Filtern 106, 108 und 110 einschließen. Das
Vorfiltersystem 104 stellt Miscella 112 mit einem
Feststoffgehalt von weniger als ungefähr 10 ppm bereit. Die Miscella 112 kann
als geklärte
Miscella 114 bezeichnet werden, da sie für die Entfernung
von Feinstoffen behandelt worden ist. Vorzugsweise hat die geklärte Miscella 114 einen
fast vernachlässigbaren
Feststoffgehalt. Daher verarbeitet das Vorfiltersystem 104 die
unbearbeitete Miscella 102 in geklärte Miscella 114.
Natürlich
kann die geklärte
Miscella 114 einen Feststoffgehalt von mehr als 10 ppm
einschließen,
aber es wird erwartet, dass die Feststoffe eine vorzeitige Verstopfung
des stromabwärts Phospholipid-Trennfilters verursachen,
welcher wiederum eine häufigere
Reinigung benötigen
würde.
-
Die
unbearbeitete Miscella kann direkt aus einem Extraktor gewonnen
werden. Typischerweise wird die unbearbeitete Miscella 102 einen
Feststoffgehalt einschließen,
welcher, wenn er zu dem Phospholipid-Entfernungsfilter gemäß der Erfindung
geleitet wird, ziemlich schnell den Phospholipid-Entfernungsfilter verstopfen würde. Im
Allgemeinen enthalten unbearbeitete Miscella typischerweise einen
Feststoffgehalt von bis zu ungefähr
0,5 Gewichtsprozent, obwohl diese Menge sicherlich, abhängig von
dem Extraktionsarbeitsverfahren, höher sein kann. Es ist zu verstehen,
dass die Schritte der Herstellung des Rohöls und der Extraktion eine unbearbeitete
Miscella mit einer Vielzahl von Feststoffgehalten liefern kann und
dass das Vorfiltersystem bereitgestellt wird, um den Feststoffgehalt
zu reduzieren, um das Faulen der Trennmembran zu verhindern. Für viele
Extraktionsarbeitsverfahren liegt der Feststoffgehalt der unbearbeiteten
Miscella zwischen ungefähr
0,1 Gewichtsprozent und ungefähr
0,2 Gewichtsprozent. Die Größe der Feststoffe,
die aus der unbearbeiteten Miscella entfernt werden sollten, wird
typischerweise in einer Verteilung zwischen ungefähr 0,1 μ und ungefähr 100 μ liegen.
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Das
Vorfiltersystem wird vorzugsweise als eine Filterserie mit abnehmender
Porengröße bereitgestellt. Ein
stromaufwärts
gelegener Filter wird im Allgemeinen eine größere Porengröße haben,
um die relativ größeren Feststoffe
zu entfernen, und der stromabwärts
gelegene Filter wird im Allgemeinen eine geringere Porengröße haben,
um geringere Feststoffe zu entfernen. Die tatsächliche Porengröße jedes
Filters hängt
von dem Feststoffgehalt der unbearbeiteten Miscella ab. Natürlich kann
das Vorfiltersystem als Einzelfilter bereitgestellt werden. Die
in dem Vorfiltersystem bereitgestellten Filter haben vorzugsweise
eine durchschnittliche Porengröße im Bereich
von ungefähr
0,05 μ und
ungefähr
100 μ. Wie
in 3 gezeigt wird, schließt das Vorfiltersystem 104 drei
Filter 106, 108 und 110 ein. Filter 106 schließt vorzugsweise
Porengrößen von
ungefähr
30 μ und ungefähr 100 μ ein, Filter 108 schließt vorzugsweise
Porengrößen von
ungefähr
1 μ bis
ungefähr
40 μ, und Filter 110 schließt vorzugsweise
Porengrößen von
ungefähr
0,05 μ bis
ungefähr
1 μ ein.
Die Filter 106 und 108 sind vorzugsweise aus Edelstahl
und können
mit einer durchschnittlichen Porengröße von 40 μ bis ungefähr 20 μ ausgestattet sein. Im Falle,
dass Filter 110 eine Polymermembran ist, hat sie bevorzugt
eine durchschnittliche Porengröße von 0,1 μ bis ungefähr 1 μ und mehr
bevorzugt ungefähr
0,2 μ bis
ungefähr
1 μ. Im
Fall, dass der Filter 110 ein Keramikfilter ist, wird angenommen,
dass die durchschnittliche Porengröße bis zu ungefähr 0,05 μ klein sein
kann. Zusätzlich
kann es wünschenswert
sein, einen vorbeschichteten Filter als Filter 110 zu verwenden.
Der vorbeschichtete Filter kann durch Auftragen eines Tiefenmaterials
auf einer Filteroberfläche hergestellt
werden. Das Tiefenmaterial kann durch Ablagerung von Tief-Bett-Filtriermitteln
und/oder Klärmitteln auf
einer Filteroberfläche
bereitgestellt werden. Das Tiefenmaterial kann durch Mischen von
Tief-Bett-Filtriermitteln und/oder Klärmitteln mit Miscella hergestellt
werden. Beispielhafte Tief-Bett-Filtriermittel und/oder Klärmittel
schließen
Sojamehl, Sojastaub, Kieselgur etc. ein.
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Die
Filter 106 und 108 werden als Sackfilter gezeigt,
und das Filter 110 wird als Befüll- und Entleerungsfilter gezeigt.
Es sollte verstanden werden, dass die Filter, die in dem Vorfiltersystem
bereitgestellt werden, alle Sackgassenfilter, Befüll- und
Entleerungsfilter oder Gemische daraus einschließen können. Zusätzlich können die Filter in batch oder
kontinuierlich betrieben werden. Das Filter 110 stellt
einen Retentatstrom 116 bereit, der zu dem Extraktor zurückgeführt wird.
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Die
geklärte
Miscella 114 wird zu einem ersten Phospholipid-Trennfilter 118 zur
Abtrennung von Phospholipiden aus dem Pflanzenöl geleitet. Der erste Phospholipid-Trennfilter 118 kann
die Form des in 1 gezeigten Filters 22 annehmen.
Der Permeatstrom 120 schließt eine verringerte Konzentration
an Phospholipiden, bezogen auf die Konzentration der Phospholipide
in der geklärten
Miscella 114 ein. Der Permeatstrom 120 kann als
Pflanzenölprodukt 150 gekennzeichnet
werden und gewonnen und verarbeitet werden, um ein kommerzielles
Produkt bereitzustellen. Der Retentatstrom 122 schließt eine
erhöhte
Konzentration an Phospholipiden, bezogen auf die Konzentration der
Phospholipide in der geklärten
Miscella 114, ein. Der Retentatstrom 122 kann
erfindungsgemäß weiter
verarbeitet werden.
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Der
Retentatstrom 122 kann als Befüllungsstrom 132 bereitgestellt
werden und in einen zweiten Phospholipid-Trennfilter 124 geleitet werden.
Das Lösungsmittel 126 wird
vorzugsweise zu dem Retentatstrom 122 hinzugegeben, um
den Befüllungsstrom 132 bereitzustellen,
welcher hilft, das pflanzliche Öl
durch den zweiten Phospholipid-Trennfilter 124 und in den
Permeatstrom 128 zu leiten. Der Permeatstrom 128 kann
dann in die geklärte
Miscella recycliert werden. Der Retentatstrom 134 schließt eine
erhöhte
Konzentration an Phospholipiden, bezogen auf den Befüllungsstrom 132,
ein und kann als Lecithinprodukt verfügbar gemacht werden.
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Der
Permeatstrom 120 kann als entgummierte Pflanzenölmiscella 150 bezeichnet
werden. Die entgummierte Pflanzenölmiscella 150 schließt vorzugsweise
einen Phospholipidgehalt von weniger als ungefähr 200 ppm ein, und kann durch
konventionelle Techniken der Raffinierung, Bleichung, Hydrogenierung
und Desodorierung verarbeitet werden. Zusätzlich kann die entgummierte
Pflanzenölmiscella 150 einer
weiteren Auftrennung in einem Phospholipid-Abtrennfilter 152 zur
Gewinnung eines Permeatstroms 154 und eines Retentatstroms 156 unterworfen.
Der Permeatstrom 154 schließt vorzugsweise weniger als
7 ppm Phospholipide und mehr bevorzugt weniger als 5 ppm Phospholipide
ein. Der Permeatstrom 154 kann als entgummierte Pflanzenölmiscella 160 bezeichnet
werden und kann weiter durch physikalische Raffinierung, wie Bleichung und
Desodorierung verarbeitet werden. Daher kann das Filter 152 verwendet
werden, um chemische Verarbeitungstechniken zu vermeiden. Der Retentatstrom 156 kann
in die geklärte
Membran 114 recycliert werden. Im Allgemeinen wird erwartet,
dass die in dem Filter 152 verwendete Membran eine engere
Porengröße als die
Membran bereitstellt, die in dem ersten Phospholipid-Trennfilter 118 verwendet
wird. Vorzugsweise schließt das
Filter 152 eine modifizierte Membran ein, in der die Membran
vor der Modifizierung, die hier beschrieben wird, eine durchschnittliche
Porengröße von ungefähr 0,1 bis
0,5 μ hat.
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Der
Pflanzenölmiscellafluss 102 hat
einen Bereich an Komponenten, der von der Art der Ölsamen,
die in dem Extraktor verarbeitet werden, abhängt, von den Bedingungen der
Extraktion und dem Niveau des Recyclats, das in die Pflanzenölmiscella
eingeleitet wird. Im Allgemeinen schließt die Pflanzenölmiscella 102 eine Konzentration
an Pflanzenöl
von zwischen ungefähr
15 Gewichtsprozent und ungefähr
50 Gewichtsprozent, eine Konzentration an Phospholipiden von zwischen
ungefähr
1 Gewichtsprozent und ungefähr
4 Gewichtsprozent und eine Lösungsmittelkonzentration
von zwischen ungefähr
50 Gewichtsprozent und ungefähr
85 Gewichtsprozent ein. Vorzugsweise schließt die unbearbeitete Miscella
zwischen ungefähr
20 Gewichtsprozent und ungefähr
40 Gewichtsprozent Pflanzenöl
und zwischen ungefähr
60 Gewichtsprozent und 80 Gewichtsprozent Lösungsmittel ein, und mehr bevorzugt
zwischen ungefähr
25 Gewichtsprozent und ungefähr
35 Gewichtsprozent Phospholipide und zwischen ungefähr 65 Gewichtsprozent
und ungefähr
75 Gewichtsprozent Lösungsmittel.
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Der
Permeatstrom 120 wird vorzugsweise mit einem Phospholipidgehalt
bereitgestellt, der durch Bereitstellung eines kommerziellen Pflanzenölprodukts
annehmbar ist. Ein kommerzielles Pflanzenölprodukt hat vorzugsweise weniger
als 100 ppm Phospholipide. Es sollte verstanden werden, dass der
Permeatstrom 120 weiter durch Bleichen, Hydrogenieren und/oder
Desodorieren verarbeitet werden kann. Der Permeatstrom 120 schließt vorzugsweise
ungefähr
die gleiche Gewichtsprozentmenge an Pflanzenöl und Lösungsmittel als Miscellabefüllung des
Filters 118 ein. Das Lösungsmittel
wird typischerweise aus dem Pflanzenölprodukt verdampfen gelassen,
um das Pflanzenölprodukt 150 bereitzustellen,
und das Pflanzenölprodukt
kann mit weniger als ungefähr
100 ppm Phospholipiden bereitgestellt werden.
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Das
erste Phospholipid-Trennfilter 118 wird vermutlich bei
einer Konzentration laufen gelassen, die ein gewünschtes Niveau der Trennung
erreicht. Wenn zuviel als Permeat 120 abgenommen wird,
bezogen auf das Retentat 122, wird erwartet, dass der Phospholipidgehalt
in dem Permeat 120 zu hoch sein wird. Zusätzlich ist es
wünschenswert
soviel Permeat 120 wie möglich bereitzustellen, während der
gewünschte
Gehalt an Phospholipiden zurückgehalten
wird. Der erste Phospholipid-Trennfilter 118 wird
vorzugsweise bei einer Konzentration von ungefähr zwischen 6× und ungefähr 7× betrieben,
um ein gewünschtes
Niveau der Trennung zu erreichen. Vorzugsweise wird das Phospholipid-Trennfilter
bei einer Konzentration von ungefähr 7× betrieben. Eine Konzentration
von 7× bedeutet,
dass 7 Gewichtsteile in den Permeatstrom gelangen und 3 Gewichtsteile in
den Retentatstrom.
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Der
Retentatstrom 120 kann durch eine Konzentration an Phospholipiden
gekennzeichnet werden, der zwischen ungefähr 5000 ppm und ungefähr 12.000
ppm liegt. Der Retentatstrom 122 schließt im Allgemeinen Pflanzenöl und Lösungsmittelgehalte, ähnlich den
in der Miscella bereitgestellten Mengen, ein.
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Das
zweite Phospholipid-Trennfilter 124 wird vorzugsweise bei
einer Konzentration von zwischen ungefähr 6× und ungefähr 15× betrieben und bei einer Lösungsmittelstrom- 126 zum
Retentatstrom 122-Fließrate von
zwischen ungefähr
5:1 bis ungefähr
1:1. Wenn zuviel Lösungsmittel
hinzugegeben wird, ist die Last auf die stromabwärts gelegene Destillierfähigkeit
zu hoch. Jedoch kann die Lösungsmittelmenge
erhöht
werden, wenn die stromabwärts
gelegene Destillierfähigkeit
das zusätzliche
Lösungsmittel
verarbeiten kann. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, den Lösungsmittelstrom 126 bereitzustellen,
dass er die Trennung des Pflanzenöls vom Lecithin verstärkt.
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Der
Befüllungsstrom 132 schließt vorzugsweise
zwischen ungefähr
90 Gewichtsprozent und ungefähr 99,5
Gewichtsprozent Lösungsmittel
und zwischen ungefähr
0,5 Gewichtsprozent und ungefähr
10 Gewichtsprozent der Kombination aus Pflanzenöl und Phospholipiden ein. Vorzugsweise
schließt
der Befüllungsstrom 132 zwischen
ungefähr
95 Gewichtsprozent und ungefähr
99 Gewichtsprozent Lösungsmittel
und zwischen ungefähr
1 Gewichtsprozent und ungefähr
5 Gewichtsprozent der Kombination aus Öl und Phospholipiden ein. Der
Retentatstrom 132 enthält
zwischen ungefähr
2 Gewichtsprozent und ungefähr
25 Gewichtsprozent der Kombination aus Öl und Phospholipiden und der
Permeatstrom enthält
zwischen ungefähr
0,1 Gewichtsprozent und ungefähr
5 Gewichtsprozent der Kombination aus Öl und Phospholipiden. Der Retentatstrom 134 kann
in ein Lecithinprodukt 136 durch Verdampfen des Lösungsmittels
verarbeitet werden. Im Allgemeinen wird das Lecithinprodukt 136 zwischen
ungefähr
50 Gewichtsprozent und 85 Gewichtsprozent Phospholipide einschließen, und
der Rest sind Pflanzenöle
und Verunreinigungen einschließlich
freier Fettsäuren.
Vorzugsweise schließt
das Lecithinprodukt zwischen ungefähr 70 Gewichtsprozent und ungefähr 85 Gewichtsprozent Phospholipide,
und mehr bevorzugt zwischen ungefähr 72 Gewichtsprozent und ungefähr 85 Gewichtsprozent Phospholipide
ein. Noch mehr bevorzugt wird das Lecithin produkt eine Phospholipidkonzentration
von zwischen ungefähr
75 Gewichtsprozent und ungefähr
85 Gewichtsprozent haben. Es wird vermutet, dass das Lecithinprodukt,
das durch die Verarbeitung gemäß der Erfindung
gewonnen wird, neu ist, da die Lecithinprodukte des Stands der Technik
im Allgemeinen die Entfernung hydratisierbarer und/oder nicht-hydratisierbarer Phospholipide
und die Entfernung von freien Fettsäuren notwendig machen. Daher
wird vermutet, dass die Verarbeitungstechniken des Stands der Technik
zur Herstellung von Lecithin zu einem Produkt führen, das von dem Lecithinprodukt
verschieden ist, das erfindungsgemäß hergestellt wird.
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Der
Permeatstrom 128 kann recycliert werden. Im Allgemeinen
enthält
der Permeatstrom 126 zuviel Phospholipide, dass sie gewonnen
werden können
und kommerziell als Pflanzenölprodukt
verfügbar
gemacht werden können.
Im Allgemeinen wird der Permeatstrom 126 einen Phospholipidgehalt
in einem Überschuss von
ungefähr
200 ppm einschließen.
Der Permeatstrom 128 kann in die geklärte Miscella 114 recycliert
werden.
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Membran-Konditionierung
-
Die
Erfindung betrifft die Konditionierung einer Polymermembran für die selektive
Entfernung von Phospholipiden aus Pflanzenölmiscella. Die konditionierte
Polymermembran kann hier als konditionierte Membran bezeichnet werden
und kann in den Filtern 118, 124 und 152 nützlich sein.
Zusätzlich
kann die konditionierte Membran als Vorfilter verwendet werden.
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Membranen
dienen allgemein als Filter zur Verhinderung des Durchströmens von
Bestandteilen bestimmter Größen. Membranen
können
im Hinblick auf ihre durchschnittliche Porengröße gekennzeichnet sein. Beispielsweise
werden Membranen mit einer durchschnittlichen Porengröße von ungefähr 0,1 μ bis ungefähr 2 μ als Mikrofilter
oder Mikrofiltrationsmembranen bezeichnet; Membranen mit einer durchschnittlichen
Porengröße von zwischen
ungefähr
10.000 mwco (Molekulargewichts-Cut-off unter Verwendung von Dextran)
und ungefähr
0,1 μ werden
als Ultrafilter oder Ultrafiltrationsmembranen bezeichnet; Membranen
mit einer durchschnittlichen Porengröße von zwischen ungefähr 200 mwco
und ungefähr
10.000 mwco werden als Nanofilter bezeichnet; und Membranen, die
Bestandteile von unter 200 mwco entfernen können, werden als Umkehrosmosemembranen
bezeichnet.
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Die
Anmelder haben entdeckt, dass durch Konditionierung einer Membran
mit einem Porengröße von ungefähr 0,05 μ bis ungefähr 2 μ, mehr bevorzugt
von ungefähr
0,1 μ bis
ungefähr
2 μ und
noch mehr bevorzugt von ungefähr
0,3 μ bis
ungefähr
0,5 μ die
konditionierte Membran zur selektiven Entfernung von Phospholipiden
aus Miscella bereitgestellt werden kann. Des Weiteren wird der Strom über die
Membran bei einem vorgegebenen Transmembrandruck erhöht, verglichen
mit der Verwendung einer Ultrafiltrationsmembran zur Entfernung
von Phospholipiden aus Miscella. Zusätzlich kann die Verwendung
einer konditionierten Mikrofiltrationsmembran einen niedrigeren
Transmembrandruck bei einem vorgegebenen Strom über die Membran, verglichen
mit der Verwendung einer Ultrafiltrationsmembran, ergeben.
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Die
Membran wird vorzugsweise durch aufeinander folgende Lösungsmittelbehandlungen
konditioniert. Im Allgemeinen werden kommerziell erhältliche
polymere Mikrofiltrationen vom Hersteller geliefert, die in Wasser
oder Glycerol (evtl. Glycerin) getränkt sind. Die aufeinander folgende
Behandlung der Membran wird zur Konditionierung der Membran bereitgestellt,
so dass sie in der Miscella für
die selektive Entfernung von Phospholipiden funktioniert. Das bedeutet,
dass die Membran so konditioniert sein sollte, dass sie nicht gegenteilig
reagiert, wenn sie mit dem Extraktions-Lösungsmittel
kontaktiert wird, das in der Miscella vorliegt. In Fällen, in
denen die Membran durch die direkte Platzierung in dem Extraktions-Lösungsmittel
beeinträchtigt
(shocked) werden würde,
kann ein Zwischen-Lösungsmittel
verwendet werden, um ein erstes Niveau der Konditionierung bereitzustellen,
bevor die Membran in das Extraktions-Lösungsmittel
eingeführt
wird.
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Die
Behandlung der Membran wird zur graduellen Veränderung der Polarität der Membran
durchgeführt.
Die Behandlung kann das Spülen
mit einem Lösungsmittel
einschließen,
das Tränken
in Lösungsmittel und
eine Kombination daraus. Des Weiteren kann die Behandlung die aufeinander
folgende Behandlung mit verschiedenen Lösungsmitteln oder Gemischen
aus Lösungsmitteln
einschließen,
um eine modifizierte Membran bereitzustellen.
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In
einer bevorzugten Methode zur Konditionierung einer Polymermikrofiltrationsmembran
wird die Membran vorzugsweise zuerst in einem Zwischen-Lösungsmittel,
wie einem Alkohol, getränkt.
Bevorzugte Alkohole, die als Zwischen-Lösungsmittel verwendet werden
können,
schließen
Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol und Gemische daraus ein.
Bevorzugte Alkohole sind solche, die mit dem Extraktions-Lösungsmittel mischbar
sind. Im Falle, dass Hexan das Extraktions-Lösungsmittel
ist, schließt
ein bevorzugtes Zwischen-Lösungsmittel
Ethanol, Propanol und ein Gemisch aus Ethanol und Propanol ein.
Ein nicht-alkoholisches Zwischen-Lösungsmittel
schließt
Aceton ein.
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Vor
dem Tränken
kann die Membran mit dem Zwischen-Lösungsmittel
gespült
werden, um Wasser oder Glycerol (evtl. Glycerin) oder ein anderes
Lösungsmittel,
in dem die Membran bereitgestellt wird, zu entfernen. Die Membran
wird dann vorzugsweise in einem Gemisch aus Zwischen-Lösungsmittel
und Extraktions-Lösungsmittel
getränkt.
Wenn Hexan das Extraktions-Lösungsmittel
ist, schließt
die Mischung vorzugsweise ungefähr
50 Gewichtsprozent Ethanol und ungefähr 50 Gewichtsprozent Hexan
ein. Ein zusätzliches Zwischen- Lösungsmittelgemisch schließt ein Gemisch
aus Isopropylalkohol und Hexan ein, wie ein Gemisch aus ungefähr 50 Gewichtsprozent
Isopropylalkohol und ungefähr
50 Gewichtsprozent Hexan. Die Membran wird dann mit dem Extraktions-Lösungsmittel
gespült,
um das Zwischen-Lösungsmittel
zu entfernen. Die Membran kann dann erfindungsgemäß verwendet
werden. Es sollte gewürdigt
werden, dass, während
eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung im Zusammenhang beschrieben wird, die mindestens drei
getrennte Behandlungsschritte ermöglicht, die Erfindung durch
Behandlung der Membran in einem Zwischen-Lösungsmittel durchgeführt werden
kann, und indem dann die Membran in einem Extraktions-Lösungsmittel
behandelt wird. Des Weiteren sollte verstanden werden, dass das
Extraktions-Lösungsmittel
sich auf das Lösungsmittel
bezieht, das in der Miscella bereitgestellt wird. Das heißt, dass
das Extraktions-Lösungsmittel
in der Miscella an der Behandlung der Membran teilhaben kann.
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Es
sollte wahrgenommen werden, dass die Länge der Behandlung der Membran
in einem bestimmten Lösungsmittel
ausreichend sein sollte, um ein gewünschtes Niveau der Konditionierung
in diesem Schritt zu ermöglichen.
Beispielsweise wird erwartet, dass der Schritt der Behandlung der
Membran in einem Zwischen-Lösungsmittel
in 10 Minuten gemacht werden kann. Es ist jedoch günstig, der
Membran zu ermöglichen, für mindestens
eine halbe Stunde getränkt
zu werden, und mehr bevorzugt für
ungefähr
5 Stunden bis ungefähr
24 Stunden. Es wird erwartet, dass der Schritt der Behandlung der
Membran einem Gemisch aus Zwischen-Lösungsmittel und Extraktions-Lösungsmittel in 10 Minuten gemacht
werden kann, aber bevorzugter ungefähr 5 Stunden bis ungefähr 24 Stunden
beträgt.
Des Weiteren wird erwartet, dass der Schritt der Behandlung der
Membran in dem Extraktions-Lösungsmittel
durchgeführt
werden kann, um das Zwischen-Lösungsmittel
zu entfernen. Es wird erwartet, dass die Spülung der Membran mit dem Extraktions-Lösungsmittel
zur Entfernung des Zwischen- Lösungsmittels
in ungefähr
10 Minuten abläuft.
Es ist jedoch günstig,
der Membran zu ermöglichen,
in dem Extraktions-Lösungsmittel
für ungefähr 5 Stunden
bis zu 24 Stunden zu tränken.
-
Nachdem
die Membran erfindungsgemäß verwendet
worden ist, kann sie durch Behandlung mit dem Extraktions-Lösungsmittel
gesäubert
und regeneriert werden. Im Allgemeinen wird erwartet, dass die Membran
zur Entfernung von Phospholipiden aus Miscella in einem kontinuierlichen
Filtrationsarbeitsverfahren für mindestens
ungefähr
24 Stunden verwendet werden kann, bevor die Membran in dem Extraktions-Lösungsmittel über einen
Zeitraum, der im Allgemeinen weniger als eine halbe Stunde beträgt, gereinigt
wird. Die Membran kann durch Spülen
mit dem Extraktions-Lösungsmittel
für einen
Zeitraum gereinigt, der ausreicht, um die Phospholipide von der
Membran zu entfernen. Es wird erwartet, dass die Membran durch Spülen in Extraktions-Lösungsmittel für ungefähr 10 Minuten
gereinigt werden kann. Weiter kann die Reinigungsdauer in dem Extraktions-Lösungsmittel für mehr als
eine halbe Stunde ermöglicht
werden. Zusätzlich
sollte wahrgenommen werden, dass statt der Verwendung von reinem
Extraktions-Lösungsmittel
zur Spülung
der Membran zur Reinigung erwartet wird, dass frische Miscella,
die nicht aufkonzentriert worden ist, zur Reinigung der Membran verwendet
werden kann. Im Allgemeinen kann Miscella, die direkt aus einem
Extraktor gewonnen wird, als nicht-konzentrierte Miscella bezeichnet
werden. Des Weiteren wird erwartet, dass eine Säure zu dem Extraktions-Lösungsmittel oder zu den nicht-konzentrierten
Miscella hinzugegeben werden kann, um der Reinigung zu helfen. Beispielsweise
können
Citronensäure,
Phosphorsäure,
Milchsäure
oder Schwefelsäure
zu dem Extraktions-Lösungsmittel
in einer Menge von ungefähr
0,1 oder ungefähr
0,2 Gewichtsprozent hinzugegeben werden, um eine Hilfe bei der Reinigung
zu ermöglichen.
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Membranen,
die erfindungsgemäß verwendet
werden können,
schließen
eine 0,3 μ-Polyacrylonitril(PAN)-Membran
ein, die von Osomonics, Inc. of Minnetonka, Minnesota erhältlich ist,
und eine 0,1 μ Polysulfon(PS)-Membran,
die von Hoechst Separation Product in Wiesbaden, Deutschland erhältlich ist.
Andere Polymermikrofiltrationsmembranen, wie Polyamid (PA) und Polyimid
(PI), können
ebenfalls erfindungsgemäß verwendet
werden.
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Ein
bevorzugtes Extraktions-Lösungsmittel,
das zur Konditionierung der Membran verwendet werden kann, schließt Hexan
ein. Es sollte wahrgenommen, dass die Bezugnahme auf Hexan die Isomere
von Hexan, wie Isohexan und n-Hexane, und Gemische daraus einschließt. Zusätzlich kann
das Extraktions-Lösungsmittel Isopropanol
einschließen.
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Die
Membran kann durch Behandlung mit dem Miscella-Lösungsmittel,
konditioniert werden, gefolgt von der Behandlung mit einer unbearbeiteten
Miscella. Wenn Hexan als Miscella-Lösungsmittel verwendet wird,
kann die Membran mit Hexan behandelt werden und dann mit der unbehandelten
Miscella behandelt werden. Die Behandlung der Membran mit Hexan
sollte für
mindestens ungefähr
10 Minuten durchgeführt
werden und die Behandlung mit unbearbeiteter Miscella sollte für mindestens
10 Minuten ermöglicht
werden und mehr bevorzugt für
ungefähr
20 Minuten. Ohne daran theoretisch gebunden zu sein, wird angenommen,
dass die unbearbeitete Miscella die Membran ausreichend verschmutzen
kann, um der Kontrolle der Absonderung von Phospholipiden zu helfen,
wenn die konditionierte Membran für die selektive Trennung von
Phospholipiden verwendet wird. Zusätzlich schließen die
Schritte der Behandlung der Membran vorzugsweise die Bereitstellung
des Lösungsmittels
oder der unbearbeiteten Miscella in einer geschlossenen Schlaufe
für bis
zu ein bis zwei Stunden ein. Durch die Bereitstellung einer geschlossenen
Schlaufe zirkuliert das Material fortgesetzt durch die Membran.
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Die
konditionierte Membran kann im Hinblick auf ihre Leistungsfähigkeit
gekennzeichnet werden. Beispielsweise kann eine Sojabohnenöl-Miscellabefüllung durch
25 Gewichtsprozent unbearbeitetes Sojabohnenöl und 70 Gewichtsprozent Hexan
gekennzeichnet werden, und mit einem Phosphogehalt von ungefähr 5000
ppm (bezogen auf das unbehandelte Öl) sowie bei einem Trennmembrandruck
von 150 psi bereitgestellt werden, kann durch die Membran gefiltert
werden, um ein Permeat bei einer Fließrate von mehr als 65 l/hm2 und einem Phosphorgehalt von weniger als
ungefähr
50 ppm bereitzustellen. Vorzugsweise wird die Fließrate größer sein
als 80 l/hm2. Mehr bevorzugt wird der Phosphorgehalt
in dem Permeat weniger als ungefähr
25 ppm betragen. Bei einer Maisöl-Miscella,
die 25 Gewichtsprozent unbearbeitetes Maisöl und 75 Gewichtsprozent Hexan
enthält
und einen Phosphorgehalt von ungefähr 13200 ppm bei 150 psi wird
ein Filtrat bei einer Fließrate
bei mehr als ungefähr
65 l/hm2 mit einem Phosphorgehalt von weniger
als ungefähr
50 ppm bereitgestellt. Vorzugsweise wird die Fließrate größer als
ungefähr
75 l/hm2 sein. Des Weiteren beträgt der Phosphorgehalt
in dem Permeat bevorzugt weniger als ungefähr 25 ppm. Es sollte wahrgenommen
werden, dass die oben angegebenen Fließgeschwindigkeitswerte unter
fest eingestellten Bedingungen bereitgestellt werden.
-
Die
Leistungsfähigkeit
der konditionierten Membran wird durch das folgende Beispiel gestützt. Es
sollte verstanden wird, dass nicht beabsichtigt wird, dieses Beispiel
als Begrenzung des erfindungsgemäßen Schutzumfangs
zu verstehen.
-
Beispiel
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Drei
Miscellaproben wurden unter Verwendung der vorliegenden Techniken
hergestellt. Miscellaproben wurden aus drei verschiedenen Ölsamenpflanzen
gewonnen.
-
Eine
Membran wurde konditioniert und zur Entfernung von Phospholipiden
aus jeder der drei Miscellaproben verwendet. Die Membran wurde als
PAN-Membran von Osmonics, Inc. bezogen. Die Membran kann dadurch
gekennzeichnet werden, dass sie eine durchschnittliche Porengröße von 0,3 μ hat, und
in einer Form eines spiralförmig
aufgewundenen 25 × 40-Membranelements
vorliegt. Die Membran wurde durch Tränken der Membran in einem Zwischen-Lösungsmittel
(Propanol) für
24 Stunden konditioniert. Dann wurde die Membran für 24 Stunden
in einem Gemisch aus Zwischen-Lösungsmittel
(Propanol) und Extraktions-Lösungsmittel
(Hexan) getränkt.
Schließlich
wurde die Membran für
24 Stunden in Extraktions-Lösungsmittel
(Hexan) getränkt.
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Die
drei Miscellaproben wurden individuell verarbeitet. Bei der Sojabohnenöl-Miscella
und der Rapsöl-Miscella
wurde ein Test bei einer Retentatkonzentration von 10× der Befüllungskonzentration
durchgeführt. Die
Permeatrate bei einer 10×-Konzentration
betrug 100 l/hm
2 und 66 l/hm
2 bei
Sojabohnen-Miscella bzw. Rapsöl-Miscella.
Beim Maisöl
wurde der Test bei einer Retentatkonzentration von 7,4× der Zufuhr
bei einer Permeatrate von 80 l/hm
2 durchgeführt. Die
Befüllung
und das Permeat wurden analysiert und die Ergebnisse werden in Tabelle
1 beschrieben. Tabelle
1 – Analyse
von Miscella-Membran-entgummiertem Öl
- * Iovibond-Farbe unter Verwendung einer
1 inch-Zelle
- (1) Filtrationsrate bei einer 10×-Konzentration der Zufuhr
- (2) Filtrationsrate bei einer 7,4×-Konzentration der Zufuhr
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Die
oben gemachte Beschreibung, die Beispiele und die Daten stellen
eine vollständige
Beschreibung der Herstellung und der Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
bereit. Da viele Ausführungsformen
der Erfindung gemacht werden können,
findet sich die Erfindung in den hier angehängten Ansprüchen wieder.