HU222447B1

HU222447B1 - Eljárás csiger frakcionálására

Info

Publication number: HU222447B1
Application number: HU9603610A
Authority: HU
Inventors: Mirja Lindroos; Juha Nurmi; Hannu Paananen; Tapio Viljava
Original assignee: Danisco Finland Oy
Priority date: 1994-06-28
Filing date: 1995-06-07
Publication date: 2003-07-28
Also published as: PT763098E; FI97150C; HUT76711A; FI97150B; JPH10505533A; FI943107A; EP0763098B1; DK0763098T3; FI943107A0; WO1996000776A1; AU2618095A; ES2177649T3; DE69526788D1; JP3680137B2; HU9603610D0; ATE217903T1; CA2193962A1; EP0763098A1; RU2143473C1; US6022394A

Abstract

A találmány tárgya eljárás szerves savakat tartalmazó csigerfrakcióelőállítására, melynek során a csigert kromatográ- fiás elválasztásnakvetik alá, oly módon, hogy a kapott szerves savakat tartalmazó maradékpH-értékét 5,0-nél kisebb értékre csökkentik sav hozzáadásával, aképződött csapadékot a szervetlen frakció kinyerése érdekébenelkülönítik, miáltal szerves frakció marad vissza. A találmány tárgyátképezik a találmány szerinti eljárással kapott termékek is. Atalálmány szerinti szervetlen frakció nagyrészt káliumsót tartalmaz,és például műtrágyaként alkalmazható. A találmány szerinti szervesfrakció főleg szerves savakat tartalmaz, és például állati takarmányokés silók adalékaként alkalmazható. ŕ

Description

A találmány tárgya eljárás csiger („vinasse”) frakcionálására, közelebbről egy új és gazdaságos eljárás a csiger egy nagyrészt szervetlen és egy nagyrészt szerves frakcióra történő szétválasztására. A szervetlen frakció elsősorban káliumsót tartalmaz, és előnyösen alkalmazható, például műtrágyaként. A szerves frakció főleg szerves savakat tartalmaz, és - például - takarmányadalékként vagy siló előállításában alkalmazható előnyösen.

A melaszt és a különböző növényi eredetű, cukortartalmú kivonatokat (mint például a cukorrépa- és cukomádlét, valamint a keményítőhidrolizátumokat) a fermentációs iparban számos különböző területen alkalmazzák nyersanyagként, például alkohol, élesztő, citromsav, glutaminsav, lizin és sok más fermentációs termék előállítására. Miután a fermentációs levesből kinyerték az elsődleges terméket, egy híg melléktermék marad vissza. A híg melléktermékleves bekoncentrálásával kapott terméket általánosan „csiger”-nek („vinasse”) nevezik, melynek egyéb elnevezései a CMS („Condensed Molasses Solubles”; kondenzált oldható melaszanyagok) és a CPL („Complement Proteique Liquide”; proteintartalmú folyadék). Az általános gyakorlat az, hogy a csigert használhatatlan anyagként kidobják (gyakran koncentrálás nélkül) vagy káliumtartalmú műtrágyaként, valamint állati takarmányadalékként felhasználják. A csiger állati takarmányok adalékaként történő alkalmazása előnyös, mivel alacsony költségű, átalakítható energiát biztosít és kötőanyagként is funkcionál. A csiger proteinforrásként való alkalmazásának lehetőségét is vizsgálták [Deleplanque, G. és Maindron, G.: „Le C. P.: et la Pulpe Surpressee Ensilee”, Secopal S. A. (1982)].

A csiger nagy arányban tartalmaz káliumot, ami a csigerrel takarmányozott állatok magnéziumfelszívódásában rendellenességeket okozhat [Tomas, F. M. és Potter, B. J.: Aust. J. Agric. Rés. 27, 873 (1976); Fontenot, J. P., Allén, V. G., Bunge, G. E. és Goff, J. P. Journal of American Science 67, 3445 (1989)]. Eljárásokat fejlesztettek ki a kálium mennyiségének csökkentésére [FR 1,497,480, Lesaffre és Cie (1967); FR 2,573,088, Beghin-Say, S. A. (1986); NL 6,800,313, Julsingba, J. (1969); és DE 1,817,550 (1970)]. Ezek az eljárások a kálium-, szulfátionok jelenlétében - sóként vagy kettős sóként, lényegében semleges körülmények között végzett kicsapásán alapulnak. A csökkentett káliumtartalmú csigertermékeket „Prouvital”, „Proteinal”, „Sirional”, „Viprotal” stb. márkaneveken forgalmazzák.

A környezetvédelmi megszorítások korlátozták a csiger hulladékként történő kezelését, s ennek következtében növekedett a takarmányadalékként vagy műtrágyaként történő felhasználásra rendelkezésre álló csigermennyiség. E két termékre korlátozott a kereslet, így a piacon komoly túlkínálat alakult ki. Ennek megfelelően, a csiger értékes komponenseinek kinyerésére fokozott érdeklődés mutatkozik.

Például a bétáin kromatográfiás elválasztási eljárásokkal, valamint - kationos vagy anionos - ioncserélők alkalmazásával nyerhető ki. A csiger további értékes komponensei közé tartoznak a glicerin, a monoszacharidok, aminosavak, valamint a borostyánkősav.

A felsorolt értékes komponensek kinyerése után egy másfajta csiger marad vissza, melyben a komponensek koncentrációja magasabb, mint a kiindulási csigerben volt. A termék káliumtartalma nagyon nagy, ami korlátozza állati takarmányként történő alkalmazhatóságát. Másrészről, a termékben a szerves vegyületek mennyisége is nagy, ami viszont a műtrágyaként történő felhasználást korlátozza.

A szakirodalomban több eljárást is leírnak a kálium csigerből történő eltávolítására. Az FR 1 497 480 számú francia szabadalmi leírásban (Lesaffre és Cie) olyan eljárást tárnak fel, amelyben az élesztőtermelés után kapott csigert először legalább 60 tömeg%-os szárazanyag-tartalomra töményítik. A koncentrátumhoz ezután kénsavat és ammóniát adnak, olyan arányban, hogy a folyadék pH-ja semleges maradjon. A kálium az oldatban szulfátként csapódik ki, és a szulfátkristályokat centrifugálással eltávolítják. Nagyobb mennyiségű ammónia adagolása kisebb káliumhozamot eredményez, és az ammónia káros az állatokra (az ammónia állati takarmányban történő alkalmazását számos országban tiltják).

Az FR 2 573 088 számú francia szabadalmi leírásban (Begin-Say, S. A.) hasonló eljárást imák le; ez az eljárás abban különbözik az előzőtől, hogy a kénsavat és az ammóniát vagy a szerves amint a híg csigerhez adják.

Az FR 2 596 748 számú szabadalmi leírásban (Swenson, S. A.) szintén a Lesaffre és Cie által leírt eljáráshoz hasonló eljárást írnak le, továbbá feltárnak egy az eljárás megvalósításához kifejlesztett - berendezést is. Az általuk leírt eljárás legalább két bepárlólépésből, és az ezeket követő (szintén legalább két) kristályelkülönítési lépésből áll. Az eljárást betöményítőberendezésben végzik, amely legalább két - sorba kapcsolt bepárlókészüléket tartalmaz. A káliummentesített folyadékot abban az elkülönítési lépésben kapják, ahol a szárazanyag-tartalom a legnagyobb. Az e lépésben létrehozott kristályokat feloldják, és az oldatot visszaáramoltatják a bepárlóstádiumba, ahol a szárazanyag-tartalom alacsonyabb. Az az elkülönítési lépés adja a kálium-szulfát-terméket, amelyben a szárazanyag-tartalom alacsonyabb. Az ebből az elkülönítési lépésből kapott, káliummentesített folyadékot - további koncentrálás érdekében - egy második bepárlólépésbe viszik.

A csiger különböző komponenseinek kinyerése érdekében végzett frakcionálását korábban szintén leírták. A bétáin kromatográfiás elválasztási eljárásokkal nyerhető ki [lásd például 4 359 430 és 5 127 957 számú egyesült államokbeli szabadalmi leírások (Heikkilá és munkatársai)]. A bétáin anionos vagy kationos ioncserélők alkalmazásával is kinyerhető. A glicerin és glükóz kinyerését, valamint az aminosavak elválasztását Burris írta le [„Recovery of Chemicals such as Glycerol, Dextrose, and Aminoacids írom Dilute Broths”, International Conference on Fuel Alcohols and Chemicals; Biomass, Miami Beach, Florida (1986)]. A 0 411 780 A2 számú európai szabadalmi leírásban (Kampen) olyan eljárást írnak le, amellyel cefréből, például etanolt, glicerint, borostyánkősavat és betaint nyernek ki. Az eljárással kinyerhető a kálium-szulfát és a szabadon folyó, száraz ga2

HU 222 447 BI bonatörköly is. Az eljárás során először a törkölyt állítják elő, majd abból desztillációval elkülönítik az etanolt. A visszamaradt, kifőzött cefrét kb. 0,1-10 pm pórusméretű, szervetlen membránok alkalmazásával végzett keresztáramú mikrofiltrációs eljárással tisztítják. A filteren átszivárgóit anyagot egy vagy több ioncserén és/vagy kromatográfián alapuló elválasztási lépésnek vetik alá, és az elkülönített termékeket tisztítják. A 0 411 780 A2 számú európai szabadalmi bejelentés 8. példájában bemutatnak egy eljárást a cukorrépából készült cefre frakcionálására. A cukorrépacefre a cukorrépa etanollá történő fermentálásának mellékterméke, amelyet 0,2 pm-es pórusméretű, szervetlen α-alumínium-oxid-membrán alkalmazásával, keresztáramú mikrofiltrációval tisztítanak. A membránokon átszivárgóit anyagot a proteinek hidrolízise érdekében, 50 °C-on enzimatikusan hidrolizálják, majd bepárlással 66 tömeg% feletti szárazanyagtartalom feletti töménységűvé töményítik, keverőgépben lehűtéssel kristályosítják, és a kálium-szulfát-kristályokat centrifugálással eltávolítják. Az így tisztított cukorrépacefrét - a bétáin és a glicerin kinyerése érdekében - több lépésben kromatografálják, majd a visszamaradt cefrét betöményítik, szárítják, és előkevert, szilárd műtrágyaként vagy szeszgyári gabonatörkölyként („distiller’s dry grain”; DDG) alkalmazzák.

A fenti eljárással kapott cefrének azonban vannak olyan hátrányai, amelyek az említett felhasználási területeken problémákat okoznak.

Először: a termék káliumszintje a többi komponens, például bétáin vagy glicerin eltávolításakor növekszik. A nagy káliumszint nem előnyös; ellenkezőleg, káros az állatokra. Az ilyen termék csak korlátozott mennyiségben alkalmazható állati takarmányok adalékaként.

Másodszor: a nagy káliumszint rontja a termék stabilitását: a káliumsók a tárolás során hajlamosak a kicsapódásra. Ez lehet az oka annak, hogy Kampen javasolta a termék szárítását, azonban a szárítás nagyon költséges eljárás.

Harmadszor: műtrágyaként történő alkalmazás esetében a szerves anyagok nagy aránya szintén komoly hátrányt jelent, mivel a kívánt káliummennyiség biztosítása érdekében nagy mennyiségű műtrágyát kell szétszórni. Ezenkívül, a szerves anyagok mikrobiális lebomláson mennek keresztül, ami kellemetlen szaggal jár.

A találmány tárgyát képezi egy új és gazdaságos eljárás a csiger egy nagyrészt szervetlen és egy nagyrészt szerves frakcióra történő szétválasztására. A találmány tárgya közelebbről eljárás szerves savakat tartalmazó csigerfrakció előállítására, melynek során a csigert kromatográfiás elválasztásnak vetjük alá, amelyre jellemző, hogy a kapott szerves savakat tartalmazó maradék pH-értékét 5,0-nál kisebb értékre csökkentjük sav hozzáadásával, a képződött csapadékot a szervetlen frakció kinyerése érdekében elkülönítjük, miáltal szerves frakció marad vissza.

A találmány szerinti eljárással kapott maradék (vagyis szervetlen frakció) elsősorban káliumsót tartalmaz, és például műtrágyaként alkalmazható.

A találmány tárgyát képezi a szerves frakció is, amely a szervetlen frakció eltávolítása után marad vissza. A szerves frakció savas kémhatású termék, amely nagy mennyiségben tartalmaz szerves savakat, káliumtartalma pedig alacsony, így állati takarmányok adalékaként, továbbá silótakarmány tartósítóadalékaként egyaránt előnyösen alkalmazható.

A találmány szerinti frakcionálási eljárással a csiger két frakcióját kapjuk: egy nagyrészt szervetlen frakciót, és egy nagyrészt szerves frakciót. Az eljárás során a csigert kromatográfiás elválasztásnak vetjük alá, a kapott - szerves savakat tartalmazó - maradék pH-ját sav hozzáadásával csökkentjük, és a képződött csapadékot (szervetlen frakcióként) elkülönítjük, miáltal a szerves frakció marad vissza. A pH-t általában 5 alá, előnyösen 3,0 és 3,8 közötti értékre állítjuk be. A pH-t olyan sav hozzáadásával csökkentjük, amely a káliumot só formájában szabadítja fel. Előnyösen kénsavat alkalmazunk, mivel az ilyen esetben képződő kálium-szulfát könnyen eltávolítható a folyadékból. A találmány szerinti megoldás céljaira egyéb, hagyományos savak (mint például a sósav) szintén alkalmazhatók.

A találmány szerinti eljárás különböző típusú csigerek frakcionálására alkalmazható; frakcionálhatók a melasz fermentációs melléktermékeként kapott csigerek és azok is, amelyekből - kívánt esetben - egy vagy több komponenst már eltávolítottunk. Ha a csigert oszlopkromatográfiás lépésnek vetjük alá, előnyösen derítéssel előkezeljük.

A csiger derítését végezhetjük, például a 0 411 780 A2 számú európai szabadalmi bejelentésben (Kampen) ismertetett keresztáramú mikrofiltrációs eljárás alkalmazásával vagy a csiger nagy teljesítményű centrifugában, előnyösen magas hőmérsékleten végzett centrifugálásával. Ez utóbbi célra alkalmas eljárás leírása az elbírálás alatt álló 2 940 302 számú finn szabadalmi bejelentésben található. A derítéssel tisztított csigert bepárlórendszerben körülbelül 50 tömeg% és 80 tömeg% közötti, előnyösen körülbelül 55 tömeg% és 65 tömeg% közötti szárazanyag-tartalomra koncentráljuk. 35 tömeg% feletti szárazanyag-tartalom esetén a káliumsók elkezdenek kicsapódni, illetve kristályosodni. A csapadékot vagy a kristályokat a betöményített csigertől hagyományos eljárások alkalmazásával, például dekantálással, szűréssel vagy ezek kombinációjával különítjük el, majd a folyadékot présfilterrel leszűrjük szűrőlapok, szűrési segédanyag vagy ezek kombinációjának alkalmazása mellett.

Az eljárás során kapott csapadék vagy a kristályiszap felhasználható változtatás nélkül, de alkalmazható nagy káliumtartalmú melléktermékkel elegyítve is (melyet a derítéssel tisztított csiger néhány komponensének oszlopkromatográfiás eltávolításával kaptunk). Amennyiben a találmány szerinti frakcionálás során e két terméket elegyítjük, a káliumszint növekszik, és a kristályosítás könnyebbé válik. Ennek megfelelően, ezt a megvalósítási módot tartjuk előnyösnek.

A szűrés után a derítéssel tisztított csigert tárolhatjuk vagy a kívánt komponensek kinyerése érdekében azonnal oszlopkromatográfiás eljárásnak vethetjük alá.

HU 222 447 Bl

A kinyerhető komponensek közé tartozik, például a bétáin, glicerin, inozitol és a különböző aminosavak.

A találmány szerinti megoldás értelmében az esetlegesen derítéssel tisztított csigert (melyből a fenti módon esetleg eltávolítottuk a kívánt komponenseket) szervetlen és szerves frakcióra választjuk szét. A szervetlen frakció létrehozása érdekében a káliumot a találmány szerinti új eljárással távolítjuk el a csigerből, melynek során a káliumot - só és/vagy kettős só alakjában - egy lépésben, a csiger pH-jának sav hozzáadásával végzett csökkentésével vonjuk ki. A káliumsók bepárlórendszerű kristályosítóberendezésben, szabályozott módon csaphatók ki vagy kristályosíthatok. A káliumot előnyösen úgy távolítjuk el a csigerből, hogy kénsavat adunk hozzá, majd a csigert bepárlókészülékben betöményítjük, miáltal kristályok képződnek.

A folyadékhoz a savat a káliumsó alakjában történő felszabadítása céljából adjuk. Előnyösen kénsavat alkalmazunk, amely szulfátionokat képez, és növeli a káliumsók kitermelését. A sók képződése attól függ, hogy e folyamathoz mennyi ion áll rendelkezésre. Ilyenformán, a káliumsók kialakulása kívánt mennyiségű sav például a szulfátionokat képző kénsav - hozzáadásával szabályozható. A hozzáadott sav mennyisége határozza meg az oldat pH-ját is; annyi savat alkalmazunk, hogy az oldat pH-ja kb. 5 alatt, előnyösen kb. 4,2-4,5 alatt, legelőnyösebben 3,0 és 3,8 között legyen.

A csiger szárazanyag-tartalmát körülbelül 40-80 tömeg%-ra, előnyösen kb. 55-65 tömeg%-ra állítjuk be. A káliumsók akkor kezdenek kicsapódni, illetve kristályosodni, ha a szárazanyag-tartalom 35 tömeg% fölé emelkedik. Bepárlókészülékként (amelyben a kristályosítást végezzük) előnyösen bepárlórendszerű kristályosítókészüléket (kényszerkeringetéses lombikbepárlót, kényszerkeringetéses bepárlót, DTB-bepárlót, folyamatos keverésű lepárlókristályosítót stb.) alkalmazunk, hogy a kristályosodás - a kristálygócok kialakulása, valamint a kristályok növekedése és formálódása - jobban szabályozható legyen. A savat a híg csigerhez vagy a káliumsók kicsapásos/kristályosításos betöményítése érdekében betöményített csigerhez adhatjuk. Az utóbbi lehetőség előnyösebb, mivel ezután könnyebb a kicsapódás és kristályosodás irányítása. A kapott káliumszulfát-csapadékot hagyományos eljárásokkal (például szűréssel, dekantálással, centrifugálással vagy ezek kombinációinak alkalmazásával) különítjük el.

A szervetlen frakció nagy részét a káliumsók/kristályok alkotják. Amennyiben a csiger pH-jának csökkentésére kénsavat alkalmazunk, a kálium-szulfát szárazanyag-tartalomhoz viszonyított aránya rendszerint körülbelül 70-90%; ennek megfelelően, a kálium aránya kb. 30-42%. A szervetlen frakció, például műtrágyaként alkalmazható.

A káliummentesítés után szerves frakció marad vissza. E frakció egyik legnagyobb mennyiségben jelen lévő komponensét a szerves savak alkotják, melyek szárazanyag-tartalomhoz viszonyított aránya körülbelül 18-45%, előnyösen kb. 30-45%. A szerves savak zömét a tejsav és a pirrolidon-karbonsav (PCA) teszi ki, melyek együttesen 10-20% arányban vannak jelen. Ezenkívül a szerves frakció kisebb koncentrációban tartalmazhat például ecetsavat, maleinsavat, borostyánkősavat, propionsavat és hangyasavat, melyek koncentrációja rendszerint 1% alatti. A szerves frakció tartalmazhat továbbá viszonylag nagy mennyiségű nitrogéntartalmú vegyületet; a frakcióban az összes nitrogéntartalom kb. 5-12%, míg az aminosavtartalom kb. 1-10%. A szénhidrátok teljes mennyisége kb. 5-35%, míg a hamu aránya kb. 12-30% (a szárazanyag-tartalomra vonatkoztatva). Az alkalmazott eljárástól függően, a bétáin koncentrációja kb. 1% és 20% között változik.

Ahogy fentebb említettük, a szerves frakció káliumtartalma - az alkalmazott kénsav mennyiségének változtatásával - kívánt szintre állítható be. A szerves frakció káliumtartalma rendszerint 3,0-5,5%, míg pHja jellemzően 3,0 és 4,0 érték között változik.

A szerves frakció eredeti nyersanyaga növényi eredetű, melynek összetétele a növényfajtától, a talajtól, az alkalmazott műtrágyáktól, az időjárástól és más tényezőktől függ. A növényi anyag feldolgozására alkalmazott eljárások szintén befolyásolják a végtermék összetételét. Ilyenformán, a szerves frakció összetétele tág határok között változhat. Szakember számára nyilvánvaló, hogy az általunk említett komponenseket a megadott koncentrációban tartalmazó készítmények csupán példaként szolgálnak. Ilyenformán, a hasonló összetételű készítmények szintén a találmány oltalmi körébe tartoznak.

A következőkben egy cukorrépából előállított jellemző szerves frakció összetételét mutatjuk be. A koncentrációkat a szárazanyag tömegszázalékában adjuk meg.

Monoszacharidok	0,2%
Diszacharidok	1,2%
Egyéb szénhidrátok	8%
Összes nitrogén	6,5%
Bétáin	2,4%
Aminosavak	7%
Szerves savak	36%
Kálium	4%
Hamu	15%
A találmány szerinti szerves	frakció például állati ta-

karmányadalékként, valamint siló előállítására alkalmazható előnyösen.

A találmány szerinti szerves frakció hatása például a siló szárazanyag-tartalmának csökkenése alapján értékelhető. Amennyiben a siló előállítási körülményei nem megfelelőek, a siló a nagy gázképződést okozó, nemkívánatos mikroorganizmusok miatt tönkremegy. Ilyenformán a siló szárazanyag-tartalmának egy része gáz alakjában elvész, ezáltal takarmányozási értéke csökken. A szerves frakció szárazanyag-tartalmának a tartósítás során bekövetkező csökkenésére gyakorolt hatása a gázképződés mérésével határozható meg. A kísérlet során takarmányként például réti komócsint és perjét alkalmaztunk, melyekhez különböző koncentrációban szerves frakciókat adtunk. Az eredményeket az 1. táblázatban mutatjuk be.

HU 222 447 Bl

1. táblázat

A szerves frakció hatása a siló szárazanyag-tartalmának csökkenésére

Tartósítószer	Szárazanyag-tartalom csökkenése (tömeg%)
Réti komócsin	Perje
Kontroll	4,3	5,8
	4,6	6,2
	4,6	6,6
Szerves frakció (8 liter/tonna)	4	3,6
	3,8	2,8
	4,1	2,7
\| Szerves frakció (16 liter/tonna)	2,5	1,6
	2,3	1,5
	2,4	1,4

Az eredmények azt mutatják, hogy a szerves frakció - mind a réti komócsin, mind a peije esetében mindössze 8 liter/tonna mennyiségben alkalmazva is egyértelműen mérsékli a szárazanyag-tartalom csökkenését. Amikor a szerves frakciót 16 liter/tonna mennyiségben alkalmaztuk, a réti komócsin esetében a szárazanyag-tartalom csökkenése felére, a perje esetében pedig egynegyedére mérséklődött.

Az alábbiakban a találmány szerinti megoldást kísérleti példákon keresztül mutatjuk be részletesen. Szakember számára kézenfekvő, hogy a találmány szerinti eljárás lépései és paraméterei módosíthatók, anélkül, hogy eltérnénk a találmányi gondolat lényegétől. A találmány igényelt oltalmi köre nem korlátozódik csupán a példákban bemutatott megvalósítási módokra.

1. példa

Az alkoholtermelés fermentációs fázisa után a fermentált cefréből centrifugálással eltávolítottuk az élesztőt. A cefrét ezután desztillálóoszlopra vittük, ahol az alkoholt eltávolítottuk. Az oszlop alján híg csiger maradt vissza, amely körülbelül 0,05 térfogatszázalék (a továbbiakban tf%) és 1,5 tf% közötti mennyiségben továbbra is tartalmazott oldhatatlan szilárd anyagot, amely kis élesztősejtekből, egyéb mikroorganizmussejtekből, feltárt sejtek törmelékéből stb. állt. A folyadék szárazanyag-tartalma 6,5 tömeg% és 13 tömeg% között változott, míg a káliumtartalom a szárazanyag 10,7-11,7 tömeg%-a volt.

A szilárd anyagot tartalmazó folyadékot kb. 85-95 °C-ra melegítettük, pH-ját kb. 6,5-7,0 értékre állítottuk be, majd „Westfalia SB7” típusú tányérsoros derítőcentrifugában 8500-as percenkénti fordulatszámmal centrifugáltuk. A derítéssel tisztított csigert kényszerkeringetéses bepárlókészülékben („Rosenlew”) kb. 59-65%-os szárazanyag-tartalomra töményítettük. A kálium-szulfát-kristályok kb. 40 tömeg%-os szárazanyag-tartalomnál kezdtek kiválni.

A kálium-foszfát-kristályokat kristályzagyként dekantálással eltávolítottuk. A kristályok a zagy aljára süllyedtek, és a viszonylag tiszta folyadékot leöntöttük róluk. Ebben az esetben gravitáción alapuló dekantálást alkalmaztunk. Szakember számára kézenfekvő, hogy egyéb eljárások és eszközök is alkalmazhatók, például centrifugálásos dekantálás vagy szűrés. Az elkülönített káliumsó kristályzagy teljes mennyisége 16 tf% volt.

A zagyból a káliumsókristályokat - szűrőpapír lemezek („Carlson”) alkalmazásával - présszűrővel („Seitz Orion”) nyertük ki. A kristályok másfajta szűrők, vagy például perforált vagy hálószerű szitával felszerelt dobos szűrőcentrifuga alkalmazásával is kinyerhetők.

A dekantált folyadékot - a finom kristályok és az oldhatatlan szilárd anyagok eltávolítása érdekében szűrőpapír lemezek („Carlson”) és szűrési segédanyag („Kenite 300”) alkalmazása mellett, présszűrővel („Seitz Orion”) szűrtük. A szűrést nagyon könnyű volt végrehajtani, és a szűrő pórusai az eljárás során majdnem teljesen feltöltődtek.

A derítéssel tisztított csigert félüzemi méretű kromatográfiás szeparátorba töltöttük és két frakcióra választottuk szét: egybetaint, glicerint, inozitot, monoszacharidokat és néhány aminosavat tartalmazó betainfrakcióra, és egy betainmentesített csigerfrakcióra, amely az ionizálható anyag többségét, a nagy molekulatömegű vegyületeket stb. tartalmazta.

A kb. 6,9 pH-értékű, és (a szárazanyag-tartalomra vonatkoztatva) kb. 14 tömeg% káliumot tartalmazó csigerfrakciót - kényszerkeringetéses bepárlókészülékben („Rosenlew”) - kb. 59-61 tömeg%-os szárazanyagtartalomra töményítettük. A bepárlást vákuum alatt, 120-200 mbar abszolút nyomáson végeztük. A folyadékhoz - a jó kristálynövekedési sebesség fenntartása, illetve az új kristálygócok képződésének megakadályozása érdekében - lassan kénsavat (96 tömeg%) adtunk. Az oldathoz semlegesítőszert nem adtunk. A folyadék végső pH-ja kb. 3,1 volt. Ekkor a zagy körülbelül 20 tömeg% kristályt tartalmazott. A kristályokat perforált fémszitával felszerelt dobos szűrőcentrifuga (,,Heine”) alkalmazásával különítettük el. A kristálypogácsa szárazanyag-tartalma 98 tömeg% volt, amelynek 34 tömeg%-át kálium képezte. A szerves frakció káliumtartalma 4,9 tömeg%, szerves savtartalma 30 tömeg%, aminosavtartalma pedig 4 tömeg% volt.

2. példa

A bétáin kromatográfiás elválasztása után kapott csigert a következők szerint dolgoztuk fel. A visszamaradt - 16,1 tömeg% szárazanyag-tartalmú (melyből a kálium 13,6 tömeg%-ot tesz ki) - csiger 600 literéhez 10 kg koncentrált kénsavat adtunk, miáltal a folyadék pH-ja 3,9-re csökkent. A savanyított folyadék 200 literét bepárlórendszerű kristályosítóberendezésbe, azaz egy 0,4 m³ térfogatú vákuumbesűrítő kádba (az A. Grönroos Oy terméke) öntöttük. A masszát 230-250 mbar nyomáson, 68-70 °C hőmérsékleten melegítettük. Amikor a massza refraktometrikus analízissel megállapított szárazanyag-tartalma 30 tömeg%-ra emelkedett, friss folyadé5

HU 222 447 Bl kot adtunk hozzá, és a folyadék térfogatát kb. 100 literen tartottuk. A friss folyadék hozzáadásával egyidejűleg a masszához kénsavat adtunk, olyan mennyiségben, hogy a massza pH-ját 3,5 alatt tartsuk. A betáplálás befejezése után a bepárlást addig folytattuk, amíg az anyaoldat refraktometrikus analízissel megállapított szárazanyag-tartalma el nem érte a kb. 68,5 tömeg%-ot, pH-ja pedig a 3,06-ot. A masszát hűtőkristályosítóba tettük, ahol kb. 16 óra alatt 26 °C-ra hűtöttük. A lehűtött masszát dobos szűrőcentrifuga („Heine”) alkalmazásával centrifugáltuk, melynek eredményeként 30 kg kristálypogácsát és 99 kg folyékony szerves frakciót kaptunk. A kristálypogácsa szárazanyag-tartalma 97,3 tömeg% volt, melyből a kálium 32,1 tömeg%-ot tett ki; ennek megfelelően, kálium-szulfát-tartalma a szárazanyag-tartalomra vonatkoztatva 71,2 tömeg% volt. A szerves frakció káliumtartalma a szárazanyag-tartalomra vonatkoztatva 4,1 tömeg% volt.

3. példa

A bepárlási kristályosítást az 1. példában leírtak szerint, azonos paraméterek alkalmazásával végeztük, azzal a különbséggel, hogy a hőkezelést akkor fejeztük be, amikor az anyaoldat refraktometriás analízissel megállapított - szárazanyag-tartalma 60 tömeg%, pHja pedig 3,1 volt. A masszát ezután - az 1. példában leírtak szerint - hűtőkristályosítóba tettük, 26 °C-ra hűtöttük és centrifugáltuk. A centrifugálás eredményeként 25 kg kristálypogácsát és 121,5 kg folyékony szerves frakciót kaptunk. A kristálypogácsa szárazanyagtartalma 98,2 tömeg% volt, amelyből a kálium 40,1 tömeg%-ot tett ki, így a kálium-szulfát-tartalom - a szárazanyag-tartalma vonatkoztatva - 89,8 tömeg% volt. A szerves frakció káliumtartalma - a szárazanyag-tartalma vonatkoztatva - 4,9 tömeg% volt.

4. példa

Desztillálással nyert friss csigert - melynek átlagos szárazanyag-tartalma 11,7 tömeg% volt (melyből a kálium átlagosan 10,7 tömeg%-ot tett ki) - 85-95 °C-ra melegítettünk, majd pH-ját 6,5-7,0 értékre állítottuk be. A forró csigert tányérsoros derítőcentrifugában tisztítottuk, amelyből folyamatosan emelkedő film („rising film”) típusú kényszergeringetós bepárlóba tápláltuk, és 60±l tömeg% szárazanyag-tartalmúra koncentráltuk. A betöményített csigert ülepítőtartályon - 10 órás tartózkodási idővel - átfolyatva dekantáltuk. A kicsapódott kálium-szulfátot tartalmazó zagyot - az összes átfolyt mennyiség 10%-os térfogatarányában - eltávolítottuk a tartály aljáról. A zagy szárazanyag-tartalma 67 tömeg% volt, amelyből a kálium 14,5 tömeg%-ot tett ki. A zagyot 60 °C-ra melegítettük, és 2,8 m²-es szűrőfelület alkalmazásával nyomólapos és keretes típusú szűrőkészülékben („Seitz Orion”) szűrtük. A 270 liter zagy szűrése után a szűrőnyomás hirtelen megnőtt, jelezve, hogy a szűrőkamrák megteltek. A szűrést befejeztük, és a szűrőkamrákban lévő folyadékot levegővel helyettesítettük. A készüléket kinyitottuk, és a 90,5 kg-os szűrőpogácsát eltávolítottuk. A szűrőpogácsa szárazanyag-tartalma 78,4 tömeg% volt, amelyből a kálium 25,9 tömeg%-ot tett ki.

A dekantált folyadékot (amelynek szárazanyag-tartalma 58,5 tömeg% volt, melyből a kálium 10,4 tömeg%-ot tett ki) 90 °C-ra melegítettük, és a fentivel azonos szűrőkészülékkel szűrtük. Szűrési segédanyagként - 0,2 és 0,4 vegyesszázalék (a továbbiakban v%) között változó mennyiségű - kovaföldet („Kenite 300”) alkalmaztunk. A 210 liter térfogatú és 60,1 tömeg% szárazanyag-tartalmú (melyből a kálium 9,2 tömeg%-ot tett ki) zagyszűrletet a dekantálás során keletkezett 2430 liter térfogatú túlfolyási szűrlettel elegyítettük. Az elegyített, tiszta szűrletet 50 tömeg% szárazanyag-tartalomra hígítottuk, ellenőrzőszűrést végeztünk, és kromatográfiás úton eltávolítottuk a benne lévő betaint. A bétáin eltávolítása után 9500 liter maradék csigert kaptunk, melynek szárazanyag-tartalma 15,8 tömeg% volt (ebből a kálium 13,4 tömeg%-ot tett ki).

A zagyszűrésből származó szűrőpogácsát a maradék csigerben feloldottuk, így annak káliumtartalma 13,9 tömeg%-ra nőtt. E folyadék 400 literéhez 6,6 kg tömény kénsavat adtunk, miáltal pH-ja 3,8-re csökkent. A savanyított folyadék 200 literét bepárlörendszerű kristályosítóberendezésbe, azaz egy 0,4 m³ térfogatú vákuumbesűrítő kádba (az A. Grönroos Oy terméke) öntöttük, és - a pH 3,5 alatti értéken tartásához elégséges mennyiségű kénsav hozzáadásával - az 1. példában leírtak szerint bepárló kristályosítást végeztünk. A hőkezelést akkor fejeztük be, amikor az anyaoldat refraktometriás analízissel megállapított szárazanyag-tartalma kb. 61,1 tömeg%-ra emelkedett, és pH-ja 3,1 volt A masszát hűtőkristályosítóba tettük, kb. 26 °C-ra hűtöttük, majd centrifugáltuk. A centrifugális eredményeként 19 kg kristálypogácsát és 83 kg szerves folyadékfrakciót kaptunk. A kristálypogácsa szárazanyag-tartalma 98,0 tömeg% volt, amelyből a kálium mennyisége 39,3 tömeg%-ot tett ki, így a kálium-foszfáttartalom - a szárazanyag-tartalomra vonatkoztatva 87,8 tömeg% volt. A szerves frakció káliumtartalma - a szárazanyag-tartalomra vonatkoztatva - 4,8 tömeg%.

5. példa

Az élesztőtermelés fermentációs stádiuma után az élesztőt centrifugálissal eltávolítottuk a fermentált anyagoldatból, és igy olyan híg csigert kaptunk, amely 0,01-0,8 tf% oldhatatlan szilárd anyagot tartalmazott, amely kis élesztősejtekből, egyéb mikroorganizmussejtekből, feltárt sejtek törmelékéből stb. állt. A folyadék szárazanyag-tartalma 3 tömeg% és 7 tömeg% között változott, míg a káliumtartalom a szárazanyag 11,2-13,1 tömeg%-a volt.

A szilárd anyagot tartalmazó folyadékot kb. 85-95 °C-ra melegítettük, pH-ját kb. 6,5-7,0 értékre állítottuk be, majd nagy teljesítményű derítőcentrifügában („Westfalia NA7” típusú tányérsoros derítőcentrifugában), 8500-as percenkénti fordulatszámmal centrifugáltuk. A derítéssel tisztított folyadék jellemzően kb. 0-0,05 tömeg% oldhatatlan, szilárd anyagot tartalmazott. Az oldhatatlan, szilárd anyag eltávolítást hatékonysága rendszerint 90% feletti volt.

A derítéssel tisztított csigert az 1. példában leírt eljárással töményítettük be, és hasonló eredményeket kaptunk.

HU 222 447 Β1

A kálium-szulfát-kristályok eltávolítását, valamint a dekantált csiger szűrését szintén az 1. példában leírtak szerint végeztük.

Az így előkezelt csiger elválasztását - az 1. példában leírtak szerint - félüzemi méretű kromatográfiás FSB-SMB elválasztókészülékben hajtottuk végre.

A betainmentesített csigerfrakciót (pH=kb. 7,5) kényszerkeringetéses bepárlóban („Rosenlew”) körülbelül 68-69 tömeg% szárazanyag-tartalomra töményitettük, majd a folyadékhoz - a jó kristálynövekedési sebesség fenntartása, illetve az új kristálygócok képződésének megakadályozása érdekében - lassan 96 tömeg%-os kénsavat adtunk. Az oldathoz semlegesítőszert nem adtunk. A folyadék végső pH-ja kb. 3,1 volt; ekkor a zagy körülbelül 20 tömeg% kristályt tartalmazott. A kristályokat perforált fémszitával felszerelt dobos szűrőcentrifuga alkalmazásával különítettük el. A kristálypogácsa szárazanyag-tartalma 97 tömeg% νοίζ amelynek 32 tömeg%-át kálium képezte. A szerves frakció káliumtartalma 4,1 tömeg%, szerves savtartalma 33 tömeg%, aminosavtartalma pedig 2 tömeg% volt.

6. példa

Alkohol előállítása során kapott cukorrépa csigert melynek szárazanyag-tartalomra vonatkoztatott káliumtartalma kb. 12 tömeg%, pH-értéke pedig kb. 5,6 volt kényszerkeringetéses bepárló (, ,Rosenlew”) alkalmazásával 59-61 tömeg% szárazanyag-tartalmúra koncentráltunk. A bepárlást vákuum alatt (120-200 mbar abszolút nyomáson) végeztük. A folyadékhoz lassan kénsavat (96 tömeg%) adtunk, olyan mennyiségben, hogy a folyadék végső pH-értéke kb. 3,1 legyen. Ekkor a zagy hozzávetőleg 18 tömeg% kristályt tartalmazott. A kristályokat perforált fémszitával felszerelt dobos szűrőcentrifuga alkalmazásával különítettük el. A kristálypogácsa szárazanyag-tartalma kb. 97 tömeg% νοίζ amelynek kb. 32 tömeg%-át kálium képezte. A szerves frakció káliumtartalma kb. 5,2 tömeg%, szerves savtartalma kb. 22 tömeg%, aminosavtartalma pedig kb. 3 tömeg% volt.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás szerves savakat tartalmazó csigerfrakció előállítására, melynek során a csigert kromatográfiás elválasztásnak vetjük alá, azzal jellemezve, hogy a kapott szerves savakat tartalmazó maradék pH-értékét 5,0-nél kisebb értékre csökkentjük sav hozzáadásával, a képződött csapadékot a szervetlen frakció kinyerése érdekében elkülönítjük, miáltal szerves frakció marad vissza.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy savként szervetlen savat, előnyösen kénsavat alkalmazunk.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a maradék pH-ját előnyösen 3,0 és 3,8 közötti értékre csökkentjük.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a savat 35-45 tömeg% szárazanyag-tartalomra koncentrált csigerhez adjuk.
5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szervetlen frakció nagy részét kitevő káliumsókat előnyösen kristályok formájában csapjuk ki úgy, hogy a csigert bepárlórendszerű kristályosítóberendezésben betöményítjük.
6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a csigert körülbelül 40-80 tömeg%-os, előnyösen 55-65 tömeg%-os szárazanyag-tartalomra töményítjük be.
7. Szerves frakció, amelyet az 1. igénypont szerinti eljárással állítottunk elő.
8. Csigerből származó szerves frakció, melynek kémhatása savas, 18-45 tömeg% szerves savat és 3-3,5 tömeg% káliumot tartalmaz.
9. A 7. vagy 8. igénypont szerinti szerves frakció, mely szerves savként elsősorban tejsavat, pirrolidonkarbonsavat és ecetsavat tartalmaz.
10. Szervetlen frakció, amelyet az 1. igénypont szerinti eljárással állítottunk elő.