DK175303B1

DK175303B1 - Fremgangsmåde til udvinding af betain fra melasse

Info

Publication number: DK175303B1
Application number: DK198902806A
Authority: DK
Inventors: Heikki Heikkilae; Goeran Hyoeky; Jarmo Kuisma
Original assignee: Danisco Finland Oy
Priority date: 1988-06-09
Filing date: 1989-06-08
Publication date: 2004-08-16
Also published as: JPH03209354A; NO892362D0; EP0345511A2; UA8282A; FI882740A; NO174849B; ZA893914B; FI882740A0; NO174849C; LV10861B; GR3017252T3; DK280689A; CA1326850C; MA21562A1; LT3704B; FI86416C; DK280689D0; EP0345511A3; EP0345511B1; JP2619530B2

Description

DK 175303 B1 i

Denne opfindelse angår en fremgangsmåde til udvinding af de værdifulde stoffer i roemelasse, især betain og sucrose, ved simuleret "moving bed" kromatografi.

Opfindelsens baggrund 5 Betain er en værdifuld forbindelse, som anvendes i dyre-fodere såvel som i farmaceutiske og kosmetiske præparater.

Betain forekommer i rødderne, frøene og stænglerne af en 10 række forskellige planter. Dets koncentration i sukkerroe er relativt høj, 1,0-1,5% på tørstofbasis. Når sukkerroer forarbejdes til udvinding af sucrose, koncentreres betain i melassen. Roemelasse indeholder sædvanligvis 3-8% betain udregnet på tørstofbasis.

15

Betain er en amphoter forbindelse med formlen: CH 3 f2-coo- c„2 20 I eller ):=0 +N'CH3>3 ch3

Det er kendt at udvinde betain fra roemelasse, restmelas- pc se eller vinasse ved ionbytning, ved krystallisation som hydrochlorid, ved ekstraktion med et organisk opløsningsmiddel eller ved kromatografi.

En kromatografisk fremgangsmåde til udvinding af betain 3° er beskrevet i US patentskrift nr. 4 359 430; ved denne fremgangsmåde indføres melasse, som indeholder betain, såsom roemelasse, i toppen af en kolonne indeholdende en polystyrensulfonat-kationbytterharpiks i alkalimetalform 3 2 med en strømningshastighed på 0,5-2,0 m /h/m . Eluering 35 med vand udføres til udvinding af betain, sucrose og

I -—-----J

I DK 175303 B1 I

I 2 I

I restmelasse fra nedstrømssiden af harpikslaget. I

I Simuleret eller pseudo-"moving bed"-kromatografi, dvs. en I

I flertrins separationsproces, hvorved en opløsning inde- I

I 5 holdende to eller flere stoffer, som skal adskilles, cir- ' I

I kuleres med hensyn til en stationær fase, er blevet an- I

I vendt til adskillelse af to komponenter, såsom glucose/- I

I fructose fra høj-fructose-sirupper eller sucrose/restme- I

I lasse fra melasse. I

I 10 I

I Den første kommercielle simuleret "moving bed" fremgangs- I

I måde blev beskrevet i US patentskrift nr. 2 985 589. I US I

I patent skri ft nr. 4 404 037 er beskrevet en simuleret I

I "moving bed" teknik, hvorved carbon anvendes som adsor- I

I 15 bens for udvindingen af sucrose fra melasse. I US patent- I

I skrifterne nr. 4 426 232 og 4 533 398 er beskrevet lig- I

I nende metoder, hvorved zeolit anvendes som adsorbens. I I

I US patentskrift nr. 3 997 357 er beskrevet en kontinuer-

I lig fremgangsmåde til udvinding af sucrose fra melasse, I

I 20 og i US patentskrifterne nr. 4 519 845, 4 332 623 og I

I 4 405 455 er beskrevet fremgangsmåder til udskillelse af I

I sucrose fra melasse. I US patentskrift nr. 4 441 649 er I

I beskrevet en fremgangsmåde til simuleret modstrøms-sepa- I

I ration af sukkerstoffer. Et resumé af disse separations- I

I 25 metoder er givet i f.eks. Food Engineering (Anon) 1983 55 I

I (5) side 154 og Sugar y Azucar (1987) August, side 27 og I

29 (U. Bhawarda). I

I Kommercielle simuleret "moving bed" fremgangsmåder er I

I 30 også beskrevet i US patentskrifterne nr. 3 732 982 og I

I 4 412 866 og i Chemical Engineering 1981 August/September I

I side 389-393 (P. Barker et al.). I EP patentansøgning I

publikations nr. 279 946 er beskrevet en simuleret I

I "moving bed" fremgangsmåde til adskillelse af roemelasse I

H 35 i tre eller flere fraktioner. Imidlertid er der ikke an-

givet udvinding af betain, og fremgangsmådens ydelse er I

lav. Roemelasse indeholder sucrose, betain, salte, ammi- DK 175303 B1 3 I nosyrer og andre organiske og uorganiske komponenter. Det I er meget ønskeligt at udvinde betain i den samme cyklus I som sucrose. Imidlertid har dette ikke været muligt tid- I ligere ved anvendelse af simuleret "moving bed" frem- I ’ 5 gangsmåder.

I Ved de hidtidige fremgangsmåder til udvinding af betain I fra roemelasse under anvendelse af kromatografiske meto- I der har separationskapaciteten og/eller tørstofindholdet I 10 af de separerede fraktioner været lav. Det er derfor et I formål for opfindelsen at udskille sucrose, betain og I restmelasse under anvendelse af en kromatografisk teknik, I hvorved alle tre fraktioner udvindes under den samme I cyklus.

I 15 I Et andet formål for opfindelsen er at udvinde en betain- I rig fraktion ved et enkelt fraktioneringstrin, uden at I der kræves nogen efterfraktionering.

I 20 Endnu et formål for opfindelsen er at frembringe en høj- .

ydelsesseparation af betain, således at separationskapaciteten er høj, udbyttet af de forskellige komponeneter i produktfraktionerne er højt, og forbruget af eluerings-vand er lavt.

25

KORT BESKRIVELSE AF TEGNINGERNE

De vedføjede tegninger belyser udførelsesformer af opfindelsen, hvor 30 fig. 1 er et skematisk billede af et apparat med fire kromatografiske kolonner forbundet i serie; fig. 2 er et skematisk billede af et apparat med otte 35 kromatografiske kolonner forbundet i serie; og fig. 3 er et kurveblad, som viser elueringsprofilen fra

I DK 175303 B1 I

I 4 I

I kolonne 8 1 eksempel 1. I

I SAMMENFATNING AF OPFINDELSEN I

I 5 I overensstemmelse med de ovennævnte formål angiver op- I

I findelsen en forbedret fremgangsmåde til udvinding af I

I betain og sucrose ved en kromatografisk simuleret "moving I

I bed" teknik, der omfatter separation af betain ved elu- I

I ering som en tredie fraktion under den samme cyklus i det I

I 10 væsentlige samtidigt med sucrose og restmelasse. I

I Nærmere bestemt angår opfindelsen en fremgangsmåde til I

I udvinding af betain og sucrose fra roemelasse under den I

I samme cyklus af et kromatografisk simuleret "moving bed" I

I 15 system, som har mindst tre kromatografiske kolonner for- I

I bundet i serie og er tilpasset til strømning af væsker i I

I en enkelt retning igennem kolonnerne. Cyklussen omfatter I

9 et melassetilførselstrin, som omfatter indførelse af en !

9 melassefødeopløsning i en af kolonnerne og i det væsent- I

9 20 lige samtidig indførelse af vand i en anden af kolon- I

9 nerne, et vandtilførselstrin, som omfatter indførelse af I

9 vand i en af kolonnerne, et cirkuleringstrin, som omfat- I

9 ter cirkulering af melassefødeopløsningen og vandet igen- I

9 nem kolonnerne, og et elueringstrin, som omfatter elu- I

9 25 ering af en sucrosefraktion fra en af kolonnerne, elu- I

9 ering af en betainfraktion fra en af kolonnerne og elu- I

9 ering af en restmelassefraktion fra en af kolonnerne. I 1

Fortrinsvis elueres en eller flere, og mest foretrukket I

9 30 to eller tre produktfraktioner valgt blandt sucrose, I

9 restmelasse og betain fra kolonnerne under melassetilfør- I

9 selstrinnet og vandtilførselstrinnet. Betainet elueres I

9 fortrinsvis under vandtilførselstrinnet fra bunden af en I

9 kolonne nedstrøms (dvs. længere i systemets strømnings- I

9 35 retning) for den kolonne, hvori vandet indføres. I

DK 175303 B1 5 I en anden udførelsesform elueres betain som i det væsentlige separat fraktion foruden eller i stedet for restmelasse under vandtilførselstrinnet.

5 I endnu en udførelsesform omfatter fremgangsmåden yderligere et andet cirkuleringstrin, hvori restmelasse elueres mellem det første og andet cirkuleringstrin. Den kolonne, hvorfra restmelassen elueres, er beliggende længere nedstrøms for den kolonne, hvori vandet indføres.

10 I andre udførelsesformer kan sucrosen elueres fra den samme kolonne som betain før elueringen af betainet, og betainet og restmelassen kan elueres efter hinanden fra den samme kolonne.

15

Foretrukne cyklusser inkluderer fra ca. 3 til ca. 14 trin, hvor det mest foretrukne er fra ca. 4 til ca. 8 trin.

20 °et foretrækkes også, at der tilvejebringes fra 3 til ca.

14 kromatografiske kolonner forbundet i serie, og mest foretrukket fra 4 til ca. 8 kromatografiske kolonner forbundet i serie. En kromatografisk kolonne kan omfatte en kolonne eller flere korte kolonner, som hver har tilfør-25 seis fordelings- og elueringsopsamlings-organer.

Det foretrækkes også, at væskestrømningshastigheden i ko- 3 2 lonnerne er fra ca. 0,5 til ca. 10 m /h/m . 1 2 3 4 5 6 I i — ----------—

Yderligere foretrækkes det, at der anvendes en forhøjet 2 temperatur på fra ca. 40 til ca. 85 °C under elueringen.

3

Det foretrækkes også, at der anvendes en stærkt sur kat- 4 ionbytter i monovalent form som kolonnefyldningsmateri 5 ale.

6

Elueringsopløsningen er fortrinsvis vand, fordi det er mest praktisk og økonomisk fordelagtigt. Imidlertid kan

I DK 175303 B1 I

I 6 I

I andre elueringsmidler, som kendes af fagfolk, anvendes i I

I stedet. I

I Opfindelsen angår også en fremgangsmåde til udvinding af I

I 5 betain og sucrose fra roemelasse under anvendelse af et I

I kromatografisk simuleret "moving bed" system med mindst I

I tre kromatografiske kolonner forbundet i serie og til- I

I passet til strømning af væsker i en enkelt retning igen- I

I nem kolonnerne, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig I

I 10 ved, at den omfatter I

I (1) indførelse af en melassefødeopløsning i en af ko- I

I lonnerne, idet der i det væsentlige samtidigt ind- I

I føres vand i en anden kolonne nedstrøms for den I

I 15 kolonne, hvori melassefødeopløsningen indføres, og i I

I det væsentlige samtidigt elueres produktfraktioner I

I valgt blandt en restmelassefraktion, en betainfrak- I

5 tion efterfulgt af en restmelassefraktion, en sucro- 1

I sefraktion og en sucrosefraktion efterfulgt af en I

I 20 betainfraktion; I

I (2) cirkulering af melassefødeopløsningen og vandet i I

I strømningsretningen igennem kolonnerne; I

I 25 (3) indførelse af vand i en af kolonnerne og eluering af I

I restmelasse, betain eller begge dele fra en kolonne I

I nedstrøms for denne; I

I (4) cirkulering af melassefødeopløsningen og vandet i I

I 30 strømningsretningen igennem kolonnerne; I

I (5) gentagelse af trin (2) og (3) ca. 1-6 gange under én I

I cyklus; og I

I 35 (6) gentagelse af trin (1) 1-2 gange eller mere under én I

I cyklus. I

DK 175303 B1 7

Fremgangsmåden omfatter yderligere gentagelse af cyklussen kontinuerligt efter at ligevægt er blevet nået. Ved "ligevægt" forstås, at sammensætningen af alle fraktioner er konstant, og at summen af alle fraktioner svarer til 5 sammensætningen af fødeopløsningen.

DETALJERET BESKRIVELSE AF OPFINDELSEN

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelse anvendes flere kro-10 matografiske kolonner i serie. Serien kan omfatte fra 3 til omkring 14 kolonner. Kolonnerne er indbyrdes forbundet med rørledninger, således at cirkuleringen igennem alle kolonnernen kan etableres med en pumpe alene. I stedet for én pumpe kan der anvendes flere pumper; f.eks.

15 kan der anbringes pumper mellem flere eller alle kolon- 3 2 ner. Strømningshastigheden er 0,5-10 m /h/m af kolonnens tværsnitsareal.

I fig. 1 er vist et apparat omfattende fire kromatogra-20 fiske kolonner 1-4 forbundet i serie.

Fig. 2 viser et andet apparat ifølge opfindelsen, som ligner det, der er vist i fig. 1, men som har otte kolonner 1-8 forbundet i serie.

25

Kolonnerne er fyldt med stærkt sur kationbytterharpiks af gel-type (f.eks. "Zeolit® 225" eller "Finex C09"), fortrinsvis i monovalent-ion-form, mest fortrinsvis i natrium- og/eller kaliumform.

30

Kolonnerne er forsynet med tilførselsledninger 19, 20 og produktledninger 27-29, således at fødeopløsning og elu-eringsvand kan indføres i kolonnerne, og produktfraktionerne opsamles fra kolonnerne.

Nærmere bestemt er der anbragt en første beholder 17, som indeholder fortyndet melasse. Melassen føres til en forud 35

I DK 175303 B1 I

I 8 I

I valgt kolonne via en melassefødepumpe 22 ind i et me- I

I lasseføderør 19. Apparatet er også forsynet med en anden I

I beholder 18, som indeholder vand. Vandet føres til en I

I forud valgt kolonne via en vandfødepumpe 23 ind i et I

I 5 vandføderør 20. Fødeledningerne 19, 20 og produktled- I

I ningerne 27-29 såvel som rørledningerne 9-12 (9-15), der I

I forbinder kolonnerne 1-4 (1-8) indbyrdes, er forsynet med I

I ventiler 30-60, således at tilførslen og opsamlingen kan I

I afbrydes, efter at en forud fastsat mængde af opløsningen I

I 10 er blevet henholdsvis tilført eller opsamlet. I

I Produktledningerne er forsynet med on-line instrumenter I

I (ikke vist), således at produktets kvalitet kan kontrol- I

I leres under driften. On-line instrumenterne inkluderer en I

I 15 densitetsmåler eller lignende, en refraktionsindexmåler, I

I en konduktivitetsmåler, en måler for optisk aktivitet og I

I et termometer. Processtyringen udføres af en mikroproces- I

B sor eller datamaskine. |

B 20 Før den underkastes kromatografisk separation, fortyndes I

B fødeopløsningen (roemelasse) med vand til en koncentra- ' I

B tion på fra ca. 40 til ca. 60 vægt-%. Den fortyndede |

B fødeopløsning tilsættes natriumcarbonat for at fjerne I

B calcium som calciumcarbonat og filtreres igennem diatomé- I

B 25 jord som filterhjælpemiddel. Før den indføres i sepa- I

B rationskolonnerne 1-4, opvarmes melasseopløsningen af en I

I varmeveksler 24 til en temperatur i området fra ca. 50 I

I til ca. 85 eC. I

I 30 Eluering udføres med vand, som tilføres via en vandbe- I

I holder 18, et vandføderør 20 og en vandfødepumpe 23. I

I Vandet opvarmes fortrinsvis i en varmeveksler 26 til en I

I temperatur på fra ca. 50 til ca. 85 “C, før eluerings- I

I trinnet udføres. I

I 35

Under separationen cirkuleres fødeopløsningsmængden igen- nem kolonnerækken ved hjælp af en pumpe 21. En ny portion DK 175303 B1 9 fødeopløsning sættes til kolonnerækken ved toppen af en forud valgt kolonne mellem delvis separerede restmelasse-og sucrosefraktioner.

5 Hvis f.eks. fødeopløsningen indføres i den første kolonne, kan betain- og restmelassefraktioner opsamles fra bunden af den anden kolonne. Den tredie kolonne tilføres samtidigt vand, og en sucrosefraktion kan opsamles fra den fjerde kolonne.

10

Det er også muligt ateluere sucrose- og betainfrektionerne efter hinanden fra den samme kolonne ved at indføre elueringsvand i toppen af en forud valgt kolonne i kolonnerækken. Som det fremgår af fig. 3 overlapper 15 sucrose- og betainfraktionerne derved delvis hinanden; imidlertid har de opnåede fraktioner tilstrækkelig renhed.

Efter indføringen af fødeopløsningen og elueringsvandet i 20 kolonnerne og opsamlingen af produktfraktionerne startes cirkuleringen af opløsningerne i kolonnerne. Cirkuleringen af opløsningerne fortsættes igennem hele kolonnerækken, indtil en ny mængde fødeopløsning og/eller elueringsvand igen kan indføres i den samme forud valgte ko-25 lonne som tidligere blev anvendt.

Om ønsket kan cirkuleringen afbrydes, og vand kan tilføres til kolonnen nedstrøms for det forudgående vandtilførselspunkt til opsamling af restmelasse og/eller be-30 tainfrak-tion fra en kolonne beliggende nedstrøms i kolonnerækken.

Cirkuleringen kan fortsættes, indtil den efterfølgende mængde fødeopløsning eller elueringsvand tilføres til ko-35 lonner beliggende længere nedstrøms i kolonnerækken end under den forudgående cyklus. Dette forbedrer separationens effektivitet.

"" ~ —--- — --- "

I DK 175303 B1 I

I 10 I

I Den måde, hvorpå det: bestemmes, hvilken kolonne som skal I

I elueres for at opnå betain, sucrose eller restmelasse I

I ifølge opfindelsen, er velkendt inden for teknikken. I

I F.eks. kan elueringen af sucrose bestemmes ved on-line I

I 5 måling af optisk aktivitet. Elueringen af ioniske ikke- I

I sukkerstoffer kan bestemmes ved on-line måling af konduk- I

I tivitet. Elueringen af betain kan bestemmes ved analyse I

I af opsamlede prøver. Elueringen af restmelasse begyndes, I

I når densitets- og konduktivitetsmålinger begynder at I

I 10 stige. Disse målinger anvendes til at bestemme de optima- I

I le fraktionsvolumener. Desuden kan det totale tørstofind- I

I hold i en fraktion bestemmes ved on-line måling af densi- I

I tet. I

I 15 Sucroseindholdet i den sucrosefraktion, som opnås ved I

I fremgangsmåden ifølge opfindelsen, kan variere fra ca. 80 I

I til ca. 95% på tørstof basis, og betainindholdet af den I

1 opnåede betainfraktion kan variere fra ca. 25 til ca. 80% I

I på tørstofbasis. Sucroseindholdet af den opnåede rest- I

I 20 melassefraktion kan variere fra ca. 15 til ca. 30% på I

I tørstofbasis. Disse værdier repræsenterer imidlertid ikke I

I de faktiske grænser for ydelsen af de nye fremgangsmåder; I

I de er blot eksempler på normal drift, når der anvendes I

I roemelasser indeholdende ca. 60% sucrose og ca. 4,5-5,5% I

I 25 betain på tørstofbasis. I

I Tørstofindholdet af sucrosefraktionen kan variere fra 25 I

I til ca. 35 vægt-%, og tørstofindholdet af betainfraktion- I

I en og restmelassefraktionen kan variere fra ca. 4 til ca. I

I 30 10 vægt-%. Disse er også blot eksempler på ydelserne af I

I den nye fremgangsmåde. Tørstofindholdet i roemelasse er I

I ca. 80 vægt-%. I

Betain kan derpå udvindes fra betainfraktionen ved enhver I

I 35 metode, som kendt inden for teknikken. Foretrukne frem- I

I gangsmåder, som kan anvendes til at udvinde betain eller I

I betainmonohydrat af farmaceutisk kvalitet er angivet i US I

DK 175303 B1 11 patentskrift nr. 4 359 430.

DETALJERET BESKRIVELSE AF DE FORETRUKNE UDFØRELSESFORMER

5 I de følgende eksempler vil fremgangsmåden ifølge opfindelsen blive belyst mere detaljeret ved beskrivelse af separationen af betain, sucrose og restmelasse fra roe-melasse i det væsentlige samtidigt under den samme cyklus under anvendelse af en kromatografisk simuleret "moving 10 bed" teknik. Disse eksempler må ikke anses for at begrænse opfindelsens omfang; i stedet er de blot eksempler på anvendelsen af den kromatografiske simuleret "moving bed" teknik til udvinding af betain fra roemelasse som en tredie fraktion i det væsenlige samtidigt med sucrose og 15 restmelasse under den samme cyklus.

EKSEMPEL 1

Der anvendtes et kromatografisk udstyr i pilotmålestok.

20 Et strømningsdiagram er vist i fig. 2. Det bestod af otte kolonner, en fødepumpe, en cirkulationspumpe, en elu-eringsvandpumpe, strømnings- og trykstyringsindretninger og ventiler på ind-, og udgange for forskellige processtrømme .

25

Kolonnerne, som hver havde en diameter på 200 mm, blev fyldt med en stærkt sur kationbytterharpiks ("Finex C09", fremstillet af Finnish Sugar Co. Ltd.). Harpiksen havde en polystyren-divinylbenzen-matrix, og den indeholdt sul-30 fonsyregrupper. Harpikslagets højde var 1250 mm i alle kolonner. Den gennemsnitlige partikelstørrelse var ca.

0,36 mm. Harpiksen blev først regenereret til natriumform. Under kørslen blev den gradvis ækvilibreret med de kationer, som var indeholdt i melassefødeopløsningen.

35 Efter at der er opnået ligevægt, kan processen fortsætte sådan i uger uden større ændringer. Temperaturen af de opløsninger, som blev indført i kolonnerne, var ca. 70

I DK 175303 B1 I

I 12 I

I ”C, og strømningshastigheden var 120 liter pr. time I

I (1/h). I

I Fødeopløsningen var roemelasse, hvorfra calcium var I

I 5 blevet udfældet ved tilsætning af natriumcarbonat (pH 9). I

I Calciumcarbonatbundfaldet var frafiltreret. I

I Separationen af sucrose og betain blev udført ved en 5- I

I trins sekvens, hvor hver kolonne havde sin bestemte funk- I

I 10 tion. Kolonnerne blev forbundet i serie, og strømnings- I

I retningen var altid fra kolonne nr. 1 til kolonne nr. 2 I

I osv., og fra kolonne nr. 8 tilbage til kolonne nr. 1, som I

I følger: I

I 15 Trin 1: Melasse blev indført i kolonne 1, og rest- I

I melasse blev elueret fra kolonne 6. Samtidig I

I indførtes vand i kolonne 7, og sucrose og I

E betain i den rækkefølge blev elueret fra ko- |

B lonne 8 (se fig. 3). I

I 20 I

B Trin 2: Vand blev indført i kolonne 7, og restmelas- I

fl se blev elueret fra kolonne 6. I

B Trin 3: Cirkulering af opløsningen i alle kolonnerne I

I 25 ved hjælp af cirkulationspumpen. I

Trin 4: Vand blev indført i kolonne 3, og restme- I

I lasse blev elueret fra kolonne 2. I

I 30 Trin 5: Cirkulering i alle kolonner. I

I Da sekvensen var ført til ende, fortsatte procestyrings- I

programmet ved at vende tilbage til trin 1. Ved gentag- I

else af disse sekvenser 5 til 7 gange blev systemet ækvi- I

I 35 libreret, og produktfraktioner med konstant sammensætning I

blev elueret og analyseret (se tabel 1 og 2). I

DK 175303 B1 13

Separationen blev styret af en mikroprocessor, som bestemte nøjagtigt specificerede volumener af fødeopløsningen, cirkuleringen og produktfraktionerne.

5 Tabel 1 viser fødeopløsnings-, cirkulerings- og produkt-fraktions-volumenerne. Tabel 2 viser sammensætningerne af fødeopløsningen og produktfraktionerne beregnet efter vægt på tørstof basis. Fig. 3 er et kurveblad, som viser elueringsprofilen fra kolonne 1, idet det viser koncen-10 trationen af salte, oligosaccharider, sucrose og betain som funktion af tiden.

TABEL 1 15 Fødeopløsnings-, cirkulerings- og produktfraktions-volumener i liter

Trin nr. 12 3 4 5 20 Fødeopløsning 25 - - -

Restmelassefraktion 25 15 30 -

Betainfraktion 25 - - -

Sucrosefraktion 25 - - -

Cirkulering - 62 - 62 25 30 —---------- 35

I DK 175303 B1 I

I 14 I

I TABEL 2 I

I Sammensætning af fødeopløsninqen og produktfraktionerne .1

I Tørstof Sucrose Betain Andre stof- I

I (kg/1) (vægt-% (vægt-% fer (vægt-% I

I på tør- på tør- på tørstof- I

I stofbasis) stofbasis) basis) I

I Fødeopløs- 0,623 58,4 7,6 34,0 I

I ning I

I Restmelas- 0,104 33,3 0,6 66,1 I

I sefraktion I

I Betainfrak- 0,047 11,1 70,9 18,0 I

I tion I

I 10 Sucrose- 0,295 86,8 3,3 9,9 I

I fraktion I

I EKSEMPEL 2 I

I Udstyret, harpiksen og betingelserne var de samme som i I

15 I

I eksempel 1, undtagen at strømningshastigheden var 150 I

I 1/h. I

I Processtyringen blev udført med en 2 x 7 trinssekvens. I

I 2Q Trinnene 1-7 omfatter indføring af en mængde melasse og I

I tre vandelueringstrin. Operationerne i trin 8-14 var I

I identiske med dem i trin 1-7, men blev udført fire I

I kolonner længere nedstrøms (i strømningsretningen igennem I

I kolonnerækken): I

I 25 I

I Trin 1: Melasseopløsning blev indført i kolonne 7, I

I og restroelasse blev elueret fra kolonne 4. I

I Samtidig blev vand indført i kolonne 5, og I

I sucrose elueret fra kolonne 6. I

I 30 I

I 35 I

DK 175303 B1 15

Trin 2: Cirkulering i alle kolonner.

Trin 3: Vand blev indført i kolonne 1, og restme- 5 lasse blev elueret fra kolonne 8.

Trin 4: Cirkulering i alle kolonner.

Trin 5: Vand blev indført i kolonne 5, og samtidig 10 blev betain og restmelasse i den rækkefølge elueret fra kolonne 4.

Trin 6: Cirkulering i alle kolonner.

15 Trin 7: Vand blev indført i kolonne 1, og betain blev elueret fra kolonne 8.

Trin 8: Melasseopløsning blev indført i kolonne 3, og restmelasse blev elueret fra kolonne 8, 20 og samtidig blev vand indført i kolonne 1, og sucrose elueret fra kolonne 2.

Trin 9: Cirkulering i alle kolonner.

25 Trin 10: Vand blev indført i kolonne 5, og restme lasse blev elueret fra kolonne 4.

Trin 11: Cirkulering i alle kolonner.

30 Trin 12: Vand blev indført i kolonne 1, og samtidig blev betain og restmelasse i den rækkefølge elueret fra kolonne 8.

Trin 13: Cirkulering i alle kolonner.

Trin 14: Vand blev indført i kolonne 5, og betain blev elueret fra kolonne 4.

35

I DK 175303 B1 I

I 16 I

I Tabel 3 viser fødeopløsnings-, cirkulerings- og produkt- I

I fraktions-volumenerne, og tabel 4 sammensætningerne af I

I fødeopløsningen og produktfraktionerne. I

I 5 I

I TABEL 3 I

I Fødeopløsnings-, cirkulerings- og produktfraktions-volu- I

I mener i liter I

I 10 I

I Trin nr. 1/8 2/9 3/10 4/11 5/12 6/13 7/14 I

I Fødeopløsning 25------ I

I Restmelassefraktion 25 - 25 - 10 - - I

I Betainfraktion - - - 15 - 15 I

I 15 Sucrosefraktion 25------ I

I Cirkulering - 70 - 56 - 56 - I

I 20 ‘ I

I 25 I

I 30 I

I 35 I

TABEL 4 DK 175303 B1 17

Sammensætning af fødeopløsningen og produktfraktionerne Tørstof Sucrose Betain Andre stof- (kg/1) (vægt-% (vægt-% fer (vægt-% på tør- på tør- på tørstof- _ stofbasis) stofbasis) basis) Fødeopløs- 0,615 58,4 7,6 34,0 ning

Restmelas- 0,089 23,5 4,8 71,7 sefraktion

Betainfrak- 0,082 21,9 35,9 42,5 tion 10 Sucrose- 0,281 92,5 0,9 6,6 fraktion EKSEMPEL 3

Udstyret, harpiksen og betingelserne var de samme som i 15 eksempel 2.

Processen blev styret som i eksempel 2 med en 2 x 7 trinssekvens. Operationerne i trin 8-14 var identiske med dem i trin 1-7, men de blev gennemført fire kolonner nedstrøms. Hovedforskellen var, at betainfraktionen blev udvundet separat fra én forud fastsat kolonne:

Trin 1: Melasse blev indført i kolonne 1, og rest- 25 melasse blev elueret fra kolonne 4. Samtidig blev vand indført i kolonne 5, og sucrose elueret fra kolonne 6.

Trin 2: Cirkulering i alle kolonner.

30 35

I DK 175303 B1 I

I 18 I

I Trin 3: Vand blev indført i kolonne 1, og restme- I

I lasse blev elueret fra kolonne 8. I

I 5 Trin 4: Cirkulering i alle kolonner.

I Trin 5: Vand blev indført i kolonne 5, og restme- I

I lasse blev elueret fra kolonne 4. I

I 10 Trin 6: Cirkulering i alle kolonner. I

I Trin 7: Vand blev indført i kolonne 1, og betain I

I blev elueret fra kolonne 8. I

I 15 Trin 8: Melasse blev indført i kolonne 5, og I

I restmelasse blev elueret fra kolonne 8. I

I Samtidig blev vand indført i kolonne 1, og I

B sucrose elueret fra kolonne 2. E

I 20 Trin 9: Cirkulering i alle kolonner. I

I Trin 10: Vand blev indført i kolonne 5, og restme- I

I lasse blev elueret fra kolonne 4. I

I 25 Trin 11; Cirkulering i alle kolonner. I

I Trin 12: Vand blev indført i kolonne 1, og restmelas- I

I se blev elueret fra kolonne 8. I

I 30 Trin 13: Cirkulering i alle kolonner. I

I Trin 14: Vand blev indført i kolonne 5, og betain I

I blev elueret fra kolonne 4. I

I 35 Fraktionsvolumerne fremgår af tabel 5, og sammensætning- I

I erne af fødeopløsningen og produktfraktionerne af tabel I

I 6- i DK 175303 B1 19 TABEL 5 Fødeopløsnings-, cirkulerings- og produkfraktionsvolume-ner i liter 5

Trin nr. 1/8 2/9 3/10 4/11 5/12 6/13 7/14 Fødeopløsning 20 -

Restmelassefraktion 20 - 30 - 20 - 10 Betainfraktion - - - 20

Sucrosefraktion 20 * . -

Cirkulering - 56 55 - ' 55 TABEL 4 15 Sammensætning af fødeopløsningen og produktfraktionerne Tørstof Sucrose Betain Andre stof- (kg/1) (vægt-% (vægt-% fer (vægt-% på tør- på tør- på tørstof- stofbasis) stofbasis) basis) 20 Fødeopløs- 0,615 59,0 6,1 34,9 ning

Restmelas- 0,058 11,3 5,4 83,3 sefraktion

Betainfrak- 0,064 8,8 25,4 65,8 tion

Sucrose- 0,358 90,1 1,4 8,5 25 fraktion 1 35

I DK 175303 B1 I

I 20 I

I EKSEMPEL 4 I

I Udstyret, harpiksen og betingelserne var de samme som i I

I eksempel 1-3, undtagen at antallet af kolonner var 4, og I

I 5 strømningshastigheden var 120 1/h (fødeopløsningen, cir- * I

I kuleringen og elueringen af restmelasse) og 280 1/h (elu- I

I eringen af sucrose og betain). Højden af harpikslaget var I

I 2500 mm. I

I 10 Processen blev styret med en otte trins sekvens: I

I Trin 1: Melasse blev indført i kolonne 1, og restme- I

I lasse blev elueret fra kolonne 3. Samtidig I

I blev vand indført i kolonne 4, og sucrose og I

I 15 betain i den rækkefølge blev elueret fra I

I bunden af den samme kolonne. I

S Trin 2: Cirkulering i alle kolonner. S

I 20 Trin 3: Vand blev indført i kolonne 1, og restmelas- I

I se blev elueret fra kolonne 4. I

I Trin 4: Cirkulering i alle kolonner. I

I 25 Trin 5: Vand blev indført i kolonne 2, og restmelas- I

I se blev elueret fra kolonne 1. I

I Trin 6: Cirkulering i alle kolonner. I

I 30 Trin 7: Vand blev indført i kolonne 2, og restmelas- I

I se blev elueret fra kolonne 2. I

Trin 8: Cirkulering i alle kolonner. I

I 35 I

I Fødeopløsnings-, cirkulerings- og produktfraktions-volu- I

I menerne, fremgår af tabel 7, og sammensætningerne af I

DK 175303 B1 21 fødeopløsningen og produktfraktionerne af tabel 8.

TABEL 7 5 Fødeopløsnings-, cirkulerings- og produktfraktions-volu-mener i liter

Trin nr. 12345678 10 Fødeopløsning 20 - -- -- --

Restmelassefraktion 20- 16- 16- 16 -

Betainfraktion 28 -------

Sucrosefraktion 24 -------

Cirkulering - 30 - 30 - 32 32 TABEL 4

Sammensætning af fødeopløsningen og produktfraktionerne Tørstof Sucrose Betain Andre stof- (kg/1) (vægt-% (vægt-% fer (vægt-% på tør- på tør- på tørstof- 20 stofbasis) stofbasis) basis) Fødeopløs- 0,790 62,3 6,5 31,2 ning

Restmelas- 0,094 30,1 2,1 67,8 sefraktion

Betainfrak- 0,045 21,2 59,1 19,7 tion

Sucrose- 0,311 98,3 1,9 8,8 fraktion 1 35

Claims

1. Fremgangsmåde til udvinding af betain og sucrose fra I I roemelasse under den samme cyklus af et kromatografisk I I simuleret "moving bed" system med mindst tre kromatogra- . I I 5 fiske kolonner forbundet i serie og tilpasset til strøm- I I ning af væskerne i en enkelt retning igennem kolonnerne, I I kendetegnet ved, at cyklussen omfatter: I I - et melassetilførselstrin omfattende indføring af en I I 10 melassefødeopløsning i en af kolonnerne og i det væ- I I sentlige samtidig indføring af elueringsvand i en anden I I af kolonnerne, I I - et elueringsvandtilførselstrin omfattende indføring af I I 15 I vand i en af kolonnerne, I - et cirkuleringstrin omfattende cirkulering af melasse- | I fødeopløsningen og vandet igennem kolonnerne, I I 20 I - eluering under de nævnte trin af produktfraktioner I valgt blandt en restmelassefraktion, en betainfraktion I I efterfulgt af en restmelassefraktion, en sucrosefrak- I I tion og en sucrosefraktion efterfulgt af en betainfrak- I I tion, og I I 25 I I - gentagelse af de nævnte trin 1-6 gange under én cyklus. I

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet I I ved, at der elueres en sucrose- og en betainfraktion ’ I OQ I sekventielt fra en af kolonnerne. I

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendeteg- I I net ved, at melassetilførselstrinnet og vandtilførsels- I I trinnet yderligere omfatter eluering af to eller tre pro- I I QC I 00 duktfraktioner valgt blandt sucrose, restmelasse og be- I DK 175303 B1 tain fra en af kolonnerne.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at betainet elueres under vandtilførselstrinnet fra 5 en kolonne nedstrøms for den kolonne, hvori vandet indføres.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at restmelassen elueres som en i det væsentlige se- 10 parat fraktion foruden betainet under vandtilførselstrin-net.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at betainet og restmelassen elueres efter hinanden 15 fra den samme kolonne.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der anvendes fra 3 til ca. 14, fortrinsvis fra 4 til ca. 8, kromatografiske kolonner forbundet i serie. 20

8. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der anvendes en stærkt sur kationbytterharpiks som adsorbens i de kromatografiske kolonner.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 8, kendetegnet ved, at den stærkt sure kationbytterharpiks er i monovalent form, fortrinsvis i natrium- eller kaliumform eller en blanding af disse former.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at væskestrømningshastigheden i kolonnerne er fra ca. 0,5 til ca. 10 m3/h/m2.

11. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet 35 ved, at temperaturen i den cirkulerende fødeopløsning og det cirkulerende vand er fra ca. 40 til ca. 85 °C. i i - — ------- ' I DK 175303 B1 I i 24 I

12. Fremgangsmåde til udvinding af betain og sucrose fra I I roemelasse under anvendelse af et kromatografisk simu- I I leret "moving bed" system med mindst tre kromatografiske I I kolonner forbundet i serie og tilpasset til strømning af I I 5 væskerne i en enkelt retning igennem kolonnerne, k e η - I I detegnet ved, at den i rækkefølge omfatter I I (1) tilførsel af melassefødeopløsning til en af kolon- I I nerne og eluering af en restmelassefraktion fra en I I 10 kolonne nedstrøms for den kolonne, som tilføres me- I I lassefødeopløsningen; I I (2) tilførsel af vand til en af kolonnerne nedstrøms for I I den kolonne, som tilføres melassefødeopløsningen, i I I 15 det væsentlige samtidigt med tilførslen af melasse- I I fødeopløsningen, og eluering af produktfraktioner om- I I fattende en sucrosefraktion efterfulgt af en betain- I fraktion fra en kolonne nedstrøms for den kolonne, I som tilføres vand; I I 20 I I I I (3) cirkulering af melassefødeopløsningen og vandet i I I strømningsretningen igennem kolonnerne; I I (4) tilførsel af vand til en af kolonnerne og eluering af I I 25 restmelasse fra en kolonne nedstrøms for den kolonne, I I som tilføres vand; I I (5) cirkulering af melassefødeopløsningen og vandet i I I strømningsretningen igennem kolonnerne; . I I 30 I I (6) tilførsel af vand til en af kolonnerne og eluering af I I restmelasse fra en kolonne nedstrøms for den kolonne, I I som tilføres vand; og I I 35 (7) cirkulering af melassefødeopløsningen og vandet i I I strømningsretningen igennem kolonnerne. I DK 175303 B1

13. Fremgangsmåde ifølge krav 12, kendetegnet ved, at den omfatter gentagelse af trin 1-7 begyndende med tilførsel af en melassefødeopløsning til en kolonne nedstrøms for den kolonne, hvori melassefødeopløsningen 5 blev indført under den forudgående cyklus.

14. Fremgangsmåde til udvinding af betain og sucrose fra roemelasse under anvendelse af et kromatografisk simuleret "moving bed" system med mindst tre kromatografiske 10 kolonner forbundet i serie og tilpasset til strømning af væsker i en enkelt retning igennem kolonnerne, kendetegnet ved, at den sekventielt omfatter (1) tilførsel af en melassefødeopløsning til en af kolon- 15 nerne og eluering af en restmelassefraktion fra en kolonne nedstrøms for den kolonne, som tilføres melassef ødeopløsningen; (2) tilførsel af vand til en af kolonnerne nedstrøms for 20 den kolonne, som tilføres melassef ødeopløsningen, i det væsentlige samtidigt med tilførslen af melasse-fødeopløsningen, og eluering af en produktfraktion valgt blandt sucrose, betain og en sucrosefraktion efterfulgt af en betainfraktion fra en kolonne ned-25 strøms for den kolonne, som tilføres vand; (3) cirkulering af melassefødeopløsningen og vandet i strømningsretningen igennem kolonnerne; 30 (4) tilførsel af vand til en af kolonnerne og eluering af restmelasse fra en kolonne nedstrøms for den kolonne, som tilføres vand; (5) cirkulering af melassefødeopløsningen og vandet i 35 strømningsretningen igennem kolonnerne; 1 tilførsel af vand til en af kolonnerne og eluering af I DK 175303 B1 I I 26 I I betain fra en kolonne nedstrøms for den kolonne, som I I tilføres vand; og I I (7) cirkulering af melassefødeopløsningen og vandet i I 5 strømningsretningen igennem kolonnerne. I

15. Fremgangsmåde ifølge krav 1, 2, 12 eller 14, k e η - I I detegnet ved, at den angivne cyklus gentages, I I efter at ligevægt er nået. I I 10 I

16. Fremgangsmåde ifølge krav 15, kendetegnet I I ved, at trin 1-7 gentages begyndende med tilførsel af en I I melassefødeopløsning til en kolonne nedstrøms for den I I kolonne, hvori melassefødeopløsningen blev indført under I I 15 den forudgående cyklus. I I 20 I I 25 I I 30 ‘I I 35 I