EP3215641B1 - Procédé de déminéralisation d'une solution sucrée - Google Patents

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EP3215641B1
EP3215641B1 EP15798532.6A EP15798532A EP3215641B1 EP 3215641 B1 EP3215641 B1 EP 3215641B1 EP 15798532 A EP15798532 A EP 15798532A EP 3215641 B1 EP3215641 B1 EP 3215641B1
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EP
European Patent Office
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sugar solution
capacitive deionization
demineralization
sugar
conductivity
Prior art date
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Active
Application number
EP15798532.6A
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German (de)
English (en)
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EP3215641A2 (fr
Inventor
Florian BAILLEUL
Florence LUTIN
Anne GONIN
Gérard Guerif
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eurodia Industrie SA
Original Assignee
Eurodia Industrie SA
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Publication date
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Publication of EP3215641A2 publication Critical patent/EP3215641A2/fr
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Publication of EP3215641B1 publication Critical patent/EP3215641B1/fr
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13B—PRODUCTION OF SUCROSE; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • C13B20/00—Purification of sugar juices
    • C13B20/18—Purification of sugar juices by electrical means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
    • C13K1/00—Glucose; Glucose-containing syrups
    • C13K1/02—Glucose; Glucose-containing syrups obtained by saccharification of cellulosic materials
    • C13K1/04—Purifying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
    • C13K1/00—Glucose; Glucose-containing syrups
    • C13K1/06—Glucose; Glucose-containing syrups obtained by saccharification of starch or raw materials containing starch
    • C13K1/08—Purifying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
    • C13K11/00—Fructose

Definitions

  • the present invention is in the technical field of processes for demineralization of a sweet solution, in particular chosen from sweet juices intended for the manufacture of sucrose, dextrose, glucose, fructose, maltose, mannose, and whey liquid for the manufacture of lactose or demineralized whey powder.
  • a sweet solution in particular chosen from sweet juices intended for the manufacture of sucrose, dextrose, glucose, fructose, maltose, mannose, and whey liquid for the manufacture of lactose or demineralized whey powder.
  • dextrose syrups are demineralized using ion exchange resins.
  • the dextrose syrups are thus demineralized during a first demineralization step on a cation exchange resin followed by a second demineralization step on an anion exchange resin.
  • These dextrose syrups have the characteristic of being weakly mineralized, which results in a low conductivity, in particular less than 1000 ⁇ Siemens / cm.
  • these syrups derived from starch must be treated at high temperatures in order to minimize bacteriological infections, in particular at temperatures greater than or equal to 50 ° C.
  • ion exchange resins are that they need to be regenerated after each demineralization step with solutions of acids and bases which make it possible to renew the active sites on which the anions and cations of the syrup are fixed.
  • the cationic resin fixes the H + ions of the acid and the anionic resin fixes the OH - ions of the base.
  • the syrup ions are then eluted with the excess sodium hydroxide or acid from the regeneration solution, thus forming a very large effluent in volume and in salt concentration. These effluents, due to their high salt concentrations, are very polluting because they are difficult to degrade.
  • EP 1,963,539 B1 describes the use of electrodialysis to remove anions, cations and acids from solutions coming from sugar beets and / or canes chosen from non-nanofiltered juices or molasses. These solutions are very loaded with minerals since they concentrate all the impurities resulting from the crystallization of sugar. In this case, the electrodialysis step is carried out before the chromatographic separation, making it possible to obtain separate fractions of saccharoses and non-saccharoses.
  • Electrodialysis is a separation technique in which dissolved ionic species, mineral or organic, are transported through ionic membranes under the action of a difference in electrical potential. Under the effect of a perpendicular or plane electric field of the membranes, the cations migrate towards the cathode by crossing the Cation Exchange Membranes (MEC) and the anions migrate towards the anode by crossing the Anion Exchange Membranes (MEA) .
  • An electrodialysis device comprises three circuits: the electrolyte, the product to be treated and the concentrate or brine. The ions extracted from the product to be treated are in fact concentrated in the brine constituting the only saline effluent.
  • non-food biomass hydrolysates are experiencing an increasing interest as low-cost renewable starting materials for bacterial fermentation processes making it possible to produce biobased fuels or various biobased chemicals, such as ethanol, lactic acid or acetone.
  • Bacterial fermentation is difficult to carry out, it is therefore necessary to remove the acetic and sulfuric acids resulting from the hydrolysis or the potassium or sodium salts which are toxic for microorganisms in order to maintain high biochemical productivity.
  • Capacitive deionization devices have the advantage of not generating regeneration effluents unlike ion exchange resins.
  • the product to be recovered namely the sweet juice
  • the sweet juice is used in this technique as a receiving solution during the ion discharge from the electrodes.
  • This sweet juice from the landfill, rejected in the sewers, has a high salt concentration and is viscous because of its dry matter content. There is therefore a need to develop this sweet juice from the landfill.
  • EP 2,774,490 A1 relates to a method for removing charged components from a syrup comprising a step of passing said syrup through a capacitive deionization cell.
  • EP 2,774,490 A1 describes the possibility of carrying out two capacitive deionization steps in series, the second capacitive deionization step is applied to the syrup treated at the outlet of the first capacitive deionization step and not to the product from the landfill.
  • the product from the landfill in EP 2,774,490 A1 can come either from syrup, or from demineralized water passed through the capacitive deionization cell for discharge.
  • the product from the discharge loaded with catalysts can be thrown into the sewers or reused in catalytic reactions upstream of the syrup synthesis, such as isomerization, epimerization or hydrogenation reactions.
  • Capacitive deionization devices are usually used to purify water and are not used to treat complex products, since it is suspected that there is a competition for electro-adsorption between protons derived from the dissociation of organic acids and cations or the acid species present to the detriment of the saline target species of the sweet juice to be removed.
  • the presence of acetic acid affects the performance of the membrane capacitive deionization device to remove the potassium and sodium salts.
  • non-food biomass hydrolysates include many impurities and acids, such as acetic acid, which is an essential by-product of hydrolysis.
  • the present invention seeks to provide a process for demineralizing an improved sugar solution, which is adaptable to highly saline as well as weakly saline solutions, possibly having a high viscosity, while promoting the sweet solution and limiting discharges into the sewers. , and this without significantly modifying the sugar content of the demineralized sugar solution.
  • the present invention also seeks to propose an improved demineralization process in terms of abatement rate (or demineralization), recovery rate in sugar solution and productivity (demineralization time and energy consumption).
  • the sugar solution D has a conductivity d greater than or equal to the conductivity c.
  • Electrodialysis is an electrochemical process.
  • An electrodialyzer comprises several compartments, each compartment being supplied with sugar solution A and / or sugar solution D and / or sugar solution F (defined below) according to the invention.
  • An electrodialyzer comprises several inlet and outlet orifices in sugar solution (s) to be demineralized, in electrolyte (s) and in brine (s). The number of said orifices is a function of the number of compartments.
  • Each compartment is separate from the compartment (s) adjacent by one or more ion exchange membrane (s).
  • these membranes are arranged so as to alternate between anionic and cationic membranes. Under the action from an electric field, the anionic membranes can only be crossed by anions, and the cationic membranes can only be crossed by cations. The cations migrate in the direction of the electric current while the anions migrate in the opposite direction of the electric current.
  • This phenomenon makes it possible to have, alternately in the electrodialyzer, dilution compartments, i.e. compartments in which the salt concentration decreases, with concentration compartments, i.e. compartments in which the salt concentration increases.
  • saline or charged species or ions or co-ions is understood to mean any mineral or organic conductive species, and in particular the following species: chloride, sulfate, carbonate, phosphate, bromine, silicate, iodine, sodium, magnesium, calcium, potassium, nitrate, arsenic, lithium, boron, strontium, molybdenum, manganese, aluminum, cadmium, chromium , cobalt, copper, iron, nickel, selenium, silver and zinc, more particularly calcium, sodium, magnesium and potassium.
  • the capacitive deionization step or steps according to the invention for example steps ii) and / or iii) (defined below), considered independently of one another, is / are carried out by means of '' a membrane capacitive deionization device (MCDI).
  • MCDI membrane capacitive deionization device
  • a capacitive deionization device suitable for implementing the present invention is described in US 20011/0240474 A1 .
  • This device can include a charge barrier or membrane which then turns into a capacitive membrane deionization device (MCDI).
  • MCDI capacitive membrane deionization device
  • the conductive saline species are removed from the product to be treated by creating an electric field between two porous carbon electrodes separated by a determined space.
  • the anions and cations in the product to be treated circulating through said space are attracted and electro-adsorbed on the anode and the cathode respectively, which corresponds to the production or charge cycle or even to the purification step.
  • the demineralized or desalted treated product is removed from the CDI.
  • the electrodes When the electrodes are saturated, they are regenerated by short-circuiting them so that the adsorbed ions are released and collected in said space.
  • the ions thus collected are in the state of the art discharged from the device in a discharge effluent discharged into the sewers.
  • a membrane capacitive deionization device comprises an ion exchange membrane (anionic or cationic) or a coating which is placed in front of each of the electrodes to prevent the expulsion of electro-adsorbed ions.
  • MCDI membrane capacitive deionization device
  • an MCDI device consumes less energy than a CDI device and generates a smaller volume of product from the landfill.
  • an MCDI device compared to a CDI device does not exhibit a phenomenon of repulsion of co-ions.
  • the ion exchange membrane keeps the co-ions near the electrode, which allows to keep more positively or negatively charged species and thus to demineralize more effectively.
  • more counter-ions are adsorbed in order to maintain the electroneutrality which further improves the demineralization rate.
  • An MCDI device therefore has a faradic efficiency better than that of a CDI device, because with the same amount of energy supplied, more ionized species are adsorbed.
  • the sweet solutions A and B and all the sweet solutions mentioned in the present text and implemented in the process according to the invention, have, independently of each other, a dry matter content greater than or equal to 50 g / l , preferably greater than or equal to 150 g / l, more preferably greater than or equal to 250 g / l, more preferably greater than or equal to 350 g / l, particularly greater than or equal to 450 g / l, more particularly greater or equal to 550 g / l, even more particularly less than or equal to 700 g / l.
  • the fact of being able to work the sugar solutions at high temperatures makes it possible to reduce the viscosity of the sugar solutions, to facilitate their processing and to be able to process sugar solutions having high dry matter contents.
  • the dry matter content of a sugar solution can be determined with ISO standard 1743: 1982, revised in 2013, and entitled "Glucose syrups - Determination of dry matter - Refractometric method".
  • the dry matter content can also be assessed using the “Standard Methods” dating from 2011.
  • sugar solution resulting from the discharge is understood to mean any sugar solution obtained at the end of the electrode regeneration cycle at the output of a CDI or MCDI device (comprising the discharge strictly speaking of the electrodes and purging of desorbed species).
  • the sugar solution from the discharge undergoes a capacitive deionization step and / or an electrodialysis step, said electrodialysis step being carried out before the capacitive deionization step.
  • Said capacitive deionization step and said electrodialysis step may correspond respectively to steps ii) and i) or be carried out at a different stage during another demineralization process according to the invention implemented upstream of steps i) and / or ii).
  • this sweet solution D is mixed with the sweet solution A and / or the sweet solution B.
  • the sweet solution D could however be fed directly to the electrodialyzer, in particular in step (i), and / or in the CDI / MCDI device, in particular in step (ii).
  • This arrangement avoids discharging the sweet solutions from the landfill into the sewers and thus improves the sugar yield.
  • the inventors have found that it is possible to use these sugar solutions from the landfill to supply a CDI / MCDI device or an electrodialyzer at the input or even to fractionate it to supply the CDI / MCDI device and the electrodialyzer.
  • the sugar solution from the discharge undergoes before demineralization using a capacitive deionization step and / or a prior electrodialysis step, a separation step by liquid chromatography and / or a stage of concentration.
  • a capacitive deionization step and / or a prior electrodialysis step a separation step by liquid chromatography and / or a stage of concentration.
  • At the end of the chromatographic step at least one sugar solution is produced, or even two sugar solutions are produced, at least one of said solutions, possibly both, undergo the capacitive deionization and / or electrodialysis steps .
  • an upstream electrodialysis (ED) stage makes it possible to avoid an overconcentration of ions in the sugar solution coming from the discharge and therefore to improve the sugar recovery rate since no sugar solution n '' is lost at the end of the ED stage, in particular in the ED stage (i), or even CDI / MCDI, in particular in stage (ii) and / or (iii) (defined below), and to limit or even eliminate, in the case of steps (ii) and (iii), the discharge of regeneration effluents into the sewers.
  • ED electrodialysis
  • the conductivities a, b, c, d, e and f are greater than 0 ⁇ Siemens / cm, preferably the conductivity (s) a and / or b and / or c and / or d and / or e and / or f is / are greater than or equal to 100 ⁇ siemens / cm, more preferably greater than or equal (s) to 200 ⁇ Siemens / cm, in particular greater than or equal ( s) at 300 ⁇ Siemens / cm, more particularly greater than or equal to 500 ⁇ Siemens / cm, in particular greater than or equal to 700 ⁇ Siemens / cm.
  • the conductivity of a sugar solution according to the invention can be measured using standard ISO 7888: 1985, revised in 2012, and entitled "Water quality - Electrical determination”.
  • sweet solution means the sweet juices from the extraction sugar plants such as sugar beet, sugar cane, sorghum; sugary juices from the hydrolysis of plant polymers such as starch, cellulose and hemicelluloses; inulin; inulin diffusion juices; whey solutions from the dairy industry such as liquid whey; mother liquors of crystallization comprising sucrose, for example from molasses, and / or lactose; sugary solutions from the recasting of raw sugar, such as brown sugar; or their mixtures.
  • the sugar solution according to the invention comprises a dry matter dispersed in an aqueous solution.
  • the sugar solution can be obtained by diluting a sugar syrup or a sugar powder with water, preferably demineralized water in order to adjust its dry matter.
  • the dry matter content, and therefore the viscosity, can also be increased by evaporation.
  • the conductivity (s) a (sugar solution A) and / or d (sugar solution D) is / are less than or equal to 50 msiemens / cm.
  • the electrodialysis in step (i) is combined with at least one step (ii) of CDI or MCDI to treat a sugar solution concentrated in A ions having a conductivity a greater than or equal to 700 ⁇ Siemens / cm , preferably greater than or equal to 3 mSiemens / cm, more preferably greater than or equal to 10 mSiemens / cm, particularly greater than or equal to 15 mSiemens / cm, even more particularly greater than or equal to 20 mSiemens / cm, in particular greater than or equal to 45 mSiemens / cm.
  • the method according to the invention does not include an electrodialysis step i).
  • the sugar solution B is less mineralized than the sugar solution A so that it can be more easily treated in step ii) of capacitive deionization.
  • the sugar solution C is mixed in whole or in part with the sugar solution A.
  • the conductivity a of the sugar solution A is lowered by that of the demineralized sugar solution C, which makes it possible to avoid or delay the over-concentration of charged species during step ii), in particular when the process according to The invention does not include an ED (i) step.
  • the demineralization process comprises a second capacitive deionization step iii) carried out after said first step ii) applied to the solution sugar C by means of a capacitive deionization device so as to obtain a sugar solution E having a conductivity e, less than the conductivity b and / or a and / or c.
  • the sugar solution F charged with ions from the discharge of the capacitive deionization device in step iii) undergoes a capacitive deionization step, in particular in step ii) and / in step iii), and / or an electrodialysis step, in particular in step i).
  • the sugar solution F has a conductivity f greater than or equal to the conductivity c.
  • the energy recovered at the end of the step consisting in short-circuiting the capacitive deionization device in step ii) and / or in step (iii) during the discharge is transferred to supply another capacitive deionization device in step ii) and / or in step iii).
  • said at least one first capacitive deionization step ii), and optionally said electrodialysis step i) and / or said second capacitive deionization step iii), is / are carried out at a temperature greater than or equal at 35 ° C, preferably greater than or equal to 45 ° C, more particularly greater than or equal to 55 ° C, more preferably at a temperature less than or equal to 80 ° C, in particular less than or equal to 65 ° C.
  • the sugar solution A, and / or the sugar solution B and / or the sugar solution C and / or the sugar solution D and / or the sugar solution E and / or the sugar solution F a / have a higher temperature or equal to 35 ° C, preferably greater than or equal to 45 ° C, more particularly greater than or equal to 55 ° C, more preferably less than or equal to 80 ° C, in particular less than or equal to 65 ° C.
  • the heated sugar solutions thus have a reduced viscosity and an increased conductivity, which makes it possible to treat sugar solutions with a high dry matter content.
  • the productivity of the process according to the invention is improved in terms of demineralization yield and shorter production cycles.
  • sweetened food solutions in particular intended for the manufacture of sugar, such as sucrose or fructose for example, it is necessary to heat these sweetened solutions by hygienic measures to avoid any proliferation. bacterial. This constraint in the processing of sweetened food solutions also imposes constraints in the selection of possible demineralization techniques.
  • the first capacitive deionization step ii) and / or the second capacitive deionization step iii) is / are carried out on two capacitive deionization devices mounted in parallel so that a deionization device works in cycle while the other device is in discharge.
  • the energy recovered and originating from the discharge currents is transferred in whole or in part to the second mounted capacitive deionization device. in parallel working in the purification cycle.
  • the initial conductivity a is less than or equal to 3 mSiemens / cm, in particular less than or equal to 1 mSiemens / cm.
  • the sugar solution A is chosen from: a starch hydrolyzate, an inulin hydrolyzate, a cellulose or hemicellulose hydrolyzate, a sucrose solution, an inulin diffusion juice, the mother liquors of crystallization comprising sucrose and / or lactose; a sweet solution from the redesign of raw sugar; and a liquid whey solution; or their mixtures.
  • it is a food starch hydrolyzate which is therefore not intended for subsequent bacterial fermentation in order to produce biofuels or various biobased chemicals.
  • the starch hydrolyzate and / or the cellulose hydrolyzate and / or the hemicellulose hydrolyzate, and / or the inulin hydrolyzate, in particular food is / are chosen from the juices or syrups of maltose, glucose juices or syrups, dextrose juices or syrups, fructose juices or syrups and mannose juices or syrups, or mixtures thereof, more preferably from maltose juices or syrups, juices or syrups from glucose and dextrose juices or syrups or their mixtures.
  • the term “syrup” is understood to mean a juice having undergone at least one concentration step with a view to increasing its dry matter content.
  • concentration step means any step making it possible to increase the dry matter content of the solution, of the juice or of the syrup, in particular by means of an evaporation step or by a concentration technique.
  • membrane such as nanofiltration.
  • the starch hydrolyzate is obtained from the hydrolysis of plant polymers chosen from: corn, wheat, peas, potato and barley, or their mixtures, preferably corn, wheat and barley, or mixtures thereof.
  • the sucrose solution is chosen from sucrose juices or syrups at the outlet of the evaporation steps, molasses, glucose and fructose syrups and fructo-oligosaccharide juices obtained from sucrose, or mixtures thereof. .
  • sucrose solution is extracted from sugar plants chosen from: sugar beet, sugar cane and sorghum, or mixtures thereof.
  • the inulin hydrolyzate is chosen from the fructo-oligosaccharide juices obtained by hydrolysis of inulin and the liquid sugars, such as fructose syrup, or their mixtures.
  • the inulin hydrolyzate is obtained from the hydrolysis of plant polymers chosen from chicory, agave, artichoke, Jerusalem artichoke, and yacon, or their mixtures.
  • the whey solution is of animal origin, preferably the lactose is chosen from the lactose contained in the whey, the lactose coming from the mother liquors of crystallization produced in the whey, the lactose contained in the whey ultrafiltration permeates obtained in processes for producing whey protein concentrates, or mixtures thereof.
  • syrups or lactose are used for their sweetening power, and in particular sauces, such as ketchup, sodas and sugary drinks or even pastry.
  • said method comprises at least one demineralization method according to any one of the variant embodiments described above, applied after step c) in which the sugar solution A is chosen from said hydrolyzate (s) and / or applied after step d) in which the sugar solution A is chosen from said hydrolyzate (s) isomerized (s) or epimerized (s) or hydrogenated (s).
  • the plant polymers and the sugar plants are chosen alone or in combination from the list or lists of the various plant polymers and sugar plants defined above according to a first aspect.
  • said hydrolyzate (s) isomerized (s) or epimerized (s) or hydrogenated (s) is / are chosen (s) from: dextrose juices or syrups, juices or glucose syrups, maltose juices or syrups, fructose juices or syrups and mannose juice or syrups, or mixtures thereof.
  • step a) comprises grinding the vegetable polymer source of starch or cellulose or hemicellulose with water and then optionally centrifuging the solution obtained to form a starch milk or a cellulose solution. or hemicellulose.
  • the starch milk or the cellulose or hemicellulose solution can be native or possibly include proteins (non-native).
  • step b) comprises a first hydrolysis, in particular comprises an enzymatic reaction to break the chains of starches into dextrins.
  • step c) comprises a second hydrolysis, in particular so that the starch releases its glucose, in particular comprising an enzymatic or acid hydrolysis in order to convert the dextrins into saccharides (mono, di, tri or oligo saccharide (s) ).
  • said method comprises a clarification step taking place after step c) of saccharification.
  • the clarification step is in particular a microfiltration step and is intended to remove solid bodies suspended in the sugar solutions.
  • said method comprises a bleaching step taking place after the saccharification step c), and preferably after the clarification step, but before the implementation of the demineralization method according to the invention.
  • the bleaching is preferably carried out on an ion exchange resin.
  • said manufacturing process comprises a concentration step after the implementation of the demineralization process according to the invention carried out after step c) to obtain a dextrose, maltose or glucose very concentrated in said sugar, in particular comprising more than 50% by weight of glucose, dextrose or maltose relative to the total weight of the syrup; for example for the production of dextrose syrup (DE96) with more than 96% by weight of dextrose relative to the total weight of the syrup.
  • DE96 dextrose syrup
  • step d) is carried out on one or more demineralized and discolored hydrolyzate (s).
  • the enzymatic isomerization stage makes it possible to transform dextrose or glucose into fructose.
  • the epimerization step transforms dextrose or glucose into mannose.
  • said manufacturing process comprises a concentration step after the implementation of the demineralization process according to the invention carried out after step d), then a separation step by liquid chromatography, followed by a new concentration step to obtain concentrated glucose syrup and fructose syrup.
  • said manufacturing process also comprises a demineralization process according to the invention carried out after the step of separation by chromatographic and before the concentration step.
  • said manufacturing method comprises at least one demineralization method according to any of the variant embodiments described above with reference to the first aspect in which the sugar solution A is the inulin diffusion juice.
  • said method comprises a clarification step and a bleaching step applied to the inulin diffusion juice before the implementation of a demineralization step using the demineralization method according to the invention.
  • the demineralized inulin diffusion juice undergoes a hydrolysis step then again a demineralization step using the method according to the invention for the formation of a demineralized inulin hydrolyzate.
  • the demineralized inulin hydrolyzate undergoes a concentration step, in particular by evaporation, for the formation of liquid sugar (or sweet liquid syrup) comprising fructose.
  • the inulin diffusion juice undergoes in this order a clarification step, a decalcification step, a concentration step, in particular by evaporation, a separation step by liquid chromatography and finally a demineralization step.
  • a clarification step a decalcification step
  • a concentration step in particular by evaporation
  • a separation step by liquid chromatography and finally a demineralization step.
  • the sugar solution (s) D and / or F resulting from the discharge undergoes said separation step by chromatography before being recycled in the process demineralization according to the invention.
  • the present disclosure also relates to a process for manufacturing a sweet syrup comprising a step of recasting raw sugar for the formation of a sucrose solution.
  • said method comprises at least one demineralization method according to any of the variant embodiments described above with reference to the first aspect in which the sugar solution A is said sucrose solution.
  • said method comprises a clarification step and a bleaching step taking place before the implementation of the first demineralization step according to the invention.
  • Said method preferably comprises at least one concentration step for the formation of liquid sugar.
  • said manufacturing process comprises a hydrolysis step performed after the first demineralization step defined above and then a second demineralization step using the demineralization process according to the invention.
  • the manufacturing process comprises after the second demineralization step a concentration step, a separation step by liquid phase chromatography, and finally a third demineralization step using the demineralization process according to the invention for the manufacture of separate glucose syrup and fructose syrup.
  • the sugar solution (s) D and / or F from the landfill during the third demineralization stage is / are recycled in whole or in part at the first demineralization step, especially in mixture with sugar solution A.
  • the present disclosure also relates to a process for the production of a demineralized whey powder advantageously comprising a demineralization process according to any of the variant embodiments described above with reference to the first aspect in which the sugar solution A is liquid whey.
  • the liquid whey comprises a clarification step to remove the solid particles.
  • the liquid whey comprises a proportion of whey greater than or equal to 10%, more preferably greater than or equal to 15%, relative to the total weight of said liquid whey.
  • the liquid whey has thus undergone a pre-concentration step, for example by nanofiltration, in order to increase its whey content, which is naturally of the order of 6% by weight relative to the total weight of crude liquid whey.
  • the manufacturing process optionally includes a pasteurization step, a spray drying step and then an atomization step for the formation of a powder. whey.
  • Said method comprises, optionally before the spray drying step, a step of pasteurization of the whey at least partially demineralized, in particular at a temperature greater than or equal to 70 ° C., more particularly at a temperature greater than or equal to 80 ° C. , in particular greater than or equal to 95 ° C.
  • the present disclosure also relates to a process for the manufacture of lactose, in particular a lactose syrup, advantageously comprising a demineralization process according to any of the variant embodiments described above with reference to the first aspect in which the sugar solution A is a liquid whey ultrafiltration permeate.
  • the method comprises, after the demineralization step carried out at using the demineralization process according to the invention, a bleaching step and a concentration step for obtaining lactose.
  • the method according to the invention makes it possible to manufacture demineralized lactose at least 80%, preferably at least 85%, more particularly at least 90%.
  • This at least partly demineralized lactose is used in the manufacture of food products, such as cookies or ice cream.
  • the present disclosure also relates to a process for the manufacture of lactose and / or sucrose, in particular in the form of syrup (s), comprising a demineralization process according to any of the variant embodiments described above with reference to the first aspect in which the sweet solution A is chosen in the mother liquors of crystallization.
  • said manufacturing process comprises, after the first demineralization, a concentration step, in particular by evaporation, in order to obtain a lactose and sucrose syrup.
  • said method comprises a step of separation by liquid chromatography with a view to separating the lactose from the sucrose carried out after the first demineralization carried out using the demineralization method according to the invention, then again a second demineralization carried out using the demineralization method according to the invention.
  • the manufacturing process comprises a concentration step, in particular by evaporation, carried out after the second demineralization in order to obtain separate fructose and sucrose syrups.
  • the sugar solution (s) D and / or F coming from the landfill during the second demineralization is / are recycled in whole or in part at the first demineralization, in particular with sugar solution A.
  • the separation step by chromatography is carried out according to the ISMB technique (Improved Simulating Moving Bed), in particular by ion exclusion.
  • This chromatography step can be used to separate two types of sugars, for example glucose and fructose, or even in desalination in order to remove charged organic and / or inorganic species from a sugar solution.
  • the scheme according to the figure 1 represents in a simplified way the operation of a membrane capacitive deionization device (MCDI) 1.
  • MCDI membrane capacitive deionization device
  • This device 1 comprises in this specific example an MCDI cell 2 comprising eighteen cells, carbon electrodes whose total surface is 0.7 m 2 , and uses ion exchange membranes disposed in front of said electrodes.
  • This device 1 also includes a pump 3 and two electromagnetic valves 4,5, a pressure sensor, a conductivity probe, a conductivity meter and an HMI interface program for managing the purification (or production) and discharge (regeneration of the electrodes) cycles arranged in part in the control unit 6.
  • the ions thus contained in the product to be treated are adsorbed on the electrodes according to their polarity until the capacitor is completely charge. Thanks to the conductivity probe, the output conductivity is then observed to rise compared to the conductivity of the product to be treated. If the conductivity of the product leaving the MCDI 2 cell is less than or equal to the low conductivity point SP1 which has been predetermined, the valve 5 directs the flow of the treated product leaving the MCDI 2 cell to the tank of treated products to value 8.
  • valve 5 switches the treated product to the reservoir of product to be treated 7 so that it is re-supplied to the MCDI cell 2.
  • This operation consists of a production or purification cycle during which the electric field is applied to the electrodes.
  • the cell 2 is first short-circuited to initiate self-discharge.
  • the polarities are reversed to force the regeneration so that the ions are released in the product to be treated contained in the MCDI cell, there is no circulation of the product to be treated during this phase of release of the adsorbed ions.
  • the polarities of the electric field being always reversed, the cell is rinsed which corresponds to a purging phase, with the product to be treated, a product resulting from the discharge highly concentrated in ions is thus generated.
  • This product from the landfill has a conductivity greater than or equal to SP2 which has been predetermined, which makes it possible to activate the valve 9 and direct the flow of the product from the landfill to the waste tank 10, which is discharged into sewers.
  • the parameters adjustable on the MCDI 1 device are thus in particular the flow rate of the product to be treated imposed by the pump 3, adjustable according to the power of the pump 3, the voltage, preferably greater than 0 volts and less than or equal to 1.3 volts , the purification, regeneration and purge times (the latter two corresponding to the discharge times), the values SP1 and SP2 (mSiemens / cm).
  • the abatement rate represents the proportion of ions transferred during the demineralization process.
  • the first example 20 of a demineralization process according to the invention is applied to a sugar solution A of conductivity a.
  • This process is carried out at room temperature, that is to say at a temperature greater than or equal to 10 ° C and less than or equal to 35 ° C, the sugar solution A has therefore not been heated.
  • the method comprises a first step of capacitive membrane deionization (ii) of the sugar solution A by means of a capacitive membrane deionization device 21 so as to obtain a sugar solution C having a conductivity c, less than the conductivity a.
  • the sugar solution D charged with ions from the discharge of the membrane capacitive deionization device in step ii) having a conductivity greater than or equal to the conductivity c is supplied to said membrane capacitive deionization device in step ii), it is therefore mixed with the sweet solution A.
  • the conductivity a of the sweet solution A is low, so that it is possible to mix the sweet solution D from the discharge with the sweet solution A for new purification cycles.
  • the sweet solution A is the sweet juice I.
  • the conductivity of the sweet solutions (D) from the discharge is thus of the order of 3 mSiemens / cm or less.
  • the sugar solution D can reach a concentration such that its mixture with the sugar solution A produces a sugar solution having a conductivity higher than the conductivity a, the sugar solution from the discharge is then thrown into the sewers.
  • the reduction rate is 82%, and the final conductivity c is around 131 ⁇ Siemens / cm. 82% of sugar solution A was processed, only 18% of sugar solution A was lost.
  • the electrical consumption is of the order of 2 to 3 Watts.hour / liter when the MCDI is charged, that is to say during the purification step. The glucose concentration was not changed.
  • the second example 30 of the demineralization process according to the invention is applied to sweet juice I and sweet juice II separately, which correspond on the figure 3 to the sugar solution A of conductivity a.
  • This process is carried out at a temperature of the order of 50 ° C., that is to say that the sugar solution A, and therefore the sugar solutions C, D, E and F, are heated to a temperature of around 50 ° C.
  • the method comprises a first step of membrane capacitive deionization (ii) of the sugar solution A by means of a membrane capacitive deionization device 31 so as to obtain a sugar solution C having a conductivity c, less than the conductivity a.
  • the method also includes a second capacitive membrane deionization step (iii) performed after said first step (ii) and applied to the sugar solution C by means of a membrane capacitive deionization device 32 so as to obtain a sugar solution E having a conductivity e, less than the conductivity c.
  • a second capacitive membrane deionization step (iii) performed after said first step (ii) and applied to the sugar solution C by means of a membrane capacitive deionization device 32 so as to obtain a sugar solution E having a conductivity e, less than the conductivity c.
  • the sugar solution D charged with ions from the discharge of the membrane capacitive deionization device in step (ii) and having a conductivity d greater than or equal to the conductivity c is supplied to said membrane capacitive deionization device 31 to step (ii).
  • the sugar solution F charged with ions from the discharge of the capacitive membrane deionization device 32 in step (iii) having a conductivity f greater than or equal to the conductivity e is supplied to said capacitive membrane deionization device in step (ii) ) and / or said capacitive membrane deionization device in step (iii).
  • the sugar solution D and / or the sugar solution F is / are so concentrated that its / their mixture with the sugar solution A and / or C generates a sugar solution having a conductivity greater than the conductivity a or c
  • the sugar solution from the landfill is poured down the drain.
  • the overall reduction rate is 97% for the sweet juice I and 93.6% for the sweet juice II, which corresponds to excellent performance.
  • the reduction rate is 77% and 87% respectively for sweet juices I and II during step (ii) and 73% and 78% respectively for sweet juices I and II during step (iii).
  • the pressure was lowered compared to the first example, probably due to the temperature of the treated juices.
  • the initial conductivities of sweet juices I and II are respectively of the order of 849 ⁇ Siemens / cm and of the order of 237 ⁇ Siemens / cm and the final conductivities of sweet sugars I and II are respectively of the order of 25 ⁇ Siemens / cm and around 15 ⁇ Siemens / cm.
  • the purification times are shorter for the first step in MCDI (ii). It can be assumed that the temperature improves the mobility of the ions and that the MCDI cell saturates more quickly. On the other hand, the purification time of the second step in MCDI (iii) is longer taking into account the low conductivity of the sugar solution (C). The glucose concentration was not changed for sweet juices I and II.
  • the third example 40 of the demineralization process according to the invention is applied to the sweet juice (I), which corresponds on the figure 4 to the sugar solution A of conductivity a.
  • This process is carried out at a temperature of the order of 50 ° C., that is to say that the sugar solution A, and therefore the sugar solutions B, C, D, E and F, are heated to a temperature of around 50 ° C.
  • the method comprises a step of electrodialysis (i) of the sugar solution A by means of an electrodialysis device 41 so as to obtain a sugar solution B of conductivity b lower than the conductivity a.
  • the method then comprises a first step of membrane capacitive deionization (ii) of the sugar solution B by means of a membrane capacitive deionization device 42 so as to obtain a sugar solution C having a conductivity c, less than the conductivity b.
  • the method also comprises a second capacitive membrane deionization step (iii) carried out after said first step (ii) applied to the sweet solution C by means of a capacitive membrane deionization device 43 so as to obtain a sweet solution E having a conductivity e, lower than conductivity c.
  • the sugar solution D charged with ions from the discharge of the membrane capacitive deionization device 42 in step (ii) and having a conductivity d greater than or equal to the conductivity c is supplied to said (x) ( s) electrodialysis device 41 and / or said capacitive membrane deionization device 42 in step (ii).
  • the sugar solution F charged with ions from the discharge of the membrane capacitive deionization device 43 in step (iii) having a conductivity f greater than or equal to the conductivity e is supplied to the said electrodialysis device (s) 41 and / or said capacitive membrane deionization device 42 in step (ii) and / or said capacitive membrane deionization device 43 in step (iii).
  • the sugar solutions D and F are mixed with the sugar solution A before undergoing the electrodialysis step (i).
  • the final reduction rate is 98.67% for sweet juice I, which corresponds to excellent performance.
  • the pressure was lowered compared to the first example, probably due to the temperature of the processed sugar solutions.
  • the initial conductivity is around 750 mSiemens / cm and the final conductivity e is around 0.010 mSiemens / cm (i.e. 10 ⁇ Siemens / cm).
  • the sugar solution D from the discharge in the MCDI step (ii) has a conductivity in this specific example d of the order of 0.720 mSiemens / cm, which is very close to the conductivity a.
  • the sweetened solution D can thus be recycled and mixed with the sweetened solution A to be fed to the electrodialysis device 40.
  • the sweetened solution F resulting from the discharge at the stage of MCDI (iii) has a conductivity f of l '' order of 0.412 mSiemens / cm.
  • This sugar solution F is preferably recycled and mixed with the sugar solution A to be fed to the electrodialysis device 40.
  • the sugar solutions B and C have conductivities of the order of 0.251 mSiemens / cm and respectively. 0.050 mSiemens / cm. The glucose concentration was not changed.
  • the sweet solutions D and E have conductivities close to that of the initial sweet solution A, which facilitates their recycling in order to be re-supplied in step i) and / or ii) and / or iii), preferably in step (i) of electrodialysis.
  • the electrodialysis avoids in steps (ii) and / or (iii) of saturating the sugar solution to be treated and of generating sugar solutions from the landfill which cannot be recycled. The recovery rates in sugar solutions and therefore the recovery of the latter are improved.
  • the electrodialysis step generates brine which is thrown into the sewers.
  • the overall recovery rate in sweet solution A is greater than 99%.
  • the electrodialysis therefore makes it possible, combined with one or more stages of MCDI, to improve the recovery rate in sugar solutions and to reach demineralization or abatement rates close to 100%.
  • the process for manufacturing glucose syrup or fructose shown in figure 5 comprises two demineralization steps carried out using the demineralization process according to the invention.
  • This manufacturing process comprises a step of extracting the starch 50 to form a starch milk, for example from corn or wheat, then a liquefaction step 51 and a saccharification step 52 for the formation of a starch hydrolyzate.
  • a clarification step 53 can then be carried out in order to remove the unconverted chains, the oils and the proteins by filtration.
  • said process may include a bleaching step 54, in particular on activated carbon or on an absorbent resin.
  • the discolored starch hydrolyzate comprising glucose, dextrose or maltose undergoes a first demineralization step 55 using the demineralization process according to the invention, such as one of the processes exemplified in the figures 2 to 4 .
  • the demineralized juice undergoes an evaporation step to form, for example, a DE 96 dextrose syrup , that is to say comprising at least 96% by weight of its weight of dextrose.
  • the discolored and demineralized starch hydrolyzate in step 55 undergoes an enzymatic isomerization step 56 for the transformation of dextrose into fructose.
  • the juice leaving step 56 then undergoes a second demineralization step, which is carried out using the method according to the invention, such as one of the methods exemplified on the figures 2 to 4 .
  • the water contained in the juice is evaporated during an evaporation step 58 to form a syrup, having in particular a dry matter content greater than or equal to 500 g / l, preferably greater than or equal to 600 g / l.
  • fructose syrup in particular comprising at least 40% by weight of fructose, is produced as well as HFCS 42.
  • a separation step by liquid chromatography 59 followed by an evaporation step 61 is carried out in order to separate the fructose from the glucose and to concentrate the latter.
  • the manufacturing method comprises a third demineralization step carried out using the demineralization method according to the invention after step 59.
  • the sugar solution (s) D and / or F from the discharge during this third demineralization undergoes the separation step 59 or is / are recycled to the first demineralization step 55 in admixture with the sugar solution A.
  • the process for manufacturing liquid sugar or inulin shown in figure 6 includes at least one demineralization step carried out using the demineralization according to the invention, and in particular the following steps: the preparation of an inulin diffusion juice 7, a clarification step 71 and according to a first variant, the following specific steps: a bleaching step 72, a first demineralization step 77 carried out using a demineralization method according to the invention, such as one of the methods exemplified on the figures 2 to 4 , a hydrolysis step 78, a second demineralization step 79 carried out using a demineralization method according to the invention, such as one of the methods exemplified on the figures 2 to 4 , and finally an evaporation step 80 for the formation of liquid sugar, said sugar comprising for example fructose.
  • said method comprises a decalcification step 73, an evaporation step 74, a separation step by liquid chromatography 75, and finally a demineralization step 76 carried out using a demineralization process according to the invention, such as one of the processes exemplified on the figures 2 to 4 , for the formation of inulin.
  • the separation step 75 makes it possible to desalt the sugar syrup at the outlet of step 74.
  • the sugar solution (s) D and / or F from the landfill during the demineralization process 76 is / are recycled in the separation step 75.
  • the process for manufacturing liquid sugar or a fructose syrup and a glucose syrup shown in the figure 7 includes the following steps: a recasting step 90 of raw sugar consisting in particular of putting in an aqueous solution and heating a certain quantity of raw sugar, then a clarification step 91, a bleaching step 92 and finally a first demineralization step 93 carried out using a demineralization process according to the invention, such as one of the processes exemplified on the figures 2 to 4 , and according to a first variant, an evaporation step 94 for the formation of liquid sugar, comprising in particular sucrose.
  • said method comprises, after the demineralization step 93, a hydrolysis step 95, a second demineralization step 96 carried out using a demineralization method according to the invention, such as one processes exemplified on figures 2 to 4 , an evaporation step 97, a separation step by liquid phase chromatography 98, and finally a third demineralization step 99 carried out using a demineralization process according to the invention, such as one of the processes exemplified on figures 2 to 4 , for the formation of a glucose syrup and a fructose syrup.
  • the sugar solution (s) D and / or F from the landfill during the third demineralization step 99 is / are recycled in the first demineralization step 93.
  • the process illustrated in figure 8 for the manufacture of lactose includes a step ultrafiltration 100 applied to a sugar solution which is liquid whey, a demineralization step 101 applied to the permeate obtained at the end of step 100 and carried out using a demineralization process according to the invention, such as one of the processes exemplified on figures 2 to 4 , a bleaching step 102 and finally an evaporation step 103 for the formation of lactose 104.
  • the process illustrated in figure 9 for the manufacture of a demineralized whey powder comprises a clarification step 110 applied to a sugar solution which is liquid whey, then a demineralization step 111 carried out using a demineralization process according to the invention, such that one of the processes exemplified on figures 2 to 4 , a pasteurization step 112, a drying step 113, and finally an atomization step 114 for the formation of a demineralized whey powder.
  • the process illustrated in figure 10 for the manufacture of lactose and sucrose syrups comprising a clarification step 120 applied to mother liquors of crystallization comprising sucrose and lactose, said sucrose being derived in particular from molasses.
  • Said method then comprises a demineralization step 121 carried out using a demineralization method according to the invention, such as one of the methods exemplified on the figures 2 to 4 , then according to a first variant, an evaporation step 125 for obtaining a syrup comprising lactose and sucrose.
  • said method comprises, after step 121, a step of separation by liquid phase chromatography 123 of the lactose from the sucrose, then a second demineralization step 123 carried out using a demineralization process according to the invention , such as one of the methods exemplified on the figures 2 to 4 , and an evaporation step 124 for obtaining separate lactose and fructose syrups.
  • the sugar solution (s) D and / or F from the landfill during the second demineralization step 123 is / are recycled to the first demineralization step 121.

Landscapes

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Description

    Domaine technique
  • La présente invention est dans le domaine technique des procédés de déminéralisation d'une solution sucrée, en particulier choisie parmi les jus sucrés destinés à la fabrication de saccharose, de dextrose, de glucose, de fructose, de maltose, de mannose, et le lactosérum liquide pour la fabrication de lactose ou de poudre de lactosérum déminéralisée. La présente invention est définie dans les revendications.
    • Arrière-plan de l'invention
  • Dans le domaine de l'amidonnerie, en particulier issu du maïs ou du blé, les sirops de dextrose (glucose) sont déminéralisés à l'aide de résines échangeuses d'ions. Les sirops de dextrose sont ainsi déminéralisés lors d'une première étape de déminéralisation sur une résine échangeuse de cations suivie d'une seconde étape de déminéralisation sur une résine échangeuse d'anions. Ces sirops de dextrose ont pour caractéristique d'être faiblement minéralisés, ce qui se traduit par une conductivité basse, notamment inférieure à 1000 µSiemens/cm. Dans le domaine alimentaire, ces sirops issus de l'amidon doivent être traités à des températures élevées afin de minimiser les infections bactériologiques, notamment à des températures supérieures ou égales à 50°C.
  • Les résines échangeuses d'ions ont pour inconvénients qu'elles nécessitent d'être régénérées après chaque étape de déminéralisation par des solutions d'acides et de bases qui permettent de renouveler les sites actifs sur lesquels se sont fixés les anions et les cations du sirop. La résine cationique fixe les ions H+ de l'acide et la résine anionique fixe les ions OH- de la base. Les ions du sirop sont alors élués avec l'excès de soude ou d'acide de la solution de régénération formant ainsi un effluent très important en volume et en concentration en sels. Ces effluents, de par leurs concentrations salines élevées, sont très polluants car difficile à dégrader.
  • Dans le domaine sucrier, l'introduction de la déminéralisation des sirops de betteraves ou de cannes à sucre sur des résines échangeuses d'ions en amont de la cristallisation permet d'améliorer les rendements en sucre par diminution du volume de mélasse généré. Les sirops de betteraves et ou de cannes à sucre ont une concentration saline plus élevée que les sirops d'amidon, ce qui se traduit par des cycles de déminéralisation et donc de production très courts nécessitant des cycles de régénération des résines échangeuses d'ions très fréquents, générant ainsi une quantité très importante d'effluents de régénération salins.
  • EP 1.963.539 B1 décrit l'utilisation de l'électrodialyse pour éliminer les anions, les cations et les acides de solutions provenant de betteraves à sucre et/ou de cannes à sucre choisies parmi les jus non-nanofiltrés ou encore la mélasse. Ces solutions sont très chargées en minéraux puisqu'elles concentrent toutes les impuretés issues de la cristallisation du sucre. Dans ce cas, l'étape d'électrodialyse est effectuée avant la séparation chromatographique permettant d'obtenir des fractions séparées de saccharoses et non saccharoses.
  • L'électrodialyse est une technique séparative dans laquelle des espèces ionisées dissoutes, minérales ou organiques, sont transportées à travers des membranes ioniques sous l'action d'une différence de potentiel électrique. Sous l'effet d'un champ électrique perpendiculaire ou plan des membranes, les cations migrent vers la cathode en traversant les Membranes Echangeuses de Cations (MEC) et les anions migrent vers l'anode en traversant les Membranes Echangeuses d'Anions (MEA). Un dispositif d'électrodialyse comprend trois circuits : l'électrolyte, le produit à traiter et le concentré ou saumure. Les ions extraits du produit à traiter sont en effet concentrés dans la saumure constituant le seul effluent salin.
  • Avantageusement, aucun autre produit chimique n'est nécessaire pour régénérer les membranes. Néanmoins, l'électrodialyse ne peut s'appliquer qu'à des solutions suffisamment conductrices, c'est-à-dire comprenant des espèces suffisamment ionisées et concentrées mais également à des solutions dont la viscosité n'est pas trop élevée. De plus, il est connu que les solutions sucrées, en particulier visqueuses, encrassent les membranes échangeuses d'ions des électrodialyseurs et peuvent former des précipités sur ces dernières selon leurs compositions.
  • Dans un autre domaine technique, les hydrolysats de la biomasse non alimentaires connaissent un intérêt croissant en tant que produits de départ renouvelables et à faible coût pour les procédés de fermentation bactérienne permettant de produire des carburants biosourcés ou divers produits chimiques biosourcés, tels que l'éthanol, l'acide lactique ou encore l'acétone. La fermentation bactérienne est délicate à effectuer, il est ainsi nécessaire d'ôter les acides acétiques et sulfuriques issus de l'hydrolyse ou encore les sels de potassium ou de sodium qui sont toxiques pour les micro-organismes afin de maintenir une productivité biochimique élevée.
  • L'article « Removal of acetic acid and sulfuric acid from biomass hydrolyzate using a lime addition-capacitive deionization (CDI) hybrid process », C.Huyskens, J.Helsen, W.J.Groot, A.B.de Haan, publié dans "Process Biochemistry" 47 (2013) 2051-2057 relate l'utilisation de la chaux couplée avec la déionisation capacitive pour ôter l'acide acétique et l'acide sulfurique d'un hydrolysat de la biomasse non alimentaire.
  • L'article « Membrane capacitive deionization for biomass hydrolysate desalination », publié dans « Separation and Purification Technology », 118 (2013) 33-39, relate l'application de la déionisation capacitive membranaire pour ôter les sels de potassium et de sodium. Dans ce document, un exemple de procédé prévoit deux étapes de déionisation capacitive en série (cf. tableau 3), la seconde étape de déionisation capacitive est appliquée à la solution traitée en sortie de la première étape de déionisation capacitive et non au produit issu de la décharge de la première cellule de déionisation capacitive. D'après la figure 1, il existe deux sorties après une étape de déionisation capacitive, soit la solution traitée est dirigée vers un réservoir recevant les solutions traitées, soit la solution issue de la décharge est évacuée dans un réservoir des déchets.
  • Les dispositifs de déionisation capacitifs ont pour avantage de ne pas générer d'effluents de régénération contrairement aux résines échangeuses d'ions. Cependant, le produit à valoriser, à savoir le jus sucré, est utilisé dans cette technique comme solution réceptrice lors de la décharge en ions des électrodes. Ce jus sucré issu de la décharge, rejeté dans les égouts, a une concentration saline élevée et est visqueux du fait de sa teneur en matière sèche. Il existe donc un besoin pour valoriser ce jus sucré issu de la décharge.
  • EP 2.774.490 A1 a pour objet un procédé destiné à ôter des composants chargés d'un sirop comprenant une étape consistant à passer ledit sirop à travers une cellule de déionisation capacitive. EP 2.774.490 A1 décrit la possibilité d'effectuer deux étapes de déionisation capacitive en série, la seconde étape de déionisation capacitive est appliquée au sirop traité en sortie de la première étape de déionisation capacitive et non au produit issu de la décharge. Le produit issu de la décharge dans EP 2.774.490 A1 peut provenir soit du sirop, soit de l'eau déminéralisée passé(e) dans la cellule de déionisation capacitive pour la décharge. Le produit issu de la décharge chargé en catalyseurs peut être jeté dans les égouts [0039] ou réutilisé dans les réactions catalytiques an amont [0040] de synthèse des sirops, telles que les réactions d'isomérisation, d'épimérisation ou d'hydrogénation.
  • Les dispositifs de déionisation capacitifs sont habituellement utilisés pour purifier l'eau et ne sont pas utilisés pour traiter des produits complexes, car on suspecte en effet une compétition pour l'électro-adsorption entre les protons dérivés de la dissociation des acides organiques et les cations ou encore les espèces acides présentes au détriment des espèces cibles salines du jus sucré à ôter. Ainsi, la présence d'acide acétique par exemple, nuit aux performances du dispositif de déionisation capacitif membranaire pour ôter les sels de potassium et de sodium. Or les hydrolysats de la biomasse non-alimentaires comprennent de nombreuses impuretés et des acides, tel que l'acide acétique qui est un sous-produit de l'hydrolyse incontournable.
  • En outre, la présence de sucre modifie la viscosité et la conductivité du jus à traiter, ce qui impacte fortement la faisabilité d'une technique de déminéralisation.
  • De manière générale, il existe un besoin constant pour améliorer les procédés de déminéralisation des solutions sucrées, notamment des jus sucrés, ayant une teneur en matière sèche supérieure ou égale à 150 g/l, sans modifier leur teneur en sucre de manière significative, en termes de temps de traitement, de consommation d'énergie et de rejets d'effluents, tout en diminuant les pertes en jus sucrés à valoriser. L'optimisation de rejets d'effluents de régénération dans les égouts est d'autant plus pressante qu'il existe des normes de plus en plus contraignantes à ce sujet et donc une demande pour limiter au maximum le volume des effluents de régénération à traiter.
    • Objet et résumé de l'invention
  • La présente invention cherche à proposer un procédé de déminéralisation d'une solution sucrée améliorée, qui soit adaptable à des solutions sucrées fortement salines comme faiblement salines, ayant éventuellement une viscosité élevée, tout en valorisant la solution sucrée et en limitant les rejets dans les égouts, et ce sans modifier de manière significative la teneur en sucre de la solution sucrée déminéralisée.
  • La présente invention cherche également à proposer un procédé de déminéralisation amélioré en termes de taux d'abattement (ou de déminéralisation), de taux de récupération en solution sucrée et de productivité (temps de déminéralisation et consommation d'énergie).
  • La présente invention pallie tout ou partie des problèmes précités en ce qu'elle a pour objet un procédé de déminéralisation d'une solution sucrée A ayant une conductivité initiale déterminée a (mSiemens/cm) mettant en œuvre une solution sucrée D de conductivité d (mSiemens/cm) comprenant les étapes suivantes :
    1. i) optionnellement une étape d'électrodialyse de la solution sucrée A et/ou D au moyen d'un électrodialyseur en sorte d'obtenir une solution sucrée B de conductivité b inférieure à la conductivité a et/ou d ;
    2. ii) au moins une première étape de déionisation capacitive de la solution sucrée A ou B au moyen d'un dispositif de déionisation capacitif en sorte d'obtenir une solution sucrée C ayant une conductivité c, inférieure à la conductivité b et/ou a.
    et en ce que la solution sucrée D est issue de la décharge en ions du dispositif de déionisation capacitif à l'étape ii), ladite solution sucrée D issue de la décharge étant caractérisée en ce qu'elle est obtenue à l'issue du cylce de régénération des électrodes en sortie dudit dispositif de déionisation capacitif à l'étape ii) ; et en ce que ladite solution sucrée D subit une étape de déionisation capacitive, notamment à l'étape ii), et/ou une étape d'électrodialyse, notamment à l'étape i).
  • En particulier, la solution sucrée D a une conductivité d supérieure ou égale à la conductivité c.
  • L'électrodialyse (ED) est un procédé de nature électrochimique. Un électrodialyseur comprend plusieurs compartiments, chaque compartiment étant alimenté en solution sucrée A et/ou en solution sucrée D et/ou en solution sucrée F (définie ci-après) selon l'invention. Un éléctrodialyseur comprend plusieurs orifices d'admission et de sortie en solution(s) sucrée(s) à déminéraliser, en électrolyte(s) et en saumure(s). Le nombre desdits orifices est fonction du nombre de compartiments. Chaque compartiment est séparé du ou des compartiments adjacents par une ou des membrane(s) échangeuse(s) d'ions. De préférence, ces membranes sont disposées en sorte d'alterner des membranes anioniques et cationiques. Sous l'action d'un champ électrique, les membranes anioniques ne se laissent franchir que par des anions, et les membranes cationiques ne se laissent franchir que par des cations. Les cations migrent dans le sens du courant électrique tandis que les anions migrent dans le sens inverse du courant électrique.
  • Ce phénomène permet de disposer alternativement dans l'électrodialyseur, des compartiments de dilution, i.e des compartiments dans lesquels la concentration en sels diminue, avec des compartiments de concentration, i.e des compartiments dans lesquels la concentration en sels augmente.
  • Au sens de la présente invention, on comprend par espèces salines ou espèces chargées ou ions ou co-ions, toute espèce conductrice minérale ou organique, et notamment les espèces suivantes : le chlorure, le sulfate, le carbonate, le phosphate, le brome, le silicate, l'iode, le sodium, le magnésium, le calcium, le potassium, le nitrate, l'arsenic, le lithium, le bore, le strontium, le molybdène, le manganèse, l'aluminium, le cadmium, le chrome, le cobalt, le cuivre, le fer, le nickel, le sélénium, l'argent et le zinc, plus particulièrement le calcium, le sodium, le magnésium et le potassium.
  • De préférence, la ou les étapes de déionisation capacitive selon l'invention, par exemple les étapes ii) et/ou iii) (définie ci-après), considérées indépendamment les unes des autres, est/sont effectuée(s) au moyen d'un dispositif de déionisation capacitif membranaire (MCDI).
  • Un dispositif de déionisation capacitif convenant à la mise en œuvre de la présente invention est décrit dans US 20011/0240474 A1 . Ce dispositif peut comprendre une barrière de charge ou membrane se transformant alors en dispositif de déionisation capacitif membranaire (MCDI).
  • Dans un dispositif de déionisation capacitif (CDI) classique (i.e sans membrane échangeuse d'ions), les espèces salines conductrices sont ôtées du produit à traiter en créant un champ électrique entre deux électrodes en carbone poreuses séparées d'un espace déterminé. Ainsi, les anions et les cations dans le produit à traiter circulant à travers ledit espace sont attirés et électro-adsorbés sur l'anode et la cathode respectivement, ce qui correspond au cycle de production ou de charge ou encore à l'étape de purification. Le produit traité déminéralisé ou dessalé est évacué du CDI. Lorsque les électrodes sont saturées, elles sont régénérées en les court-circuitant en sorte que les ions adsorbés soient libérés et collectés dans ledit espace. Les ions ainsi collectés sont dans l'état de la technique évacués du dispositif dans un effluent de décharge rejeté dans les égouts.
  • Un dispositif de déionisation capacitif membranaire (MCDI) comprend une membrane échangeuse d'ions (anionique ou cationique) ou une enduction qui est disposée devant chacune des électrodes pour prévenir l'expulsion des ions électro-adsorbés. Avantageusement, il est possible d'inverser les polarités des électrodes lors du recyclage de ces dernières (correspondant à la décharge selon l'invention) en plus de court-circuiter ces dernières, ce qui améliore la régénération des électrodes et donc leur capacité d'adsorption des espèces salines conductrices.
  • Avantageusement, un dispositif MCDI consomme moins d'énergie qu'un dispositif CDI et génère un plus faible volume de produit issu de la décharge.
  • En outre, un dispositif MCDI comparativement à un dispositif CDI ne présente pas de phénomène de répulsion des co-ions. En effet, la membrane échangeuse d'ions permet de garder les co-ions à proximité de l'électrode, ce qui permet de conserver davantage d'espèces chargées positivement ou négativement et ainsi de déminéraliser plus efficacement. De plus, étant donné que moins de co-ions sont désorbés, davantage de contre-ions sont adsorbés afin de conserver l'électroneutralité ce qui améliore encore le taux de déminéralisation.
  • Un dispositif MCDI présente donc un rendement faradique meilleur que celui d'un dispositif CDI, car à quantité d'énergie fournie égale, davantage d'espèces ionisées sont adsorbées.
  • Les solutions sucrées A et B, et toutes les solutions sucrées citées dans le présent texte et mises en œuvre dans le procédé selon l'invention, ont, indépendamment les unes des autres, une teneur en matière sèche supérieure ou égale à 50 g/l, de préférence supérieure ou égale à 150 g/l, encore de préférence supérieure ou égale à 250 g/l, encore de préférence supérieure ou égale à 350 g/l, particulièrement supérieure ou égale à 450 g/l, plus particulièrement supérieure ou égale à 550 g/l, encore plus particulièrement inférieure ou égale à 700 g/l. Le fait de pouvoir travailler les solutions sucrées à des températures élevées permet de diminuer la viscosité des solutions sucrées, de faciliter leur traitement et de pouvoir traiter des solutions sucrées ayant des teneurs en matière sèche élevées.
  • La teneur en matière sèche d'une solution sucrée (g/l) peut être déterminée avec la norme ISO 1743 :1982, révisée en 2013, et intitulée « Sirops de glucose- Détermination de la matière sèche-Méthode réfractométrique ». La teneur en matière sèche peut être également évaluée à l'aide de la norme « Standard Methods » datant de 2011.
  • Au sens de la présente invention, on comprend par solution sucrée issue de la décharge, toute solution sucrée obtenue à l'issue du cycle de régénération des électrodes en sortie d'un dispositif CDI ou MCDI (comprenant la décharge à proprement parler des électrodes et la purge des espèces désorbées).
  • La solution sucrée issue de la décharge subit une étape de déionisation capacitive et/ou une étape d'électrodialyse, ladite étape d'électrodialyse étant effectuée avant l'étape de déionisation capacitive. Ladite étape de déionisation capacitive et ladite étape d'électrodialyse peuvent correspondre respectivement aux étapes ii) et i) ou être effectuées à un stade différent lors d'un autre procédé de déminéralisation selon l'invention mis en œuvre en amont des étapes i) et/ou ii).
  • De préférence, cette solution sucrée D est mélangée à la solution sucrée A et/ou à la solution sucrée B. La solution sucrée D pourrait cependant être alimentée directement à l'électrodialyseur, notamment à l'étape (i), et/ou au dispositif CDI/MCDI, notamment à l'étape (ii).
  • Cette disposition évite de rejeter dans les égouts les solutions sucrées issues de la décharge et améliore ainsi le rendement en sucre. Les inventeurs ont constaté qu'il était possible d'utiliser ces solutions sucrées issues de la décharge pour alimenter en entrée un dispositif CDI/MCDI ou un électrodialyseur ou encore de le fractionner pour alimenter le dispositif CDI/MCDI et l'électrodialyseur.
  • Selon un mode de réalisation, la solution sucrée issue de la décharge subit avant sa déminéralisation à l'aide d'une étape de déionisation capacitive et/ou une étape d'électrodialyse préalable, une étape de séparation par chromatographie en phase liquide et/ou une étape de concentration. A l'issue de l'étape de chromatographique, au moins une solution sucrée est produite, voire deux solutions sucrées sont produites, au moins l'une desdites solutions, éventuellement les deux, subissent les étapes de déionisation capacitive et/ou d'électrodialyse.
  • Néanmoins, ce recyclage de la solution sucrée issue de la décharge, et en particulier sa circulation lors des étapes (ii) et/ou (i), et éventuellement aussi lors de l'étape (iii) décrite ci-après, ajoute des sels dans le cycle de production, selon la conductivité de la solution sucrée A ou B, ce qui conduit à des solutions sucrées issues de la décharge tellement concentrées en ions que leur mélange à la solution sucrée A ou B engendre une solution sucrée ayant une concentration en ions supérieure à la concentration en ions de la solution sucrée A ou B de sorte qu'il est alors nécessaire de jeter la solution sucrée D extrêmement concentrée.
  • Avantageusement, l'utilisation d'une étape d'électrodialyse (ED) en amont permet d'éviter une surconcentration en ions dans la solution sucrée issue de la décharge et donc d'améliorer le taux de récupération en sucre puisqu'aucune solution sucrée n'est perdue à l'issue de l'étape d'ED, notamment à l'étape d'ED (i), ou encore de CDI/MCDI, notamment à l'étape (ii) et/ou (iii) (définie ci-après), et de limiter, voire supprimer s'agissant des étapes (ii) et (iii), les rejets d'effluents de régénération dans les égouts.
  • Dans le cadre du présent texte, les conductivités a, b, c, d, e et f sont supérieures à 0 µSiemens/cm, de préférence la ou les conductivités a et/ou b et/ou c et/ou d et/ou e et/ou f est/sont supérieure(s) ou égale(s) à 100 µsiemens/cm, encore de préférence supérieure(s) ou égale(s) à 200 µSiemens/cm, en particulier supérieure(s) ou égale(s) à 300 µSiemens/cm, plus particulièrement supérieure(s) ou égale(s) à 500 µSiemens/cm, notamment supérieure(s) ou égale(s) à 700 µSiemens/cm.
  • La conductivité d'une solution sucrée selon l'invention peut être mesurée à l'aide de la norme ISO 7888 :1985, révisée en 2012, et intitulée «Qualité de l'eau - Détermination électrique ».
  • On entend par « solution sucrée » selon l'invention, les jus sucrés issus de l'extraction de plantes sucrières telles que la betterave à sucre, la canne à sucre, le sorgho ; les jus sucrés issus de l'hydrolyse de polymères végétaux tels que l'amidon, la cellulose et les hémicelluloses ; l'inuline ; les jus de diffusion de l'inuline ; les solutions de lactosérum issues de l'industrie laitière tel que le lactosérum liquide ; les eaux mères de cristallisation comprenant du sucrose, par exemple issu de la mélasse, et/ou du lactose ; les solutions sucrées issues de la refonte de sucre brut, tel que le sucre roux ; ou leurs mélanges.
  • La solution sucrée selon l'invention comprend une matière sèche dispersée dans une solution aqueuse.
  • La solution sucrée peut être obtenue par dilution d'un sirop sucré ou d'une poudre sucrée avec de l'eau, de préférence de l'eau déminéralisée afin d'ajuster sa matière sèche. La teneur en matière sèche, et donc la viscosité, peut également être augmentée par évaporation.
  • De préférence, de manière générale dans le cadre de l'invention, la ou les conductivité(s) a (solution sucrée A) et/ou d (solution sucrée D) est/sont inférieure(s) ou égale(s) à 50 mSiemens/cm.
  • Selon un mode de réalisation, l'électrodialyse à l'étape (i) est combinée avec au moins une étape (ii) de CDI ou MCDI pour traiter une solution sucrée concentrée en ions A ayant une conductivité a supérieure ou égale 700 µSiemens/cm, de préférence supérieure ou égale à 3 mSiemens/cm, encore de préférence supérieure ou égale à 10 mSiemens/cm, particulièrement supérieure ou égale 15 mSiemens/cm, encore plus particulièrement supérieure ou égale à 20 mSiemens/cm, notamment supérieure ou égale à 45 mSiemens/cm.
  • Selon un autre mode de réalisation, lorsque la solution sucrée A ou la solution sucrée D a une conductivité a ou d inférieure ou égale à 3 mSiemens/cm, en particulier inférieure ou égale à 1000 µSiemens/cm, notamment inférieure ou égale à 700 µsiemens/cm, plus particulièrement inférieure ou égale à 500 µsiemens/cm, le procédé selon l'invention ne comprend pas d'étape d'électrodialyse i).
  • En sortie de l'étape i) d'électrodialyse, la solution sucrée B est moins minéralisée que la solution sucrée A de sorte qu'elle peut être plus facilement traitée à l'étape ii) de déionisation capacitive.
  • Dans une variante, la solution sucrée C est mélangée en tout ou partie à la solution sucrée A.
  • Avantageusement, la conductivité a de la solution sucrée A est abaissée par celle de la solution sucrée C déminéralisée, ce qui permet d'éviter ou de retarder la surconcentration en espèces chargées lors de l'étape ii), en particulier lorsque le procédé selon l'invention ne comprend pas d'étape d'ED (i).
  • Dans une variante, le procédé de déminéralisation comprend une seconde étape de déionisation capacitive iii) effectuée après ladite première étape ii) appliquée à la solution sucrée C au moyen d'un dispositif de déionisation capacitif en sorte d'obtenir une solution sucrée E ayant une conductivité e, inférieure à la conductivité b et/ou a et/ou c.
  • Les inventeurs ont déterminé que cette disposition permettait d'atteindre un rendement nettement amélioré en termes de taux de déminéralisation et de taux de récupération.
  • Dans une variante, la solution sucrée F chargée en ions issus de la décharge du dispositif de déionisation capacitif à l'étape iii) subit une étape de déionisation capacitive, notamment à l'étape ii) et/ à l'étape iii), et/ou une étape d'électrodialyse, notamment à l'étape i).
  • De préférence, la solution sucrée F a une conductivité f supérieure ou égale à la conductivité c.
  • Dans une variante, l'énergie récupérée à l'issue de l'étape consistant à court-circuiter le dispositif de déionisation capacitif à l'étape ii) et/ou à l'étape (iii) lors de la décharge est transférée pour alimenter un autre dispositif de déionisation capacitif à l'étape ii) et/ou à l'étape iii).
  • Il a été observé que de l'énergie est produite lors de l'étape consistant à court-circuiter les électrodes d'un dispositif de déionisation capacitif. Or cette énergie peut être récupérée pour être transférée vers un dispositif de déionisation capacitif travaillant en cycle de purification.
  • Dans une variante, ladite au moins une première étape de déionisation capacitive ii), et éventuellement ladite étape d'électrodialyse i) et/ou ladite seconde étape de déionisation capacitive iii), est/sont effectuée(s) à une température supérieure ou égale à 35°C, de préférence supérieure ou égale à 45°C, plus particulièrement supérieure ou égale à 55°C, encore de préférence à une température inférieure ou égale à 80°C, notamment inférieure ou égale à 65°C.
  • En particulier, la solution sucrée A, et/ou la solution sucrée B et/ou la solution sucrée C et/ou la solution sucrée D et/ou la solution sucrée E et/ou la solution sucrée F a/ont une température supérieure ou égale à 35°C, de préférence supérieure ou égale à 45°C, plus particulièrement supérieure ou égale à 55°C, encore de préférence inférieure ou égale à 80°C, notamment inférieure ou égale à 65°C.
  • Avantageusement, les solutions sucrées chauffées ont ainsi une viscosité diminuée et une conductivité augmentée, ce qui permet de traiter des solutions sucrées avec une teneur en matière sèche élevée. De plus, la productivité du procédé selon l'invention est améliorée en termes de rendement de la déminéralisation et de cycles de production plus courts.
  • En outre, s'agissant de solutions sucrées alimentaires, notamment destinées à la fabrication de sucre, tel que le saccharose ou le fructose par exemple, il est imposé de chauffer ces solutions sucrées par mesures d'hygiène pour éviter toute prolifération bactérienne. Cette contrainte dans le traitement des solutions sucrées alimentaires impose également des contraintes dans la sélection des techniques de déminéralisation possibles.
  • Dans une variante, la première étape de déionisation capacitive ii) et/ou la seconde étape de déionisation capacitive iii) est/sont effectuée(s) sur deux dispositifs de déionisation capacitifs montés en parallèle en sorte qu'un dispositif de déionisation travaille en cycle de purification pendant que l'autre dispositif est en décharge.
  • Avantageusement, lors de la décharge, lorsqu'un premier dispositif de déionisation capacitif est court-circuité pour initier l'autodécharge, l'énergie récupérée et issue des courants de décharge, est transférée en tout ou partie vers le second dispositif de déionisation capacitif monté en parallèle travaillant en cycle de purification.
  • Dans une variante, la conductivité initiale a est inférieure ou égale à 3 mSiemens/cm, en particulier inférieure ou égale à 1 mSiemens/cm.
  • Dans une variante, la solution sucrée A est choisie parmi : un hydrolysat d'amidon, un hydrolysat d'inuline, un hydrolysat de cellulose ou d'hémicellulose, une solution de saccharose, un jus de diffusion d'inuline, les eaux mères de cristallisation comprenant du sucrose et/ou du lactose ; une solution sucrée issue de la refonte de sucre brut ; et une solution de lactosérum liquide ; ou leurs mélanges.
  • De préférence, il s'agit d'un hydrolysat d'amidon alimentaire qui n'est donc pas destiné à une fermentation bactérienne ultérieure afin de produire des biocarburants ou divers produits chimiques biosourcés.
  • De préférence, l'hydrolysat d'amidon et/ou l'hydrolysat de cellulose et/ou l'hydrolysat d'hémicellulose, et/ou l'hydrolysat d'inuline, notamment alimentaire, est/sont choisis parmi les jus ou sirops de maltose, les jus ou sirops de glucose, les jus ou sirops de dextrose, les jus ou sirops de fructose et les jus ou sirops de mannose, ou leurs mélanges, encore de préférence parmi les jus ou sirops de maltose, les jus ou sirops de glucose et les jus ou sirops de dextrose ou leurs mélanges.
  • On entend par sirop au sens de la présente invention, un jus ayant subi au moins une étape de concentration en vue d'augmenter sa teneur en matière sèche.
  • On entend par étape de concentration au sens de la présente invention, toute étape permettant d'augmenter la teneur en matière sèche de la solution, du jus ou du sirop, notamment au moyen d'une étape d'évaporation ou par une technique de concentration membranaire, telle que la nanofiltration.
  • De préférence, l'hydrolysat d'amidon est issu de l'hydrolyse de polymères végétaux choisi parmi : le maïs, le blé, le pois, la pomme de terre et l'orge, ou leurs mélanges, de préférence le maïs, le blé et l'orge, ou leurs mélanges.
  • De préférence, la solution de saccharose est choisie parmi les jus ou sirops de sucrose en sortie des étapes d'évaporation, les mélasses, les sirops de glucose et de fructose et les jus de fructo-oligosaccharides obtenus à partir du sucrose, ou leurs mélanges.
  • De préférence, la solution de saccharose est extraite de plantes sucrières choisies parmi : la betterave sucrière, la canne à sucre et le sorgho, ou leurs mélanges.
  • De préférence, l'hydrolysat d'inuline est choisi parmi les jus de fructo-oligosaccharides obtenus par hydrolyse d'inuline et les sucres liquides, tel que le sirop de fructose, ou leurs mélanges.
  • De préférence, l'hydrolysat d'inuline est issu de l'hydrolyse de polymères végétaux choisis parmi la chicorée, l'agave, l'artichaut, le topinambour, et le yacon, ou leurs mélanges.
  • La solution de lactosérum est d'origine animale, de préférence le lactose est choisi parmi le lactose contenu dans le lactosérum, le lactose provenant des eaux mères de cristallisation produites dans les lactoséries, le lactose contenu dans les perméats d'ultrafiltration de lactosérum obtenus dans les procédés de production de concentrés protéiques en lactosérum, ou leurs mélanges.
  • En particulier, lesdits sirops ou lactose sont utilisés pour leur pouvoir sucrant, et notamment les sauces, tel que le ketchup, les sodas et boissons sucrées ou encore la pâtisserie.
  • La présente divulgation a aussi pour objet, un procédé de fabrication d'un sirop sucré comprenant les étapes suivantes :
    1. a. une étape de préparation d'un lait d'amidon ou d'une solution de cellulose ou d'une solution d'hémicellulose ou leurs mélanges,
    2. b. une étape de liquéfaction dudit lait d'amidon ou de la solution de cellulose ou de la solution d'hémicellulose ou leurs mélanges,
    3. c. une étape de saccharification pour la formation d'un hydrolysat d'amidon, d'un hydrolysat de cellulose ou d'hémicellulose ou leurs mélanges, et
    4. d. optionnellement une étape d'isomérisation ou d'épimérisation ou d'hydrogénation du ou desdits hydrolysat(s).
  • Avantageusement, ledit procédé comprend au moins un procédé de déminéralisation selon l'une quelconque des variantes de réalisation décrites ci-dessus, appliqué après l'étape c) dans lequel la solution sucrée A est choisie parmi ledit ou lesdits hydrolysat(s) et/ou appliqué après l'étape d) dans lequel la solution sucrée A est choisie parmi ledit ou lesdits hydrolysat(s) isomérisé(s) ou épimérisé(s) ou hydrogéné(s).
  • Les définitions des hydrolysats sont données ci-dessous.
  • Les polymères végétaux et les plantes sucrières sont choisis seuls ou en combinaison parmi la ou les liste(s) des différents polymères végétaux et plantes sucrières définies ci-dessus selon un premier aspect.
  • Dans une variante, ledit ou lesdits hydrolysat(s) isomérisé(s) ou épimérisé(s) ou hydrogéné(s) est/sont choisi(s) parmi : des jus ou des sirops de dextrose, des jus ou des sirops de glucose, des jus ou des sirops de maltose, des jus ou des sirops de fructose et des jus ou des sirops de mannose, ou leurs mélanges.
  • De préférence, l'étape a) comprend le broyage du polymère végétal source d'amidon ou de cellulose ou d'hémicellulose avec de l'eau puis éventuellement la centrifugation de la solution obtenue pour former un lait d'amidon ou une solution de cellulose ou d'hémicellulose. Le lait d'amidon ou la solution de cellulose ou d'hémicellulose peut être natif ou éventuellement comprendre des protéines (non natif).
  • De préférence, l'étape b) comprend une première hydrolyse, notamment comprend une réaction enzymatique pour casser les chaines d'amidons en dextrines.
  • De préférence, l'étape c) comprend une seconde hydrolyse, notamment afin que l'amidon libère son glucose, en particulier comprenant une hydrolyse enzymatique ou acide afin de convertir les dextrines en saccharides (mono, di, tri ou oligo saccharide(s)).
  • Dans une variante, ledit procédé comprend une étape de clarification ayant lieu après l'étape c) de saccharification. L'étape de clarification est en particulier une étape de microfiltration et a pour but d'enlever des corps solides en suspension dans les solutions sucrées.
  • Dans une variante, ledit procédé comprend une étape de décoloration ayant lieu après l'étape de saccharification c), et de préférence après l'étape de clarification, mais avant la mise en œuvre du procédé de déminéralisation selon l'invention. La décoloration est de préférence effectuée sur une résine échangeuses d'ions.
  • Selon un mode de réalisation, ledit procédé de fabrication comprend une étape de concentration après la mise en œuvre du procédé de déminéralisation selon l'invention effectué après l'étape c) pour l'obtention d'un sirop de dextrose, de maltose ou de glucose très concentré dans ledit sucre, en particulier comprenant plus de 50% en poids de glucose, de dextrose ou de maltose par rapport au poids total du sirop ; par exemple pour la production de sirop de dextrose (DE96) à plus de 96% en poids de dextrose par rapport au poids total du sirop.
  • De préférence, l'étape d) est effectuée sur un ou des hydrolysat(s) déminéralisé(s) et décoloré(s).
  • L'étape d'isomérisation enzymatique permet de transformer le dextrose ou le glucose en fructose.
  • L'étape d'épimérisation permet de transformer le dextrose ou le glucose en mannose.
  • Dans une variante, ledit procédé de fabrication comprend une étape de concentration après la mise en œuvre du procédé de déminéralisation selon l'invention effectuée après l'étape d), puis une étape de séparation par chromatographie en phase liquide, suivie d'une nouvelle étape de concentration pour l'obtention de sirop de glucose et de sirop de fructose concentrés.
  • Selon un mode de réalisation, ledit procédé de fabrication comprend encore un procédé de déminéralisation selon l'invention effectué après l'étape de séparation par chromatographique et avant l'étape de concentration.
  • La présente divulgation a aussi pour objet, un procédé de fabrication d'un sirop sucré comprenant les étapes suivantes :
    1. a. une étape de préparation d'un jus de diffusion d'inuline, et
    2. b. optionnellement une étape d'hydrolyse du jus de diffusion d'inuline.
  • Avantageusement, ledit procédé de fabrication comprend au moins un procédé de déminéralisation selon l'une quelconque des variantes de réalisation décrites ci-dessus en référence au premier aspect dans lequel la solution sucrée A est le jus de diffusion d'inuline.
  • Les définitions concernant l'inuline sont décrites ci-dessous.
  • Dans une variante, ledit procédé comprend une étape de clarification et une étape de décoloration appliquées au jus de diffusion d'inuline avant la mise en œuvre d'une étape de déminéralisation à l'aide du procédé de déminéralisation selon l'invention.
  • Dans une variante, le jus de diffusion d'inuline déminéralisée subit une étape d'hydrolyse puis à nouveau une étape de déminéralisation à l'aide du procédé selon l'invention pour la formation d'un hydrolysat d'inuline déminéralisé.
  • De préférence, l'hydrolysat d'inuline déminéralisé subit une étape de concentration, notamment par évaporation, pour la formation de sucre liquide (ou sirop liquide sucré) comprenant du fructose.
  • Dans une autre variante, le jus de diffusion d'inuline subit dans cet ordre une étape de clarification, une étape de décalcification, une étape de concentration, notamment par évaporation, une étape de séparation par chromatographie en phase liquide et enfin une étape de déminéralisation à l'aide du procédé selon l'invention pour la production d'un sirop d'inuline.
  • Selon un mode de réalisation, la ou les solution(s) sucrée(s) D et/ou F issue(s) de la décharge subit(ssent) ladite étape de séparation par chromatographique avant d'être recyclée(s) dans le procédé de déminéralisation selon l'invention.
  • La présente divulgation a aussi pour objet un procédé de fabrication d'un sirop sucré comprenant une étape de refonte de sucre brut pour la formation d'une solution de saccharose. Avantageusement, ledit procédé comprend au moins un procédé de déminéralisation selon l'une quelconque des variantes de réalisation décrites ci-dessus en référence au premier aspect dans lequel la solution sucrée A est ladite solution de saccharose.
  • Dans une variante, ledit procédé comprend une étape de clarification et une étape de décoloration ayant lieu avant la mise en œuvre de la première étape de déminéralisation selon l'invention.
  • Ledit procédé comprend de préférence au moins une étape de concentration pour la formation de sucre liquide.
  • Dans une autre variante, ledit procédé de fabrication comprend une étape d'hydrolyse effectuée après la première étape de déminéralisation définie ci-dessus puis une seconde étape de déminéralisation à l'aide du procédé de déminéralisation selon l'invention.
  • De préférence, le procédé de fabrication comprend après la seconde étape de déminéralisation une étape de concentration, une étape de séparation par chromatographie en phase liquide, et enfin une troisième étape de déminéralisation à l'aide du procédé de déminéralisation selon l'invention pour la fabrication de sirop de glucose et de sirop de fructose séparés.
  • Selon un mode de réalisation, la ou les solution(s) sucrée(s) D et/ou F issue(s) de la décharge lors de la troisième étape de déminéralisation est/sont recyclé(s) en tout ou partie à la première étape de déminéralisation, notamment en mélange avec la solution sucrée A.
  • La présente divulgation a aussi pour objet, un procédé de fabrication d'une poudre de lactosérum déminéralisée comprenant avantageusement un procédé de déminéralisation selon l'une quelconque des variantes de réalisation décrites ci-dessus en référence au premier aspect dans lequel la solution sucrée A est du lactosérum liquide.
  • De préférence, le lactosérum liquide comprend une étape de clarification pour ôter les particules solides.
  • De préférence, le lactosérum liquide comprend une proportion en lactosérum supérieure ou égale à 10%, encore de préférence supérieure ou égale à 15%, par rapport au poids total dudit lactosérum liquide. Le lactosérum liquide a ainsi subit une étape de pré-concentration, par exemple par nanofiltration, afin d'augmenter sa teneur en lactosérum, qui est naturellement de l'ordre de 6% en poids par rapport au poids total de lactosérum liquide brut.
  • Après l'étape de déminéralisation effectuée à l'aide du procédé de déminéralisation selon l'invention, le procédé de fabrication comprend éventuellement une étape de pasteurisation, une étape de séchage par pulvérisation puis une étape d'atomisation pour la formation d'une poudre de lactosérum.
  • Ledit procédé comprend, éventuellement avant l'étape de séchage par pulvérisation, une étape de pasteurisation du lactosérum au moins en partie déminéralisé, notamment à une température supérieure ou égale à 70°C, plus particulièrement à une température supérieure ou égale à 80°C, notamment supérieure ou égale à 95°C.
  • La présente divulgation a aussi pour objet un procédé de fabrication de lactose, notamment un sirop de lactose, comprenant avantageusement un procédé de déminéralisation selon l'une quelconque des variantes de réalisation décrites ci-dessus en référence au premier aspect dans lequel la solution sucrée A est un perméat d'ultrafiltration de lactosérum liquide.
  • Dans une variante, le procédé comprend après l'étape de déminéralisation effectuée à l'aide du procédé de déminéralisation selon l'invention une étape de décoloration et une étape de concentration pour l'obtention de lactose.
  • De préférence, le procédé selon l'invention permet de fabriquer du lactose déminéralisé à au moins 80%, de préférence à au moins 85%, plus particulièrement à au moins 90%.
  • Ce lactose au moins en partie déminéralisé est utilisé dans la fabrication de produits alimentaires, tels que les biscuits ou les glaces.
  • La présente divulgation a aussi pour objet un procédé de fabrication de lactose et/ou de saccharose, notamment sous forme de sirop(s), comprenant un procédé de déminéralisation selon l'une quelconque des variantes de réalisation décrites ci-dessus en référence au premier aspect dans lequel la solution sucrée A est choisie dans les eaux mères de cristallisation.
  • Selon un mode de réalisation, ledit procédé de fabrication comprend après la première déminéralisation, une étape de concentration, notamment par évaporation, afin d'obtenir un sirop de lactose et de saccharose.
  • Selon un autre mode de réalisation, ledit procédé comprend une étape de séparation par chromatographie en phase liquide en vue de séparer le lactose du saccharose effectuée après la première déminéralisation menée à l'aide du procédé de déminéralisation selon l'invention, puis de nouveau une seconde déminéralisation effectuée à l'aide du procédé de déminéralisation selon l'invention.
  • De préférence, le procédé de fabrication comprend une étape de concentration, notamment par évaporation, effectuée après la seconde déminéralisation pour l'obtention de sirops de fructose et de saccharose séparés.
  • Avantageusement, la ou les solution(s) sucrée(s) D et/ou F issue(s) de la décharge lors de la seconde déminéralisation est/sont recyclé(s) en tout ou partie à la première déminéralisation, notamment en mélange avec la solution sucrée A.
  • Les caractéristiques techniques et définitions indiquées selon un premier, second, troisième, quatrième, cinquième et sixième aspects peuvent être combinées entre-elles, et ce considérées indépendamment les unes des autres.
  • De préférence, dans le cadre de la présente divulgation, l'étape de séparation par chromatographie est effectuée selon la technique ISMB (Improved Simulating Moving Bed), en particulier par exclusion d'ions. Cette étape de chromatographie peut être utilisée pour séparer deux types de sucres, par exemple le glucose et le fructose, ou encore en dessalement afin d'ôter des espèces chargées organiques et/ou inorganiques d'une solution sucrée.
    • Description détaillée des figures
    • La figure 1 représente un schéma explicatif du fonctionnement d'un dispositif MCDI comprenant une cellule de déionisation capacitive membranaire ;
    • La figure 2 représente de manière schématique un premier exemple de procédé de déminéralisation d'une solution sucrée selon l'invention ;
    • La figure 3 représente de manière schématique un second exemple de procédé de déminéralisation d'une solution sucrée selon l'invention ;
    • La figure 4 représente de manière schématique un troisième exemple de procédé de déminéralisation d'une solution sucrée selon l'invention ;
    • La figure 5 représente de manière schématique un procédé de fabrication d'un sirop de glucose et d'un sirop de fructose comprenant au moins une étape de déminéralisation à l'aide d'un procédé de déminéralisation selon l'invention ;
    • La figure 6 représente de manière schématique un procédé de fabrication d'inuline ou de sucre liquide comprenant au moins une étape de déminéralisation à l'aide d'un procédé de déminéralisation selon l'invention ;
    • La figure 7 représente de manière schématique un procédé de fabrication de sucre liquide ou de sirop de fructose et de sirop de glucose comprenant au moins une étape de déminéralisation à l'aide d'un procédé de déminéralisation selon l'invention ;
    • La figure 8 représente de manière schématique un procédé de fabrication de poudre de lactoserum comprenant au moins une étape de déminéralisation à l'aide d'un procédé de déminéralisation selon l'invention ;
    • La figure 9 représente de manière schématique un procédé de fabrication de lactose comprenant au moins une étape de déminéralisation à l'aide d'un procédé de déminéralisation selon l'invention ;
    • La figure 10 représente de manière schématique un procédé de fabrication de sirop de lactose et de sirop de sucrose ou d'un sirop comprenant du lactose et du sucrose mélangés, ledit procédé comprenant au moins une étape de déminéralisation à l'aide d'un procédé de déminéralisation selon l'invention.
    Description d'exemples de réalisation
  • La présente invention sera mieux comprise à la lecture des exemples de réalisation selon l'invention cités ci-après à titre non limitatif.
  • Le schéma selon la figure 1 représente de façon simplifiée le fonctionnement d'un dispositif de déionisation capacitif membranaire (MCDI) 1. Ce dispositif 1 comprend dans cet exemple précis une cellule MCDI 2 comprenant dix-huit cellules, des électrodes en carbone dont la surface totale est de 0,7 m2, et utilise des membranes échangeuses d'ions disposées devant lesdites électrodes. Ce dispositif 1 comprend également une pompe 3 et deux valves électromagnétiques 4,5, un capteur de pression, une sonde de conductivité, un conductimètre et un programme d'interface HMI de gestion des cycles de purification (ou production) et de décharge (régénération des électrodes) disposés en partie dans le boitier de commande 6. Lors des cycles de purification, un champ électrique est appliqué à ladite cellule 2, les ions ainsi contenus dans le produit à traiter, pompé à l'aide de la pompe 3 dans le réservoir 7 et alimenté à ladite cellule MCDI 2, sont adsorbés sur les électrodes selon leur polarité jusqu'à ce que le capaciteur soit complètement chargé. Grâce à la sonde de conductivité, on observe alors la conductivité de sortie remonter comparativement à la conductivité du produit à traiter. Si la conductivité du produit en sortie de la cellule MCDI 2, est inférieure ou égale au point de conductivité basse SP1 qui a été prédéterminé, la vanne 5 dirige le flux du produit traité en sortie de la cellule MCDI 2 vers le réservoir des produits traités à valoriser 8. Si la conductivité du produit en sortie de la cellule MCDI 2 est supérieure à la valeur SP1, la vanne 5 bascule le produit traité vers le réservoir de produit à traiter 7 pour qu'il soit ré-alimenté à la cellule MCDI 2. Cette opération consiste en un cycle de production ou de purification au-cours duquel le champ électrique est appliqué aux électrodes.
  • Lors d'un cycle de décharge des électrodes ou de régénération, tout d'abord la cellule 2 est mise en court-circuit pour initier une auto-décharge. Avantageusement, il est possible de récupérer de l'énergie issue des premiers courants de décharge. Ensuite, les polarités sont inversées pour forcer la régénération afin que les ions soient libérés dans le produit à traiter contenu dans la cellule MCDI, il n'y pas de circulation du produit à traiter durant cette phase de libération des ions adsorbés. Puis, les polarités du champ électrique étant toujours inversées, la cellule est rincée ce qui correspond à une phase de purge, avec le produit à traiter, on génère ainsi un produit issu de la décharge très concentré en ions. Ce produit issu de la décharge a une conductivité supérieure ou égale à SP2 qui a été prédéterminée, ce qui permet d'activer la valve 9 et de diriger le flux du produit issu de la décharge vers le réservoir des déchets 10, qui est rejeté dans les égouts.
  • Les paramètres réglables sur le dispositif MCDI 1 sont ainsi notamment le débit du produit à traiter imposer par la pompe 3, réglable selon la puissance de la pompe 3, le voltage, de préférence supérieure à 0 volt et inférieur ou égal à 1,3 volts, les temps de purification, de régénération et de purge (ce deux derniers correspondant aux temps de décharge), les valeurs SP1 et SP2 (mSiemens/cm).
  • Les trois exemples de procédé de déminéralisation selon l'invention décrits ci-après ont été mis en œuvre avec les solutions sucrées suivantes :
    - Jus sucré (I) dont la composition est décrite dans le tableau 1 ci-après : Tableau 1
    Brix (%) 32,3 %
    pH 3,7
    Conductivité (ms/cm) 0,75 +/-15 %
    Cations (en ppm)
    Na 352
    K 129
    Mg 15
    Ca 29
    Sucres (%)
    Glucose 95,02
    Saccharose 3,5
    Autres (en %) inconnu 1,49
    Teneur en matière sèche 300 g/l-350g/l

    - Jus sucré (II) dont la composition est décrite dans le tableau 2 ci-après : Tableau 2
    Brix (%) 37,4 %
    pH 4,1
    Conductivité (ms/cm) 0,22 +/- 15%
    Cations (en ppm)
    Na 109
    K 39
    Mg 21
    Ca 33
    Sucres (%)
    Glucose 95,35
    Saccharose 3,55
    Autres (en %) inconnu 1,11
    Teneur en matière sèche 350 g/l-400g/l
  • Ces jus sucrés ont des compositions proches en sucres mais des concentrations en sels différentes et présentent des conductivités faibles, notamment inférieure à 1 mSiemens/cm. Le taux d'abattement (%) représente la proportion en ions transférés au cours du procédé de déminéralisation.
  • Le premier exemple 20 de procédé de déminéralisation selon l'invention, représenté schématiquement à la figure 2, est appliqué à une solution sucrée A de conductivité a. Ce procédé est effectué à température ambiante, c'est-à-dire à une température supérieure ou égale à 10°C et inférieure ou égale à 35°C, la solution sucrée A n'a donc pas été chauffée. Le procédé comprend une première étape de déionisation capacitive membranaire (ii) de la solution sucrée A au moyen d'un dispositif de déionisation capacitif membranaire 21 en sorte d'obtenir une solution sucrée C ayant une conductivité c, inférieure à la conductivité a. Dans cet exemple 20, la solution sucrée D chargée en ions issus de la décharge du dispositif de déionisation capacitif membranaire à l'étape ii) ayant une conductivité supérieure ou égale à la conductivité c est alimentée audit dispositif de déionisation capacitif membranaire à l'étape ii), elle est donc mélangée avec la solution sucrée A. Dans cet exemple précis, la conductivité a de la solution sucrée A est faible, de sorte qu'il est possible de mélanger la solution sucrée D issue de la décharge avec la solution sucrée A pour de nouveaux cycles de purification. Dans cet exemple précis, la solution sucrée A est le jus sucré I. La conductivité des solutions sucrées (D) issues de la décharge est ainsi de l'ordre de 3 mSiemens/cm ou moins.
  • Néanmoins, au terme de nombreux cycles de régénération et donc de réintroduction du sel issu de la solution sucrée de la décharge dans le circuit du procédé, la solution sucrée D peut atteindre une concentration telle que son mélange avec la solution sucrée A engendre une solution sucrée ayant une conductivité supérieure à la conductivité a, la solution sucrée issue de la décharge est alors jetée dans les égouts.
  • Afin d'éviter cette surconcentration en espèces chargées qui survient en particulier lorsque la conductivité initiale a de la solution sucrée A est supérieure ou égale à 700 µSiemens/cm, il est possible d'effectuer une étape d'électrodialyse (i) à l'aide d'un électrodialyseur 22 sur la solution sucrée D avant qu'elle ne soit alimentée à l'étape de MCDI (ii) et mélangée avec la solution sucrée A.
  • Dans cet exemple, sans étape d'électrodialyse, le taux d'abattement est de 82%, et la conductivité finale c est d'environ 131 µSiemens/cm. 82% de la solution sucrée A a été traitée, seulement 18% de la solution sucrée A a été perdue. La consommation électrique est de l'ordre de 2 à 3 Watts.heure/litre lorsque le MCDI est en charge, c'est-à-dire durant l'étape de purification. La concentration en glucose n'a pas été modifiée.
  • Le second exemple 30 de procédé de déminéralisation selon l'invention, représenté schématiquement à la figure 3, est appliqué au jus sucré I et au jus sucré II séparément, lesquels correspondent sur la figure 3 à la solution sucrée A de conductivité a. Ce procédé est effectué à une température de l'ordre de 50°C, c'est-à-dire que la solution sucrée A, et donc les solutions sucrées C, D, E et F, sont chauffées à une température de l'ordre de 50°C. Le procédé comprend une première étape de déionisation capacitive membranaire (ii) de la solution sucrée A au moyen d'un dispositif de déionisation capacitif membranaire 31 en sorte d'obtenir une solution sucrée C ayant une conductivité c, inférieure à la conductivité a. Le procédé comprend également une seconde étape de déionisation capacitive membranaire (iii) effectuée après ladite première étape (ii) et appliquée à la solution sucrée C au moyen d'un dispositif de déionisation capacitif membranaire 32 en sorte d'obtenir une solution sucrée E ayant une conductivité e, inférieure à la conductivité c. Dans cet exemple, la solution sucrée D chargée en ions issus de la décharge du dispositif de déionisation capacitif membranaire à l'étape (ii) et ayant une conductivité d supérieure ou égale à la conductivité c est alimentée audit dispositif de déionisation capacitif membranaire 31 à l'étape (ii). La solution sucrée F chargée en ions issus de la décharge du dispositif de déionisation capacitif membranaire 32 à l'étape (iii) ayant une conductivité f supérieure ou égale à la conductivité e est alimentée audit dispositif de déionisation capacitif membranaire à l'étape (ii) et/ou audit dispositif de déionisation capacitif membranaire à l'étape (iii). Néanmoins, lorsque la solution sucrée D et/ou la solution sucrée F est/sont tellement concentrée(s) que son/leur mélange avec la solution sucrée A et/ou C engendre une solution sucrée ayant une conductivité supérieure à la conductivité a ou c, la solution sucrée issue de la décharge est jetée dans les égouts.
  • Afin d'éviter cette surconcentration en espèces chargées, il est possible d'effectuer une étape d'électrodialyse (i) à l'aide d'un électrodialyseur 33 sur les solutions sucrées D et F mélangées avant qu'elles ne soient alimentées à l'étape de MCDI (ii) et mélangées avec la solution sucrée A.
  • Dans cet exemple, sans étape d'électrodialyse, le taux d'abattement global est de 97% pour le jus sucré I et de 93,6 % pour le jus sucré II, ce qui est correspond à d'excellentes performances. En particulier, le taux d'abattement est de 77% et de 87% respectivement pour les jus sucrés I et II lors de l'étape (ii) et de 73% et de 78% respectivement pour les jus sucrés I et II lors de l'étape (iii). Avantageusement, la pression a été abaissée comparativement au premier exemple du fait probablement de la température des jus traités. Les conductivités initiales a des jus sucrés I et II sont respectivement de l'ordre de 849 µSiemens/cm et de l'ordre de 237 µSiemens/cm et les conductivités finales e des jus sucrés I et II sont respectivement de l'ordre de 25 µSiemens/cm et de l'ordre de 15 µSiemens/cm. Les temps de purification sont plus courts pour la première étape en MCDI (ii). On peut supposer que la température améliore la mobilité des ions et que la cellule MCDI sature plus rapidement. Par contre, le temps de purification de la seconde étape en MCDI (iii) est plus long compte tenu de la faible conductivité de la solution sucrée (C). La concentration en glucose n'a pas été modifiée pour les jus sucrés I et II.
  • Le troisième exemple 40 de procédé de déminéralisation selon l'invention, représenté schématiquement à la figure 4, est appliqué au jus sucré (I), lequel correspond sur la figure 4 à la solution sucrée A de conductivité a. Ce procédé est effectué à une température de l'ordre de 50°C, c'est-à-dire que la solution sucrée A, et donc les solutions sucrées B, C, D, E et F, sont chauffées à une température de l'ordre de 50°C. Le procédé comprend une étape d'électrodialyse (i) de la solution sucrée A au moyen d'un dispositif d'électrodialyse 41 en sorte d'obtenir une solution sucrée B de conductivité b inférieure à la conductivité a. Ledit procédé comprend ensuite une première étape de déionisation capacitive membranaire (ii) de la solution sucrée B au moyen d'un dispositif de déionisation capacitif membranaire 42 en sorte d'obtenir une solution sucrée C ayant une conductivité c, inférieure à la conductivité b. Le procédé comprend également une seconde étape de déionisation capacitive membranaire (iii) effectuée après ladite première étape (ii) appliquée à la solution sucrée C au moyen d'un dispositif de déionisation capacitif membranaire 43 en sorte d'obtenir une solution sucrée E ayant une conductivité e, inférieure à la conductivité c. Dans cet exemple, la solution sucrée D chargée en ions issus de la décharge du dispositif de déionisation capacitif membranaire 42 à l'étape (ii) et ayant une conductivité d supérieure ou égale à la conductivité c, est alimentée au(x)dit(s) dispositif d'électrodialyse 41 et/ou audit dispositif de déionisation capacitif membranaire 42 à l'étape (ii). La solution sucrée F chargée en ions issus de la décharge du dispositif de déionisation capacitif membranaire 43 à l'étape (iii) ayant une conductivité f supérieure ou égale à la conductivité e est alimentée au(x)dit(s) dispositif d'électrodialyse 41 et/ou audit dispositif de déionisation capacitif membranaire 42 à l'étape (ii) et/ou audit dispositif de déionisation capacitif membranaire 43 à l'étape (iii). De préférence, les solutions sucrées D et F sont mélangées avec la solution sucrée A avant de subir l'étape d'électrodialyse (i).
  • Dans cet exemple, le taux d'abattement final est de 98.67% pour le jus sucré I, ce qui correspond à d'excellentes performances. Avantageusement, la pression a été abaissée comparativement au premier exemple du fait probablement de la température des solutions sucrées traitées. La conductivité initiale est de l'ordre de 750 mSiemens/cm et la conductivité finale e est de l'ordre de 0.010 mSiemens/cm (soit 10 µSiemens/cm). La solution sucrée D issue de la décharge à l'étape de MCDI (ii) a une conductivité dans cet exemple précis d de l'ordre de 0,720 mSiemens/cm, ce qui est très proche de la conductivité a. La solution sucrée D peut ainsi être recyclée et mélangée avec la solution sucrée A pour être alimentée au dispositif d'électrodialyse 40. Parallèlement, la solution sucrée F issue de la décharge à l'étape de MCDI (iii) a une conductivité f de l'ordre de 0,412 mSiemens/cm. Cette solution sucrée F est de préférence recyclée et mélangée avec la solution sucrée A pour être alimentée au dispositif d'électrodialyse 40. Dans cet exemple précis, les solutions sucrées B et C ont respectivement des conductivités de l'ordre de 0,251 mSiemens/cm et 0,050 mSiemens/cm. La concentration en glucose n'a pas été modifiée. Avantageusement, les solutions sucrées D et E ont des conductivités proches de celle de la solution sucrée A initiale ce qui facilite leur recyclage afin d'être ré-alimentées à l'étape i) et/ou ii) et/ou iii), de préférence à l'étape (i) d'électrodialyse. L'électrodialyse évite aux étapes (ii) et/ou (iii) de saturer la solution sucrée à traiter et de générer des solutions sucrées issues de la décharge qui ne peuvent être recyclées. Les taux de récupération en solutions sucrées et donc la valorisation de ces derniers sont améliorés.
  • L'étape d'électrodialyse génère une saumure qui est jetée aux égouts. Néanmoins, le taux de récupération global en solution sucré A est supérieur à 99%. L'électrodialyse permet donc, couplée avec une ou plusieurs étapes de MCDI, d'améliorer le taux de récupération en solutions sucrées et d'atteindre des taux de déminéralisation ou d'abattement proches de 100%.
  • Le procédé de fabrication de sirop de glucose ou de fructose représenté à la figure 5 comprend deux étapes de déminéralisation effectuées à l'aide du procédé de déminéralisation selon l'invention.
  • Ce procédé de fabrication comprend une étape d'extraction de l'amidon 50 pour former un lait d'amidon, par exemple issu du maïs ou de blé, puis une étape de liquéfaction 51 et une étape de saccharification 52 pour la formation d'un hydrolysat d'amidon. Une étape de clarification 53 peut ensuite être effectuée afin d'ôter les chaines non converties, les huiles et les protéines par filtration. Suite à la clarification, ledit procédé peut comprendre une étape de décoloration 54, notamment sur charbon actif ou sur une résine absorbante. L'hydrolysat d'amidon décoloré comprenant du glucose, du dextrose ou du maltose subit une première étape de déminéralisation 55 à l'aide du procédé de déminéralisation selon l'invention, tel que l'un des procédés exemplifiés sur les figures 2 à 4. Dans une variante, le jus déminéralisé subit une étape d'évaporation pour former par exemple un sirop de dextrose DE 96, c'est à dire comprenant au moins 96% en poids de son poids de dextrose.
  • Dans une autre variante, l'hydrolysat d'amidon décoloré et déminéralisé à l'étape 55 subit une étape d'isomérisation enzymatique 56 pour la transformation du dextrose en fructose. Le jus en sortie de l'étape 56 subit alors une seconde étape de déminéralisation, laquelle est effectuée à l'aide du procédé selon l'invention, tel que l'un des procédés exemplifiés sur les figures 2 à 4. Enfin, l'eau contenue dans le jus est évaporée lors d'une étape d'évaporation 58 pour former un sirop, ayant notamment une teneur en matière sèche supérieure ou égale à 500 g/l, de préférence supérieure ou égale à 600 g/l. A l'issue de cette étape d'évaporation 58, du sirop de fructose, en particulier comprenant au moins 40% en poids de fructose, est produit ainsi que du HFCS 42. Pour la fabrication de sirop de glucose et de sirop de fructose comprenant au moins 60% en poids, de préférence au moins 80% en poids, encore de préférence au moins 90% en poids, de glucose ou de fructose, une étape de séparation par chromatographie en phase liquide 59 suivie d'une étape d'évaporation 61 est effectuée afin de séparer le fructose du glucose et concentrer ces derniers.
  • Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication comprend une troisième étape de déminéralisation effectuée à l'aide du procédé de déminéralisation selon l'invention après l'étape 59. La ou les solution(s) sucrée(s) D et/ou F issue(s) de la décharge lors de cette troisième déminéralisation subit(ssent) l'étape de séparation 59 ou est/sont recyclée(s) à la première étape de déminéralisation 55 en mélange avec la solution sucrée A.
  • Le procédé de fabrication de sucre liquide ou d'inuline représenté à la figure 6 comprend au moins une étape de déminéralisation effectuée à l'aide du procédé de déminéralisation selon l'invention, et en particulier les étapes suivantes : la préparation d'un jus de diffusion d'inuline 7, une étape de clarification 71 et selon une première variante, les étapes particulières suivantes : une étape de décoloration 72, une première étape de déminéralisation 77 effectuée à l'aide d'un procédé de déminéralisation selon l'invention, tel que l'un des procédés exemplifiés sur les figures 2 à 4, une étape d'hydrolyse 78, une seconde étape de déminéralisation 79 effectuée à l'aide d'un procédé de déminéralisation selon l'invention, tel que l'un des procédés exemplifiés sur les figures 2 à 4, et enfin une étape d'évaporation 80 pour la formation de sucre liquide, ledit sucre comprenant par exemple du fructose.
  • Selon une autre variante, à l'issue de l'étape de clarification 71, ledit procédé comprend une étape de décalcification 73, une étape d'évaporation 74, une étape de séparation par chromatographie en phase liquide 75, et enfin une étape de déminéralisation 76 effectuée à l'aide d'un procédé de déminéralisation selon l'invention, tel que l'un des procédés exemplifiés sur les figures 2 à 4, pour la formation d'inuline.
  • Dans cet exemple précis, l'étape de séparation 75 permet de dessaler le sirop sucré en sortie de l'étape 74.
  • Selon un mode de réalisation, la ou les solution(s) sucrée(s) D et/ou F issue(s) de la décharge lors du procédé de déminéralisation 76 est/sont recyclée(s) à l'étape de séparation 75.
  • Le procédé de fabrication de sucre liquide ou d'un sirop de fructose et d'un sirop de glucose représentés à la figure 7 comprend les étapes suivantes : une étape de refonte 90 de sucre brut consistant notamment à mettre en solution aqueuse et à chauffer une certaine quantité de sucre brut, puis une étape de clarification 91, une étape de décoloration 92 et enfin une première étape de déminéralisation 93 effectuée à l'aide d'un procédé de déminéralisation selon l'invention, tel que l'un des procédés exemplifiés sur les figures 2 à 4, et selon une première variante, une étape d'évaporation 94 pour la formation de sucre liquide, comprenant notamment du saccharose.
  • Selon une seconde variante, ledit procédé comprend après l'étape de déminéralisation 93, une étape d'hydrolyse 95, une seconde étape de déminéralisation 96 effectuée à l'aide d'un procédé de déminéralisation selon l'invention, tel que l'un des procédés exemplifiés sur les figures 2 à 4, une étape d'évaporation 97, une étape de séparation par chromatographie en phase liquide 98, et enfin une troisième étape de déminéralisation 99 effectuée à l'aide d'un procédé de déminéralisation selon l'invention, tel que l'un des procédés exemplifiés sur les figures 2 à 4, pour la formation d'un sirop de glucose et d'un sirop de fructose.
  • Selon un mode de réalisation, la ou les solution(s) sucrée(s) D et/ou F issue(s) de la décharge lors de la troisième étape de déminéralisation 99 est/sont recyclée(s) à la première étape de déminéralisation 93.
  • Le procédé illustré à la figure 8 pour la fabrication de lactose comprend une étape d'ultrafiltration 100 appliquée à une solution sucrée qui est du lactosérum liquide, une étape de déminéralisation 101 appliquée au perméat obtenu à l'issue de l'étape 100 et effectuée à l'aide d'un procédé de déminéralisation selon l'invention, tel que l'un des procédés exemplifiés sur les figures 2 à 4, une étape de décoloration 102 et enfin une étape d'évaporation 103 pour la formation de lactose 104.
  • Le procédé illustré à la figure 9 pour la fabrication d'une poudre de lactosérum déminéralisée comprend une étape de clarification 110 appliquée à une solution sucrée qui est du lactosérum liquide, puis une étape de déminéralisation 111 effectuée à l'aide d'un procédé de déminéralisation selon l'invention, tel que l'un des procédés exemplifiés sur les figures 2 à 4, une étape de pasteurisation 112, une étape de séchage 113, et enfin une étape d'atomisation 114 pour la formation d'une poudre de lactosérum déminéralisée.
  • Le procédé illustré à la figure 10 pour la fabrication de sirops de lactose et de sucrose comprenant une étape de clarification 120 appliquée à des eaux mères de cristallisation comprenant du sucrose et du lactose, ledit sucrose étant issu notamment de mélasses. Ledit procédé comprend ensuite une étape de déminéralisation 121 effectuée à l'aide d'un procédé de déminéralisation selon l'invention, tel que l'un des procédés exemplifiés sur les figures 2 à 4, puis selon une première variante, une étape d'évaporation 125 pour l'obtention d'un sirop comprenant du lactose et du sucrose. Selon une seconde variante, ledit procédé comprend après l'étape 121, une étape de séparation par chromatographie en phase liquide 123 du lactose du sucrose puis une seconde étape de déminéralisation 123 effectuée à l'aide d'un procédé de déminéralisation selon l'invention, tel que l'un des procédés exemplifiés sur les figures 2 à 4, et une étape d'évaporation 124 pour l'obtention de sirops de lactose et de fructose séparés.
  • Selon un mode de réalisation, la ou les solution(s) sucrée(s) D et/ou F issue(s) de la décharge lors de la seconde étape de déminéralisation 123 est/sont recyclée(s) à la première étape de déminéralisation 121.
  • Dans les exemples de procédés précédents lorsqu'une étape de séparation par chromatographique est effectuée afin de séparer deux sucres, les étapes subséquentes de déminéralisation, d'évaporation ou autre sont appliquées à chaque sucre isolé afin de former un sirop de ce dernier.

Claims (13)

  1. Procédé de déminéralisation (20,30,40) d'une solution sucrée A ayant une conductivité initiale déterminée a (mSiemens/cm) mettant en œuvre une solution sucrée D de conductivité d (mSiemens/cm) caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
    i) Optionnellement une étape d'électrodialyse de la solution sucrée A et/ou D au moyen d'un électrodialyseur (22,33,41) en sorte d'obtenir une solution sucrée B de conductivité b inférieure à la conductivité a et/ou d ;
    ii) Au moins une première étape de déionisation capacitive de la solution sucrée A ou B au moyen d'un dispositif de déionisation capacitif (2,21,31,42) en sorte d'obtenir un jus sucré C ayant une conductivité c, inférieure à la conductivité b et/ou a ;
    et en ce que la solution sucrée D est issue de la décharge en ions du dispositif de déionisation capacitif à l'étape ii), ladite solution sucrée D issue de la décharge étant caractérisée en ce qu'elle est obtenue à l'issue du cycle de régénération des électrodes en sortie dudit dispositif de déionisation capacitif à l'étape ii), ledit cycle comprenant la décharge à proprement parler des électrodes et la purge des espèces désorbées, et en ce que ladite solution sucrée D subit une étape de déionisation capacitive, notamment à l'étape ii), et/ou une étape d'électrodialyse, notamment à l'étape i).
  2. Procédé de déminéralisation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une seconde étape de déionisation capacitive iii) effectuée après ladite première étape ii) appliquée à la solution sucrée C au moyen d'un dispositif de déionisation capacitif (32,43) en sorte d'obtenir une solution sucrée E ayant une conductivité e, inférieure à la conductivité b et/ou a et/ou c.
  3. Procédé de déminéralisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que la solution sucrée F chargée en ions issus de la décharge du dispositif de déionisation capacitif à l'étape iii) subit une étape de déionisation capacitive, notamment à l'étape ii) et/ou à l'étape iii), et/ou une étape d'électrodialyse, notamment à l'étape i).
  4. Procédé de déminéralisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'énergie récupérée à l'issue de l'étape consistant à court-circuiter le dispositif de déionisation capacitif à l'étape ii) et/ou à l'étape (iii) lors de la décharge est transférée pour alimenter un autre dispositif de déionisation capacitif à l'étape ii) et/ou à l'étape iii).
  5. Procédé de déminéralisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite au moins une première étape de déionisation capacitive ii), et éventuellement ladite étape d'électrodialyse i) et/ou ladite seconde étape de déionisation capacitive iii), est/sont effectuée(s) à une température supérieure ou égale à 35°C, de préférence supérieure ou égale à 45°C, encore de préférence à une température inférieure ou égale à 80°C, notamment inférieure ou égale à 65°C.
  6. Procédé de déminéralisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première étape de déionisation capacitive ii) et/ou la seconde étape de déionisation capacitive iii) est/sont effectuée(s) sur deux dispositifs de déionisation capacitifs montés en parallèle en sorte qu'un dispositif de déionisation travaille en cycle de purification pendant que l'autre dispositif est en décharge.
  7. Procédé de déminéralisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la conductivité initiale a est supérieure ou égale à 200 µSiemens/cm, en particulier supérieure ou égale à 500 µSiemens/cm.
  8. Procédé de déminéralisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la solution sucrée A est choisie parmi : un hydrolysat d'amidon, une solution de saccharose, un jus de diffusion d'inuline, un hydrolysat d'inuline, un hydrolysat de cellulose ou d'hémicellulose, les eaux mères de cristallisation comprenant du sucrose et/ou du lactose ; une solution sucrée issue de la refonte de sucre brut ; et une solution de lactosérum liquide ; ou leurs mélanges.
  9. Procédé de déminéralisation selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'hydrolysat d'amidon et/ou l'hydrolysat de cellulose et/ou l'hydrolysat d'hémicellulose, et/ou l'hydrolysat d'inuline, notamment alimentaire, est/sont choisis parmi les jus ou sirops de maltose, les jus ou sirops de glucose, les jus ou sirops de dextrose, les jus ou sirops de fructose et les jus ou sirops de mannose, ou leurs mélanges, encore de préférence parmi les jus ou sirops de maltose, les jus ou sirops de glucose et les jus ou sirops de dextrose ou leurs mélanges.
  10. Procédé de déminéralisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'étape de déionisation capacitive ii), et/ou l'étape de déionisation capacitive iii), est/sont effectuée(s) au moyen d'un dispositif de déionisation capacitif membranaire.
  11. Procédé de déminéralisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution sucrée C est mélangée en tout ou partie à la solution sucrée A.
  12. Procédé de déminéralisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution sucrée D est mélangée avec la solution sucrée A ou avec la solution sucrée B.
  13. Procédé de déminéralisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la solution sucrée D est alimentée directement à l'électrodialyseur, notamment à l'étape (i), et/ou au dispositif de déionisation capacitif, notamment à l'étape (ii).
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