JP2009522566A - ベタインを分離するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ベタインを分離するための方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、クロマトグラフ分離プロセスにおいて⁺型弱酸性カチオン交換樹
脂により発酵処理溶液、ビナス及び他の甜菜をベースとした溶液からベタインを分離するための方法に関する。本発明はまた、ベタインのクロマトグラフ分離のためのＨ⁺型弱酸
性カチオン交換樹脂の使用に関する。
【選択図】なし

Description

本発明は、甜菜をベースとした溶液からのＨ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂によるベタインのクロマトグラフ分離のための方法に関する。適する甜菜をベースとした溶液は、例えばビート由来の溶液、糖蜜、発酵処理溶液及びビナス（ｖｉｎａｓｓｅ）の処理から得られる溶液を含む。本発明はまた、甜菜をベースとした溶液からのＨ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂による、ポリオール及び／又はカルボン酸のような付加化合物のクロマトグラフ分離のための方法に関する。

クロマトグラフ分離は、ビート糖蜜、ベタイン糖蜜、及びビナスのような天然物質からベタインを回収するために使用されている。既知のクロマトグラフ分離において最も一般的に使用される樹脂は、強酸カチオン交換体、すなわちジビニルベンゼンで３．５ないし８質量％架橋されたスルホン化ポリスチレンであり、該樹脂は一価又は二価の形態である。水は一般に好ましい溶出液であるが、水を使用することによる問題は、ベタイン、エリトリトール、イノシトール、スクロース及びマンニトールのような様々な生成物が同じような保持時間を有することで、それにより画分が重複することである。

特許文献１は、ポリスチレンスルホン酸塩カチオン交換樹脂の塩のクロマトグラフカラムを使用し、そして水で溶出することによって糖蜜及びビナスからベタインを回収するための方法を記載する。強酸性カチオン交換樹脂はアルカリ金属形態にある。分離した第一画分は廃画分であり、第二画分は供給溶液の糖のかなり大きな割合を含有し、及び第三画分は主にベタインから成る。

特許文献２は、Ｈ^＋／Ｍｇ^2＋型弱酸性カチオン交換樹脂を使用するキシロースの結晶
化流出における他のモノサッカリドからラムノース及びアラビノースのクロマトグラフ分離のための方法を記載する。

特許文献３は、弱塩基性アニオン交換樹脂を使用してベタイン、マンニトール、グリセロール、及びイノシトールを互いに分離するためのクロマトグラフ法を記載する。

特許文献４は、クロマトグラフ分離系においてＮａ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂を使用して対応する化合物を含有する出発物質からベタイン並びにエリトリトール、イノシトール、マンニトール、グリセロール及びアミノ酸のような付加化合物を回収するための方法を記載する。供給溶液のｐＨ値は、ｐＨ６及びｐＨ１１の間で変わり、及び溶出液、カラムから流れ出る溶液のｐHは６．５及び１１の間で変わる。塩の後で系から溶出するベタ
インの後に、エリトリトール、マンニトール及びグリセロールが続く。イノシトールは分離ピークとして最後に溶出した。

特許文献５は、Ｈ^＋型強酸性カチオン交換樹脂を用いて発酵液からクエン酸を回収するための方法を記載する。最初に溶出した画分は、サッカロース、マルトース及びイソマルトースのような高分子量化合物を含有する。続く画分はクエン酸を含有し、そして最終画分は、例えば、ベタイン並びにグルコン酸及び蓚酸のような様々な有機酸を含有した。

非特許文献１は、Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂によるカルボン酸を分離するためのイオン排除クロマトグラフ分析法を開示する。水を溶出液として使用する場合、ピーク形状及びカルボン酸類との分離能は十分ではなかった。前記ピーク形状を改善するために、希硫酸水溶液が溶出液として試された。さらに、この溶出液へのメタノールの添加が、疎水
性特性を有するカルボン酸の保持時間を低減することが見出された。分子サイズの排除及びイオン排除に加えて、溶出の順序はｐＫａ値及びカルボン酸の疎水性／親水性の性質の影響を受けた。

ベタインは、甜菜のような植物に少量存在し、そして甜菜抽出物及び製糖又は発酵の側流からの純生成物としてのその回収は、クロマトグラフ分離のような効率的な濃縮方法が要求される。分画による化合物のクロマトグラフ分離に対してＨ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂を使用する場合、画分がベタインの後に溶出することが以前から知られている化合物の後に溶出する分離画分として、ベタインは発酵処理溶液、ビナス及び他の甜菜由来溶液のような甜菜をベースとした溶液から分離され得ることが今や驚くべきことに見出されている。Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂によるベタインの溶出の順序は、このように強酸性カチオン交換樹脂又はＮａ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂で以前から既知であるものとは異なる。この現象は、ベタイン及び他の分離媒体において同じような又はほとんど同じような保持時間を有する他の化合物を含有する多成分溶液を分画する場合に特に有利である。
米国特許第４，３５９，４３０号明細書 米国特許出願公開第２００２／０１２０１３５号明細書 米国特許出願公開第２００５／０１６１４０１号明細書 米国特許第６，７７０，７５７号明細書 米国特許第５，０３２，６８６号明細書 Ｔａｎａｋａ Ｋ．等（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ ８５０号（１９９９年），１８７頁ないし１９６頁）

本発明は、Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂による甜菜をベースとした溶液からベタインのクロマトグラフ分離のための方法に関する。本発明はまた、Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂により甜菜をベースとした溶液から、ポリオール及び／又はカルボン酸のような付加化合物のクロマトグラフ分離のための方法に関する。さらに、本発明はベタインを分離画分に濃縮することによって、Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂により他のカルボン酸化合物からのベタインのクロマトグラフ分離のための方法に関する。加えて、本発明は、Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂が少なくとも１種のクロマトグラフカラム又はクロマトグラフ分離用カラムの一部において使用されるところのクロマトグラフ分離システムにおいて甜菜をベースとした溶液からベタインを分離するための方法に関する。本発明はまた、クロマトグラフシステムのｐHがベタインの保持因子を調節及び／又は制御するために使用され
るところのＨ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂により甜菜をベースとした溶液からベタインのクロマトグラフ分離のための方法に関する。さらに、本発明は、甜菜をベースとした溶液から、ベタイン及び所望によりまたポリオール及び／又はカルボン酸のような付加化合物のクロマトグラフ分離のためのＨ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂の使用に関する。本発明はまた、他のカルボン酸化合物からのベタインのクロマトグラフ分離のためのＨ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂の使用に関する。

下記図は、本発明の実施態様であり、また請求項において定義された本発明の範囲を制限することを意図しない。
図１は、実施例１に従う溶出プロフィル及びｐHのグラフ表示である。 図２は、実施例２に従う溶出プロフィル及びｐHのグラフ表示である。 図３は、実施例３に従う溶出プロフィル及びｐHのグラフ表示である。 図４は、実施例４に従う溶出プロフィル及びｐHのグラフ表示である。 図５は、実施例５に従う溶出プロフィル及びｐHのグラフ表示である。 図６は、実施例６に従う溶出プロフィル及びｐHのグラフ表示である。

ベタイン、ポリオール、及びカルボン酸のような産業的に及び／又は栄養学的に価値のある化合物の回収のために、付加的な原料を開発することに対して継続的な需要がある。そのような化合物の回収のための１つの代わりとなる解決策は、例えばクエン酸、酵母のような甜菜をベースとした発酵処理溶液、又は原料としてクエン酸又はエタノールビナスのようなエタノール発酵処理溶液もしくはビナスを使用することである。今や驚くべきことに、クロマトグラフ分離におけるカラム充填材としてＨ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂を使用する場合、ベタインは非常に純粋な画分として、例えば発酵処理溶液から酸性条件下で分離され得ることが見出されている。加えて、一般に酸性発酵処理溶液又はビナス、及び特にクエン酸発酵液体培地からのビナスが、Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂によりクロマトグラフ分離を用いて濃縮されたベタイン画分に分画されるに適する溶液であることが見出された。従って、クロマトグラフ分離前にｐＨを調整するために溶液を前処理する必要がない。

上述の事情により、Ｈ^＋型強酸性カチオン樹脂（ＳＡＣ）は、例えば安定した状態を保たない。塩が供給溶液中に存在する場合、ＳＡＣ樹脂の官能基は、弱酸性カチオン交換樹脂とは異なり酸性環境においてさえＨ^＋型から金属カチオン型に非常に容易に変わるだろう。

本発明によれば、Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂は、甜菜をベースとした溶液から、ベタインのクロマトグラフ分離のための方法におけるカラム充填材として、所望によりベタインで濃縮された分離画分として用いられる。ベタインは、濃縮画分から、例えば結晶化によって回収され得る。本発明によれば、Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂はまた、ベタインに加えて、ポリオール及びカルボン酸のような付加化合物の甜菜をベースとした溶液からのクロマトグラフ分離のための方法においても使用される。さらに、本発明によれば、Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂は他のカルボン酸化合物からのベタインのクロマトグラフ分離のための方法において使用される。本発明によれば、Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂は、ベタインを分離するための少なくとも１種のクロマトグラフ分離工程において使用される。加えて、本発明によれば、Ｈ^＋形態にある弱酸性カチオン交換樹脂は、甜菜をベースとした溶液からベタインを分離するためのクロマトグラフ分離システムにおける少なくとも1種のクロマトグラフカラム又はカラムのある一部の充填床において使用される。

本発明において、Ｈ^＋型（水素型）弱酸性カチオン交換樹脂は、主に解離していないＣＯＯＨ型弱酸性カチオン交換樹脂と呼ぶ。本発明の弱酸性交換樹脂のうち解離していないＣＯＯＨ型の量は、５０％より多く、好ましくは少なくとも６７％、及びより好ましくは９０％を超える。

本発明の甜菜をベースとした溶液は、甜菜由来のあらゆる溶液、加水分解物及び／又は抽出物である。前記溶液は、発酵、例えばクエン酸、酵母又はエタノール発酵によってそのようなビート由来の溶液の更なる処理から又は例えば甜菜の糖蜜、ベタイン含有画分、ベタインの糖蜜、ベタイン結晶化又はビナスからの母液のような、甜菜由来の溶液の処理から得られ得る。発酵溶液、糖蜜、及びビナスは、典型的に無機塩中に豊富であり、及び典型的にＤＳ（乾燥固体）に基づきベタイン５ないし７５％及び様々な種類の付加有機化合物の混合物を含有する。本発明の方法によって分離画分又は画分に単独又は組合せて濃縮することにより分離される付加化合物は、エリトリトール、イノシトール、マンニトール及びグリセロールのようなポリオール、及び／又はクエン酸、乳酸、酢酸、蓚酸及びピロリドンカルボン酸のようなカルボン酸及び／又はそれらの混合物を含む。本発明のクロマトグラフ分離において、化合物は対象の化合物で濃縮される画分に分離される。濃縮した画分は、供給溶液として使用される溶液より化合物の乾燥物質ベースにおいてより高い
質量濃度を含有する。

本発明の方法は独立して行われ得、又はそれは例えば付加的なクロマトグラフ分離、結晶化、蒸発、イオン交換、ろ過、膜ろ過及び／又は他の既知の処理工程のような他の処理工程と組み合わされ得るか、もしくは含み得る。本発明に従う方法は、好ましくは１つ以上の上記付加的な処理工程を組み合わし得るか又は含み得る。

付加的なクロマトグラフ分離工程は、甜菜をベースとする出発溶液の組成物及び／又は分離するために選ばれる化合物に応じて、例えば強酸性カチオン交換樹脂（ＳＡＣ）、強塩基性アニオン交換樹脂（ＳＢＡ）又は弱塩基性アニオン交換樹脂（ＷＢＡ）を用いて行われ得る。

本発明に従う方法は、好ましくはベタインを回収するための付加的な工程と組み合わされ得るか、又は含み得る。ベタインの回収は、例えば結晶化によって行われ得る。本発明に従う方法はまた、所望により付加化合物又はポリオール及び／又はカルボン酸のような化合物を回収するための更なる工程と組み合わされ得るか、又は含み得る。

本発明の方法において使用されるクロマトグラフカラム又はカラム（カラムの部分的な充填床）の一部は、Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂、好ましくはカルボン酸官能基を有するアクリル系カチオン交換樹脂で充填される。そのようなアクリル系樹脂は、好ましくはメチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、メチルメタクリレートもしくはアクリロニトリル又はアクリル酸、又はそれらの混合物に由来する。前記樹脂は、架橋剤、例えばジビニルベンゼン（ＤＶＢ）で架橋され得る。適する架橋度は、１ないし２０％、好ましくは３ないし８％である。前記樹脂の平均粒径は通常、１０ないし２０００μｍ、好ましくは１００ないし４００μｍである。

クロマトグラフ分離は、好ましくは１０ないし９５℃、より好ましくは３０ないし９５℃、最も好ましくは６５ないし９５℃の温度で行われる。より高い分離温度は粘度を低下し及び分離性能を改善するが供給溶液の敏感な化合物に対してより有害である。

本発明に従うクロマトグラフ分離において使用される溶出液は、好ましくは水又はｐH
調整水である。

分画した甜菜をベースとする溶液は、所望によりろ過助剤の有無にかかわらず圧力ろ過器を使用することによって行われ得るろ過によってクロマトグラフ分離の前に前処理される。さらに、必要ならば供給溶液として使用される溶液のｐHはｐH値６未満、好ましくはｐH値５．１未満、より好ましくはｐH値１．４ないし５．１の間、及び最も好ましくはｐH値３ないし４．５の間に調整される。供給溶液のｐＨが高い（＞４．２）場合、本発明
の弱酸性カチオン交換樹脂は部分的にその最初のＨ^＋型からイオン型に変わり、そしてその結果特定のＨ^＋型水準で均衡を保つ。イオン型の種類は供給溶液のイオンに依存する。供給溶液の好ましいｐＨ範囲に、ｐＨ値４．２未満で、弱酸性カチオン交換樹脂はその最初の水素型のままであり、また多数の供給液に対して本発明に従う効率的なクロマトグラフ分離が樹脂の再生無しに行われ得る。

供給溶液は、ｐＨ調整の前又は後にろ過し得る。クロマトグラフ分離より前に、供給溶液の乾燥物質は適正水準、好ましくは２０ないし６０％の範囲に調整される。

供給装置は、カラムに溶液を供給するために使用される。カラム、供給溶液及び溶出液の温度は、最も好ましくはクロマトグラフ分離の温度とおよそ同じである。これは供給溶液を予熱することによって達成される。定期的に加えられる供給溶液はカラムに水、例え
ば脱塩水又は凝縮水又は他の水溶液を供給することによってカラムに溶出される。好ましくは、予熱された溶出液が使用される。カラムにおける流速は適正水準に調整される。溶出の間、供給溶液の化合物の分離又は分割が、分子の大きさ及びイオン性質及び／又は化合物と樹脂等との疎水性／親水性相互作用におけるそれらの違いに起因してカラム内で起こり、及びそれ故一番速い化合物は一番最初にコラムを出る。対象化合物で濃縮した画分は適した間隔で集められる。カラムからの排出量はオンライン測定器によって測定され得るか、又は適した時間で分析し得る。画分において濃縮された生成物、例えばベタイン、及び所望によりまたエリトリトール、マンニトール、イノシトール、グリセロールのようなポリオール及び／又はクエン酸、蓚酸、乳酸、酢酸のようなカルボン酸及び／又はピロリドンカルボン酸（ＰＣＡ）は、例えば結晶化のような適する方法によって回収され得る。

本発明の方法は、付加的なクロマトグラフ分離、結晶化、蒸発及び／又はろ過が、例えば多工程プロセスの付加的な工程として少なくとも１回用いられる場合、多工程プロセスにおける分離工程として行われ得る。さらに、２つ以上のクロマトグラフカラムを順に配列することが可能であり、そこでは少なくとも１つのカラム又はカラムの一部がＨ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂を含有し、他のカラム又は複数のカラムは同じもしくは強酸性カチオン交換樹脂のような異なる型の樹脂を含有する。用いられるクロマトグラフシステムは、バッチプロセス又は擬似移動床システムであり得る。該擬似移動床システムは連続又は逐次であり得る。

他のプロセスユニットによってＨ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂を含有する２つのクロマトグラフカラム又はカラムの一部を互いに連結することも可能である。前記プロセスユニットは、例えばろ過、膜ろ過、ｐH調整又は蒸発による濃縮であり得る。プロセスユニッ
トの順序が選択され及び変わり得ることは当業者に自明である。

１つの態様において、本発明の方法は独立したプロセスとして行われる。この態様において、甜菜をベースとした溶液はＨ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂で満たされたカラムに供給され、及び供給溶液の成分はそれらを少なくとも２つの画分に分離するために溶出液を用いて溶出され、それらの画分のうち１つはベタインで濃縮される。供給溶液は、このようにベタインで濃縮された、及び所望によりまた他の画分又は付加化合物で濃縮された他の画分に分画され得る。好ましくは、ベタイン及び所望によりまた他の付加化合物は、さらに特定の化合物を含有する画分から回収される。本発明の方法によって分離される付加化合物は、エリトリトール、イノシトール、マンニトール、グリセロールのようなポリオール及び／又はクエン酸、乳酸、酢酸及びピロリドンカルボン酸のようなカルボン酸及び／又はそれらの混合物を含む。

他の態様において、本発明の方法は多工程プロセスにおける分離工程として行われ、それは少なくとも１つの付加的なプロセス工程と組み合わされる。この態様において、甜菜をベースとした溶液は、例えば強酸性カチオン交換樹脂を含有する第一クロマトグラフカラムにより分画し得、該カラムはＨ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂を含有する第二カラムに連絡されて、ベタインで濃縮された画分、及び所望により他の画分又は付加化合物（類）で濃縮された画分に分画し得る。好ましくは、ベタイン及び所望によりまた付加化合物は、更に特定の化合物を含有する画分から回収される。そのような配列は更に分離性能を改善し、そして生成物の回収率及び純度を増大する。ベタインの収率もまたプロセスからの副生物を除去することによって改善される。

更に別の態様において、本発明の方法は、本発明の方法が多工程プロセスにおける分離工程であるところの少なくとも１つの付加的なプロセス工程を含む。前記付加的なプロセス工程は、例えばクロマトグラフ分離、結晶化、蒸発、ろ過及び／又は膜ろ過であり得る
。

一般に、弱酸性カチオン交換樹脂による異なる化合物の溶出順序は、分子サイズ排除及びイオン排除に加えて、化合物と樹脂との疎水性／親水性相互作用に影響されるように思われる。先の研究によれば、Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂による異なる化合物（例えばカルボン酸）の溶出順序は、化合物のｐＫａ値により影響を受ける。一般に、ｐＫａ値が低くなるにつれて、同じ化合物の保持時間は短くなる。しかしながら、Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂によるベタイン（ｐＫａ＝１．８３２）の溶出順序は全くこれらのルールに従わない。驚くべきことに、Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂は、（Ｎａ^＋、Ｋ^＋等のような）金属カチオン型よりもより疎水性であり、及び疎水性分子であるベタインに対して非常に高い親和性を有するように思われる。

本発明の方法において、クロマトグラフカラムにおいて分離した成分の溶出順序は、例えばＮａ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂又は強酸性カチオン交換樹脂を使用することをベースとした初期の方法により得られる順序とは異なり、及びこの特性は多成分組成物の各々から成分を分離することにおいて有利に使用され得る。本発明によれば、ベタインは、効果的に濃縮されて、そして記載されたものよりも遅いその溶出（より高い保持時間）に起因して塩、エリトリトール、イノシトール、マンニトール、グリセロール及びカルボン酸から分離される。さらに、例えばイノシトールは、本発明の方法において、グリセロール及びベタインの前のその溶出に起因してベタイン及びグリセロールから分離される。

驚くべきことに、ベタインの保持体積及び保持因子がクロマトグラフ分離のｐH、特に
供給溶液のｐHにより変わり、ｐHが低くなるほど保持因子が高くなることが見出された。クロマトグラフ分離カラムからのベタインの溶出は、供給溶液のｐHの変化により影響を
受ける一方、ほとんどのカルボン酸化合物は、供給溶液のｐHに関係なく、おおよそ同じ
時間で溶出する。ベタインの保持因子はクロマトグラフ分離のｐHを調整することによっ
て制御及び／又は調節され得る。クロマトグラフ分離のｐH調整は、溶出液及び／又は供
給液のｐHを調整することによって行われ得るが、好ましくは供給溶液のｐHを望ましい水準、ｐH６未満のｐHに調整することによって行われる。例えば、供給溶液のｐHをｐH５．１からｐH１．４に変化することによって、ベタインの保持因子は１．３から２．９に変
化する。Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂で充填されたカラムがクロマトグラフ分離において使用される場合、甜菜をベースとした供給溶液のｐＨをｐＨ値５．１未満に低くすることが、ベタインの溶出速度を遅らせるために用いられ得る。従って、ベタイン画分へのベタインのより効果的な濃縮が達成され得る。このように、供給溶液のｐHを調整すること
によって、甜菜をベースとした溶液中の他の成分からのベタインのクロマトグラフ分離はＨ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂上で最適化され得る。供給溶液のｐH調整はまた、Ｈ⁺型弱酸性カチオン交換樹脂上で他のカルボン酸化合物からのベタインのクロマトグラフ分離を制御及び／又は調節するために使用される。

本発明に従う方法は、例えばＤＳに基づき５０％を超える、有利にはＤＳに基づき７０％を超える及びより有利にはＤＳに基づき８５％を超える最大純度で、甜菜をベースとする溶液からベタイン画分に、ベタインを１．５ないし５０、好ましくは２ないし５倍に濃縮することを可能にする。

本発明に従う方法は、例えばＮａ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂又は強酸性カチオン交換樹脂を使用する既知の方法により困難であり、発酵処理溶液及び／又はビナスのような、甜菜をベースとした溶液から良好な収率及び高純度（乾燥固体（ＤＳ）当り８０ないし９５％）でベタインを分離し及び所望によりまた回収することを可能にする。例えば、強酸性カチオン交換（ＳＡＣ）樹脂がベタインのクロマトグラフ分離のために使用される場合、同じ収率及び純度水準が２つのクロマトグラフ分離で達成されるのに反し、Ｈ^＋型弱酸
性カチオン交換樹脂ではただ１つの分離だけを必要とする。さらに、本発明に従う方法はまた既知の方法により困難であった、同時又は別々に発酵処理溶液又はビナスから良好な収率及び純度で、エリトリトール、イノシトール、マンニトール、グリセロールのようなポリオール及び／又はクエン酸、乳酸のようなカルボン酸及び／又はピロリドンカルボン酸のような付加化合物を濃縮及び回収することも可能にする。

本発明の方法に従う１つの態様において、供給溶液としてクエン酸ビナスを使用することはベタイン及びクエン酸を分離画分で回収可能にする。ベタイン及びクエン酸の両方が１．５ないし２０、好ましくは２ないし５倍に濃縮される。ベタインは、ＤＳに基づき６０％を超える、より好ましくはＤＳに基づき８０％を超える純度を有するベタイン画分に、及びクエン酸はＤＳに基づき２０％を超える、より好ましくはＤＳに基づき３５％を超える純度を有する分離画分にそれぞれ濃縮され得る。

本発明の方法の１つの有利な点は、１種の溶出液、水がＨ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂により及びまた所望による付加的なクロマトグラフ工程により望ましい化合物を分離するために効果的に使用され得ることである。水がクロマトグラフ分離における溶出液として使用される場合、取扱いがより容易であり、費用はより低く及び安全性がより高い。分離において、ベタイン及び例えばイノシトールの異なる溶出順序が本発明の方法における付加的な利益を与え、ベタインに加えてエリトリトール、イノシトール、マンニトール、グリセロール、クエン酸、乳酸及び／又はピロリドンカルボン酸のような付加化合物を効果的に濃縮することも可能にする。

ＩＵＰＡＣによれば（国際純正応用化学連合）、クロマトグラフプロセス及びクロマトグラフの理論に関する用語は以下を含む：
・ホールドアップ体積（時間）（ＶＭ、ｔＭ）は、非保持化合物の保持体積（時 間）に等しい。
・調整保持体積（時間）（ＶＲ’、ｔＲ’）は、総溶出体積（時間）引くホール ドアップ体積（時間）である。
・保持因子（ｋ）は、数学的に調整保持体積（時間）とホールドアップ体積（時 間）の比：ｋ＝ＶＲ’／ＶＭ＝ｔＲ’／ｔＭである。

下記の実施例は本発明を説明する。実施例はあらゆる方法においても特許請求の範囲を制限するものでもない。

実施例１
Ｎａ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂を用いたベタイン流出のクロマトグラフ分離を示す比較例（ｐＨ８．９）
ベタイン流出は、ビート糖蜜のクロマトグラフ分離に由来し、及びベタイン、イノシトール、エリトリトール、マンニトール及びグリセロールのようないくつかの化合物を含有する。供給溶液として、それをバッチプロセスとして実験室クロマトグラフ分離カラムにおいて行われるクロマトグラフ分離を受けさせた。直径０．０４５ｍを有するカラムを、フィンランド国、フィネックスオイ社製のアクリル系弱酸性カチオン交換樹脂（フィネックス（Ｆｉｎｅｘ）ＣＡ １２ ＧＣ）で充填した。該樹脂はエチルアクリレートをベースとした樹脂であった。樹脂の高さは約０．７０ｍであった。樹脂の架橋度は６．０％ＤＶＢであり、及び樹脂の平均粒径は０．２６ｍｍであった。該樹脂はＮａ^＋型であった。樹脂のｐＨは製造プロセスの後、高かった。供給装置を樹脂床の上に置いた。カラム、供給溶液及び溶出水の温度はおおよそ８０℃であった。カラムの流速を４ｍＬ／分に調整した。供給溶液を、ろ過助剤として珪藻土を使用するフィルタを通してろ過した。供給溶液のｐHは８．９であった。
クロマトグラフ分離を下記のように行った：
工程１：供給溶液の乾燥物質を測定し、そして溶液の屈折率（ＲＩ）に従い溶液１００ｇ中乾燥物質２５ｇに調整した。
工程２：予熱した供給溶液１００ｍＬを、（供給装置を通して）樹脂床の上に汲み上げた。
工程３：予熱したイオン交換水をカラムの上に供給することによって供給溶液をカラムの下方に溶出した。
工程４：出てきた溶液試料１０ｍＬを、３分間隔で集めた。試料の濃度電気伝導度（ｍＳ／ｃｍ）及びｐＨを測定した。試料の組成をＨＰＬＣで分析した（Ｃａ^2＋−カラム、０
．６ｍＬ／分、０．００１ＭＣａ（ＮＯ₃）₂、８５℃）。
ベタインは塩の後にカラムから溶出した。サッカロースはベタインとほとんど同じ保持時間を有する。９９分のホールドアップ体積及び１６８分の溶出時間は、ベタインに０．７の保持因子を与えた。エリトリトール、マンニトール及びグリセロールは、ほぼ同じ保持時間を有し、ベタイン後にほぼ一つのピークとして溶出した。イノシトールは分離ピークとして最後に溶出した。溶出順序は成分の疎水性／親水性の性質と一致した。使用した樹脂は、他の主成分、塩、グリセロール、マンニトール、及びエリトリトールからベタイン及びイノシトールを分離した。溶出液（すなわち、出てきた溶液）のｐＨは８及び１１の間であった。分離プロフィルを図１に示す。

実施例２
Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂を用いたビナスのクロマトグラフ分離（ｐＨ３．６）
分離に使用した出発液は、クエン酸の発酵プロセスからのビナスであった。ビナスは主にベタイン、グリセロール、無機塩、及びクエン酸のような有機酸並びに少量の乳酸、蓚酸、酢酸、ＰＣＡ及び糖を含有する。ビナスはおおよそ下記の組成を有する（ＲＤＳに基づく％）：
ベタイン １７．１
グリセロール １．８
クエン酸 ７．８
他の物質 ７３．３
溶液のｐＨは３．６であった。該溶液を、ろ過助剤として珪藻土を使用するフィルタを通してろ過した。ビナスを供給溶液として使用し、そしてそれにクロマトグラフ分離を受けさせた。分離を、バッチプロセスとしてパイロット規模のクロマトグラフ分離カラムにおいて行った。直径０．０９ｍを有するカラムを、フィンランド国、フィネックスオイ社製の弱酸性カチオン交換樹脂（フィネックス（Ｆｉｎｅｘ）ＣＡ １６ ＧＣ、８％ ＤＶＢ、容量 ４．４ｅｑｖ／Ｌ）で充填した。該樹脂はアクリレートをベースとした樹脂であり、及びナトリウム型樹脂の平均粒径は０．４１ｍｍであった。該樹脂を水素（Ｈ^＋）型に再生した後の樹脂床の高さはおおよそ１．７ｍであった。カラム、供給溶液及び溶出水の温度は、７５℃であった。カラム中の流速を３Ｌ／分に調整した。
クロマトグラフ分離を下記の工程を繰り返すことによって行った：
工程１：供給溶液の乾燥物質を、溶液の屈折率（ＲＩ）に従い溶液１００ｇ中乾燥物質３５ｇに調整した。
工程２：予熱した供給溶液６４０ｍＬを、樹脂床の上に汲み上げた。
工程３：予熱したイオン交換水をカラムの上方に供給することによって供給溶液をカラムの下方に溶出した。
工程４：出てきた溶液の試料５０ｍＬを、５分間隔で集めた。試料の濃度、電気伝導度（ｍＳ／ｃｍ）及びｐＨを測定した。試料の組成をＨＰＬＣで分析した（Ｎａ^＋カラム、０．６ｍＬ／分、８５℃、０．００３ＭＮａ₂ＳＯ₄）。
溶出は無機塩で出発し、そして有機酸及びアルジトールを用いて続けた。ベタインを、主成分の最後としてカラムから溶出した。溶出液のｐHは１．９及び４．６の間で変化し
た。全部で５つの供給をしたが、この間樹脂イオン型は完全に安定化しなかった。これら
の分離後、樹脂の９３％が樹脂床の上方で水素型であった。樹脂は、他の成分からベタインを非常によく分離した；ホールドアップ体積は７５分であり、及び溶出時間は２７８分であった。この分離における保持因子は２．７であった。ベタインを、良好な収率（＞９０％）で高純度（８０ないし９５％／ＤＳ）画分として集めた。クエン酸を、ＤＳに基づき純度２０ないし５０％を有する画分として集めた。ベタイン及び供給溶液のいくつかの有機酸の保持因子（ｋ）を、表１に示した。表１に示されるｐＫａ値は、Ｌａｎｇｅ’ｓ
Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，（第１５版），１９９９年から得た。これらの酸は、それらのｐＫａ（１番）値に従い溶出することが分かる。驚くべきことにｐＫａ値が１．８３２であるベタインは例外であり、最終成分として溶出する。分離プロフィルを図２に示した。

実施例３
Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂を用いたビナスのクロマトグラフ分離（ｐＨ５．１）
分離に使用した出発液は、エタノールの発酵プロセスからのビナスであった。該ビナスは主にベタイン、グリセロール、無機塩、及び有機酸を含有し、及びおおよそ下記の組成を有する（ＲＤＳに基づく％）
ベタイン １３．８
グリセロール １２．３
他 ７３．９
溶液のｐＨは５．１であった。該溶液を、ろ過助剤として珪藻土を使用するフィルタを通してろ過した。ビナスを供給溶液として使用し、そしてそれにクロマトグラフ分離を受けさせた。分離を、バッチプロセスとしてパイロット規模のクロマトグラフ分離カラムにおいて行った。直径０．０９ｍを有するカラムを、フィンランド国、フィネックスオイ社製の弱酸性カチオン交換樹脂（フィネックス（Ｆｉｎｅｘ）ＣＡ １６ ＧＣ、８％ ＤＶＢ、容量 ４．４ｅｑｖ／Ｌ）で充填した。該樹脂はアクリレートをベースとした樹脂であり、及びナトリウム型樹脂の平均粒径は０．４１ｍｍであった。該樹脂を水素（Ｈ^＋）型に再生した後の樹脂床の高さはおおよそ１．７ｍであった。カラム、供給溶液及び溶出水の温度は、７５℃であった。カラム中の流速を３Ｌ／分に調整した。クロマトグラフ分離を下記の手順を繰り返すことにより行った：
工程１：供給溶液の乾燥物質を、溶液の屈折率（ＲＩ）に従い溶液１００ｇ中乾燥物質３５ｇに調整した。
工程２：予熱した供給溶液０．６Ｌを、樹脂床の上に汲み上げた。
工程３：ｐＨがギ酸によって３ないし４に調整された、予熱したイオン交換水をカラムの上方に供給することによって供給溶液をカラムの下方に溶出した。
工程４：出てきた溶液の試料５０ｍＬを、５分間隔で集めた。試料の濃度、電気伝導度（
ｍＳ／ｃｍ）及びｐＨを測定した。試料の組成をＨＰＬＣで分析した（Ｎａ^＋カラム、０．６ｍＬ／分、８５℃、０．００３ＭＮａ₂ＳＯ₄）。
溶出を無機塩で出発し、そして有機酸及びアルジトールを用いて続けた。ベタインは、他の主成分よりも後にカラムから溶出した。樹脂のイオン型の平衡が達成される前には、ベタインピークの位置は後方に移動した（すなわち、他の成分のピークに近づく）。５３供給後、樹脂床の上の６７％の樹脂がＨ^＋型であった。その段階で、ベタインのホールドアップ体積は７５分であり、及び溶出時間は１８０分であった。ベタインの保持因子は１．３であり、及びベタインピークの最大純度は７５％を超えた。溶出液のｐＨは４．４及び６．３の間で変化した。５３番目の供給液の分離プロフィルを図３に示した。

実施例４
Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂を用いたビナスのクロマトグラフ分離（ｐＨ４．２）
分離に使用した出発液は、エタノールの発酵プロセスからのビナスであった。該ビナスは主にベタイン、グリセロール、無機塩、及び有機酸を含有し、及びおおよそ下記の組成を有する（ＲＤＳに基づく％）
ベタイン １５．８
グリセロール １１．５
他 ７２．７
ビナスを供給溶液として使用し、そしてそれにクロマトグラフ分離を受けさせた。分離を、バッチプロセスとしてパイロット規模のクロマトグラフ分離カラムにおいて行った。直径０．０９ｍを有するカラムを、弱酸性カチオン交換樹脂（フィネックス（Ｆｉｎｅｘ）ＣＡ １６ ＧＣ、８％ ＤＶＢ、容量 ４．４ｅｑｖ／Ｌ）で充填した。該樹脂はアクリレートをベースとした樹脂であり、及びナトリウム型樹脂の平均粒径は０．４１ｍｍであった。該樹脂を水素（Ｈ^＋）型に再生した後の樹脂床の高さはおおよそ１．７ｍであった。カラム、供給溶液及び溶出水の温度は、７５℃であった。カラム中の流速を３Ｌ／時に調整した。供給溶液のｐＨを硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）によって４．２に調整した。供給溶液は、ろ過助剤として珪藻土を使用するフィルタを通してろ過した。クロマトグラフ分離を下記のように行った：
工程１：供給溶液の乾燥物質を、溶液の屈折率（ＲＩ）に従い溶液１００ｇ中乾燥物質３５ｇに調整した。
工程２：予熱した供給溶液２Ｌを、樹脂床の上に汲み上げた。
工程３：ｐＨがギ酸によって４．２に調整された、予熱したイオン交換水をカラムの上方に供給することによって供給溶液をカラムの下方に溶出した。
工程４：出てきた溶液の試料５０ｍＬを、５分間隔で集めた。試料の濃度、電気伝導度（ｍＳ／ｃｍ）及びｐＨを測定した。試料の組成をＨＰＬＣで分析した（Ｎａ^＋カラム、０．６ｍＬ／分、８５℃、０．００３ＭＮａ₂ＳＯ₄）。
溶出は無機塩で出発し、そして有機酸及びアルジトールを用いて続けた。ベタインを、他の主成分よりも後に、しかし実施例２において示されたより低い供給ｐＨ分離と比較すると早くカラムから溶出した。ホールドアップ体積は７５分であり、及び溶出時間は２０５分であった。このｐＨにおけるベタインの保持因子は１．７であり、及びＤＳに基づき８０％を超える最大純度がベタイン画分において得られた。ベタインの前に溶出したグリセロール画分の純度は、ＤＳに基づき２０％以上であった。合計２０の供給を試みたが、その間に樹脂イオン型が安定化した：８９％の樹脂が樹脂の上下において水素型であった。溶出液のｐＨは４．０及び６．４の間で変化した。２０番目の供給液の分離プロフィルを図４に示した。

実施例５
Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂を用いたビナスのクロマトグラフ分離（ｐＨ３．１）
分離に使用した出発液は、クエン酸の発酵プロセスからのビナスである。該ビナスは主にベタイン、グリセロール、無機塩、及び有機酸を含有し、及びおおよそ下記の組成を有
する（ＲＤＳに基づく％）
ベタイン １９．８
グリセロール ３．０
他 ７７．２
ビナスを供給溶液として使用し、そしてそれにクロマトグラフ分離を受けさせた。分離を、バッチプロセスとしてパイロット規模のクロマトグラフ分離カラムにおいて行った。直径０．０９ｍを有するカラムを、弱酸性カチオン交換樹脂（フィネックス（Ｆｉｎｅｘ）ＣＡ １６ ＧＣ、８％ ＤＶＢ、容量 ４．４ｅｑｖ／Ｌ）で充填した。該樹脂はアクリレートをベースとした樹脂であり、及びナトリウム型樹脂の平均粒径は０．４１ｍｍであった。該樹脂を水素（Ｈ^＋）型に再生した後の樹脂床の高さはおおよそ１．６ｍであった。カラム、供給溶液及び溶出水の温度は、７５℃であった。カラム中の流速を３Ｌ／時に調整した。供給溶液のｐＨは３．１であった。
クロマトグラフ分離を下記のように行った：
工程１：供給溶液の乾燥物質を、溶液の屈折率（ＲＩ）に従い溶液１００ ｇ中乾燥物質
３５ｇに調整した。
工程２：予熱した供給溶液１．５Ｌを、樹脂床の上に汲み上げた。
工程３：ｐＨがギ酸によって３ないし４に調整された、予熱したイオン交換水をカラムの上方に供給することによって供給溶液をカラムの下方に溶出した。
工程４：出てきた溶液の試料５０ｍＬを、５分間隔で集めた。試料の濃度、電気伝導度（ｍＳ／ｃｍ）及びｐＨを測定した。試料の組成をＨＰＬＣで分析した（Ｎａ^＋カラム、０．６ｍＬ／分、８５℃、０．００３ＭＮａ₂ＳＯ₄）。
溶出は無機塩で出発し、そして有機酸及びアルジトールを用いて続けた。ベタインを、主成分の最後としてカラムから溶出した。ベタインのホールドアップ体積は７５分であり、及び溶出時間は２４５分であり、及びその保持因子は２．３であった。溶出液（例えば出てきた溶液）のｐＨは２．４及び４．３の間で変化した。合計５４の供給液を作ったが、その間に樹脂のイオン型が安定化し、そして９９％より多い樹脂が水素型であった。該樹脂はベタインを他の成分から非常によく分離し、及びＤＳに基づき８５％を超える最大純度をベタイン画分において得た。分離プロフィルを図５に示した。

実施例６
Ｈ^＋型弱酸性カチオン交換樹脂を用いたビナスのクロマトグラフ分離（ｐＨ１．４）
分離に使用した出発液は、エタノールの発酵プロセスからのビナスであった。主にベタイン、グリセロール、無機塩、及び有機酸を含有するビナスは、おおよそ下記の組成を有する（ＲＤＳに基づく％）：
ベタイン １４．０
グリセロール １０．６
他 ７５．４
ビナスを供給溶液として使用し、そしてそれにクロマトグラフ分離を受けさせた。分離は、バッチプロセスとしてパイロット規模のクロマトグラフ分離カラムにおいて行った。直径０．０９ｍを有するカラムを、弱酸性カチオン交換樹脂（フィネックス（Ｆｉｎｅｘ）ＣＡ １６ ＧＣ、８％ ＤＶＢ、容量 ４．４ｅｑｖ／Ｌ）で充填した。該樹脂はアクリレートをベースとした樹脂であり、及びナトリウム型樹脂の平均粒径は０．４１ｍｍであった。該樹脂を水素（Ｈ^＋）型に再生した後の樹脂床の高さはおおよそ１．６ｍであった。カラム及び供給溶液及び溶出水の温度は、７５℃であった。カラム中の流速を３Ｌ／時に調整した。供給溶液のｐＨを強硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）によって１．４に調整し、そしてそれをろ過助剤として珪藻土を使用するフィルタを通してろ過した。
クロマトグラフ分離を下記のように行った：
工程１：供給溶液の乾燥物質を、溶液の屈折率（ＲＩ）に従い溶液１００ｇ中乾燥物質３５ｇに調整した。
工程２：予熱した供給溶液０．７Ｌを、樹脂床の上に汲み上げた。
工程３：ｐＨが強Ｈ₂ＳＯ₄によって２．２に調整された、予熱したイオン交換水をカラムの上方に供給することによって供給溶液をカラムの下方に溶出した。
工程４：出てきた溶液の試料５０ｍＬを、５分間隔で集めた。試料の濃度、電気伝導度（ｍＳ／ｃｍ）及びｐＨを測定した。試料の組成物をＨＰＬＣで分析した（Ｎａ^＋カラム、０．６ｍＬ／分、８５℃、０．００３ＭＮａ₂ＳＯ₄）。
溶出は無機塩で出発し、そして有機酸及びアルジトールを用いて続けた。ベタインは、主成分の最後としてカラムから溶出した。ベタインに対するホールドアップ体積は７５分であり、溶出時間は２９０分であり、及びその保持因子は２．９であった。溶出液（例えば出てきた溶液）のｐＨは１．３及び３．３の間で変化した。樹脂は他の成分から非常によくベタインを分離し、及びＤＳに基づき８５％を超える最大純度をベタイン画分において得た。分離プロフィルを図６に示した。

実施例７
ベタインの結晶化
濃縮したベタインリッチ画分からのベタインを下記のように結晶化した。ベタイン含有供給液を４００リットルの沸騰結晶器に加えた。蒸発を始めた。最初の自発的結晶が温度９９度で、約７９％のＤＳで見られた。自発的なシード結晶後、沸騰結晶化を約１００℃の温度で３時間続け、そして新しい供給液を続けて沸騰結晶器に加えた。該沸騰結晶化によって得られる塊の４００リットルのバッチを排出した。前記塊を遠心分離し、そしてベタイン無水物を乾燥した。

Claims (36)

1. Ｈ⁺型弱酸性カチオン交換樹脂がクロマトグラフ分離において使用されるところの、甜菜
   をベースとした溶液からのベタインのクロマトグラフ分離のための方法。
2. 前記甜菜をベースとした溶液が発酵処理溶液である、請求項１記載の方法。
3. 前記発酵処理溶液がクエン酸、酵母又はエタノール発酵溶液である、請求項２記載の方法。
4. 前記甜菜をベースとした溶液がベタイン、カルボン酸、ポリオール及び／又はＰＣＡを含む甜菜由来の処理溶液である、請求項１記載の方法。
5. 前記甜菜由来の処理溶液がビナス（ｖｉｎａｓｓｅ）、糖蜜又はベタイン糖蜜である、請求項４記載の方法。
6. Ｈ⁺型弱酸性カチオン交換樹脂を含有する少なくとも１つのカラム又はカラムの一部がク
   ロマトグラフ分離において使用される、請求項１記載の方法。
7. 前記弱酸性カチオン交換樹脂がアクリル系樹脂である、請求項１記載の方法。
8. 前記アクリル系樹脂がメチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、メチルメタクリレート、及びアクリロニトリル又はアクリル酸又はそれらの混合物からなる群に由来する、請求項７記載の方法。
9. 前記樹脂がジビニルベンゼン（ＤＶＢ）で架橋される、請求項７記載の方法。
10. 前記樹脂の架橋度が３ないし８質量％である、請求項９記載の方法。
11. 前記クロマトグラフ分離において使用される溶出液が水である、請求項１記載の方法。
12. 前記クロマトグラフ分離において使用される溶出液の温度が１０℃及び９５℃の間である、請求項１記載の方法。
13. 前記溶出液の温度が６５℃及び９５℃の間である、請求項１２記載の方法。
14. 前記弱酸性カチオン交換樹脂の粒径が１０ないし２０００μｍである、請求項１記載の方法。
15. 前記弱酸性カチオン交換樹脂の粒径が１００ないし４００μｍである、請求項１４記載の方法。
16. 供給溶液のｐＨが６未満である、請求項１記載の方法。
17. 供給溶液のｐＨが５．１未満である、請求項１６記載の方法。
18. 前記クロマトグラフ分離がバッチプロセスである、請求項１記載の方法。
19. 前記クロマトグラフ分離が擬似移動床プロセスである、請求項１記載の方法。
20. 前記擬似移動床プロセスが逐次プロセスである、請求項１９記載の方法。
21. 前記擬似移動床プロセスが連続プロセスである、請求項１９記載の方法。
22. 前記方法が更に他の画分、又はポリオール及び／又はカルボン酸で濃縮された画分を含む、請求項１記載の方法。
23. 前記ポリオールがイノシトール及び／又はグリセロールである、請求項２２記載の方法。
24. 前記カルボン酸がクエン酸、乳酸及び／又はピロリドンカルボン酸である、請求項２２記載の方法。
25. ベタイン濃縮画分及びクエン酸濃縮画分が分離される、請求項１記載の方法。
26. 前記方法が更にベタイン濃縮画分からベタインを回収することを含む、請求項１記載の方法。
27. 前記回収が結晶化によってなされる、請求項２６記載の方法。
28. 前記クロマトグラフ分離のｐＨ調整がベタインの保持因子を調節又は制御するために使用される請求項１記載の方法。
29. ベタインの溶出が供給液のｐＨをｐＨ５．１未満に低減することによって遅らされる、請求項２８記載の方法。
30. ベタインが他のカルボン酸化合物から分離される、請求項２８記載の方法。
31. 前記カルボン酸化合物がクエン酸、乳酸及び／又はピロリドンカルボン酸である、請求項３０記載の方法。
32. ベタイン画分及びクエン酸画分が溶液から分離される、請求項２８記載の方法。
33. ベタインがポリオール化合物から分離される、請求項２８記載の方法。
34. 前記ポリオールがイノシトール及び／又はグリセロールである、請求項３３記載の方法。
35. 甜菜をベースとした溶液からのベタインのクロマトグラフ分離のためのＨ⁺型弱酸性カチ
    オン交換樹脂の使用。
36. ベタインが他のカルボン酸化合物から分離される、請求項３５記載の使用。
    

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