JP2005102519A - 糖液の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 糖液をダイアフィルトレーション濾過することによりブドウ糖を回収すると共にマッドを濃縮するに当り、濃縮効率の向上を図ると共に、濃縮マッドを容易に処理する。
【解決手段】 糖液を膜分離処理して濃縮液と透過液とに分離し、この濃縮液をダイアフィルトレーション濾過して得られた濃縮液をプレコート濾過する。ダイアフィルトレーション濾過で得られた濃縮液をプレコート濾過することにより、助剤コスト及び廃棄物量の低減を図った上で、ブドウ糖を効率的に回収すると共に、ブドウ糖を回収した後の濃縮マッドを容易に処理することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は糖液の処理方法に係り、特に、ダイアフィルトレーション濾過とプレコート濾過とを併用して、デンプン糖化液からのブドウ糖の回収と濃縮マッドの処理を効率的に行う糖液の処理方法に関する。

従来、ブドウ糖或いはその異性化糖は、デンプン糖、甜菜糖、甘蔗糖、甘藩糖及び多糖類の溶液である糖液を濾過などにより精製することにより得ることができる。以下に代表的なブドウ糖の製造工程を記載する。

まず、原料デンプン（コーンスターチなど）を酵素液化した後、酵素糖化してブドウ糖溶液（糖液）を製造する。この糖液中には、コーン等の原料由来の固形物が混入している。この固形物はマッドと呼ばれ、蛋白質、脂質、繊維質などから成っている。糖液を精製する段階では、このマッドを除去する必要がある。従来は、珪藻土やパーライトをプレコートしたドラム型フィルターで糖液を濾過し、糖液中のマッドを珪藻土等のプレコート層上に残し、濾液側にブドウ糖液を回収する。

この濾過工程を経て精製されたブドウ糖液は、次いで活性炭による脱色処理、イオン交換樹脂による脱塩処理を経て更に精製され、その後、精製ブドウ糖液を得るためには濃縮処理され、精製異性化糖液を得るためには異性化工程、脱塩工程及び除菌のための膜濾過工程を経た後、濃縮処理される。

しかし、珪藻土やパーライトをプレコートしたドラム型フィルターで糖液を濾過する従来の方法では、濾過助剤として大量の珪藻土又はパーライトを使用する必要があり、しかも分離したマッドを含む珪藻土又はパーライトのスラッジが大量に排出される。このスラッジは珪藻土又はパーライトを含むため焼却処理することができず、しかも、有効利用も困難であり、産業廃棄物として投棄処分するための処分場の問題がある。

この問題を解決するものとして、限外濾過（ＵＦ）膜又は精密濾過（ＭＦ）膜を用いた膜分離法が提案されている。膜分離法による糖液からのブドウ糖の回収は、糖液の濾過、濃縮（ブドウ糖の透過とマッドの濃縮）とダイアフィルトレーション（加水処理による、濃縮液側に残ったブドウ糖の透過液側への回収）とによって行われる。即ち、まず、糖液を膜分離処理してブドウ糖を透過液側に回収すると共にマッドを濃縮し、マッドの濃縮がある程度進んだ後に、濃縮液側に水を徐々に添加（加水処理）しながら膜分離を続けるダイアフィルトレーションと称される操作を行うことで濃縮液側に残留するブドウ糖の透過液側への回収を促進する（例えば、特開２００２−１１２８００号公報）。

この方法であれば、珪藻土やパーライト等の濾過助剤を使用しないため、プレコートの費用削減に加えて、産業廃棄物の大幅な削減が可能となる。
特開２００２−１１２８００号公報

しかし、膜分離装置のみによる濃縮では、濃縮の程度にも限界があり、最終的に得られる濃縮マッドは液状である。このため、濃縮マッドの取り扱いや処理の点において問題があった。

本発明は上記従来の問題点を解決し、糖液をダイアフィルトレーション濾過することによりブドウ糖を回収すると共にマッドを濃縮するに当り、濃縮効率の向上を図ると共に、濃縮マッドを容易に処理する糖液の処理方法を提供することを目的とする。

本発明の糖液の処理方法は、糖液をダイアフィルトレーション濾過して濃縮液と透過液とに分離するダイアフィルトレーション濾過工程を備える糖液の処理方法において、ダイアフィルトレーション濾過により得られた濃縮液をプレコート濾過することを特徴とする。

糖液をダイアフィルトレーション濾過して得られた濃縮液をプレコート濾過することにより、この濃縮液を更に高度に濃縮することができる。しかも、濃縮マッドは、濃縮され最終的にはプレコート層の珪藻土との混合物として固形状となるため、その取り扱い及び処理も容易である。

なお、ダイアフィルトレーション濾過で得られる濃縮液のプレコート濾過速度は、糖液の濾過速度よりも遅く、通常、糖液の濾過速度の１／２〜１／５程度となるが、ダイアフィルトレーション濾過で得られる濃縮液量は糖液量の１／１０〜１／３０程度となるため、このダイアフィルトレーション濾過の濃縮液のプレコート濾過に必要な濾過時間及び珪藻土等のプレコート濾過助剤使用量は、糖液を直接プレコート濾過する場合に比べて１／２〜１／５程度に低減することができる。従って、本発明ではプレコート濾過を採用しても、プレコート濾過のための助剤使用量をプレコート濾過のみを行う場合に比べて１／２以下に大幅に削減することができ、廃棄物量の低減にも有効である。

本発明においては、ダイアフィルトレーション濾過に先立ち、通常の膜分離処理を行って、糖液を濃縮液と透過液とに分離し、得られた濃縮液をダイアフィルトレーション濾過することが好ましい。

また、プレコート濾過に供する濃縮液は、ＳＳ濃度が１５重量％以下、特に１０重量％以下で、糖濃度が１０重量％以下、特に５重量％以下であることが、プレコート濾過を円滑に行う上で好ましい。

本発明の糖液の処理方法によれば、糖液のダイアフィルトレーション濾過で得られた濃縮液をプレコート濾過することにより、助剤コスト及び廃棄物量の低減を図った上で、ブドウ糖を効率的に回収すると共に、ブドウ糖を回収した後の濃縮マッドを容易に処理することができる。

以下に図面を参照して本発明の糖液の処理方法の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の糖液の処理方法の実施の形態を示す系統図である。

酵素糖化工程からの糖液（デンプン糖化液）は、第１循環槽１を経てポンプＰ_１により第１膜分離装置２に送給され、クロスフロー濾過方式で膜分離処理され、膜を透過したブドウ糖を含む透過液（第１透過液）は透過液貯槽３に送給される。一方、不溶解性のデンプンや蛋白質などの懸濁物質等のマッドが濃縮された濃縮液は第１循環槽１に戻され、循環処理される。この濃縮液（第１濃縮液）は次いで第２循環槽４に送給され、希釈液で希釈され、ポンプＰ_２により第２膜分離装置５に送給され、クロスフロー濾過方式でダイアフィルトレーション濾過が行われる。この第２膜分離装置５の膜を透過したブドウ糖を含む透過液（第２透過液）は透過液貯槽３に送給される。透過液貯槽３内の透過液は、更に後段の脱色工程及び脱塩工程に順次送給され、常法に従って精製処理される。一方、マッドが濃縮された濃縮液は循環槽４に循環される。この第２循環槽４内の濃縮液（第２濃縮液）は濃縮液受槽６に送給される。

濃縮液受槽６の濃縮液は、次いでポンプＰ_３により、珪藻土やパーライトをプレコートしたドラム型フィルター等を備えるプレコート濾過装置７に送給され、プレコート濾過される。

第１及び第２膜分離装置２，５の分離膜としては、通常、ＭＦ膜が使用される。糖液は、腐敗防止のため、液温が６０〜８０℃になっているので、このＭＦ膜には耐熱性が要求されることから、膜素材としては、ポリスルホン、テフロン、セラミック、金属が用いられているが、耐久性の面から、ステンレス焼結チューブの内面にチタン粒子を焼結した金属膜を使用することが望ましい。

ダイアフィルトレーション濾過に供する前段の膜分離装置の濃縮液の濃縮倍率には特に制限はないが、糖液をダイアフィルトレーション濾過の前段で１０〜３０倍程度に濃縮することが、膜分離効率及びブドウ糖の回収効率の面で好ましい。

また、ダイアフィルトレーション濾過における加水量については、ブドウ糖の回収率を上げるためには、多い方が好ましいが、この加水量が過度に多いと、得られた透過液を後工程で濃縮する際の負荷が大きくなる上に、装置が大型化してしまい好ましくない。従って、このダイアフィルトレーション濾過における加水量は、処理する糖液の液量に対して、得られる全透過液量が１２０％以下（即ち、増加液量が２０％以下）、特に１００〜１１０％（増加液量が１０〜１０％）となるような加水量とするのが好ましい。なお、このダイアフィルトレーション濾過の希釈液としては、通常、脱イオン水、一般工業水（井水）、緩衝液、糖化プロセスからの糖分を含んだ排水等が用いられる。この希釈液の加水形態には特に制限はなく、連続加水、間欠加水、或いはバッチ毎の加水であっても良いが、濃縮液量を一定に保ちながら透過液量に見合った水量を徐々に加えてゆく方法が一般的である。

本発明では、このようにしてダイアフィルトレーション濾過を行って得られる濃縮液（濃縮マッド）をプレコート濾過するが、このプレコート濾過に供する濃縮液は、ＳＳ濃度が１５重量％以下、特に１０重量％以下、例えば４〜８重量％であることが、濃縮液をポンプで容易に移送して円滑なプレコート濾過を行う上で好ましい。また、この濃縮液は、糖濃度が１０重量％以下、特に５重量％以下、例えば２〜５重量％であることが、プレコート濾過を円滑に行う上で好ましい。

なお、プレコート濾過の処理条件には特に制限はなく、一般的には、珪藻土やパーライト等の濾過助剤を厚さ２０〜５０ｃｍ程度にプレコートしたフィルターを用いて、６０〜９０ｋＰａ程度の吸引下に濾過を行うことが好ましい。

なお、図１は、本発明の実施の形態の一例を示すものであって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示の方法に限定されるものではない。

例えば、膜分離装置を３段以上の多段に設け、最後段の膜分離装置でダイアフィルトレーション濾過を行うようにし、ダイアフィルトレーション濾過の前段で多段膜分離を行うようにすることもできる。また、１基の膜分離装置で膜分離処理とその後のダイアフィルトレーション濾過を行うようにすることもできる。また、複数の膜分離装置を並列に配置して処理量の変動に対応するようにすることもできる。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

実施例１
コーンスターチを糖化して得られたブドウ糖（ＤＥ９８）の２８重量％溶液（ＳＳ濃度０．３重量％）２０ｍ^３を、金属膜（チタンコーティング、孔径０．１μｍ、内径１９ｍｍのチューブラー膜、膜面積５ｍ^２）を装填した金属膜分離装置で膜分離処理して、一次側のブドウ糖液を２０倍に濃縮し、１ｍ^３の濃縮液（ＳＳ濃度６重量％）と、透過液１９ｍ^３を得た。同じ、金属膜分離装置を用いて、得られた濃縮液をダイアフィルトレーション濾過して、ブドウ糖濃度５重量％の濃縮液を得た。なお、ダイアフィルトレーション濾過は、１００Ｌの水を加えて、１００Ｌの透過液を得る操作を１８回繰り返して行った。

このダイアフィルトレーション濾過で得られた濃縮液を、直径５０ｃｍのドラムフィルター（面積１．６ｍ^２）に珪藻土５０ｋｇ（厚み３ｃｍ）をプレコートしたものを用いてプレコート濾過を行った。ドラムフィルターの受槽容量は１００Ｌでドラムの直径の１／３が液に浸漬するように調整した。ドラムは１分間で１回転し、２０秒間濾過を行い、４０秒間脱水するようにした。濾過時の吸引は−５０ｃｍＨｇ（−６６．６ｋＰａ）とした。１時間で、ダイアフィルトレーション濾過で得られた濃縮液１０００Ｌの濾過を行うことができ、脱水ケーキ１４４ｋｇ（含水率５５重量％）を得た。珪藻土使用量は５ｋｇであった。

金属膜分離装置で得られた透過液は合計２０，８００Ｌで、そのブドウ糖濃度は２６．７重量％であった。また、プレコート濾過で得られた脱水濾液は７９０Ｌで、そのブドウ糖濃度は４．８重量％であった。これらの透過液と脱水濾液に回収されたブドウ糖の回収率は９９．９重量％であった。

比較例１
実施例１において、ダイアフィルトレーション濾過を行わず、膜分離処理で得られた濃縮液を直接プレコート濾過したこと以外は同様にして処理を行った。

その結果、８００Ｌの濃縮液のプレコート濾過は４．５時間で行うことができ、脱水ケーキ１７１ｋｇ（含水率５１重量％）を得た。珪藻土使用量は２４ｋｇであった。

金属膜分離装置で得られた透過液は１９，０００Ｌで、そのブドウ糖濃度は２８重量％であった。また、プレコート濾過で得られた脱水濾液は７６０Ｌで、そのブドウ糖濃度は２５重量％であった。これらの透過液と脱水濾液に回収されたブドウ糖の回収率は９８．４重量％であった。

比較例２
実施例１において、金属膜分離装置を使用せずに、ブドウ糖溶液を直接プレコート濾過したこと以外は同様にして処理を行った。

その結果、２０，０００Ｌのブドウ糖溶液のプレコート濾過は６時間で行うことができ、脱水ケーキ１８５ｋｇ（含水率４５重量％）を得た。珪藻土使用量は４２ｋｇであった。プレコート濾過で得られた脱水濾液は１９，７５０Ｌで、そのブドウ糖濃度は２８重量％で、ブドウ糖の回収率は９８．８重量％であった。

これらの結果を、表１にまとめて記載する。

表１より明らかなように、本発明によれば、プレコート濾過における助剤使用量を大幅に低減した上で、従って、廃棄物量をも大幅に低減した上で、ブドウ糖を効率的に回収することができ、濃縮液を脱水ケーキとして良好な取り扱い性のもとに容易に処理することができる。

本発明の糖液の処理方法の実施の形態を示す系統図である。

符号の説明

１ 第１循環槽
２ 第１膜分離装置
３ 透過液貯槽
４ 第２循環槽
５ 第２膜分離装置
６ 濃縮液受槽
７ プレコート濾過装置

Claims (4)

1. 糖液をダイアフィルトレーション濾過して濃縮液と透過液とに分離するダイアフィルトレーション濾過工程を備える糖液の処理方法において、
   ダイアフィルトレーション濾過により得られた濃縮液をプレコート濾過することを特徴とする糖液の処理方法。
2. 請求項１において、糖液を膜分離処理して濃縮液と透過液とに分離する第１の膜分離工程と、第１の膜分離工程で得られた濃縮液をダイアフィルトレーション濾過するダイアフィルトレーション濾過工程とを備えることを特徴とする糖液の処理方法。
3. 請求項１又は２において、プレコート濾過に供する濃縮液のＳＳ濃度が１５重量％以下であり、糖濃度が１０重量％以下であることを特徴とする糖液の処理方法。
4. 請求項３において、プレコート濾過に供する濃縮液のＳＳ濃度が１０重量％以下であり、糖濃度が５重量％以下であることを特徴とする糖液の処理方法。

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