IT8147911A1

IT8147911A1 - Procedimento per il recupero di betaina.

Info

Publication number: IT8147911A1
Application number: IT1981A47911A
Authority: IT
Original assignee: Suomen Sokeri Oy
Priority date: 1980-02-29
Filing date: 1981-02-27
Publication date: 1982-08-27
Also published as: FI77845B; ES499868A0; BE887652A; DK453281A; MA19080A1; IT8147911A0; CS256365B2; YU42383B; SU1189334A3; JPH0250895B2; DK158222C; ES8207127A1; IS2614A7; WO1981002420A1; CS143481A2; FI812912L; RO84360A; JPS57500286A; IT1170766B; BG49616A3

Description

DESCRIZIONE

a..corredo di.una domanda di brevetto per invenzione dal.titolo.:.

''Procedimento per il recupero di betaina''

RIASSUNTO.

.La betaina-Viene recuperata.-dalle sorgeni naturali-come melasse.di barbabietola, melasse di residui.e-vinacce,,medianie diluizione..delle melasse. fino_ad_un contenuto di solidi.del.25 al 50$, intro* ducendo le melasse nella parte superiore di una colonna cromatografica contenente un sale,di resina di scambio cationico.di polistiren-solfonato, reti-. colata con una quantit? da circa 2 a circa 12% in peso di divinilbenzene, eluendo poi con acqua e raccogliendo una frazione di betaina dalle correnti a valle della resina. Quando alimenti successivi vngono effettuati ad intervalli di valore preventivamente determinato, gli alimenti possono essere panzialmente sovrapposti. La betaina proveniente dall'alimento precedente viene poi elnita per mezzo delle melasse diluite dall'alimento che segue. La frazione betainica viene evaporata sotto vuoto e la betaina viene cristallizzata nella forma di cristalli anidri,ovvero. come monoidrato di betaina.' DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE.-Labetaina, un componente.importante-delle. melasse_-di_barbabietola,-possiede_la_formula-moleco--lare_seguente:

-Il-composto anfotero_e_mostra reazione-neutra_in soluzione._acquosa La-betaina-?-facilmente so? lubile.-in-acqua-e?viene-utilizzata-in mangimi,?con-la -inclusione_di_mangimi per-bestiame,-maiali ed-uccelli?-Inoltre,_la.betaina possiede applicazioni farmaceutiche.

betaina-si 'trova-nelle-radici', nei chic-_chi_e-nei gambi-di-una ampia-variet?-di piante, e-la? _barbabietola-da zucchero presenta un-contenuto-di betaina relativamente elevato,-variante da 1,0-a-1,5% su -base di solidi secchi. Durante il trattamento-della? barbabietola da zucchero-per-recuperEire il saccarosio, labetaina si concentra nelle melasse.?Le melasse di -barbabietola normalmente contengono-tra-3% ed 8% su? -base di solidi-secchi di-betaina.-Altri-materiali-che henne-quantit? sostanziali di betaina includono le melasse-residue dal procedimento-di steffen,vinaccia*? e-alcuni sciroppi-di colata-che sono i sotto prodotti della raffinazione dello zucchero.

Dalle melasse di barbabietola? la betaina stata re a medianie tecniche di scambio io nico, mediante cristallizzazione come cloridrato, _ovvero mediante estrazione_in solventi.organici._

Parecchie modificazioni sono state.jpubblicate del procedimento di scambio ionico. Per_esempio. si veda, il brevetto statunitense No. 2.5-86.295, il brevetto giapponese No. 24904/71,_il.brevetto_sovie-1ico_No. 445.270 e il volume Schneider_F.:_Technologie des Zuckers,._Verlag Schaper Hannover, 1968,_p. ..

635-636.. Questi?procedimenti della,tecnica'precedente in__linea generale comprendono l'operazione^di far passare le melasse attraverso uno scambiatore cationico forte, risciacquando,quindi lo scambiatore cos? che esso.risulti.esente da soluzione residua, e quindi eff.ettuando_la desorzione della betaina facendo passare una.soluzione diluita di ammoniaca attraverso il letto di.resina. _ _ _Se_le.melasse.di barbabietola sono sottoposte ad un procedimento di eliminazione dello zucchero, cio? il. cosiddetto procedimento di Steffen, la betaina si concentra nelle melasse residue. Un analogo materiale grezzo per la betaina ? la vinaccia, che ?_costituita dallemelasse residue provenienti da un procedimento di fermentazione.

betaina_? siata recuperatadalle,melasse residue_overo.dalle._vinacce_mediante tecniche_discambio-ionico,-ma a-causa della_concentrazione_rela-_tivamente_elevata della betaina-in questi_materiali,_ _?-anche possibile utilizzarelabassa-solubilit?-delbetaina-in-acido cloridrico;-ad esempio si-veda -il_brevetto britannico No.-7-15?774 ilbrevetto_sta--iunitense No 2519.5731 ed iL-Volume-di_Schneider_F-. Technologie-des_Zuckers, Verlag-.S.cliaper -Hannover, 1968,-p_1010.

-Dalle melasse-residue la betaina-?- stata recuperata mediante estrazione-in solventi organici; si veda ad-esempio la-domanda di brevetto te -desco-No. 2.300.492.

pr?cedimenti-cromatografici per la sepa--razione dei composti organici-sono-gi?-ben noti-dal--la-chimica analitica.-Un-tipo di cromatografia, quella cosiddetta -con-esclusione-ionica'',-? stato impie*? -gato per-il recupero-del saccarosio-dalle melasse.? Un-gran numero di-brevetti-ed-altr? pubblicazioni -riguardanti questo procedimento-pu?-essere trovato? -inletteratura, cio?, D.--Gr?ss in CITS 14th Gen.-Ass. -Brussels 1971, brevetti-statunitensi No.-2.868, 677;? -2.937.959;-3.214.293;-e-3.884.7-14;-e il-brevetto-ca? nadese.No. 754.511. Nel procedimento ad^esclusione.;_ di_ioni, le melasse sono di solito_separate_su colonna di_resina di_scambio ationico_in_forma di_metal-__ lo alcalino-. La frazione?di-zucchero.,viene,eluita_dal?a_colonna dopo_la.frazione.non.zuccherina._

Ora ? stato trovato_che_la,betaina pu? essere_separata_dagli zuccheri e dainon zuccheri-delle,melasse_di_barbabietola mediante un procedimento cromatografico. Le melasse-diluite-sono-fomite ad una_colonna .cromatografica. Per eluizione delle..melasse diluite dalla colonna-con-acqua,-si-recupera^ come-materiale eluito che-lascia il fondo della??colonna,_una prima frazione-di-rifiuto non zuccherina.^ una-seconda frazione contenente una proporzione so--stanziale-degli zuccheri-nelllalimento, ed una ter-? za frazione.di-betaina,-la quale viene eluita nell'estremit?-di-coda dopo la-frazione di-zucchero, -e che contiene una elevata proporzione della-betaina -nellialimentopanche-1-^80$ o pi?-su base di sosten za secca. Dalla-detta frazione-betainica, la betai na-pu?-essere-recuperaiamediante-cristallizzazbne --oppure essa pu? essere recuperata-come cloridrato--se cos? si desidera.

Un adatto materiale primo-per laproduzione della-betaina-? costituito-dalle-me1asse-di barba? bietole da zucchero, che normalmente contengono dal.

3 all'8% di betaina su base di solidi anidri. Sia le melasse residue da un.procedimento di eliminazione degli zuccheri che la vinaccia proveniente da un proeedimento di fermentazione sono,di.elevato_contenu-_ to di betaina e sono naturalmente materie prime molto adatte.

. Il cloridrato.della.betaina, che viene,usa-. tornei preparati farmaceutici, per esempio, pu? es-. sere.preparato dalla frazione ricca di betaina ottenuta mediante il procedimento,della,presente inven-_ zione?con un procedimento convenzionale impiegando una quantit? equivalente dell?aedo cloridrico.

Uno. schema di.trattamento che fornisce una descrizione generale del p;rocedimento cui si rifer?? see la presente invenzione viene mostrato in figura.

1..dei disegni. Con riferimento alla figura 1 ed in accordo con il procedimento della presente invenzione, melasse contenenti beta?na sono diluite fino ad. avere un contenuto di solidi del 25-50%, preferibilmente del 35-40%, e alimentate ad una colonna cromatografica su larga scala. La colonna contiene una resina di scambio cation?co forte, in forma d? metallo alcalino; il sodio ? in generale il metallo alcalino preferito essendo esso il pi? economico. La colonna di_resina viene recuperata con acqa prima di. alimentare le melasse diluite ad_essa. Al completamento dello stadio di alimentazione delle melasse,_ la"colonna viene eluita conacqua.a temperatura,da_ 60_a_90?C, ed_il_materiale_eluito_viene raccolto come _ parecchie frazioni.

La resina?impiegata_nella colonna ? dipre-_ ferenza_un_sale,.di,metallo-alcalino,di,resina_.di,scambio polistirenica solfonata re.ticolata con.una quantit?__da_.circa_2_.a circa 12% in_peso_e pi? di,preferenza?da circa,3?a,circa,9%_in_peso,di divinilbenze-_ ne_(DVB)-. La resina,?,di,dimensioni particellarianiformi_e,_possiede_un.diametro medio.della perline di preferenza,nell'Intervallo da circa 20,a.400 mesh secondo,gLi,standard-statunitensi ,-e pi?di.preferenza-nell.'intervallo approssimato da 0,2-a-0,5-mm.-l?altezza,delletto di-resina ? da circa 2,5 a circa-10 metri.1_La velocit? di alimentazione ?.da 0,5-a 2.metri,cubi per_ora per-metro quadrato dell?area di sezlone retta,della colonna di. resina.-L?alimento-?di-preferenza costituito da melasse di-barbabietola, contenenti-betaina, melasse residue oppure vinacce che sono diluite poi con acqua cos? da-contenere circa-25 -50%L inpeso-di-sostanza secca,-e-preferibilmen te da-circa 35 a 40%.

Per eluizione con acqua, si recupera dalla-colonna come materiale.eluito una prima frazionedi-rifiuto-non zuccherina,-una seconda-frazione con--tenente zucchero,-ed una-terza-frazione principalmen--te-costituita-da-betaina.-Le-frazioni zuccherine-nnon-zuccherine sono sottoposte ad ulteriore tratta-: mento cosi-da-recuperare lo zucchero e le melasse -residue.-Questi procedimenti ulteriori di trattamen? to sono-in precedenza-descritti in letteratura-e non sono parte della presente invenzione.

le soluzioni-di alimentazione aventi un-livello-relativamente basso di zucchero sono im--piegate, la seconda frazione contenente zucchero pu? anche non contenere quantit? di zucchero significa-1 tive dal punto di vista commerciale. In questo caso, la frazione pu? essere usata come mangime per be? stiame, oppure una porzione di essa oppure tutta det--ta frazione pu? essere fatta tornare al sistema con -l'alimento successivo. Inoltre, ? stato trovato che alimenti successivi di melasse diluite con intervalli preventivamente determinati di alimentazione, se? guiti dalla eluizione con acqua, possono essere anche ottenuti. Quando ci? viene effettuato, ?-possibile, se si desidera, sovrapporre parzialmente gLi alimenti. Cos?, la frazione betainica sulla colonna proveniente dallralimento precedente viene eluita usando le melasse-diluite,dall'alimento seguente come materiale-eluito. In questo caso,-l'ultima frazionedel..primo alimento contiene la betaina proveniente -dal primo alimento, insieme con una piccola porzione degli altri ingredienti-del-secondo alimento.-Un vantaggio di-questa tecnica-e costituito-dal fatto chea-causa del pi?-breve-tempo tra-gli alimenti, il tempo-totale-di trattamento per una data quantit? di melasse ? sostanzialmente ridotto.

-La betaina-viene--recuperata dalla frazione costituita principalmente da betaina-indicata con-il temr ine di "frazione betainica''-in figura 1, dapprima-evaporandola fino ad un-contenuto da-circa 77% acirca 81%, preferibilraenta circa 80% di concentrazio-. ne-di sostanza secca. La-soluzione viene poi-inoculata con-cristalli di betaina anidra e-betaina anidra-viene-quindi-cristallizzata-mantenendo-la tempe? natura-dal vaioreda 75-ad-85?C,-sotto un-vuoto entro l'intervallo-da circa 80 a 120-millibar-durante-la cristallizzazione. Un cristallizzatore-convenzionala vuoto, cio?-del-tipo usato nell'industria-degli zuccheri,-?-adatto per realizzare questo stadio-del-L'acqua viene scacciata per-evaporazioneriprovocand? cos?-la-crescita di cristalli.-Quandola cristallizzazione ? sostanzialmente completa, come rappresentato dalla cristallizzazione la in figura 1, i cristalli di betaina_anidra..sono separati_dalla,soluzione madre,mediante centrifugazione. Lo sciroppo.allontanatosi a causa della,centrifuga? zione_viene poi..concentrato fino all'80-90% di_solidi, quindi inoculato.,con cristalli di betaina.anidra,_e..si recupera quindi_una quantit? aggiuntiva-di cristalli di betaina anidra mediante-cristallizza--zione-inun cristallizzatore sotto vuoto, come mostrato-,nella cristallizzazione Ib infigura 1. Nella seconda cristallizzazione, Ib, la temperatura vie'nei mantenuta al valore-compreso-tra 80-e-90?C-sotto un. vuoto nell?intervallo da circa 60 a-100 millibar.

tempo-di cristallizzazione nella primacristallizzazione, IA, ? di 4-10 ore,-mentre nella seconda cristallizzazione, sono--richieste circa 6-42-ore. Le-rese sono-50-55%-di-betaina-dalia-prima -cristallizzazione-e da 45 a 50% di-betaina dalla seconda.-La purezza dei-cristalli ? del 99%nella-prima-e-del-98% nella-seconda cristallizzazione. Le di-prima-e seconda cristallizzazione-appena come cristallizzazione-IA-e cristallizzaneione Ib forniscono-un-prodotto-il quale pu? esseredescritto-come-un-prodotto costituito-da-betaina~chimicamente pura.

Betaina monoidrata, di qualit?.farmaceutica, pu?. essere_recuperata mediante la dissoluzione in acqua dei .cristalli-greggi di._betaina ottenuti nella cristallizzazione Ia e nella cristallizzazione Ib in modo?da_formare una soluzione contenente.circa;. il.60% di solidi,.._s.ottoponendo_la soluzione cos? for~ mata alla rimozione_del_colore mediante.-trattamento convenzionale.con carbone.attivo/filtrazione,.e .quindi.ricristallizzando la.betaina da acqua..in un cristallizzatore sotto?vuoto_.a_temperatura da 75 ad 85?C, con un vuoto nell'intervallo.-du-circa-100 a_180 millibar. Il tempo di-cristallizzazione in queste cond?zioni varia da 2 a 4-ore,-la resa,della betaina ? del 50-55%, sulla base della betaina totale presente nell'alimento,-la purezza dei cristalli ? di oltre 99,8% Questo stadio del procedimento ? rappresentato in figura 1 come cristallizzazione II.

Una differente via per produrre la betaina pura pu? anche essere seguita. Questa betaina pu? essere separata dalle melasse mediante la separazione cromatografica in due stadi: una separazione grossolana allo scopo di raccogliere una frazione ricca di betaina la quale viene poi separata una seconda volta cos? da recuperare una soluzione di betaina pura.

Un bilancio di materiale per il procedimento di separazione a due stadi viene mostrato in figura 7.

La purezza deIla soluzioneJbetsinica che_? recuperata dal secondo stadio di separazione ? del 90%. Da questa soluzione la_betaina viene ottenuta per cristallizzazione. Il procedimento viene descritto in dettaglio negli esempi 7-8.

Nel condurre il procedimento di recupero della_betaina della presente_invenzione. si pu? fare ricorso all'impiego di apparecehl?ure,_che si trovano nel ramo reiativo.? La colonna cromatografica ed.il relativo procedimento descritti_nel brevetto_statunitense.No. 3.928.9.13..come anche il dispositivo di alimentazione.perula colonna_descritta nel brevetto statunit.ense.No. 3 814.253,_possono essere impiegati. poltre,,il controllo autornatico_del.procedimento.di_ frazionamento sulla base della misura di densit? e rotazione,ottica.del.saccarosio, come descritto nel.brevettp_statunitense_No.._.3..826.905., possono_essere_impiegati. Le misure automatiche,aggiuntive.delle varia-, bili_dei_.procedimento..come la conducibilit?,_possono essere.anche impiegate e si_possono impiegare micro-_ laboratori con,vantaggio.nel.fare i calcoli automatici e nel realizzare le tecniche di controllo.. La.cristallizzazione di_betaina anidra e,di betainamonoidrata pu? essere condotta in cristallizzatori con- ... venzionali..sotto,vuoto con circolazione forzata.del?. tipo-impiegato-nella produzione di saccarosio.._I_cristalli-di-betaina-possono essere separati dalla-lo-. ro.soluzione madre in-centrifughe, quali quelle-del tipo normalmente impiegato per separare i.cristalli di saccarosio-dalle melasse La presente invenzione inoltre si riferisce alla produzione di betaina da melasse invertite.

In un procedimento di produce il cosiddetto ^'zucchero liquido" dalle melasse (esempio: Hongi- -hstof H e Heikkila, H: Desugarisation of cane molasses by th? Finnsugar process. In: Proceedings SVI Congress of International Society of Cane Sugar Technologists, Sao Paulo 1977 Vol. 3 pag. 3031-3038). -Nella separazione cromatografica di melasse invertite la betaina viene separata dai non zuccheri. I monosaccaridi di zucchero invertito parzialmente si sovrappongono alla betaina, ma si pu? ottenere una frazione ricca di betaina. -Dalla frazione ricca di betaina la betaina viene recuperata con un trattamento convenzionale di scambio ionico (come descritto in precedenza).

Uno schema del recupero della betaina dalle melasse invertite ? mostrato in figura 10. In_figura 11, viene mostrata la separazio-: ne cromatografica.delle melasse invertite.

In_accordo con il procedimento cui?si_.ri-_ ferisce,la._presente invenzione, le melasse diJbarba-_ bietola_sono_invertite,mediante trattamento con.aci-_ do o_trattamento enzimatico, in_accordo_con i proce-_ dimenti.convenzionali. Le melasse-invertite sono sottoposte ad una separazione cromatografica come,gi?_ sopra-? stato descritto. Una.frazione_ricca.di_betaina, che contiene una_parte dei monosaccaridi-costituitl-da-zucchero-invertito, viene recuperata.e sottoposta ad-un trattamento^di scambio,ionico in accordocon i procedimenti convenzionali. La frazione,di zuc---chero invertito proveniente dalla-colonna di scambioionico-viene combinata con la frazione-di-zucchero---proveniente dalla separazione-cromatografica.-La betaina viene eluita dalla-colonna di scambio-ionicomediante-impiego di-ammoniaca diluita (ovvero altroadatto-eluente). Dalla soluzione neutralizzata labetaina viene cristallizzata-come betaina anidra ovvero-come cloridrato di betaina.-La presente invenzione sar? ulteriormentedescr?tta con riferimento ai seguenti esempi-di-realizzazione.- -Esempio 1

Recupero, della betaina dalle melasse di barbabietola . La betaina era recuperata_dalle melasse di.barbabietola mediante diluizione delle melasse e 4.facendo, passare,ie.stesse ad una colonna cromatografica, il procedimento e_la.colonna avendo le_ seguenti caratteristiche:

Colonna croraatografica Resina di_scambio cationico di.polistirene divinilbenzene_solfonata, in forma Na<+ >5,-5% DVB..-Diametro medio delle perline di?0,.45 mm. Altezza_del letto di 6,1 metri e diametro.del letto di 2,7-6_metri. Il letto,era inizialmente totalmente.immerso in acqua.-

-

-Sette frazioni separate venivano raccolte durante la.separazione cromatografica su larga sca-1a, come mostrato in figura la dei disegni e nella tabella 1. La composizione delle frazioni ? mostrata nella tabella.1 qui sotto esposta. La frazione 2 ? la frazione di rifiuto ed essa.viene rimossa dal_ procedimento per l'impiego consecutivo.come mangime, un.substrato di fermentazione o simili.,La frazione 3..?.la,frazione zuccherina e la frazione 7 ?.la frazione betainica. Le,frazioni.1, 3, 4 e 6 sono rici-: date al procedimento combinando le.stesse con le.melasse.per le prove consecutive._

_La frazione di betaina recuperata conteneva.72% della betaina presente nell'alimento. La pu- . rezza della frazione era di.80,6% su base di sostartza secca.

TABELLA 1

Parecchi^alimenti successivi_venivano.,.effet-_ tuat_i__con l'acqua che_veniva._introdotta.alla parte superiore_della_colonna,_.tra ciascun alimento_come eluente. La colonna di_resina era_in_ogni momento_ricoperta..di_liquido .Da_ciascun_alimento,.la betaina__ che viene?eluita_da ultima_come_frazione No. 7,. veniva_recuperata appena.prima.delle..altre.frazioni.non_ zucherine, del seguente alimento._Il tempo tra le a lilimentazioni_era di.140.minuti.

Esempio 2 Produzione di betaina anidra e.di.betaina.monoidrata.

Betaina anidra e betaina monoidrata veniva--no recuperate, ed un bilancio di materiale per il procedimento ?.mostrato in figura 2. Le melasse dii_ barbabietola erano separate mediante la cromatogra--fia su larga scala come descritto nell?esempio 1. La _ resa della betaina nella separazione era del 75% della betaina presente nell'alimento, e la purezza della.soluzione era 75% sulla base di sostanza secca. -Di-nuovo, seguendo il procedimento descritto nell'e--sempio 1, si effettuavano successive alimentazioni -delle melasse diluite, si effettuavano quindi altreseparazioni.e le frazioni betainiche cos? ottenute -dall'eluente di ciascun alimento successivo, veniva

no combinate L?acqua era impiegata come eluente,__e_ 140 minuti__trascprrevano t ciascuna,operazione di; alimentazione. La soluzione betainica diluita cos? ottenuta come frazione betainica combinata co_nteneva_ 4 di_spstanza_secca in p.eso_ed.era evaporai,a fino all180% in peso di cpncentrazione..._La.soluzione,concentrata cos? ottenuta veniva inoculata contristaili di betaina..e.la.betaina.anidra.veniva..cristallizzata, come nello stadio la in figura 2, a_temperatura_da_75._ad.85.?C sotto_un vuoto_di_circa 100_milli.-bar. La resa dei cristalli di betaina.era.del_55%. La.purezza dei_cristalli.era del 99%? La.crisialliz-. zazione.era condotta,in un.apparecchio convenzionaie. di pristallizzazione dello..zucchero, con circola zione.forzata. Il tempo di.cristallizzazione era di; 6 ore.

I cristalli erano separati dalla soluzio-. ne madre mediante centrifugazione in una centrifuga convenzionale per zuccheri. Lo sciroppo allontanato era.evaporata, e mediante cristallizzazione a temperaiura.da 80 a 90?C, Ib.in figura 2, e ad un vuoto .... di..60-100 millibar, una quantit? aggiuntiva di cristalli di betaina anidra veniva recuperata. La resa per questo stadio di cristallizzazione era del 48% . e.la purezza dei.cristalli.era del 98%. Il tempo di cristallizzazione.era di 8 ore.-Lo sciroppo allontanato dalla operazione di-centrifugazione dei cristal--li-proveniente da questa seconda-cristallizzazione, stadio Ib,-veniva riciclato-alla soluzione di-alimen--tazione._

Allo scopo di produrre betaina monoidrata di-qualit?-farmaceutica, i cristalli-di-betaina ani--dra ottenuti-venivano disciolti in acqua-in-modo da--fornire.una oluzione al 60% in peso di solidi,-e-la soluzione-era purificata mediante il trattamento con carbone attivo, operazione seguita dalla filtrazio-? ne. Dalla soluzione purificata, betaina monoidrataveniva cristallizzata a temperatura di 80?C in un cristallizzatore per zuccheri, nello stadio di ^cristallizzazione II". La resa era del 55%, e la purezza dei cristalli di betaina era quasi del 100%. Lo sciroppo allontanato dalla centrifugazione veniva riciclato come alimento per lo stadio di cristallizzazione la.

Esempio 3 Produzione di betaina cristallina.

Un bilancio di materiale per la produzione di betaina cristallina viene mostrato in figura 3.

Le melasse di barbabietola venivano separate mediante cromatografia su larga scala come detto negli esempi_1 e _2. _Successive_alimentazioni venivano .effattuate_e_ le frazioni_di betaina_raccolte venivano combinate.__La_resa_di betaina nel,_frazionamento.. era.dell!_80%, e la_purezza della_soluzione__betainica? era anche dell'_80%_sulla_base di sostanza,secca. La concentrazione-delia.soluzione betainica_era_.di._4,0% in peso._La_soluzione_di.betaina_diluita_era_concentrata.medianie_eyaporazione fino_.a.circa_l'80% di.,solidi,.-inoculata,_e la betaina.anidra_era_cristalliz-_ zata-come dello_nell'esempio 2.. I cristalli_di_b.etaina anidra-,greggi_venivano.poi disciolti_.irL_acqua,_e_ la.soluzione veniva sottoposta.ad una.convenzionale_ operazione di-rimozione-delle.sostanze coloranti-per_ filtrazione. Dalla soluzione purificata,,la betaina non idrata veniva separata per cristallizzazione._ La resa-era di_72 Kg-di betaina anidra e 100 Kg di _ betaina monoidrata (su base anidra).

Esempio 4-Separazione delle melasse residue private-degli zuccheri.

-La-betaina era recuperata dalle melasse residue private degli zuccheri mediante-passaggio del- ? le melasse stesse attraverso una colonna cromatografica-avente-le caratteristiche che impiegava le condizioni operative quali sono stabilite pi? sotto:

Il risultato della separazione viene mostrato in figura 4. la figura mostra la situazione quan- . do si effettuavano alimentazioni successive. Le sostanze non zuccherine (altre sostanze) dell'alimento seguente sono eluite appena dopo la betaina dell'alimento precedente. Il tempo tra le operazioni di alimentazione era di 145 minuti, e durante questo periodo l'acqua veniva di continuo rifornita alla parate superiore della colonna come eluente ed in quantit?_sufficiente,a_mantenere,un livello di,liquido al disopra della resina nella colonna._ _

La tabella 3 2,mostra la_composizione_del-_ le quattro frazioni raccolte. La frazione 1 ? una frazione di rifiuto, la,frazione 3 ? la frazione betai-_ pica,,e le frazioni 2 e 4 sono riciclate.al procedi-,. mento allo,scopo,.di aumentare_la resa. A,causa_del_ livello relativamente basso di_saccarosio_nell*alimento,. non veniva recuperata al_cuna frazione_di zuc-_ chero.

Tabella 2_

_Esempio 5

Separazione delle melasse di_barbabietola.

Melasse di barbabietolavenivano diluite

ai 39,6% di solidi secchi e introdotte nella parte superiore,.di una colonna.di cromatografia, avente le seguenti caratteristiche, e nelle seguenti^condizioni:

Il frazionamento viene mostrato in figura. 5. Quando si effettuavano alimentazioni successive, le sostanze non zuccherine del seguente alimento venivano eluite appena dopo la betaina dell'alimento precedente. Il tempo tra le operazioni di alimenta-.

zione era di 130 minuti. Si impiegava acqua come e--luente tra.le.varie operazioni di alimentazione, ed il livello-di liquido era mantenuto. in.ogni_istante

al.-disopra del livello di resina nella-colonna..

La tabella 3 qui sotto esposta mostra la. distribuzione dei componenti nelle.,quattro frazioni raccolte.-La frazione 1 ? la frazione di rifiuto o "melasse residue",, la frazione-2 ? la frazione-riciclata, la frazione 3 ? la frazione zuccherina_.e_la frazione 4 ? la frazione-betainica

TABELLA 3

Esempio 6 Separazione delle vinaccie.

Betaina era recuperata dalla vinaccia me

diante.,separazione cromatografica seguita dalla cristallizzazione. La vinaccia ? un sotto prodotto di fermentazione che contiene elevate quantit? di betaina. La separazione era realizzata su colonna in scala da banco. Le condizioni erano le seguenti:

Il tempo.tra_due successive.operazioni^di. alimentazione._era di 135-minuti. L'acqua veniva impiegata come_eluente tra le_varie,operazioni di.alimentazione Dall'eluente,_le.frazioni venivano-rac---colte come mostrato nella seguente tabella 4. -(segue tabella)

TABELLA 4

La capacit? dell'alimento era-di 10,4 Kg

di. sostanza. secca/ora/M . di resina. La separazione ?

mo st rat a graficamente in figura 6. Dalla frazione beiainica (frazione No.; 4), . la betaina veniva recupe- -rata a mezzo di cristallizzazione come detto negli e?

sempi 2 e 3. La resa totale era aumentata mediante

le. ricircolazioni, come detto nell'esempio 1 , fino ? -ad oltre l'80% della betaina presente nell'alimento.

Esempio 7

Produzione di betaina, due separazioni. _

La betaina era preparata partendo dalle melasse di barbabietola per separazione in due stadi. -Una separazione grossolana allo scopo di aumentare la

quantit? di .betaina presente in_soluzione_ed_una seconda separazione .per il_recupero ... di una soluzione idi. bet aina. pura.. Le s eparazioni_ cromato grafiche veni-Ivano ..condot te. come detto.nell' esempio 1.__Le_condiziq-. ni nella separazione- grossolana,stadio1 , erano. le._ se euent i :

.

Parecchie alimentazioni -successive veniva? no condotte,- con la eluizione con acqua tra le- varie alimentazioni. Il tempo tra le operazioni di alimentazione, 105 minuti, era programmato cosicch? la frazione_betainica venisse eluita dalla colonna_durante_ i primi stadi dell'alimento prossimo. successivo., Cos?, frazione betainica, normalmente raccolta come_ ultima frazione, viene raccolta come la prima frazione della..serie successiva prossima delle frazioni raccolte. Tutti i materiali di alimentazione erano. analogh e le condizioni durante le prove successive. erano mantenute_invariate.

Il._risultato della.separazione grossolana,? separazione 1 disfigura7,.viene mostrato,in.figurai 8._Il.materiale eluito era.raccolto come sei frazioni, la composizione delle quali ? mostrata nella se-_ guente..tabella.5.

TABELLA 5

-_ La__capacit? di alimentazione era di 21,9 - _ Kg ss/ora/m<3 >. Dopo che parecchie,separazioni era-_ no^state condotte,, le.frazionicioche di.betaina._(fra-_ zione_No. 1)-Venivano combinate in modo da formare?_ la_.soi.uzione.di_alimentazione della seconda operazione?.di_frazionamento,-separazione 2, della figura_7-.4_ Le..frazioni.2,.4 e 6 venivanofatte ricircolare.-La_ soluzione combinata era evaporatafino a 39,7%-di_._ Leoneentrazione._Un intervallo di concentrazione di-Lcirca 35-40% di.solidi pu? essere impiegato. La fra-Lzione.No/ 3-era-gettata come rifiuto, mentre la frazione No.-5 era recuperata come frazione di zucchero.

Le condizioni nella seconda operazione difrazionamento, separazione 2 della figura-7, erano le seguenti:-

I risultato del frazionamento ? mostrato infigura 9?' Quattro frazioni venivano prelevate come mostrato nella seguente tabella 6.

TABELLA 6_

capacit? di alimentazione-era di -12

Kg di_sostanza_secca/ora/metro quadrato. La-frazione b.etainica (frazione Na._3) conteneva-quasi il 95% diaet_aina_come_sostanza secca. La betaina era recupe? dalla frazione betainica, frazione No.-3,-a-mez zo di-cristallizzazione come descritto pi? sotto nell'esempio_8. La frazione-No. 1 era gettata, e le frazioni 2 a 4 venivano fatte-tornare al istema nella mescola successiva Il-liquido finale-separatosi-dal--le_varie cristallizzazioni era anche esso fatto torna _re.all'alimento,.per.il_secondo stadio di separazione. (figura7)?.

Esempio 8_ Cristallizzazione della betaina monoidrata.

Le melasse di barbabietola venivano-separate_.mediante cromatografia su larga scala in due- sta-:di_come?deseritto nell'esempio-7.-Nel.procedimento ci,frazionamento-a due.stadi, la resa della betaina era dell'86%._e la purezza-delia-soluzione betainica 'del-90%. La-soluzione.betainica diluita era evapora----ta-fino ad una concentrazione pari al 76% in peso.

La soluzione-concentrata era inoculata con cristal?li'' . dibetainamonoidrata, e la betaina monoidrata era cristallizzata a temperatura di 80-85?C sotto vuoto di-130-180 millibar. La resa dei cristalli-di betaina -era del 55% (base a secco) e la purezza dei cristalli -era del 99,5%.-Il tempo di cristallizzazione era di 4-ore. I cristalli erano separati dalla soluzione madre mediante centrifugazione in una convenzionale -centrifuga per zuccheri. Dalla massa dello sciroppo eliminato, veniva cristallizzata la betaina anidra come detto nell'esempio 2. Lo sciroppo finale, allontanato nella cristallizzazione, veniva riportato in circolazione alla separazione come mostrato nello schema di figura 7. La resa totale di betaina era dell'84,7% Esempio..9_ Cristallizzazione.diJaetaina.anidra.;

Una.soluzione betainica della purezza pari al 90%_veniva preparata come,gi? descritto nell'esempio 7.:La_soluzione era_evaporata_fino.ad.ottenere_ tuia concentrazione,pari .al 79%_-.e_quindi inoculata_con cristalli di_betaina_anidra._La betaina anidra era cristallizzata a temperatura.di_90-95?C sotto un_vuo-_ to di-170-200 millibar.-Laresa era del 55% e la pu-__ rezza dei.cristalli era del. Il tempo di_cristallizzazione-era di-6 ore. Gli sciroppi allontanati.nella cristallizzazione venivana trattati come detto_nfcll'esempio 8.

Esempio 10

Separazione-cromatografica di_melasse_di_barbabietola. invertite.- :-?

?

_

La separazione cromatografica era condo come descritto . in precedenza. '.Dall 'effluente venivano raccolte cinque frazioni.' L'analisi era mostrata in tabella 7 e la separazione viene presentata graficamente in figura 11.:

La frazione 1 ? una frazione di rifiuto, le frazioni 2 e 5 sono riciclate e le frazioni 3 e

.4 sono raccolte come frazioni di prodotto. La frazio i

ne betainica contiene 85 % della betaina presente nel materiale di alimentazione (frazione 4) .'

La frazione betainica ? alimentata ad una colonna di scambio ionico, la quale assorbe la betaina, mentre gli zuccheri non restano assorbiti. La soluzione di zucchero eMta viene combirata con la frazione_di zucchero ottenuta.come_prodotto (frazione No 3). dalla separazione cromatografica.-Lo scambiatore di ioni_viene poi eluito.con soluzione di amino-:_ niaca_diluita cos?-da recuperare la betaina rimasta_ assorbita..Dalla soluzione eluita, si separa per cristallizzazione la.betaina come betaina,anidra,snella_ maniera gi? in.precedenza descritta._ _ Tabella 7 _

..v- v

_

La frazione No. 4 ? la frazione betainica e la frazione.No. 3 ? la frazione di zucchero inver

.

Claims

RIVENDICAZIONI.

1. Procedimento per_il_recupero_di betai-.. _na_da.melasse_il_quale..procedimento._comprende le.o-_ perazioni._di.:

a) diluire_le.melasse fino-a-fomire.una.. melassa diluita avente un.contenuto-di-solidi,nel-. l'intervallo approssimato di 20-50%,-b) fornire-una colonna cromatografica-di un_sale di una resina-di scambio-cationico-di.polistirene-solfonato,-reticolata con una-quantit?_va--riante da circa-2-a-circa-12% in peso-di divinilbenzene, la resina essendo di-dimensioni particellari uniformi ed avente una dimensione-particellare media nell*intervallo da circa 20 a 400 mesh secondo gli-standard-statunitensi-;--c) sommergere-la colonna di resina-in-acqua

-introdurre le melasse-diluite in forma di alimento uniforme alla superficie di resina nel--la parte superiore-della colonna,

e) eluire le melasse allontanandole.dalla colonna_.con.acqua in modo da.sfornire.un.,materiale eluito.

f) recuperare dalla corrente.a valle..del letto di resina,una.frazione che^consiste.principal-. mente..di.betaina.

2. Procedimento della rivendicazione 1 in cui..la.frazione.costituita principalmente da betaina viene..concentrata mediante evaporazione fino-ad.un contenuto di solidi pari,a circa l'80% in.peso,-la soluzione concentrata viene inoculata con cristalli dl.betaina, quindi la soluzione.viene sottoposta atecniche.di cristallizzazione a-temperatura di 75--95?C con l'applicazione di vuoto,..e i cristalli di betaina anidra cos? ottenuti sono separati dalla soluzione, lasciando cos? uno sciroppo che si allontana 3.-Procedimento secondo la rivendicazione 2, nel quale lo sciroppo che si allontana proveniente dal procedimento di cristallizzazione viene riciciato alla soluzione di alimento delle melasse diluite.

-4. Procedimento della rivendicazione 2 in cui i cristalli di betaina anidra ottenuti a mezzo d.el procedimento di cristallizzazione vengono disciolti nell'acqia in modo da formare una soluzione avente circa il 60% di solidi, la soluzione quindi viene sottoposta ad uno stadio di allontanamento,delle.sostan-. ze.colorate, il quale,stadio..?_fomito..a mezzo,del trattamento.con carbone attivo e-filtrazione, e.la betaina viene..quindi.ricristallizzata come-cristallidel.monoidrato,dalla soluzione a-temperatura di 80?C? cos?_da recuperare i cristall!-aventi purezza-corrispondente a quasi-il 100% di betaina.

-5.-Procedimento-per il-recupero di beiaina---da-melasse,-il quale procedimento comprende-le operazioni di:

a)-diluire le melasse-in-modo da fornire una melassa-diluiia-avente un-contenuto-di-solidi nell'intervalla approssimato-del 25-50%,--b)~fornire una colonna-di-un-sale-di-una resina di scambio cationico di-polistirene-solfonato, reticolata con una quantit? da-circa 2 a circa-12%-in peso-di divinilbenzene, -la resina essendo-di di~-mansioni particellari uniformi ed-avendo dimensione? particellare media nell'intervallo-da cirea-20 a-400-mesh-secondo gli-standard-statunitensi,

c)-sommergere-la-colonna-di-resina in-acqua, d) introdurre le melasse diluiie nella colonna in forma di alimento unifonne alla superficie-della resina-nella parte superiore della-colonna ad unavelocit? di flusso variante da 0,5-a 2,0m<3>per ora- perm ..della.sezione retta della colonna di resina, _e) eluire le..melasse provenienti^dalla.co lonna.con_.acqua_in mo.do__da_fornire_un?prodotto^eluito, e f)__recuperare__dalla cprrente_a_valle del letto di.resina _1) una prima..frazione__direcupero, .2) una seconda frazione..contenente.unajproporzione.sostanziale degli.zuccheri.della.soluzione^ di alimentazione, e 3). una terza frazione..costituita_pr.incipalmente da betaina..

6. Procedimento secondo.la.rivendicazione.

5_nel quale la.terza.frazione.costituita.principalmente di betaina viene concentrata a mezzo di evaporazione-fino ad assumeremo contenuto di solidi nell'intervallo da circa 77 ad 81% inpeso, la soluzione concentrata ? inoculata con cristalli di betaina, -la soluzione quindi viene sottoposta.a tecniche.di_ cristallizzazione a temperatura di 75-85?C con 1*applicazione di vuoto, e i cristalli anidri di betaina cos? ottenuti sono separati dalla soluzione lascian-, do cos? uno sciroppo che si allontana..

7. Procedimento della rivendicazbne 6 in . cui lo sciroppo allontanato dal procedimento di cristallizzazione viene riciclato alla soluzione di. a-..

limentazione di.melasse-diluite.

8. Procedimento della rivendicazione 6 nel quale-i. cristalli-di.betaina-anidra ottenuti-a mezzo del-procedimento di._cristallizzazione.vengono disciol--ti-nell'acqua,-la soluzione viene.sottoposta ad-uno -stadio di rimozione del colore, fornito-amezzo-dei -trattamento con carbone-cattivo e filtrazione,-e-labetaina viene ricristallizzata come cristalli-monoi-. drati-dalla soluzione ^temperatura di-circa-80?C,-in modo da recuperare i-cristalli-aventi-purezza-di qua-? si 100% di betaina.

- 9.-Procedimento della rivendicazione-1?in cui-la frazione che consiste principalmente di-betaina viene concentrata fino a circa 35-40$ di solidi-in -modo da formare una soluzione di alimentazione di beitaina grezza concentrata, la soluzione di alimenta---zione concentrata viene introdotta in forma di ali- -zione uniforme ad una colonna cromatografica sommersa in acqua come gi? descritto nella rivendicazione 1, e si recupera dalla parte a valle della colonna, una frazione di rifiuto ed una frazione betainica di purezza sostanzialmente maggiore di quella della soluzione di alimentazione concentrata. -10. Procedimento della rivendicazione 9 nel Iquale lacerazioni sono scelte cos? da includere quelle frazioni.che sono di minore.purezza per.il riciclo.

11. Procedimento-delia rivendicazione 9 in cui.la-frazione betainica_recuperata.viene.concen-_ trata-a mezzo di_evaporazione fino.ad.assumere,un contenuto di solidi nell!intervallo.da.circa?7.7-ad._, 8l$-in pesor-la-soluzione.concentrata viene inocula--ta con.cristalli-di betaina, la soluzione.viene.sottoposta a-tecniche di cristallizzazione,a t.emperatura di-85-95?C con l'applicazione di vuoto., e i cri-' stalli-di-betaina anidra_cos?_ottenuti sono separati_dalia-soluzione-lasciando quindi_uno-sciroppo?che si allontana.-12. Procedimento per il recupero di betaina-da melasse invertiteil-quale-procedimento..comprenle-le operazioni-di:

a)-diluire le melasse invertite-cos?.-dafornire una soluzione-diluita avente un contenuto di-8olidi nell'intervallo approssimato-de1 20-50$;-b)-fornire una colonna cromatografica diun-sale-di una-resina di scambio cationico di poli--stirene-solfonato-reticolata con una quantit? variante da-circa 2-a circa 12% in peso di-divinilbenzene, -la resina essendo-di dimensioni particellari unifor- -mi ed avendo una dimensione media-particellare entrol'intervallo di circa 2 fino a 400 mesh secondo gli standarci statunitensi; c) sommergere la colonna di resina in ac-

d) introdurre le melasse diluite in forma _di alimentazione uniforme_fino_alla_superficie_della_resina, alla parte superiore della,colonna; _

e) eluire le.melasse, provenienti_dalla_colonna con acqua in.modo da_fomire un prodotto eluito;_e_

f).recuperare dall parte a valle del letto di resina una,frazione_la_quale.,consiste princi.-palmente di betaina.

13. Procedimento della rivendicazione 12 .in cui_la frazione costituita principalmente di_betaina.e^contenente una parte dei monosaccaridi costituida zucchero^invertito, viene purificata e concentrata mediante trattamento di scambio ionico, la.be-,taina essendo eluita dalla colonna di scambio ionico mediante l?impiego di ammoniaca diluita e poi.cri-,stallizzata dalla soluzione neutralizzata.

14. Procedimento della rivendicazione 13 nel quale la frazione costituita dallo zucchero invertito proveniente dalla colonna di scambio ionico ? combinata con la frazione di zucchero proveniente dalla separazione cromatografica

1 Procedimento della rivendicazione .13 nel quale i cristallindi betaina.anidra,.ottenuti, a mezzo del procedimento,di cristallizzazione.vengono disciolti nell?acqua.in modo da formare una soluzio-i! ne_avente circa il.60% di solidi,,la soluzione quin-_ di viene sottoposta ad uno stadio per ia rimozione del colore, fornito dal trattamento con carbone attivo e_susseguente filtrazione, _e.la betaina viene ri cristallizzata come cristalli del_monoidrato dalla_ soluzione._ad_80?C_in_modo da recuperare cristalli aventi.purezza_pari_.a quasi,il. di.betaina.

16. Procedimento.della rivendicazione 15 nel quale_lo sciroppo che_si_allontana dopo la cristallizzazione viene riciclato per essere riportato. siila soluzione di_alimentazione_di^melasse diluite?.