DE69817918T2

DE69817918T2 - Entfärbung von Zuckersirup mit einem funktionalisierten Adsorbens enthaltend ein hochvernetztes makroporöses Styren-Copolymer

Info

Publication number: DE69817918T2
Application number: DE69817918T
Authority: DE
Inventors: Gael Joseph Alfred L'hermine; Eric Gustave North Wales Lundquist
Original assignee: Rohm and Haas Co
Current assignee: Rohm and Haas Co
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1998-04-01
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2018-04-02
Also published as: US5972121A; CA2234470A1; BR9801376A; EP0882803A2; EP0882803B1; DE69817918D1; EP0882803A3; CA2234470C

Description

Hintergrund
Diese Erfindung betrifft Verfahren zur Entfärbung von Zuckersirupen, insbesondere zur Entfärbung von Zuckersirupen unter Verwendung funktionalisierter Adsorber enthaltend schwach-saure Kationen-Austauschergruppen oder schwach-basische Anionen-Austauschergruppen.
Die Entfärbung von wässrigen Zuckersirupen, abgeleitet von Getreide, Rüben sowie Zuckerrohr fußt traditionell auf der Verwendung kohlenstoffhaltiger Adsorber wie etwa Knochenkohle oder gepulverten und körnigen Aktivkohlen. Obwohl diese kohlenstoffhaltigen Materialien selbst billig sind, neigen die Verfahren welche diese anwenden dazu, teure Vorrichtungen und intensive Arbeitsanstrengung zu erfordern. In einem typischen industriellen Entfärbungsverfahren wird gepulverter Kohlenstoff in einem satzweisen Adsorptionsverfahren verwendet. Nach der Entfärbung muss der Zuckersirup in einem separaten Schritt gefiltert werden, um den Kohlenstoff für die Rückgewinnung und Regenerierung zu entfernen. In einem kontinuierlichen Verfahren läuft der Zuckersirup durch Betten aus gekörnter Aktivkohle für die Entfärbung; periodisch wird ein Teil des Kohlenstoffbettes für die Regenerierung entfernt, und dieser Kohlenstoff wird entweder durch regenerierten oder neuen Kohlenstoff ersetzt. Die Kohlenstoffregenerierung ist ein Hochtemperaturprozess, der Brennstoff für den Regenerationsofen benötigt, und die Kohlenstoffverluste während der Regeneration können bis zu 10 Gew.-% erreichen. Auch zerstört die thermische Regenerierung die Farbkörper, welche während der Entferung entfernt werden, was deren Wiedergewinnung für Studien- oder andere Zwecke verhindert.
Für die Entfärung von Zuckersirup wurden Ionenaustauscher vorgeschlagen; diese erlauben eine kontinuierliche Verwendung der Behandlungssäule und eine in-situ-Regeneration unter Verwendung einfach verfügbarer Chemikalien wie etwa Lauge und Säure, und deren lange Betriebszeit, die günstige Geräteausstattung sowie Handhabbarkeit, verglichen mit Kohlenstoff, gleicht in den meisten Fällen deren höhere Anfangskosten aus. Leider haben Ionenaustauscher eine geringe Kapazität zur Adsorbierung von Farbkörpern aus der Lösung im Vergleich zu Kohlenstoff, und sie erfordern viel größere Mengen an Regenerationsmitteln, um die Farbkörper zu entfernen im Vergleich zur Entfernung typischer ionischer Spezies. Außerdem entfernen Ionenaustauscher Verunreinigungen wie etwa HMF (5-Hydroxymethyl-2-furfural) nicht wirksam, welches die Farbe von Zuckersirupen beim Stehen und weiteren Verarbeiten erhöht.
Die US-Patente Nr. 4 950 332 und 5 416 124 schlagen die Verwendung synthetischer polymerer funktionaler Adsorber vor, die durch Aufquellen eines porösen Styrol/Divinylbenzol-Copolymers in einem aufquellenden Lösungsmittel, Zusetzen von Chlormethyl-Gruppen zum Polymer via Chlormethylierungsreaktion und nachfolgendes Vernetzen der aufgequollenen Struktur mit Methylen-Gruppen in Gegenwart eines Friedel-Crafts-Katalysators hergestellt werden, um eine Makronetzstruktur zu bilden, die bestehen bleibt, wenn das Lösungsmittel entfernt wird. Die Makronetzstruktur enthält jedoch eine große Menge von Mikroporosität, vergleichbar mit der von Aktivkohle, und wie das oben genannte US-Patent 5 416 124 zeigt, wird erwartet, dass die Mikroporosität die Adsorptionskapazität erhöht, aber die Adsorptions- und Regenerationskinetik verschlechtert.
Die vorliegende Erfindung versucht, die mit den Verfahren zur Entfärung von Zuckersirupen des Standes der Technik verbundenen Probleme zu überwinden, indem ein funktionalisiertes Adsorbens verwendet wird, das eine Kombination von Eigenschaften aufweist, die in bisher verfügbaren Adsorbern nicht vorhanden sind, d. h. ein hoher Gehalt an Mesoporosität und Makroporosität für gute Adsorptionskinetik, Stabilität und leichte Regenerierung, sowie eine hohe Adsorptionskapazität ohne die Gegenwart von Mikroporosität.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Entfärbung von Zuckersirup zur Verfügung gestellt, umfassend das Kontaktieren von Zuckersirup enthaltend Farbkörper mit einem funktionalisierten Adsorbens, wobei das Adsorbens ein hochvernetztes makroporöses Styrol-Copolymer umfasst, das mit schwachionisierenden funktionellen Gruppen funktionalisiert ist, sowie nachfolgendes Abtrennen des Zuckersirups von dem Adsorbens.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren wie oben beschrieben zur Verfügung, worin die schwach-ionisierenden funktionellen Gruppen schwach-basische Anionen-Austauschergruppen oder schwach-saure Kationen-Austauschergruppen sind.
Detaillierte Beschreibung
Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff „vernetzt" ein Polymer oder Copolymer, das aus einem Monomer oder einer Mischung von Monomeren polymerisiert wurde, welche mindestens 65 Gew.-% (%), basierend auf dem Gesamt-Monomergewicht, an ungesättigtem Polyvinylmonomer enthält. Die hochvernetzten makroporösen Styrolcopolymere, die bei der Herstellung von in der vorliegenden Erfindung verwendbaren funktionalisierten Adsorbern verwendet werden, werden vorzugsweise aus einer Monomermischung polymerisiert, die mindestens 75 Gew.-% ungesättigte Polyvinylstyrol-Monomere enthält.
Die hochvernetzten makroporösen Styrol-Copolymere sind vorzugsweise kugelförmige Copolymer-Perlen (beads) mit Teilchendurchmessern von 10 Microns (μm) bis 2 Millimetern (mm), wie diejenigen, die durch Suspensionspolymerisation hergestellt werden, und sie besitzen vorzugsweise eine Oberfläche von mehr als 500 Quadratmetern pro Gramm (m²/g) des Copolymers. Diese Copolymerkügelchen sind vorzugsweise von der Art wie ursprünglich bei Meitzner et al. im US-Patent 4 382 124 beschrieben, in dem Porosität in die Copolymerkügelchen eingebracht wird durch Suspensionspolymerisieren dieser in Gegenwart eines Porogens, d. h. einem Lösungsmittel für das Monomer, welches das Polymer nicht löst.
Die makroporösen Copolymere sind funktionalisiert, entweder mit einer schwach-sauren funktionellen Gruppe wie etwa einer Karbonsäure-Gruppe, oder mit einer schwach-basischen funktionellen Gruppe wie etwa einer primären, sekundären oder tertiären Aminfunktion. Der Funktionalisierungsgrad kann von 0,1 Milliäquivalenten pro Gramm (meq/g) bis 3,0 meq/g des trockenen Adsorbens reichen, vorzugsweise von 0,5 meq/g bis 1,5 meq/g des trockenen Adsorbens. Die bevorzugte Teilchengröße und die Oberflächeneigenschaften der funktionalisierten Copolymere sind die gleichen wie die ihrer makroporösen Copolymervorstufen. Wie hier verwendet, werden funktionalisierte Copolymere, die im Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, als funktionalisierte Adsorber bezeichnet, da sie die Farbkörper mittels eines Adsorptionsmechanismus entfernen.
Die bei der Herstellung in der vorliegenden Erfindung verwendbarer funktionalisierter Adsorber verwendeten Copolymere leiten ihre Oberfläche nicht von Alkylenbrückenvernetzungen ab, die in einem aufgequollenen Copolymer nach der anfänglichen Polymerisierung eingebracht wurden, d. h. sie sind keine "Makronet"- oder "Hypervernetzten" Copolymere wie u. a. in den US-Patenten 4 263 407 und 5 416 124 oder bei Davankov, Reactive Polymers, Band 13, Seiten 27 bis 42, "Structure and Properties of Hypercrosslinked Polystyrene – The First Representative of a New Class of Polymer Networks" (Struktur und Eigenschaften hypervernetzten Polystyrols – Der erste Vertreter der neuen Klasse von Polymernetzwerken) beschrieben. Dementsprechend schließt der Begriff "makroporös" wie hier verwendet derartige Makronetz-Copolymere aus.
Die im Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendbaren funktionalisierten Adsorber können einfach nach dem Kontakt mit und der Abtrennung von dem Zuckersirup regeneriert werden. Vorzugsweise wird der Zuckersirup von dem funktionalisierten Adsorbens mit Wasser entfernt, und besonders bevorzugt mit Wasser bei erhöhter Temperatur. Unter Verwendung von Verfahren, die den Fachleuten bekannt sind, können die funktionalisierten Adsorber nach deren Verwendung zur Entfärbung von Zuckersirupen regeneriert werden, indem sie mit regenerierenden Reagentien in Kontakt gebracht werden; insbesondere können die funktionalisierten Adsorber, welche Kationen-austauschende funktionelle Gruppen enthalten, mit Säuren regeneriert werden, und die funktionalisierten Adsorber, welche Anionen-austauschende funktionelle Gruppen enthalten, können mit Basen regeneriert werden. Besonders bevorzugt kann jede Art von gebrauchtem funktionaliserten Adsorbens durch Kontaktieren des funktionalisierten Adsorbens mit regenerierenden Reagentien bei erhöhter Temperatur, Abtrennen jedes regenerierenden Reagens vom funktionalisierten Adsorbens vor dem Einbringen des nächsten Reagens regeneriert werden, wobei die regenerierenden Reagentien in der Reihenfolge, in der sie mit dem funktionalisierten Adsorbens in Kontakt gebracht werden, sind: verdünnte Base, Wasser, verdünnte Säure sowie Wasser.
Die geeigneten erhöhten Temperaturen zur Kontaktierung der gebrauchten funktionalisierten Adsorber mit den regenerierenden Reagentien in diesem bevorzugteren Regenerierungsverfahren liegen bei 50°C bis 100°C, vorzugsweise 55°C bis 95°C und besonders bevorzugt von 60°C bis 90°C. Die als regenerierende Reagentien verwendeten Säuren und Basen haben vorzugsweise eine Konzentration von 0,5 bis 15 Gew.-% und sind vorzugsweise wässrige Lösungen. Besonders bevorzugt liegt die Konzentration der regenerierenden Reagentien von 1 bis 10% und insbesondere bei 2 bis 6 Gew.-%.
Auch lediglich heißes Wasser kann als regenerierendes Reagens für die funktionalisierten Adsorber verwendet werden. Das heiße Wasser, das zur Regenerierung der funktionalisierten Adsorber verwendet wird, hat vorzugsweise eine Temperatur von mindestens 70°C, besonders bevorzugt von mindestens 80°C und insbesondere bevorzugt mindestens 90°C. Obwohl die Regenerierung mit heißem Wasser unter Atmosphärendruck auf eine obere Temperaturgrenze von 100°C beschränkt ist, kann dort, wo das heiße Wasser allein verwendet wird, für die Regenerierung des funktionalisierten Adsorbens in besonders bevorzugter Weise Drücke von mehr als Atmosphärendruck verwendet werden, bis zu 5 Atmosphären, und die Maximaltemperatur liegt bei 150°C, vorzugsweise 120°C. Die Beziehung zwischen der maximalen Temperatur des heißen Wasser und des Drucks ist den Fachleuten gut bekannt. Ferner können unter Verwendung der oben beschriebenen Regenerierungsverfahren die adsorbierten Farbkörper aus dem funktionalisierten Adsorbens während der Regenerierung in einem im wesentlichen unveränderten Zustand, abhängig von dem ausgewählten Regenerierungsmittel, eluiert werden, so dass das Regenerationsverfahren diese für eine leichte Wiedergewinnung aufkonzentriert. Da diese Farbkörper verschiedene Flavonoide und Polyphenole enthalten, von denen man gegenwärtig annimmt, dass sie Bestandteile von Rotwein sind, die für die Verringerung des Risikos von Herzerkrankungen verantwortlich sind, wird erwartet, dass diese der Gegenstand von beträchtlichen Untersuchungen sein werden, und einen beträchtlichen therapeutischen Wert darstellen können. Daher wird deren leichte Aufkonzentrierung und Gewinnung nach der Regenerierung als ein weiterer Vorteil des Verfahrens der vorliegenden Erfindung angesehen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann entweder als satzweises Verfahren ausgeführt werden, bei dem funktionalisiertes Adsorbens und Zuckersirup miteinander vermischt werden, und nachfolgend filtriert werden, um sie zu trennen, oder als ein kontinuierliches Verfahren, bei dem der Zuckersirup durch ein Bett aus dem funktionalisierten Adsorbens durchgeleitet wird. Ein satzweises Verfahren wird in den Beispielen 5 und 6 weiter unten veranschaulicht, während ein kontinuierliches Verfahren unten in Beispiel 7 ausgeführt ist. Im satzweisen Verfahren liegen bevorzugte Mengen des funktionalisierten Adsorbens bei 0,5 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt bei 1 bis 15 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des zu behandelnden Sirups. In dem kontinuierlichen Verfahren liegen die Fließgeschwindigkeiten des zu behandelnden Sirups vorzugsweise bei 0,1 bis 20 Bettvolumina (B. V.) pro Stunde, besonders bevorzugt bei 0,5 bis 5 Bettvolumina pro Stunde, basierend auf dem Bettvolumen des funktionalisierten Adsorbens. Die Konfiguration des funktionalisierten Adsorbens kann auf einfache Weise durch den Fachmann ausgewählt werden, basierend auf bekannten Bettkonfigurationen für kontinuierliche Behandlung von Sirupen, Wasser und ähnlichen Flüssigkeiten.
Das US-Patent Nr. 5 416 124 lehrt, dass ein hoher Gehalt an Mikroporosität die Adsorptionskapazität der Adsorber bei kleinen Molekülen erhöht, wohingegen ein hoher Gehalt an Makroporosität und Mesoporosität dazu wenig beiträgt, abgesehen von verbesserter Adsorptionskinetik, und dass im Ergebnis Adsorbentien mit einer Mesoporosität von mehr als 0,5 Kubikzentimetern pro Gramm (cm³/g) und Mikroporosität von weniger als 0,15 cm³/g im Allgemeinen exzellente Adsorptionskinetiken, aber schlechte Adsorptionskapazität aufweisen, wohingegen die makrovernetzten (Methylen-verbrückten) Adsorbentien, die typischerweise eine Mesoporosität von weniger als 0,5 cm³/g und eine Mikroporosität größer als 0,2 cm³/g aufweisen, dazu neigen, höhere Kapazitäten, aber langsamere Kinetiken aufzuweisen.
Im Gegensatz zu dieser Lehre haben wir herausgefunden, dass die funktionalisierten Adsorber, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, sehr niedrige Mikroporosität und hohe Mesoporosität aufweisen, und keine Makronetzstruktur haben, eine gute Kapazität für die Adsorption von Farbkörpern aus Zuckersirupen vereint mit guten Kinetiken zeigen. Wir haben ferner beobachtet, dass die in der vorliegenden Erfindung verwendbaren funktionalisierten Adsorber ein besseres Leistungsprofil bezüglich der Gesamtentfernung der Farbkörper und der Farbkörpervorstufen (Materialien, die beim Erhitzen Farbe erzeugen) ergeben als Harze mit einer Makronetzstruktur, die im Stand der Technik für die Entfärbung von Zucker verwendet wurden. In der vorliegenden Erfindung verwendbare funktionalisierte Adsorber ergeben ferner ein besseres Leistungsprofil bei der nachfolgenden Regenerierung des funktionalisierten Adsorbens. In der vorliegenden Erfindung verwendbare funktionalisierte Adsorber haben vorzugsweise eine Mikroporosität von 0 bis 0,2 cm³/g, besonders bevorzugt von 0 bis 0,1 cm³/g und insbesondere bevorzugt von 0 bis 0,05 cm³/g; eine Mesoporosität von 0,5 bis 2 cm³/g, besonders bevorzugt von 0,6 bis 1,8 cm³/g und insbesondere bevorzugt von 0,8 bis 1,5 cm³/g; sowie eine Makroporosität von 0 bis 1 cm³/m.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann auch in Verbindung mit Rohzuckerklärungsschritten, beispielsweise Ultrazentrifugation und Ultrafiltration, wie in den US-Patenten Nr. 5 468 301 und 5 468 300 beschrieben, verwendet werden.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist nützlich bei der Entfärbung wässriger Zuckersirupe, wobei die sichtbare Ästhetik des Sirups selbst und der aus diesen Sirupen kristallisierte Zucker verbessert wird, und die Gewinnung von adsorbierten Farbkörpern, wie etwa Flavonoiden und Polyphenolen, die, wie oben diskutiert, vermutlich die Bestandteile des Rotweins sind, die für die Verringerung des Risikos von Herzerkrankungen sind, und können daher einen beträchtlichen therapeutischen Wert aufweisen.
In den folgenden Beispielen sind alle verwendeten Reagentien von guter Handelsqualität, sofern nicht anders angegeben, und alle Prozentsätze und Verhältnisse, die hier angegeben sind, sind in Gew.-%, sofern nicht anders angegeben.
Beispiel 1
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung eines im Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendbaren funktionalisierten Adsorbens.
In einen 2-Liter-, 4-Hals-Kolben mit einem Rückflusskühler, mechanischem Rührer, Thermoelement und Stickstoffeinlass, der eine wässrige Lösung, hergestellt durch Zusammenmischen von 400 g entionisiertem Wasser, 1,8 g Gelatine, 8 g Polyallyldimethylammoniumchlorid, 1,5 g 50%iger wässriger Hydroxidlösung und 2,1 g Puffer enthält, wurde eine Monomermischung, enthaltend 198 g Divinylbenzol (80% Reinheit), 4 g Styrol, 470 g Toluol und 2 g tert-Butylperoctoat zugesetzt. Unter Stickstoffatmosphäre wurde diese Mischung gerührt, um das Monomer in einzelnen Tröpfchen zu halten, und während eines einstündigen Zeitraums auf 70°C erhitzt. Die Monomere ließ man bei 70°C 12 Stunden lang polymerisieren, das Toluol wurde von den resultierenden Polymerkügelchen durch Destillation entfernt, und die Kügelchen ließ man über Nacht in einem Ofen bei 40°C trocknen. Die resultierenden makroporösen Polymerkügelchen wurden chlormethyliert durch Umsetzen von 100 g der Polymerkügelchen mit einer Lösung von 285 g Chlorsulfonsäure, 72 g Methylal, 72 g Formaldehyd, 46 g Methanol, 86 g 32%ige wässrige Salzsäurelösung und 24 g hydriertes Eisen(III)chlorid als Katalysator. Diese Mischung wurde auf 40°C unter Rühren erhitzt und bei dieser Temperatur 4 Stunden gehalten. Der Ansatz wurde dann auf Raumtemperatur abgekühlt und Wasser wurde zugesetzt. Die Kügelchen wurden unter Verwendung von verdünnter Lauge gewaschen. Die resultierende Kügelchenaufschlämmung wurde anschließend in einen Druckreaktor überführt und durch Zusetzen von 100 Millilitern (ml) Methylal und 50 ml 40%igem wässrigen Dimethylamins, Erhitzen auf 40°C und Halten bei dieser Temperatur über 5 Stunden aminiert. Die Mischung ließ man dann abkühlen und abdampfen, und das resultierende schwach-basisch funktionalisierte Adsorbens wurde mit reichlichen Mengen 8%iger wässriger Salzsäure, gefolgt von reichlichen Mengen Wasser gewaschen. Die Eigenschaften dieses funktionalisierten Adsorbens sind in Tabelle 1 gezeigt.
Beispiel 2
Dieses Beispiel veranschaulicht die Synthese eines funktionalisierten Adsorbens, hergestellt nach Anspruch 1, mit der Ausnahme, dass das Styrol weggelassen wurde. Die Eigenschaften dieses ftinktionalisierten Adsorbens sind in Tabelle 1 gezeigt.
Beispiel 3
Dieses Beispiel veranschaulicht die Synthese eines funktionalisierten Adsorbens mit einem höheren Funktionalisierungsgrad als diejenigen der Beispiele 1 oder 2, und wurde hergestellt gemäß Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass das Styrol weggelassen wurde. Die Eigenschaften dieses funktionalisierten Adsorbens sind in Tabelle 1 gezeigt.
Beispiel 4
Dieses Beispiel veranschaulicht der Herstellung eines funktionalisierten Adsorbens, enthaltend Methacrylanhydrid in der Monomermischung, und nachfolgendes Hydrolysieren der Anhydridgruppen zu funktionellen Karbonsäuregruppen.
In einen 2-Liter-, 4-Hals-Kolben, ausgestattet mit Rückflusskühler, mechanischem Rührer, Thermoelement und Stickstoffeinlass enthaltend eine wässrige Lösung von 400 g entionisiertem Wasser, 1,8 g Gelatine, 8 g Polyallyldimethylammoniumchlorid, 1,5 g einer 50%igen wässrigen Natriumhydroxidlösung und 2,1 g Puffer oder eine Monomermischung enthaltend 198 g Divinylbenzol (80% Reinheit), 4 g Methacrylsäureanhydrid, 470 g Toluol, und 2 g tert-Butylperoctoat zugesetzt. Unter Stickstoffatmosphäre wurde diese Mischung gerührt, um die gewünschte Teilchengröße zu erhalten und über einen einstündigen Zeitraum auf 70°C erhitzt. Die Reaktionsmischung ließ man dann 12 Stunden bei 70°C polymerisieren; 20 g einer 50%igen wässrigen Natriumhydroxidlösung wurden zugesetzt und das Toluol wurde von den resultierenden Polymerkügelchen durch Destillation entfernt. Nach der Entfernung des Toluols ließ man die Kügelchen über Nacht in einem Ofen bei 40°C trocknen. Das resultierende schwach-sauer funktionalisierte Adsorbens wurde mit reichlichen Mengen an 8%iger wässriger Salzsäure, gefolgt von reichlichen Mengen Wasser gewaschen. Die Eigenschaften dieses funktionalisierten Adsorbens sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1. Eigenschaften funktionalisierter Adsorbentien

MHC: Feuchtigkeitshaltekapazität (100-% Feststoffe)
TAEC: Gesamtanionenaustauschkapazität
CEC: Kationenaustauschkapazität

Porosimetrie wurde bestimmt unter Verwendung eines Micromeretics ASAP-2400 Stickstoffporosimeters.
Die Porosität ist unter Verwendung der folgenden IUPAC-Nomenklatur angegeben:
Mikroporosität = Poren < 20 Ångstrom-Einheiten
Mesoporosität = Poren zwischen 20 und 500 Ångstrom-Einheiten
Makroporosität = Poren > 500 Ångstrom-Einheiten
Die Adsorbentien 5 und 6 sind Handelsprodukte, erhältlich von Dow Chemical Company, Midland, MI (USA), und haben Eigenschaften, die mit den Materialien wie in den US-Patenten Nr. 4 950 332 und 5 416 124 konsistent sind, sowie Dowex^TM Optipore^TM Adsorbent-Literatur, veröffentlicht im September 1992.
Beispiel 5
Dieses Beispiel veranschaulicht die Entfärbung eines Zuckerrübensirups unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung. In einen ummantelten satzweisen Reaktor enthaltend 200 ml eines 60%igen Brix-Zuckerrübensirups mit einer ICUMSA-Farbe von 17.700 und einem pH von 9,4 bei 80°C wurden 10 ml des getrockneten funktionalisierten Adsorbens, wie unten in Tabelle 2 angegeben, zugesetzt. Diese Mischung wurde eine Stunde lang gerührt, der Zuckersirup wurde filtriert, um das funktionalisierte Adsorbens zu entfernen, und die ICUMSA-Farbe wurde gemessen. ICUMSA-Farbe ist ein spektrophotometrisches Maß, berechnet aus der Lichtabsorption bei einer Wellenlänge von 420 Nanometern (nm), durch den Sirup unter Verwendung der Formel:
Die ICUMSA-Farb-Ergebnisse sind unten in der Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2

Adsorbens ICUMSA-Farbe

Kohlenstoff 12,486

Beispiel 2 13,105

Beispiel 3 12,389

Adsorbens 5 (Vergleichsbeispiel) 15,173

Adsorbens 6 (Vergleichsbeispiel) 13,452
Beispiel 6
Dieses Beispiel veranschaulicht die satzweise Entfärbung eines Getreidesirups unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung. In einen ummantelten satzweisen Reaktor enthaltend 100 g eines wässrigen Getreidesirups mit 52% Feststoffanteil und einer ICUMSA-Farbe von 47 und einem pH von 4,64 bei 80°C wurde 1 g getrocknetes Adsorbens, wie in Tabelle 3 angegeben, zugesetzt. Diese Mischung wurde eine halbe Stunde gerührt, der Zuckersirup wurde filtriert, um das Adsorbens zu entfernen, und die ICUMSA-Farbe wurde gemessen. Die Proben wurden dann in einem Wasserbad eine Stunde bei 100°C gehalten, wonach die Nacherhitzungs-ICUMSA-Farbe gemessen wurde. Die ICUMSA-Farb-Ergebnisse sind unten in Tabelle 3 angezeigt.
Tabelle 3
Beispiel 7
Dieses Beispiel veranschaulicht die Entfärbung eines Getreidesirups unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung. Es zeigt ferner den Effekt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung auf die Farbe, die sich nach dem Erhitzen des Sirups entwickelt, den Effekt der Beladung des funktionalisierten Adsorbens mit Farbstoffen und farberzeugenden Körpern bei Färbung und Farbentwicklung nach dem Erhitzen, und den Effekt des wiederholten Beladens und Regenerierens des funktionalisierten Adsorbens bei Färbung und Farbentwicklung nach dem Erhitzen. Dieses Beispiel veranschaulicht auch die bevorzugte kontinuierliche Betriebsweise in einer Säule, die bei der Behandlung von Zucker in industriellen Verfahren verwendet wird.
Ein Getreidesirup mit geringem Dextrosegehalt und 52% Feststoffgehalt, einem pH von 4,65 und einer ICUMSA-Farbe von 47 wurde durch eine ummantelte Säule durchgeleitet, die 50 ml des funktionalisierten Adsorbens enthielt, mit einer Geschwindigkeit von 3 Bettvolumina pro Stunde (1 Bettvolumen = 50 ml). Die Säulentemperatur während der Behandlung betrug 70°C. Die ausströmende Flüssigkeit wurde gesammelt und deren ICUMSA-Farbe gemessen. Die Proben wurden anschließend in einem Wasserbad eine Stunde lang bei 100°C platziert, wonach die Nacherhitzungs-ICUMSA-Farbe gemessen wurde. Die Ergebnisse dieser Messungen sind unten in den Tabellen 4 und 5 gezeigt. Ermittelt durch Vergleich wiesen unbehandelte Zuckersirupe typischerweise einen anfänglichen ICUMSA-Farbwert von 40 bis 50 auf und ergaben Nacherhitzungs-ICUMSA-Farbwerte von 60 bis 70.
Es wurden konsekutive Säulenentfärbungsstudien durchgeführt, um ein Verständnis von dem Leistungsprofil des funktionalisierten des Adsorbens in wiederholten Entfärbungen zu erhalten. Nach jedem Entfärbungszyklus (Behandlung von 190 Bettvolumina Sirup) wurden 2 Bettvolumina Wasser durch das funktionalisierte Adsorbens bei 70°C durchgeleitet, um den Zuckersirup zu entfernen, wonach das funktionalisierte Adsorbens mit 5 Bettvolumina Wasser gewaschen wurde. Das funktionalisierte Adsorbens wurde anschließend mit den folgenden Reagentien in der angegebenen Reihenfolge jeweils bei 70°C und einer Fließgeschwindigkeit von 2 Bettvolumina (100 ml) pro Stunde regeneriert: 2 Bettvolumina einer 4%igen wässrigen Natriunihydroxidlösung, 2 Bettvolumina Wasser, 2 Bettvolumina 4%ige wässrige Salzsäurelösung und 2 Bettvolumina Wasser. Vor dem Beginn des nächsten Entfärbungszyklus wurde das Bett aus funktionalisiertem Adsorbens mittels Durchleiten von 2 Bettvolumina Getreidesirup "angesüßt". Periodisch aus dem Säulenabfluss entnommene Proben während der Durchladung von 2 bis 190 Bettvolumina des Sirups durch das Bett wurden bezüglich der Vorerhitzungs- und Nacherhitzungs-ICUMSA-Farbe gemessen, d. h. die Farbe des Zuckersirups unmittelbar nach dem Eluieren aus der Behandlungssäule, und die Farbe des Zuckersirups, nachdem es eine Stunde bei 100°C gehalten wurde. Die Sollwerte für die Entfärbung von Zucker liegen typischerweise bei weniger als 25 ICUMSA, vorzugsweise weniger als 20 ICUMSA für eine "vor der Erhitzung"-Farbe und typischerweise weniger als 45 ICUMSA, vorzugsweise weniger als 40 ICUMSA für eine "nach der Erhitzung"-Farbe. Wenn diese Werte überschritten werden, hat die Säule ihre Entfärbungskapazität verloren und muss regeneriert werden. Die Ergebnisse dieser Studien, für die dritten und vierten Entfärbungszyklen, unter Verwendung Beispiel 1 und Adsorbens 5 (Vergleichsbeispiel) sind in den Tabellen 4 und 5 unten angegeben. Die Verwendung des Adsorbens des Beispiels 1 ermöglicht eine beträchtlich größere Zahl von zu verarbeitenden Bettvolumina (ungefähr 150 bis 200 Bettvolumina), bevor die Sollfarbwerte überschritten werden, und der Prozess kann effizienter und ökonomischer mit weniger Regenerierungsmittel durchgeführt werden im Vergleich zur Verwendung des Adsorbens 5 (ungefähr 100 Bettvolumina). Tabelle 4 – Zuckerentfärbung unter Verwendung des Beispiels 1
Tabelle 6 – Zuckerentfärbung unter Verwendung von Adsorbens 5 (Vergleichsbeispiel)

NM: nicht gemessen

Claims

Verfahren zur Entfärbung von Zuckersirup umfassend das Kontaktieren von Zuckersirup enthaltend Farbkörper mit einem funktionalisierten Adsorbens, wobei das Adsorbens ein hochvernetztes, makroporöses Styrolcopolymer umfasst, das eine Mikoporosität von 0,2 cm³/g, eine Mesoporosität von 0,5 bis 2 cm³/g und eine Makroporosität von 0 bis 1 cm³/g aufweist, wobei das Copolymer polymerisiert ist aus einem Monomer oder einer Mischung von Monomeren enthaltend mindestens 65 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtmonomergewicht, an ungesättigten Polyvinylmonomeren, und das Copolymer mit schwach ionisierenden funktionellen Gruppen funktionalisiert ist, sowie nachfolgendes Abtrennen des Zuckersirups von dem Adsorbens; vorausgesetzt, dass das funktionalisierte Adsorbens keine Makronetz-Polymerstruktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Adsorbens in Form kugelförmiger Perlen mit einem Teilchendurchmesser von 10 um bis 2 mm vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Adsorbens eine Oberfläche von mindestens 500 m²/g des Adsorbens aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die schwach ionisierenden funktionellen Gruppen schwachbasische Anionenaustauschergruppen sind.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Adsorbens nach dem Kontakt mit und der Abtrennung von dem Zuckersirup regeneriert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die schwach ionisierenden funktionalen Gruppen schwachsaure Kationenaustauschergruppen sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Adsorbens nach dem Kontakt mit und der Abtrennung von dem Zuckersirup regeneriert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Adsorbens nach dem Kontakt mit und der Abtrennung von dem Zuckersirup regeneriert wird, indem das Adsorbens mit regenerierenden Reagenzien bei einer Temperatur von 50°C bis 100°C kontaktiert wird, jedes regenerierende Reagenz vom Adsorbens abgetrennt wird bevor das nächste Reagenz eingebracht wird, wobei die regenerierenden Reagenzien, in der Reihenfolge mit der sie das Adsorbens kontaktieren, sind: eine verdünnte Base, Wasser, eine verdünnte Säure sowie Wasser.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend die Wiedergewinnung von Farbkörpern nach der Regenerierung des Adsorbens, wobei das Adsorbens eine Mikroporosität von 0 bis 0,1 cm³/g und eine Mesoporosität von 0,6 bis 1,8 cm³/g aufweist.