FI120502B

FI120502B - Menetelmä sakkaroosipitoisten liuosten fraktioimiseksi

Info

Publication number: FI120502B
Application number: FI971058A
Authority: FI
Inventors: Heikki Heikkilae; Goeran Hyoeky; Hannu Paananen; Jarmo Kuisma; Kaj-Erik Monten
Original assignee: Danisco Finland Oy
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 2009-11-13
Also published as: PT764219E; FI971058A0; DE69524092T2; EP0764219A1; US6482268B2; US20030121516A1; CA2200301A1; EP0764219B1; DK0764219T3; UA58484C2; US20010001956A1; US6685781B2; ATE209259T1; AU3610495A; JPH10513039A; ES2168387T3; FI971058A; US5795398A; DE69524092D1; US6214125B1

Description

Menetelmä sakkaroosipitoisten liuosten fraktioimiseksi

Keksintö koskee menetelmää sakkaroosin ja sen ohella jonkin toisen liuenneen aineosan erottamiseksi liuok-5 sesta. Tarkemmin sanottuna keksintö koskee menetelmää, jossa sakkaroosia ja muita liuenneita aineita sisältävä liuos fraktioidaan ensin kromatografisella simuloitu liikkuva kerros (SMB) -menetelmällä siten, että saadaan sakkaroosin suhteen rikastunut jae ja toisen talteen otettavan 10 aineosan suhteen rikastunut jae, tai sakkaroosin ja mainitun toisen aineosan suhteen rikastunut jae, ja jae, johon on rikastunut mainittu toinen aineosa sekä mahdollisesti sokeria, fraktioidaan edelleen kromatografisesti joko erä-menetelmällä tai simuloitu liikkuva kerros -menetelmällä. 15 Erityisessä toteutusmuodossaan keksintö koskee juurikaspe-räisen sakkaroosipitoisen liuoksen fraktiointia siten, että saadaan sakkaroosin suhteen rikastunut jae ja jonkin toisen, juurikasperäisten liuosten tavallisesti sisältämän orgaanisen yhdisteen, kuten betaiinin, inositolin, raffi-20 noosin, galaktinolin tai seriinin ja muiden aminohappojen suhteen rikastunut jae.

Simuloidusta liikkuvasta kerroksesta käytetään jäljempänä tässä selityksessä kromatografiän alalla vakiintunutta lyhennettä SMB (sanoista "simulated moving bed"). 25 On tunnettua, että melassista voidaan ottaa talteen sakkaroosi ja betaiini kromatografisilla erotusmenetelmillä. Kansainvälisessä hakemusjulkaisussa WO 81/02 420 (vastaa FI-patenttijulkaisua 77845, Suomen Sokeri Oy) on kuvattu kromatografinen menetelmä betaiinin talteen ottami-30 seksi melassista eräprosessilla, jossa laimennettu melassi fraktioidaan alkalimetallimuodossa olevan polystyreenisul-fonaattikationinvaihtohartsin avulla. Menetelmällä saavutetaan hyvä sakkaroosin ja betaiinin erottuminen toisistaan. Julkaisussa on esitetty myös menetelmä, jossa en-35 simmäisessä fraktioinnissa saatu betaiinijae puhdistetaan 2 edelleen kromatografisesti. Tässä jatkopuhdistusvaiheessa saadaan erotetuksi betaiinijakeesta siinä olleet muut aineosat. Menetelmällä saatujen sakkaroosi- ja betaiinifrak-tioiden kuiva-ainepitoisuudet ovat kuitenkin suhteellisen 5 pienet, minkä vuoksi suuria eluenttivesimääriä joudutaan haihduttamaan, kun sakkaroosi ja betaiini otetaan talteen asianomaisista fraktioista kiteyttämällä.

Jatkuvatoimisissa kromatografisissa erotusproses-seissa käytetään nykyään yleisesti SMB-menetelmää, josta 10 tunnetaan useisiin erilaisiin sovellutuksiin kehitettyjä muunnelmia. SMB-menetelmä mahdollistaa jopa moninkertaisen erotuskapasiteetin ja tuotteiden laimeneminen tai vastaavasti eluentin käyttö on merkittävästi vähäisempi kuin erämenetelmää käytettäessä.

15 SMB-menetelmä voi olla joko jatkuva tai jaksoit tainen. Jatkuvassa SMB-menetelmässä, joka on ensiksi esitetty 1960-luvun alussa US-patenttijulkaisussa 2 985 589, tyypillisesti kaikki virtaukset ovat jatkuvia. Nämä virtaukset ovat: syöttöliuoksen ja eluentin syöttö, neste- 20 seoksen kierrätys ja tuotteiden talteen otto. Näiden virtausten virtausnopeus voidaan säätää erotustavoitteiden eli parantuneen saannon, puhtauden tai kapasiteetin mukaisesti. Sakkaroosin erottamista tällaisilla jatkuvilla SMB-menetelmillä on kuvattu esimerkiksi kansainvälisessä hake-25 musjulkaisussa WO 91/08 815 (The Amalgamated Sugar Com pany) ja US-patenttijulkaisussa 4 990 259 (Kearney, M.M. ja Mumm, M.W.; The Amalgamated Sugar Company).

Jaksoittaisessa SMB-menetelmässä virtaukset ovat samat kuin jatkuvassa SMB-menetelmässäkin, mutta kaikki 30 virtaukset eivät ole jatkuvia. Jaksoittaisia SMB-frak-tiointimenetelmiä, joissa juurikasmelassista otetaan talteen sakkaroosijae ja betaiinijae, on esitetty Fl-patent-tijulkaisussa 86416 (Suomen Sokeri Oy, vastaa US~patentti-julkaisua 5 127 957) sekä kansainvälisessä hakemusjulkai-35 sussa WO 94/17 213 (Suomen Sokeri Oy) . Myös DE-hakemusjui- 3 kaisussa 4 041 414 (Japan Organo Co; vastaa GB-hakemusjulkaisua 2 240 053), on esitetty jaksoittainen SMB-menetel-mä, jolla on otettu talteen useita tuotefraktioita sokeri-juurikasmelassista.

5 Fraktioitaessa melassia sokeriteollisuudessa sakka roosin talteen ottamiseksi ovat menetelmälle karakteristisia tekijöitä sokerin puhtaus ja saanto, erotuskapasiteet-ti ja eluentti/syöttösuhde. Sokerituotteen puhtaudelle yleisesti asetettu vaatimus on 92 % ja saannolle 90 %. Ka-10 pasiteetin nostamiseksi virtausnopeuksia (jotka yleensäkin ovat SMB-menetelmissä suuremmat kuin eräprosesseissa) suurennetaan. Virtausnopeuden suuretessa kuitenkin sakkaroosin eluoitumisprofiiliin muodostuu loiva häntä. Tämä vaikuttaa haitallisesti varsinkin, kun halutaan talteen sak-15 karoosin lisäksi myös toinen liuennut aineosa. Sakkaroosin ja betaiinin talteen oton osalta tämä käy ilmi esimerkiksi verrattessa kansainvälisessä hakemusjulkaisussa WO 81/02 420 ja FI-patenttijulkaisussa 86416 esitettyjä eluointi-profiileja. Jos pyritään suureen sakkaroosin saantoon, 20 annetaan tällöin osan betaiinista mennä sakkaroosijakee-seen, josta se sakkaroosin kiteytysvaiheessa poistuu, eli betaiinisaanto pienenee. Vastaavasti haluttaessa suuri betaiinisaanto, betaiinifraktioon joutuu huomattavia määriä sakkaroosia, eli sakkaroosisaanto pienenee ja sokeri 25 huonontaa merkittävästi betaiinijakeen puhtautta.

Edellä mainituista julkaisuista DE-hakemusjulkaisun 4 041 414 mukaisessa menetelmässä saadun betaiinifraktion puhtaus on melko hyvä, 80,9 % kuiva-aineesta, mutta sen sijaan sakkaroosifraktion puhtautta, 87 % kuiva-aineesta, 30 ei voida pitää sokeriteollisuuden tarpeiden kannalta tyydyttävänä. Julkaisun esimerkissä 3 annetun syöttöliuoksen koostumuksesta voidaan päätellä, että juurikassokeripro-sessissa "ohutmehu" on ennen esitettyä SMB-fraktointia de-mineralisoitu ns. KAAK-menetelmällä (kationinvaihto-anio-35 ninvaihto-anioninvaihto-kationinvaihto; ks. Sayama, K., 4

Kamada, T., Oikawa, S., Production of Raffinose: A New By-Product of the Beet Sugar Industry, British Sugar pic, Technical Conference, Eastbourne 1992). Näin toteutetun juurikassokeriprosessin melassin koostumus poikkeaa tyy-5 pillisestä melassista. Tyypillisesti juurikasmelassissa on kuiva-aineesta laskettuna raffinoosia 1,5 - 3,5 paino-% ja betaiinia 3,5 - 6,5 paino-%. Sen sijaan DE-hakemusjui-kaisun 4 041 414 esimerkin 3 syöttöliuoksessa raffinoosia on 17,3 ja betaiinia 12,2 paino-% kuiva-aineesta, joten 10 raffinoosin ja betaiinin keskinäisen suhteen perusteella voidaan päätellä, että karkeasti noin puolet tavanomaisen juurikasmelassin sisältämästä betaiinista on kadonnut {ilmeisesti mainitussa ioninvaihtokäsittelyssä).

FI-patenttijulkaisussa 86416 esitettyjen tulosten 15 mukaan on päästy jopa betaiinijakeen puhtauteen 70,9 % kuiva-aineesta (mukana sakkaroosia 11,1 % kuiva-aineesta). Tällöin kuitenkin sakkaroosijakeen puhtautta, 86,8 %, ei voi pitää tyydyttävänä. Kansainvälisessä hakemusjulkaisussa W0 94/17 213 esitettyjen tulosten mukaan betaiinijakeen 20 puhtaus on samoin melko heikko (47,5 %).

Tämän keksinnön tavoitteena on fraktiointimenetel-mä, jolla juurikasperäisestä sakkaroosipitoisesta liuoksesta saadaan sakkaroosi ja sen ohella jokin muu haluttu orgaaninen aineosa, kuten betaiini, inositoli, raffinoosi, 25 galaktinoli tai seriini ja muut aminohapot, otetuksi talteen ennestään tunnetuilla SMB-menetelmillä saavutettaviin tuloksiin verrattuna sakkaroosin osalta suuremmin saannoin ja vähintään yhtä puhtaana. Tämän keksinnön toisena tavoitteena on sakkaroosin ja betaiinin fraktiointi toisen 30 talteen otettavan aineosan, erityisesti betaiinin, osalta puhtaampana ja/tai suuremmin saannoin, verrattuna ennestään tunnetuilla SMB-menetelmillä saavutettuihin tuloksiin.

Tavoitteena on edelleen, että fraktiointi on ta-35 loudellisesti, so. kapasiteetiltaan ja eluentti/syöttösuh- 5 teeltaan, verrattavissa ennestään tunnettuina SMB-mene-telmillä saavutettuihin tuloksiin.

Nämä tavoitteet saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä sakkaroosin ja sen lisäksi toisen liuenneen 5 aineosan erottamiseksi sakkaroosipitoisesta liuoksesta, jossa menetelmässä liuokselle suoritetaan ensimmäinen kromatografinen fraktiointi SMB-menetelmällä sakkaroosin suhteen rikastuneen jakeen (jota seuraavassa nimitetään ensimmäiseksi sakkaroosijakeeksi) ja toisen liuenneen aine-10 osan suhteen rikastuneen jakeen saamiseksi, ja saadulle toisen aineosan suhteen rikastuneelle jakeelle suoritetaan toinen kromatografinen fraktiointi, niin että saadaan toinen sakkaroosin suhteen rikastunut jae (seuraavassa nimitetty toiseksi sakkaroosijakeeksi) ja toinen toisen liuen-15 neen aineosan suhteen rikastunut jae.

Ensimmäinen fraktiointi voidaan suorittaa siten, että sakkaroosi ja toinen aineosa rikastuvat samaan jakee-seen.

Keksinnön edullisen toteutusmuodon mukaan sakkaroo-20 sijae ja toinen aineosa rikastetaan eri jakeisiin ensimmäisessä kromatografisessa fraktioinnissa, ja toisessa fraktioinnissa saatu sakkaroosijae yhdistetään ensimmäisessä fraktioinnissa saadun sakkaroosijakeen kanssa, ja sakkaroosi otetaan talteen näin saadusta yhdistetystä sak-25 karoosijakeesta.

Keksinnön toisen edullisen toteutusmuodon mukaan sakkaroosi ja toinen aineosa rikastetaan eri jakeisiin ensimmäisessä fraktioinnissa, ja toinen sakkaroosijae palautetaan ensimmäisen fraktioinnin syöttöliuokseen. Täl-30 löin sakkaraoosi otetaan talteen ensimmäisestä sakkaroosi- j akeesta.

Keksinnön toisen edullisen toteutusmuodon mukaan ensimmäisessä fraktioinnissa otetaan talteen sakkaroosin ja toisen liuenneen aineosan suhteen rikastunut jae, ja 35 sakkaroosi otetaan talteen toisesta sakkaroosijakeesta ja 6 toinen aineosa toisesta fraktioinnista saadusta, mainitun toisen liuenneen aineosan suhteen rikastuneesta jakeesta. Tämän toteutusmuodon mukaisesti saatu sakkaroosijae on riittävän puhdas sakkaroosin talteen ottamiseksi siitä 5 sokeriteollisuudessa yleisesti käytetyillä menetelmillä.

Myös toinen fraktioinnista saatu, toisen liuenneen aineosan suhteen rikastunut jae saattaa olla riittävän puhdas mainitun aineosan, kuten betaiinin, talteen ottamiseksi siitä tavanomaisilla menetelmillä.

10 Toinen liuennut aineosa otetaan yleensä talteen toisesta fraktioinnista saadusta toisen liuenneen aineosan suhteen rikastuneesta jakeesta. Osa toisesta liuenneesta aineosasta voidaan ottaa talteen ensimmäisestä kromatografisesta fraktioinnista saadusta, mainitun toisen liuenneen 15 aineosan suhteen rikastuneesta jakeesta. Vaihtoehtoisesti ensimmäisestä kromatografisesta fraktioinnista saatu, mainitun toisen aineosan suhteen rikastunut jae yhdistetään toisessa fraktioinnissa saadun, toisen liuenneen aineosan suhteen rikastuneen jakeen kanssa. Ilmaisulla "toinen 20 liuennut aineosa" tarkoitetaan juurikasperäisten liuosten tavallisesti sisältämiä orgaanisia yhdisteitä, kuten be-taiinia, inositolia, raffinoosia, galaktinolia ja seriiniä ja muita aminohappoja. Toinen kromatografinen fraktiointi, so. ensimmäisessä fraktioinnissa saadun toisen liuenneen 25 aineosan suhteen rikastuneen jakeen fraktiointi voidaan suorittaa joko erämenetelmällä tai SMB-menetelmällä.

Erityisen edullisesti keksinnön mukainen menetelmä soveltuu sakkaroosin ja betaiinin talteen ottoon juurikas-melassista. Sen vuoksi menetelmää käsitellään seuraavassa 30 yksityiskohtaisemmin sovellettuna sakkaroosin ja betaiinin talteen ottoon, mutta keksintö ei rajoitu tähän toteutus-muotoon. Betaiinin sijasta tai lisäksi voidaan ottaa talteen jokin muu liuennut orgaaninen aine säätämällä proses-siolosuhteet ja -parametrit kyseiseen erotukseen sopivik-35 si, mikä on alan ammattimiehen helposti suoritettavissa.

7

Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan sakkaroo-sisaantoa parantaa nykyisin sokeriteollisuudessa käytettäviin SMB-menetelmiin verrattuna jopa noin 10 prosenttiyksiköllä. Tällä saavutetaan merkittäviä taloudellisia etu-5 ja, kun otetaan huomioon sokeriteollisuuden kromatografiseen erotukseen käyttämät suuret melassimäärät. Esimerkiksi USA:ssa käytetään tällä hetkellä vuosittain kuiva-aineeltaan n. 500 000 tonnin määrä melassia.

Keksinnön mukaisella menetelmällä saatu sakkaroo-10 sijae vastaa puhtaudeltaan tavoitetta (n. 92 %), joka on asetettu teollisuudessa käytettäville SMB-menetelmille.

Betaiinin osalta keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan päästä nykyisistä n. 30 - 70 %:n saannoista jopa n. 95 %:n saantoihin ja betaiinijakeen n. 25 - 70 %:n puh-15 taudesta (kuiva-aineesta laskettuna) jopa n. 95 %:n puhtauteen.

Keksinnön mukaisen menetelmän ensimmäinen kromatografinen erotus voidaan suorittaa tunnetuilla SMB-me-netelmillä ja -laitteistoilla, joiden tiedetään soveltu-20 van melassin fraktiointiin; esimerkiksi menetelmillä ja laitteistoilla, joita on kuvattu US-patenttijulkaisussa 4 402 832 (jatkuva SMB-menetelmä) ja edellä mainituissa Fl-patenttijulkaisussa 86416 ja kansainvälisessä hakemus-julkaisussa W0 94/17 213.

25 Myös ensimmäisessä fraktioinnissa saadun betaiini- jakeen fraktiointi edelleen toisen sakkaroosijakeen ja toisen betaiinijakeen saamiseksi voidaan suorittaa sinänsä tunnetuilla kromatografisilla erotusmenetelmillä ja laitteistoilla, esimerkiksi käyttäen menetelmiä ja laitteis-30 toja, joita on erämenetelmän osalta kuvattu kansainvälisessä hakemusjulkaisussa WO 81/02 420 ja SMB-menetelmien osalta FI-patenttijulkaisussa 86416 ja kansainvälisessä hakemusjulkaisussa WO 94/17 213.

Jatkuvassa SMB-menetelmässä tyypillisesti kaikki 35 virtaukset (syöttöliuoksen ja eluentin syöttö, nesteseok- 8 sen kierrätys ja tuotejakeiden talteen otto) ovat jatkuvia. Näiden virtausten virtausnopeus voidaan säätää ero-tustavoitteiden mukaisesti (saanto, puhtaus, kapasiteetti) . Normaalisti 8-20 osatäytemateriaalikerrosta on lii-5 tetty yhdeksi silmukaksi. Syöttö- ja tuotekeräilypisteitä siirretään vaiheittain virtauksen suunnassa täytemateriaa-likerroksessa. Eluentin ja syöttöliuoksen syötön vuoksi, sekä tuotteiden keräilyn vuoksi, sekä täytemateriaaliker-roksen läpi tapahtuvan virtauksen vuoksi täytemateriaali-10 kerrokseen muodostuu kuiva-aineprofiili. Aineosat, joilla on pienempi siirtymisuopeus täytekerroksessa, rikastuvat kuiva-aineprofiilin loppuosaan ja vastaavasti aineosat, joilla on suurempi siirtymisnopeus, alkuosaan. Syöttö-liuoksen ja eluentin syöttöpisteitä ja tuotteen tai tuot-IS teiden keräilypisteitä siirretään asteittain oleellisesti samalla nopeudella kuin kuiva-aineprofiili liikkuu täyte-materiaalikerroksessa. Tuote tai tuotteet kerätään oleellisesti kuiva-aineprofiilin etu- ja loppuosasta. Syöttö-liuos syötetään olennaisesti siihen kohtaan, jossa kiertä-20 vän kuiva-aineprofiilin koostumus on lähinnä syötettävän liuoksen koostumusta, ja eluentti syötetään suunnilleen kuiva-aineprofiilin minimipitoisuuskohtaan. Osaa erottuneista tuotteista kierrätetään jatkuvan kiertovirtauksen vuoksi ja vain osa kuiva-aineprofiilista poistetaan täy-25 temateriaalikerroksesta yhden jakson aikana.

Syöttö- ja keräilypisteiden vaiheittainen siirtyminen tapahtuu käyttämällä syöttö- ja tuoteventtiileitä, jotka sijaitsevat pitkin täytemateriaalikerrosta tyypillisesti kunkin osatäytemateriaalikerroksen alku- ja loppu-30 päässä. Mikäli pyritään keräämään hyvin puhtaita tuoteja-keita, on käytettävä lyhyitä vaiheaikoja ja lukuisia osa-täytemateriaalikerroksia. Laitteistossa on vastaavat venttiilit sekä syöttö- ja keräilylaitteet.

Jaksoittaisessa SMB-menetelmässä kaikki virtaukset 35 (syöttöliuoksen ja eluentin syöttö, nesteseoksen kierrätys 9 ja tuotteiden kerääminen) eivät ole jatkuvia. Järjestelmässä kiertävän kuiva-aineprofiilin tai kiertävien kuiva-aineprofiilien liikkuminen on kuitenkin jatkuvaa. Virtausnopeus ja eri syöttöjen ja tuotejakeiden tilavuudet voi-5 daan säätää erotustavoitteiden mukaisiksi (saanto, puhtaus, kapasiteetti).

Syöttövaiheen aikana syötetään syöttöliuosta ja mahdollisesti samanaikaisen eluointivaiheen aikana myös eluenttia esivalittuihin osatäytemateriaalikerroksiin, ja 10 samanaikaisesti kerätään yksi tai useampia tuotejakeita.

Eluointivaiheen aikana syötetään eluenttia esivalittuun tai esivalittuihin osatäytemateriaalikerrokseen tai -kerroksiin, ja mainittujen vaiheiden aikana kerätään yksi tai useampia tuotejakeita.

15 Kierrätysvaiheen aikana osatäytemateriaalikerrok siin ei oleellisesti johdeta syöttöliuosta eikä eluenttia eikä oleellisesti kerätä tuotteita. Nestevirtaus tapahtuu yhteen suuntaan vähintään kaksi osatäytemateriaalikerrosta käsittävässä järjestelmässä, ja tuotteet otetaan talteen 20 moniaskelisen, edellä mainituista vaiheista koostuvan sekvenssin aikana. Osatäytemateriaalikerros voi koostua yhdestä kolonnista, tai samaan kolonniin voidaan pakata useampia peräkkäisiä osatäytemateriaalikerroksia,

Syöttövaiheen aikana syöttöliuosta syötetään osa-25 täytemateriaalikerrokseen ja vastaava määrä mitä tahansa tuotejaetta otetaan talteen kohdasta, joka voi olla joko samassa osatäytemateriaalikerroksessa kuin syöttökohta (jolloin järjestelmän muut osatäytemateriaalikerrokset voivat olla esimerkiksi eluointi- tai kierrätysvaiheessa) 30 tai syöttökohtaan nähden eri osatäytemateriaalikerroksessa, joka on (mahdollisesti muiden osatäytemateriaaliker-rosten välityksellä) sarjassa sen osatäytemateriaaliker-roksen kanssa, johon syöttö tapahtuu. Kierrätysvaiheen aikana osatäytemateriaalikerroksissa oleva neste kuiva-35 aineprofiileineen kierrätetään yhden, kahden tai useam- 10 man osatäytemateriaalikerroksen käsittävässä silmukassa. Eluointivaiheessa täytemateriaalikerrokseen syötetään eluenttia ja vastaava määrä tuotejaetta tai -jakeita otetaan talteen samasta tai myöhemmästä osatäytemateriaali-5 kerroksesta.

Kuten edellä mainittiin, näitä jaksoittaisia SMB-menetelmiä sovellettuna sakkaroosin ja betaiinin talteen ottoon juurikasmelassista, on kuvattu yksityiskohtaisesti FI~patenttijulkaisussa 86416 ja kansainvälisessä hakemus-10 julkaisussa WO 94/17 213; näitä menetelmiä voidaan käyttää esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä sekä ensimmäisen että toisen fraktioinnin suorittamiseen.

Liikuttamalla täytemateriaalikerrosta vastavirtaan kuiva-aineprofiilin etenemissuuntaan nähden voidaan tois teuttaa todellinen liikkuva kerros. On luonnollisesti sel vää, että tällaisella liikkuvalla kerroksella voidaan saavuttaa hyvin samankaltaisia tuloksia kuin simuloidulla liikkuvalla kerroksellakin.

Kolonnien täytteenä keksinnön mukaisessa menetel-20 mässä käytetään geelityyppistä vahvaa kationinvaihtajaa (esim. "Dowex", "Finex" tai "Purolite"), ja se on edullisesti natrium- ja/tai kaliummuodossa. Edullisesti se tasapainotetaan syöttöliuoksen ionimuotoon ennen fraktioinnin alkua.

25 Kromatografiseen erotukseen syötettävän juurikaspe- räisen sakkaroosipitoisen liuoksen kuiva-ainepitoisuus on tyypillisesti 20 - 80 g / 100 g, edullisesti 40 - 70 g / 100 g, ja se lämmitetään ennen erotusprosessiin syöttöä 40 - 95 °C:seen, edullisesti 65 - 85 °C:seen.

30 Eluointiin käytetään pääasiassa vettä ja/tai hyvin laimeita vesiliuoksia (joiden kuiva-ainepitoisuus on alle 8 paino-%, edullisesti alle 1 paino-%). Eluentin lämpötila on 40 - 95 °C, edullisesti 65 - 85 °C.

Ensimmäisessä fraktioinnissa saadun betaiinijakeen 35 kuiva-ainepitoisuudeksi säädetään ennen toista fraktioin- 11 tia eräerotusta varten noin 25 - 50 g / 100 g tai SMB-ero-tusta varten tyypillisesti 20 - 80 g / 100 g, edullisesti 40 - 70 g / 100 g.

Sakkaroosi voidaan ottaa talteen sakkaroosijakeesta 5 sokeriteollisuudessa yleisesti käytetyillä menetelmillä, kuten kiteyttämällä tai siirappina tai puhdistamisen jälkeen nestesokerina. Betaiini otetaan ainakin osittain talteen toisesta betaiinijakeesta. Tämä voidaan suorittaa esimerkiksi kiteyttämällä, kuten on kuvattu kansainväli-10 sessä hakemusjulkaisussa WO 81/02 420, tai mainittua jaet-ta voidaan käyttää väkevänä betaiiniliuoksena.

Sakkaroosi- ja betaiinisaantojen ja -puhtauksien optimoimiseksi myös syöttöliuosten pH:ta voidaan säätää, ennen toista fraktiointia se säädetään yleensä alueelle 15 6,5 - 12, edullisesti alueelle 9,5 - 11,5.

Seuraavat esimerkit kuvaavat keksinnön mukaista menetelmää juurikasmelassin fraktioinnin osalta sakkaroosin ja betaiinin talteen ottamiseksi. Näiden esimerkkien ei tule katsoa rajoittavan keksinnön aluetta, vaan ne ovat 20 ainoastaan esimerkkejä keksinnön erityisistä toteutusmuodoista .

Esimerkki 1

Jaksoittainen SMB-menetelmä; sakkaroosin ja betaiinin erotus melassista ilman betaiinijakeen jatkoerotusta 25 (vertailuesimerkki) Käytettiin kromatografista laitteistoa, joka on kaavamaisesti esitetty kuviossa 1. Laitteisto koostui kolmesta sarjaan yhdistetystä kolonnista 1-3, kolonneja yhdistävistä putkijohdoista 4-7, melassisäiliöstä 8, vesi/ 30 eluenttisisäiliöstä 9, melassinsyöttöputkesta 10, eluen- tinsyöttöputkesta 11, kiertopumpusta 12, melassinsyöttö-pumpusta 13, eluentinsyöttöpurapusta 14, lämmönvaihtimista 15 - 17, tuotejakeiden poistoputkista 6, 18 - 20, 48 ja 49 ja venttiileistä 21 - 47. Lisäksi laitteisto käsitti vir-35 taus- ja painesäädöt (ei näytetty).

12

Kolonnit oli täytetty vahvalla kationinvaihtajalla Finex CS 11 GC™, valmistaja Finex Oy. Hartsilla oli poly-styreeni/divinyylibentseenirunko ja se oli aktivoitu sul-fonihapporyhmillä; keskimääräinen palloskoko (Na+-muodos-5 sa) oli noin 0,38 mm. Hartsin DVB-pitoisuus oli 5,5 %. Hartsi oli elvytettu ennen koetta natriummuotoon; frak-tioinnin aikana se tasapainottui syöttöliuoksen kationeilla.

Koeolosuhteet: 10 Kolonnien halkaisija 0,2 m

Hartsikerroksen kokonaiskorkeus 10,5 m Lämpötila 80 °C

Syöttöliuos oli juurikasmelassia, josta kalsium oli saostettu lisäämällä natriumkarbonaattia (pH noin 9) ja 15 kalsiumkarbonaattisakka poistettu suodattamalla.

Fraktiointi suoritettiin 7-askelisella sekvenssillä, joka koostui seuraavista askelista:

Askel 1: Syöttöliuosta 10 syötettiin (syöttövaihe) kolonniin nro 1 virtausnopeudella 80 1/h ja jäännösjae 1 20 eluoitiin saman kolonnin loppupäästä putkesta 48. Samaan aikaan eluenttia syötettiin (eluointivaihe) kolonniin nro 2 virtausnopeudella 25 1/h venttiilin 26 kautta ja kolonnista nro 3 eluoitiin sakkaroosijae putkesta 6.

Askel 2: Kierrätettiin (kierrätysvaihe) kaikkien 25 kolonnien yhdessä muodostamassa silmukassa nopeudella 120 1/h.

Askel 3: Eluenttia syötettiin kolonniin nro 1 nopeudella 120 1/h venttiilin 23 kautta ja samanaikaisesti eluoitiin betaiinijae kolonnista nro 3 putkesta 6.

30 Askel 4: Eluenttia 11 syötettiin (eluointivaihe) kolonniin nro 1 venttiilin 23 kautta virtausnopeudella 120 1/h ja jäännösjae 2 eluoitiin kolonnin nro 2 loppupäästä putkesta 49. Samaan aikaan eluenttia syötettiin (eluointivaihe) kolonniin nro 3 virtausnopeudella 55 1/h venttiilin 13 29 kautta ja saman kolonnin loppupäästä eluoitiin toinen betaiinijae putkesta 6.

Askel 5: Kuten askel 2.

Askel 6: Eluenttia 11 syötettiin kolonniin nro 1 5 virtausnopeudella 120 1/h venttiilin 23 kautta ja jäännös-jae 3 eluoitiin kolonnin nro 3 loppupäästä putkesta 6.

Askel 7: Kuten askel 2.

Kun sekvenssi oli päättynyt, prosessin ohjausohjelma jatkui palaten askeleeseen 1. Toistamalla tätä sekvens™ 10 siä 5-7 kertaa järjestelmä tasapainottui. Menetelmää jatkettiin tasapainotilassa ja erotusprosessin kulkua seurattiin tiheys-, optinen aktiivisuus- ja johtokykymitta-reilla, ja erotusta ohjattiin mikroprosessorilla, jolla ohjattiin tarkoin määrätyt syöttöjen, kierrätetyn nesteen 15 ja tuotejakeiden tilavuudet ja virtausnopeudet käyttäen määrä/tilavuusmittauksia, venttiilejä ja pumppuja.

Tässä menetelmässä kerättiin sakkaroosijae kolonnista nro 3, kaksi betaiinijaetta kolonnista nro 3 ja yksi jäännösjae jokaisesta kolonnista. Betaiinijakeet yhdistet-20 tiin keskenään, samoin jäännösjakeet keskenään.

Analyysit syöttöliuoksesta sekä yhden sekvenssin aikana tasapainottumisen jälkeen kerätyistä tuotejakeista on esitetty taulukossa 1, jossa eri aineosien prosentuaaliset osuudet on annettu painoprosentteina kuiva-aineesta. 25

Taulukko 1

Kuiva-aine Sakkaroosia Betaiinia __g / 100 g__%__%_

Syöttöliuos_ 46,5 _58,1_ 5,2 30 Sakkaroosijae 25,8 92,1 0,8

Betaiinijae 4,2 18,1 55,6 (yhdistetty) Jäännösjae (yhdistetty) 5,0 12,7 4,5 35 14

Sakkaroosisaanto sakkaroosijakeeseen oli 90,1 % ja betaiinisaanto yhdistettyyn betaiinijakeeseen 58,7 %.

Esimerkki 2

Jaksoittainen SMB-menetelmä; sakkaroosin ja betaii-5 nin erotus melassista, betaiinijakeen jatkoerotus Käytettiin esimerkissä 1 kuvattua laitteistoa ja koeolosuhteita. Myös muuten meneteltiin kuten esimerkissä 1, paitsi että jaetilavuuksia säätämällä saatiin ensimmäisessä fraktioinnissa suurempi sakkaroosipuhtaus mutta pie-10 nempi sakkaroosisaanto ja vastaavasti pienempi betaiini-puhtaus mutta suurempi betaiinisaanto kuin esimerkissä 1. Saadulle betaiinijakeelle suoritettiin haihdutuksen jälkeen uudelleen fraktiointi vastaavanlaisella jaksoittaisella SMB-menetelmällä. Tästä toisesta fraktioinnista saa-15 tu sakkaroosijae yhdistettiin ensimmäisen fraktioinnin sakkaroosijakeeseen ja vastaavasti jäännösjakeet yhdistettiin.

Analyysit syöttöliuoksista sekä yhden sekvenssin aikana tasapainottumisen jälkeen kerätyistä tuotejakeista 20 on esitetty taulukossa 2, jossa eri aineosien prosentuaaliset osuudet on annettu painoprosentteina kuiva-aineesta.

15

Taulukko 2

Kuiva-aine Sakkaroosia Betaiinia g / 100 g % _%_

Ensimmäinen 5 fraktiointi

Syottöliuos 46,5 58,1 5,2

Sakkaroosijae 25,5 92,6 0,4

Betaiinijae 3,3 21,3 43,9 10 Jäännösjae 4,8 11,7 0,9

Toinen fraktiointi

Syottöliuos 55,0 21,3 43,9

Sakkaroosijae 14,0 82,6 1,0 15 Betaiinijae 8,3 1,1 85,2 Jäännös jae__4,1__11,2__2,2

Yhdistetyt tuote-i akeet 20 Sakkaroosijae 24,7 92,2 0,4 Jäännösjae 4,7 11,7 1,0

Ensimmäisen fraktioinnin sakkaroosisaanto oli 89,4 % ja betaiinisaanto 89,9 %. Sakkaroosin kokonaissanto 25 laskettuna yhdistetystä sakkaroosijakeesta oli 92,6 % ja betaiinisaanto laskettuna toisen fraktioinnin jälkeen saadusta betaiinijakeesta 88,2 %. Toisella fraktioinnilla saavutettiin merkittävä sakkaroosisaannon ja betaiinipuh-tauden parannus. Myös betaiinisaanto parani merkittävästi 30 esimerkkiin 1 verrattuna.

Esimerkki 3

Seurattiin pääasiallisesti esimerkissä 2 kuvattua menetelmää, mutta toisen fraktioinnin syöttöliuoksen (joka oli saatu ensimmäisen fraktioinnin betaiinijakeesta) pH:n 35 merkitystä tutkittiin suorittamalla toinen fraktiointi si ten, että (a) syöttöliuoksen pH:ta ei säädetty, jolloin se oli 10,2, (b) syöttöliuoksen pH säädettiin suolahapolla arvoon 9,5 ja (c) syöttöliuoksen pH säädettiin NaOH:lla arvoon 11,2.

16

Analyysit toisen fraktioinnin (so. betaiinijakeen jatkoerotuksen) syöttöliuoksesta sekä yhden sekvenssin aikana tasapainottumisen jälkeen kerätyistä tuotejakeista on esitetty taulukossa 3, jossa eri aineosien prosentuaaliset 5 osuudet on annettu painoprosentteina kuiva-aineesta.

Taulukko 3

Kuiva-aine Sakkaroosia Betaiinia g / 100 g % % 10 Syöttöliuos 43,0 32,5 24,8 (a) pH 10,2

Sakkaroosijae 16,6 84,6 0,1

Betaiinijae__6,2__0,4__89,3_ 15 Sakkaroosijae 17,9 81,1 0,1

Betaiini j ae__6,2__0,4__88,0_ (c) pH 11.2

Sakkaroosijae 15,4 82,5 0,1

Betaiinijae 6,1 0,1 90,4 20

Saannot toisessa fraktioinnissa edellä mainituissa tapauksissa (a), (b) ja (c) olivat seuraavat: (a) sakkaroosi 57,3 %, betaiini 95,4 % (b) sakkaroosi 59,6 %, betaiini 96,8 % 25 (c} sakkaroosi 51,9 %, betaiini 96,8 %.

Kuten tuloksista voidaan nähdä, syöttöliuoksen pH vaikuttaa sakkaroosin ja betaiinin puhtauteen ja saantoon, ja se voidaan säätää taloudellisen optimin mukaan.

Esimerkki 4 30 Jatkuva SMB“menetelmä; sakkaroosin ja sivutuoteja- keen erotus melassista (vertailuesimerkki)

Koelaitteisto koostui 14:stä sarjaankytketystä kolonnista, joiden halkaisija oli 0,2 m ja täytemateriaali- 17 kerroksen korkeus kussakin 0;85 m. Kaaviokuva koelaitteistosta on esitetty kuviossa 2.

Kolonnit oli täytetty vahvalla, polystyreenirunkoi-sella, ristisilloitetulla (5,5 % DVB) kationinvaihtajalla, 5 jonka keskipalloskoko oli 0,32 mm. Täytemateriaali tasapainotettiin syöttöliuoksella ja oli pääasiassa kalium- ja natriummuodossa.

Kolonnisysteemiin syötettiin eluentiksi vettä virtausnopeudella 83,5 1/h. Syöttöliuosta putkesta 51 syötet-10 tiin kuhunkin syöttöpisteeseen 150 sekuntia virtausnopeudella 13,5 1/h. Syöttöputkiston huuhtelu syötön jälkeen tehtiin eluentilla (30 s, 13,5 1/h). Tuotejakeen virtausnopeudeksi venttiilien 66 - 79 kautta säädettiin 21 1/h, jolloin sivutuotteen virtausnopeudeksi muodostui 76 1/h. 15 Sivutuotejae otettiin ulos jousikuormitteisen venttiilin kautta, joka varmisti systeemiin halutun paineen. Kiertonopeutena pidettiin keskimäärin 300 1/h. Tämä nopeus vaih-telee käytännössä sen mukaan, miten syöttö- ja tuotteen-poistokohtien keskinäinen asema muuttuu suhteessa kierto-20 linjaan. Syöttöliuoksen ja eluentin syöttökohtia ja tuote jakeiden keruukohtia siirrettiin yksi kolonni kerrallaan eteenpäin virtauksen suuntaan 180 sekunnin välein.

Systeemi täytettiin alussa käyttäen suurempaa syöt-tövirtausta ja pienempää eluenttivirtausta. Täytön jälkeen 25 ajettiin yllä mainituilla virtausasetuksilla, kunnes systeemi oli saavuttanut tasapainon.

Kiertolinjaan asetetusta näyteventtiilistä otettiin 2 minuutin välein näytteitä, joiden analyysin perusteella piirrettiin kuviossa 3 esitetty konsentraatiogradientti. 30 Myös syöttöliuos sekä tuote- ja sivutuotejakeet analysoitiin. Tulokset on esitetty taulukossa 4, jossa eri aineosien prosentuaaliset osuudet on annettu painoprosentteina kuiva-aineesta.

18

Taulukko 4 __Syöttöliuos Tuotejae Sivutuotejae

Kuiva-ainepitoi- 65,0 25,3 4,9 5 suus, g / 100 g

Sakkaroosi, % 60,4 87,2 19,0

Betaiini, % 5,5 4,5 7,0

Raffinoosi, % 2,1 0,9 4,0

Muut, % 32,0 7,4 70,0 10 Virtausnopeus, 1/h_ 13,5 21,0 76,0

Sakkaroosisaanto sakkaroosijakeeseen 87,6 %_

Esimerkki 5 15 Jatkuva SMB-menetelmä sakkaroosin ja betaiinin erottamiseksi melassista ja erämenetelmä betaiinijakeen j atkoerotukseksi

Melassin fraktiointi suoritettiin jatkuvalla SMB-menetelmällä, jolloin esimerkin 4 kolonnisysteemiä muutet-20 tiin siten, että oli mahdollista ottaa kolme tuotejaetta: sakkaroosi-, betaiini- ja sivutuotejakeet. Kaaviokuva koelaitteistosta on esitetty kuviossa 4. Sakkaroosijakeen virtausnopeudeksi säädettiin 21 1/h ja betaiinijakeen virtausnopeudeksi 18 1/h. Eluentin syöttönopeus putkessa 94 25 oli 90,5 1/h ja syötön virtausnopeus putkessa 95 oli 13,5 1/h. Sivutuotejakeen virtausnopeudeksi putkessa 96 muodostui näin ollen 65 1/h.

Betaiinijae konsentroitiin kuiva-ainepitoisuuteen 55 % ja syötettiin erotussysteemiin, joka koostui kahdesta 30 sarjaankytketystä kolonnista. Kolonnien halkaisija oli 0,2 m ja täytemateriaalikerroksen korkeus kummassakin kolonnissa 0,85 m. Täytemateriaali oli samaa kuin esimerkissä 4 .

Betaiinijakeen fraktiointi suoritettiin erämene-35 telmällä syöttäen 2,6 litraa syöttöliuosta (55 paino-%:n kuiva-ainepitoisuudella) ensimmäisen kolonnin yläpäähän.

19

Syöttö toistettiin 60 minuutin välein. Eluointi tapahtui virtausnopeudella 30 1/h. Kolonnin pohjalta kerättiin seu-raavat jakeet:

Jae l: Sivutuote 8,6 1 5 Jae 2: Palautus 2 1 (syötettiin kolonniin ennen varsinaista syöttöä)

Jae 3: Tuoteliuos 2,6 1

Jae 4: Palautus 1,4 1 (syötettiin kolonniin var sinaisen syötön jälkeen) 10 Jae 5: Betaiinijae 5,0 1

Jae 6: Eluointikierto 10 1 Tällä ohjelmalla ja kolonnijakautumalla betaiini-erotuksen kapasiteetti on yli kaksinkertainen yhden 14 kolonnin sarjan tuottaamaan betaiinifraktion määrään nähden. 15 Kolonnisysteemin täyttö, tasapainotus, näytteiden otto ja niiden analysointi tehtiin samoin kuin yllä. Kon-sentraatiogradientti ensimmäisestä jatkuvan SMB-menetelmän erotuksesta on esitetty kuviossa 5. Saadut tulokset on esitetty taulukossa 5, jossa eri aineosien prosentuaaliset 20 osuudet on annettu painoprosentteina kuiva-aineesta.

20 ω ti co m o o o Π5 3 £ - - - -

iJ (DN Γ0 H 00 LO

ti Qr i—i H OI i—I L£>

-H O

> ti o 0(0¾1 ro o ro m σ ro ro | j S. S K V V V. K. K, ti °\° Mhnoi to io ro h mo co σ

ti ro cn r- oj r- H

S

‘H _U

o «

O H σι -Φ VD S

β - » ^ (o o ro *5 σ o in rl 0>P <NOO^ ^ - 4-4 *2 o o o h Λ? o o ^

LLJ R W

rö v v $ Φ o HO +J p --Φ- +J- I -g S f £q -H ίο LO h no | h oi m ro ’jjj^rorn -H ---- Li ' " ' ' ' ' - -I (ti o\p LO ·φ r-l CM !jj H 04 CO Γ0 -i CO 04 jj 4-i m ro co ,,ΐ,οο H Φ .

10 M ffl -H

λ 4J ————......... 4-) *H - M flj ti ra

2 -π Ή -H O

3 “ o o _I < O »fH ^4 w -h O ^ u> (N m 0\o ^ N4)^o # nj ω ^ σ Ao ti h vj --- - y< - ·. - S ö itio\° omiko in ni i/ioiioco η, vjMinrOco H -H Ad ld co ^ η ^ ^^σπν njooH^ 0-¾ M o\° m MO CQ H oV> H im ω oo σ

4J ω O ti LTO 4-> O

X__d «. a) _ d - 3 _ cl »

(ti φ M φ 0)^4.) <D LO

t-f Φ ro Λί φσφ ¢) no mi co nj to Λί ω <L> ^ Φ ti -n Φ ti ω Φ ti

ö C u 01 <D φ -H φ φ (ti φ <D

•H Ή ti o o: lo σ o; m r< j*; m h ν m CO (βίο ---- (¾ CO .¾ OCOrOLn (ti CO PJ HfOffl r§ co 01 I IHO LO LO Γ0 ^ -Γ-,φ -H - - - - *| i φ φ ----(-)0) (0 nj -rl H LO 04 -ΗΦ flj IO 03 O ^ -Ηφ φ LO O ·Ηφ H>0 (O 44 LO 04 H CQ^-PCNH LQ ,±4 Φ -H 4-4 M. O (ti Φ OtOrti O (ti S .P ^ O tt ffl O -n >4 O -n h Q) tn ti -H i-ι -H ti -rt --(ti ti _ (ti ti _ (ti ti M -H X-h M'<-i

M -H 42 -H M M -H

(TS oti röfd i—LMitirö tfl 4J CO 4-> M CO 4-1 φ φ + Φ O Λ M 0X5 + O Xf

Hi 4-1 H H 4-1 H 4-1

I—I ti O 1—Il—I ti O I—I H ti O

Φ H (ti 4-1 (DH fÖ4J φ I—I (ti 4-1 (ti Φ (ti ti (ti Φ <ti ti cti <D (ti ti CO -|—1 Q) Π3 LQ (ti CO -I—I Φ (ti CQiti TiCDlti CO iti O -H (ti -n -H rö O -H (ti ti -H (ti -H (ti *ι ι -H (ti

ti CO -ro Φ CO CO tiCQ-r-ιφ CO CO CQ -ro Φ COCO

-H O -r-1 4-1 O -r-l Ή O Ή 4-1 O Ή O -H 4-1 O Ή HOtiO Oti HOtiO Oti OtiO Oti SO ti "H ti M -H =0 ti "H ti ti "H ti Ή ti ti Ή

4-1 rö -H 4-1 (ti -H 4J iti -H 4-1 (ti -H (ti -H 4J (ti -H

4-> 42 (ti ti 42 (ti 4-> 42 (ti ti 42 (ti 42 (ti ti 42 (ti =o 42 4_> > 42 -p 4J > xv x v > xv |M (ti Φ -H (ti Φ >1 iti Φ Ή (ti (1) (tiCD-H (ti 1) «COCQCQ CClffi DHtlfflO] com W ffl CQ corn 21

Kuten tuloksista voidaan todeta, parani sokerin saanto 87,6 prosentista 91,8 prosenttiin ja sokeripuhtaus parani 87,2 prosentista 87,8 prosenttiin. Betaiinisaannok-si tällä yksinkertaisella muunnoksella saatiin noin 35 % 5 betaiinipuhtauden ollessa 88,3 %. Alhaisen betaiinisaannon syynä on jatkuva SMB-menetelmä, jossa syöttövirtaus on aina päällä, ja tällöin huomattava osa betaiinista menee sakkaroosijakeeseen. Lisäämällä eluentin virtausnopeutta ja lisäämällä samalla määrällä betaiinifraktion virtausno-10 peutta voidaan betaiinin saantoa nostaa aina noin 50 - 60 prosenttiin.

Esimerkki 6

Jaksoittainen SMB-menetelmä sakkaroosin ja betaiinin erottamiseksi melassista ja betaiinijakeen jatkoero-15 tukseksi

Esimerkissä 4 esitetty jatkuva SMB-menetelmä muutettiin jaksoittaiseksi siten, että esimerkin 4 kolonnit, joita tässä kutsutaan osatäytemateriaalikerroksiksi, kytkettiin keskenään peräkkäin 4-koionniseksi systeemiksi, 20 jossa kaksi kolonnia muodostui osatäytemateriaalikerrok- sista 1 - 3 ja 4 - 6, ja kaksi kolonnia osatäytemateriaa-likerroksista 7 - 10 ja 11 - 14. Systeemissä oli siten kaksi kolonnia, joissa kummassakin osatäytemateriaaliker-rosten yhteispituus oli 2,55 m, ja kaksi kolonnia, joissa 25 kummassakin osatäytemateriaalikerrosten yhteispituus oli 3,4 m. Kaaviokuva laitteistosta on esitetty kuviossa 6.

Fraktiointi suoritettiin jaksoittaisesti 8-askeli-sella sekvenssillä, joka koostui seuraavista askelista:

Askel 1: Syöttöliuosta syötettiin 15 1 osatäytema-30 teriaalikerrokseen nro 1 virtausnopeudella 75 1/h ja sivu tuote jaetta kerättiin osatäytemateriaalikerroksesta nro 10. Eluenttia syötettiin 20 1 osatäytemateriaalikerrokseen nro 11 virtausnopeudella 100 1/h ja sakkaroosijaetta kerättiin osatäytemateriaalikerroksesta nro 14.

22

Askel 2: Kierrätettiin 8 1 virtausnopeudella 100 1/h kaikkien kolonnien yhdessä muodostamassa silmukassa.

Askel 3: Eluenttia syötettiin 12 1 osatäytemate- riaalikerrokseen nro 1 virtausnopeudella 120 1/h ja sivu-5 tuotejaetta kerättiin osatäytemateriaalikerroksesta nro 3.

Samanaikaisesti syötettiin eluenttia 12 1 osatäytemate-riaalikerrokseen nro 4 virtausnopeudella 120 1/h ja be-taiinijaetta kerättiin osatäytemateriaalikerroksesta nro 14 .

10 Askel 4 : Eluenttia syötettiin 14 1 osatäytemate- riaalikerrokseen nro 1 virtausnopeudella 120 1/h ja be-taiinijaetta kerättiin osatäytemateriaalikerroksesta nro 14.

Askel 5: Kierrätettiin 8 1 virtausnopeudella 100 15 1/h kaikkien kolonnien yhdessä muodostamassa silmukassa.

Askel 6. Eluenttia syötettiin 10 1 osatäytemate-riaalikerrokseen nro 1 virtausnopeudella 100 1/h ja sivutuote jaetta kerättiin osatäytemateriaalikerroksesta nro 14 .

20 Askel 7. Eluenttia syötettiin 4 1 osatäytemateriaa- likerrokseen nro 1 virtausnopeudella 120 1/h ja sivutuote-jaetta kerättiin osatäytemateriaalikerroksesta nro 14.

Askel 8. Eluenttia syötettiin 12 1 osatäytemate-riaalikerrokseen nro 7. Rintama siirrettiin kierron kautta 25 osatäytemateriaalikerrokseen nro 1 ja sivutuotejaetta kerättiin osatäytemateriaalikerroksesta nro 6.

Betaiinijae konsentroitiin kuiva-ainepitoisuuteen 55 % ja syötettiin erotussysteemiin, joka koostui kolmesta kolonnista. Kaaviokuva laitteistosta on esitetty kuviossa 30 7. Kolonnien halkaisija oli 0,2 m ja täytemsteriaaliker- roksen korkeus kussakin kolonnissa 0,85 m. Täytemateriaali oli samaa kuin esimerkissä 4.

Fraktiointi suoritettiin jaksoittaisesti 8-askeli-sella sekvenssillä, joka koostui seuraavista askelista: 23

Askel 1: Syöttöliuosta syötettiin 2 1 kolonniin nro 1 virtausnopeudella 60 1/h ja sivutuotejaetta kerättiin kolonnista nro 2. Eluenttia syötettiin 2,7 1 kolonniin nro 3 virtausnopeudella 80 1/h ja sakkaroosijaetta kerättiin 5 kolonnista nro 3.

Askel 2: Syöttöliuosta syötettiin 1,5 1 kolonniin nro 1 virtausnopeudella 60 1/h ja sakkaroosijaetta kerät-tiin kolonnista nro 3.

Askel 3: Kierrätettiin 1,5 1 virtausnopeudella 60 10 1/h kaikkien kolonnien yhdessä muodostamassa silmukassa.

Askel 4: Eluenttia syötettiin 3 1 kolonniin nro 1 virtausnopeudella 60 1/h ja betaiinijaetta kerättiin kolonnista nro 3 .

Askel 5: Eluenttia syötettiin 1,8 1 kolonniin nro 1 15 virtausnopeudella 54 1/h ja sivutuotejaetta kerättiin kolonnista nro 1. Samanaikaisesti syötettiin eluenttia 4 1 kolonniin nro 2 virtausnopeudella 120 1/h ja betaiinijaet-ta kerättiin kolonnista nro 3.

Askel 6: Kierrätettiin 3 1 virtausnopeudella 60 1/h 20 kaikkien kolonnien yhdessä muodostamassa silmukassa.

Askel 7. Eluenttia syötettiin 1,5 1 kolonniin nro 1 virtausnopeudella 60 1/h ja sivutuotejaetta kerättiin kolonnista nro 3 .

Askel 8. Kierrätettiin 3 1 virtausnopeudella 60 1/h 25 kaikkien kolonnien yhdessä muodostamassa silmukassa.

Näin toteutettuna betaiinierotuksen kapasiteetti on yli kaksinkertainen verrattuna ensimmäisen erotusvaiheen tuottamaan betaiinijakeen määrään. Näin ollen sekvenssiä ei pyritty tässä kokeessa optimoimaan kapasiteetin ja 30 energiankulutuksen kannalta optimiin vaan pyrittiin saamaan hyvät saannot ja puhtaudet. Tämä aiheutti alhaiset jaekonsentraatiot. Asiantuntijalle on selvää, että teollisessa toiminnassa optimointi suoritetaan taloudellisten tosiseikkojen perusteella ja se saattaa poiketa huomatta-35 vastikin tässä esitetyistä arvoista.

24

Kolonnisysteemin täyttö, tasapainotus, näytteiden otto ja niiden analysointi suoritettiin samoin kuin esimerkissä 4. Konsentraatiogradientti ensimmäisen jaksoittaisen SMB-menetelmän osatäytemateriaalikerroksen nro 14 5 ulostulosta on esitetty kuviossa 8. Saadut tulokset on esitetty taulukossa 6, jossa eri aineosien prosentuaaliset osuudet on annettu painoprosentteina kuiva-aineesta.

25 4J ο φ o\ n cd, ίο ^ h o d ^ ^ -

po\o OJ LO 00 CO 04 Γ0 00 LO ro H

S n co vd co

-H

ra

O W -P

O H M h O S ΜΠ O li) Φ H O O

CJ 03 v κ - - dl--- -H o\° N ΗΟ'ί O O O ΙΟ ΐ H O ^ M-l fi (Ö

4-t 11 TO

mu d <u

S Ph -H -P

01 Π) O

_ _ ^ - — rj

Ö . -p -P

©g -h d

,p-H LO 04 LO LO § lii (O Oi O CL! 04 LO

(Γ<·Ηθ\0 y, VV.VV, „ ' - '

o Cd LO O LO O rSlOLOCOH H CO O

S ^ ^ ^ 00 cd 00 O ® W---H - i -

X -P -H

cd -h d ra -πω -h o

O ^ ro 04 h Ocni^^ro O

s O - - - - o\° -rt >» ». i» >. dP P r0 -si1 -Φ o\° H -rl p o\° O O] -P^Ht^LTl (d - - -

5 4J(Lj H ΛΙ^ΟΟ O] O X C>3 ·φ O

5 d A*i -cd - ,¾ σ\ h ' j -H Λί ^ o\° P l> o\° n) I—I c\° C. 0 Cd 00U4 CO tl 0Ί d -H co ro co co 2 -p _____ d - d _____ d ' -p_ d -

^ Ä4 (Ul^fl) en ^ d D CM

0). (D CD φ (D m 4-1 en co

P A M X 01 <U CO

^Srnm ended <n d AI end H ΰ υι en en -m en en ra en en H f g ? °.rara d ra ra h « ° ^ Td ra “ Sori !h© « ;h© cd > 0 LO CM mM „5 Lii ΓΊ H M ^ (U CN H ω ^ h ‘d iH ^ ora -P o cd JJ ora Φ 3 n m O το φ O ·η X O -n

P-HCd P -H [H P -H

........................................... (ö £ - (0 £ -..............-.................. Cd d

A*l Ή Ή ΛΙ -H

Ad *P Ad Ή !—1 Ad Ή (dfd td cd Hh-erded ra +j ra 4-) m ra 4-> en en + ra O Λ H ΟΛ +ΟΛ H 4-) H M 4-) M 4-0

M d O MMdO I II C dO

<n m cd 4J <n h cd4J en h cd4-> ra o ra d ra en ra d oj m rt e ra -ro en ra racd ra to en ra racd to en ra co ed O -H cd TO -H cd O Ή cd TO -H cd -H cd TO -h cd d ra to en rara d ra -ro en rara ra-ro en rara Ή O Ή 4-) O Ή Ή O Ή -P O Ή O Ή 4-) O Ή <HOdo od HOdo od odo od =o p -h £ p -h =o p -h d p -h p -h d p -h

4J cd -H 4-> cd -H 4J cd -H -P cd -H Cd -H 4-> (d -H

4JA2cdd A2<d 4J A2 cd d A2cd A2 <d d A2 cd

=OAd4J> Ad 4J :OA24J> Ad 4J Αϊί4Ρ> A*d 4J

>o ra en -h eden ra en -h eden eden-n cd en cQwfflw com co co m co com ra ra ra corn 26

Kuten kuviosta 8 voidaan havaita, saadaan betaiini eroamaan sakkaroosista merkittävästi paremmin kuin täysin jatkuvassa menetelmässä. Taulukosta 6 voidaan todeta, että olennaisesti samalla kolonnikuormituksella jaksoittainen 5 menetelmä antaa myös huomattavasti paremman sakkaroosija-keen puhtauden, 92,3 %, kuin täysin jatkuvan menetelmän 87,2 - 87,8. Kaksoiserotus sallii sen, että ensimmäinen fraktiointi tehdään suhteellisen alhaisella sakkaroosi-saannolla (84,1 %), jolloin korkea erotuskapasiteetti ja 10 vähäinen haihdutustarve toteutuvat. Kaksoiserotus nostaa sakkaroosisaannon 91,0 prosenttiin. Betaiinisaanto voidaan nostaa helposti 82,8 prosenttiin ja enemmän eluenttia ja kolonnikapasiteettia käyttäen jopa yli 90 prosentin.

Esimerkki 7 15 Jatkuva SMB-menetelmä sivutuotteen ja yhdistetyn sakkaroosi- ja betaiinijakeen erottamiseksi melassista ja sitä seuraava jatkuva SMB-menetelmä sakkaroosijakeen ja betaiinijakeen erottamiseksi yhdistetystä sakkaroosi- ja betaiinijakeesta 20 Käytettiin esimerkissä 4 kuvattua koelaitteistoa ja hartsia. Eluenttina käytetty vesi syötettiin kolonnisys-teemiin virtausnopeudella 144,6 1/h. Syöttöliuos johdettiin systeemiin putken 51 kautta virtausnopeudella 23 1/h kussakin kohdassa 165 sekunnin ajan. Syöttöputkisto huuh-25 deltiin eluentilla (15 s, 22,9 1/h) syöttöliuoksen johtamisen päätyttyä. Tuotejakeen virtausnopeus venttiilien 66 - 79 kautta säädettiin arvoon 33,9 1/h, jolloin sivutuotteen virtausnopeudeksi muodostui 133,7 1/h. Sivutuote otettiin ulos jousikuormitteisen venttiilin kautta, joka 30 varmisti systeemiin halutun paineen. Kiertonopeutena pidettiin keskimäärin 290 1/h. Tämä kiertonopeus vaihtelee käytännössä sen mukaan, miten syöttö- ja tuotteenpoisto-kohtien keskimääräiset asemat muuttuvat suhteessa kierto-linjaan. Syöttöliuoksen ja eluentin syöttökohtia ja tuote- 27 jakeiden keruukohtia siirrettiin yksi kolonni kerrallaan eteenpäin virtauksen suuntaan 180 sekunnin välein.

Kuten myös on selitetty esimerkissä 4, ennen näytteenottoa systeemi ajettiin yllä mainituilla virtausase-5 tuksilla, kunnes systeemi saavutti tasapainon.

Alentamalla kierrätysnopeutta suhteessa syötön virtausnopeuteen ja tuotteen virtausnopeuteen saatiin enemmän betaiinia siirtymään tuotejakeeseen kuin esimerkissä 4. Tuotejakeen sakkaroosipuhtaus oli alhaisempi (85,6 % 10 87,2 %:n sijasta). Erotuskapasiteetti oli kuitenkin mer kittävästi suurempi.

Tästä erotuksesta saatu tuotejae otettiin talteen ja käytettiin syöttöliuoksena samantapaisessa jatkuvassa SMB-systeemissä. Haihdutusta ei tarvittu, vaan tuotejaetta 15 käytettiin sellaisenaan.

Eluenttina käytetty vesi syötettiin kolonnisystee-miin virtausnopeudella 42,4 1/h. Syöttöliuos johdettiin systeemiin putken 51 kautta virtausnopeudella 34,9 1/h kussakin kohdassa 300 sekunnin ajan. Syöttöputkisto huuh-20 deltiin eluentilla {10 s, 34,9 1/h) syöttöliuoksen johtamisen päätyttyä. Betaiinijakeen virtausnopeus venttiilien 66 ~ 79 kautta säädettiin arvoon 37,9 1/h, jolloin sakka-roosijakeen virtausnopeudeksi muodostui 39,4 1/h. Sivutuote otettiin ulos jousikuormitteisen venttiilin kautta, 25 joka varmisti systeemiin halutun paineen. Kiertonopeutena pidettiin keskimäärin 170 1/h. Tämä kiertonopeus vaihtelee käytännössä sen mukaan, miten syöttö- ja tuotteenpoisto-kohtien keskimääräiset asemat muuttuvat suhteessa kierto-linjaan. Syöttöliuoksen ja eluentin syöttökohtia ja tuote-30 jakeiden keruukohtia siirrettiin yksi kolonni kerrallaan eteenpäin virtauksen suuntaan 310 sekunnin välein.

Tämän kokeen tulokset on esitetty taulukossa 7. Voidaan todeta, että tulokset ovat selvästi paremmat kuin yritettäessä saada kolme tuotejaetta jatkuvasta SMB-sys-35 teemistä, jollainen on selitetty esimerkissä 5. Lopullinen 28 betaiinipuhtaus on alhaisempi (52,5 % 88,3 %:n sijasta) mutta betaiinin kokonaissaanto on paljon suurempi (63,7 % 35 %:n sijasta), ja mikä tärkeintä, sakkaroosijakeen puhtaus on merkittävästi suurempi (93,6 % 87,8 %:n sijasta).

5 Lopullinen sokerituote voidaan ottaa talteen kiteyttämällä tämä sakkaroosijae, ja koska puhtaus on suuri, kiteytyksen saanto tulee olemaan merkittävästi suurempi. On myös mahdollista puhdistaa tämä korkealaatuinen sakkaroosijae ioninvaihdolla ja adsorptiotekniikalla, jolloin saadaan vä-10 ritön tai lähes väritön nestemäinen sokerituote tai siirappi .

29

CO

n co oo\h m m ζρ rd 2 A --- jj Φ x ro <η n ^ σο n-

Sh ärH co n ro ro ro ro

-HO H

> a o in ro m o co JJ - - - - - - n o\° ro i> r- hmm n ro x co ;ϋ

•H

ω o o H CO O1

ö - - - »(DID

-H o\° OI O «# - - -

UH OOH

UH <Ö

^ M

--S-— , w m 'd a G m £Q -h Li) OU) [J O ΜΛ Ή vv,*. H o\0

^ Πί o\° Li) U) ^ VO O CN

> ti A 10 co r- 3 $ 10 A m -n o O 4-)--- Oi o\° rM ^ v M -ro 'd -H Ö l> rj O A <D - A - O Ö O ro a -h o ^ UD CO 0\o .H ro ro in olp ω ω S ö rd *° o tn ro o H mroii) 0 φ £ 171 ,p| A m co h K oo co h *. ΛίΦ ro o\° A 00 o\° ra Φ -H ·« co <d en -n cd 4-> to ro ΰ o -h Φ A!--Ö - UU ..................... n - tn Φ

rt Φ o Φ o O AI

iu Φ ö Φ σι O cd U-l 1 CM Φ CQ ίΗ -Γ-ι φ φ n φ φ n φ ·η fl n ω tn Φ Φ Α Φ Φ A d Η -Η 2 οοι-ΛίΦοΰ ΑΦΑ-Η ϋ) (βίο - - - (ί K -n Η ίΟ id CQ Cd -Η οι ιωο ίο ο -πφ α) ' ' - ·π ¢) en cd ui n) ·η h m ro -η φ A o ^ ro -h φ a H > Ο cd A 0 ro ro ia A O Φ

Φ -H nx 0 (d 3 0 cd A A

Ä 3 -H 0 π EH 0 π a

A ft tn iH-H !h -H cd O

--cd n - id n Φ 40 A -h A -h M (Il A -H A -H cq cd cd cd id cd ή cd to n cq a cd to Φ Φ ΰ Ή 0 A 0 A O cd 4H JJ A d a o n o o o

Cd JJ Φ (d JJ A A

Φ cd (2 rt cd n O

<n rt tn rt -n ¢) to (β ΰ A

O Ί i -h cd ή ra ή cd ή ί φωω co *i—t co to cq n -h φ jj o -h Φ 0 -h 0 -h 0 -h h cd o on edon on on :0 π n Sh -h to Sh -h Sh -h in -h jj Φ jj cd ή Φ rt -h rd -h cd -h JJ JJ D Arc AArd Aed Acd

0 0> AA O A A AA AA

Sn-H td φ n <d φ rd φ edo en Eh en en ra H en m en m en m

Claims

1. Menetelmä sakkaroosin ja sen lisäksi toisen liuenneen aineosan erottamiseksi juurikasperäisestä sak- 5 karoosipitoisesta liuoksesta, tunnettu siitä, että liuokselle suoritetaan ensimmäinen fraktiointi kromatografisella simuloitu liikkuva kerros -menetelmällä sakkaroosin suhteen rikastuneen jakeen ja toisen liuenneen aineosan suhteen rikastuneen jakeen saamiseksi, tai sakka-10 roosin ja toisen liuenneen aineosan suhteen rikastuneen jakeen saamiseksi ja saadulle toisen liuenneen aineosan suhteen tai sakkaroosin ja toisen liuenneen aineosan suhteen rikastuneelle jakeelle suoritetaan toinen kromatografinen fraktiointi, niin että saadaan toinen sakkaroosin 15 suhteen rikastunut jae ja toinen toisen liuenneen aineosan suhteen rikastunut jae.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sakkaroosin suhteen rikastunut jae ja, erillisesti tästä, toisen liuenneen aineosan 20 suhteen rikastunut jae otetaan talteen ensimmäisessä frak- tioinnissa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen sakkaroosin suhteen rikastunut jae yhdistetään ensimmäisen kromatografisen 25 fraktioinnin sakkaroosijakeeseen ja sakkaroosi otetaan talteen näin saadusta yhdistetystä sakkaroosijakeesta.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnet tu siitä, että toinen sakkaroosin suhteen rikastunut jae palautetaan ensimmäisen kromatografisen 30 fraktioinnin syöttölluokseen ja sakkaroosi otetaan talteen ensimmäisestä fraktioinnista saadusta sakkaroosin suhteen rikastuneesta jakeesta.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisessä fraktioinnissa otetaan talteen sakkaroosin ja toisen liuenneen aineosan suhteen rikastunut jae.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sakkaroosi otetaan talteen 5 toisesta sakkaroosin suhteen rikastuneesta jakeesta.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen liuennut aineosa otetaan talteen erillisestä, mainitun toisen liuenneen aineosan suhteen rikastuneesta jakeesta.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että toinen liuennut aineosa on valittu ryhmästä betaiini, inositoli, raffinoosi, galaktinoli ja seriini ja muut aminohapot.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että toinen liuennut aineosa on betaiini.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että simuloitu liikkuva kerros -menetelmä on jatkuva simuloitu liikkuva kerros 20 -menetelmä.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että simuloitu liikkuva kerros -menetelmä on jaksoittainen simuloitu liikkuva kerros -menetelmä.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen me netelmä, tunnettu siitä, että toinen fraktiointi suoritetaan erämenetelmällä.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen fraktiointi 30 suoritetaan jatkuvalla simuloitu liikkuva kerros -menetel mällä .

14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen fraktiointi suoritetaan jaksoittaisella simuloitu liikkuva kerros -me- 35 netelmällä.

15. Jonkin patenttivaatimuksen 1-14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että juurikasperäinen sakkaroosipitoinen liuos on juurikasmelassi.

16. Jonkin patenttivaatimuksen 1-15 mukainen me-5 netelmä, tunnettu siitä, että kromatografinen fraktiointi suoritetaan vahvan kationinvaihtajan avulla.

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kationinvaihtaja on poly-styreenirunkoinen, divinyylibentseenillä ristisilloitettu 10 kationinvaihtaja, jonka divinyylibentseenipitoisuus on 4 -8 %.

18. Patenttivaatimuksen 16 tai 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kationinvaihtaja on pääasiassa natrium- ja/tai kaliummuodossa.

19. Jonkin patenttivaatimuksen 1-18 mukainen me netelmä, tunnettu siitä, että toiseen fraktioin-tiin syötettävän liuoksen kuiva-ainepitoisuutta säädetään.

20. Jonkin patenttivaatimuksen 1-19 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toiseen fraktioin- 20 tiin syötettävän liuoksen pH säädetään alueelle 6,5 - 12.