JP2023061672A - 糖液の脱塩方法及び精製糖液の製造方法、並びに糖液の脱塩システム - Google Patents

Abstract

【課題】通常の電気透析処理のみでは到達できない低塩分濃度の精製糖液を得ることができ、かつ、連続運転が可能な糖液の脱塩方法を提供する。【解決手段】処理対象の原料糖液を、粗脱塩装置に供給し、前記糖液中の塩分濃度を減少させる粗脱塩処理工程と、粗脱塩処理後の糖液を、連続式電気脱イオン処理装置に供給し、前記粗脱塩処理後の糖液中の塩分濃度をさらに減少させる精脱塩処理工程と、を有する糖液の脱塩方法。【選択図】図１

Description

本発明は、糖液の脱塩方法及び精製糖液の製造方法、並びに糖液の脱塩システムに関する。

糖類の工業的な製造工程において、製造される糖類を含有する溶液（糖液）には、各工程で生じる副成物等を由来とする様々な塩やイオンが含まれている。そのため、糖類の製品を得るためには、糖液に含まれる塩分を除去するための精製工程が不可欠である。

従来、糖液の脱塩方法としては、イオン交換樹脂を用いる方法（例えば、特許文献１，２）やイオン交換膜を使用した電気透析装置を使用する方法（例えば、特許文献３～５）が広く採用されている。

特開平６－３３６４８９号公報 特開平９－１０７９９９号公報 特公平５－９０７５号公報 特開昭５９－１７９０９９号公報 特開昭６０－１４９５９５号公報

特許文献１，２に開示されているようなイオン交換樹脂を用いる方法では、処理対象の糖液が高塩分濃度ではイオン交換樹脂量に対する溶液の処理量が極端に少なくなる問題があった。また、溶液の処理量が少ないことでイオン交換樹脂の再生が頻繁に行われることによる再生排液が問題となっていた。

一方、イオン交換樹脂による脱塩処理では、イオンを吸着することで再生作業が必要となるのに対し、電気透析処理は、イオン交換膜を介してイオンを排除するものであり、再生の必要がなく連続的に処理が可能であるため、再生排液を出すことなく高塩分濃度の処理を行うことが可能である。しかしながら、電気透析装置で脱塩処理を行うと、脱塩が進むにつれてイオン性物質である塩分の濃度が低くなると共に溶液抵抗が増加して電流が流れにくくなり、ある塩分濃度から脱塩が実質的に進行しなくなる。そのため、電気透析装置による脱塩処理では到達できる塩分濃度に限界があり、連続した運転の継続ができないという欠点を有していた。

かかる状況下、本発明の目的は、通常の電気透析処理のみでは到達できない低塩分濃度の糖液を得ることができ、かつ、連続運転が可能な糖液の脱塩方法及び当該脱塩方法を得る精製糖液の製造方法、並びに糖液の脱塩システムを提供することである。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。

すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。
＜１＞ 処理対象の原料糖液を、粗脱塩装置に供給し、前記糖液中の塩分濃度を減少させる粗脱塩処理工程と、
粗脱塩処理後の糖液を、連続式電気脱イオン処理装置に供給し、前記粗脱塩処理後の糖液中の塩分濃度をさらに減少させる精脱塩処理工程と、
を有する糖液の脱塩方法。
＜２＞ 前記粗脱塩装置が、電気透析装置、膜ろ過装置及びイオン交換樹脂装置から選択される１種またはこれらの組み合わせである＜１＞に記載の糖液の脱塩方法。
＜３＞ 前記原料糖液の電気伝導率が、５０００μＳ/ｃｍ以上である＜１＞または＜２＞に記載の糖液の脱塩方法。
＜４＞ 前記粗脱塩処理後の糖液の電気伝導率が、３０００μＳ/ｃｍ以下である＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の糖液の脱塩方法。
＜５＞ 前記精脱塩処理後の糖液の電気伝導率が、５００μＳ/ｃｍ以下である＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の糖液の脱塩方法。
＜６＞ 前記処理対象の原料糖液が、単糖類、二糖類及びオリゴ糖から選択される１種以上の糖類を含有する糖液である＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の糖液の脱塩方法。
＜７＞ ＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の糖液の脱塩方法を経る精製糖液の製造方法。
＜８＞ 処理対象の糖液の塩分濃度を減少させる糖液の脱塩システムであって、
処理対象の原料糖液を供給する供給機構と、
前記供給機構から供給された原料糖液の塩分濃度を減少させる粗脱塩装置と、
前記粗脱塩装置と直列に配列され、粗脱塩処理後の糖液中の塩分濃度をさらに減少させる連続式電気脱イオン処理装置と、
連続式電気脱イオン処理装置から排出された精製糖液を回収する回収機構と、
を備える糖液の脱塩システム。
＜９＞ 前記粗脱塩装置が、電気透析装置、膜ろ過装置及びイオン交換樹脂装置から選択される１種またはこれらの組み合わせである＜８＞に記載の糖液の脱塩システム。

本発明によれば、処理対象の糖液が、高塩分濃度であっても、脱塩を連続的に行うことができ、低塩分濃度の糖液を得ることができる糖液の脱塩方法及び精製糖液の製造方法、並びに糖液の脱塩システムが提供される。

本発明の糖液の脱塩方法の説明図である。 連続式電気脱イオン処理装置（ＥＤＩ装置）の概念図である。 本発明の実施形態に係る糖液の脱塩システムの概略図である。

以下、本発明について例示物等を示して詳細に説明するが、本発明は以下の例示物等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更して実施できる。なお、本明細書において、「～」とはその前後の数値又は物理量を含む表現として用いるものとする。また、本明細書において、「Ａ及び／又はＢ」という表現には、「Ａのみ」、「Ｂのみ」、「Ａ及びＢの双方」が含まれる。

本発明の糖液の脱塩方法は、処理対象の原料糖液を、粗脱塩装置に供給し、前記糖液中の塩分濃度を減少させる粗脱塩処理工程と、粗脱塩処理後の糖液を、連続式電気脱イオン処理装置に供給し、前記粗脱塩処理後の糖液中の塩分濃度をさらに減少させる精脱塩処理工程と、を有することを特徴とする。また、本発明の精製糖液の製造方法は、本発明の脱塩方法を得ることを特徴とする。
なお、本明細書において、「連続式電気脱イオン処理装置」を「ＥＤＩ装置」と記載する場合がある。

本発明の糖液の脱塩方法（及び本発明の精製糖液の製造方法）は、処理対象の糖液の塩分濃度を減少させる糖液の脱塩システムであって、処理対象の糖液を供給する供給手段と、前記処理対象の糖液を供給する流入口及び粗脱塩処理後の糖液を排出する流出口を備えた電気透析装置と、前記粗脱塩装置と直列に配列され、前記電気透析装置の流出口と連絡する流入口及び精脱塩処理後の糖液を排出する流出口を備えた電気脱イオン処理装置と、脱塩処理後の精製糖液を回収する回収手段と、を備える脱塩システム（以下、「本発明の糖液の脱塩システム」又は「本発明の脱塩システム」と記載する場合がある。）によって好適に実行することができる。

本発明の糖液の脱塩方法の特徴は、粗脱塩処理工程おける粗脱塩装置による脱塩処理と、精脱塩処理工程における連続式電気脱イオン処理装置による脱塩処理との組み合わせにある。このような組み合わせの脱塩処理によって、従来の電気透析装置のみでは到達できない塩分濃度までの脱塩を連続的に行うことが可能になる。そのため、本発明の糖液の脱塩方法を経ることによって、低塩分濃度（例えば、塩分濃度５０ｐｐｍ以下）の精製糖液を製造することができる。

また、代表的な脱塩装置であるイオン交換樹脂装置を使用して脱塩処理を行う場合、高塩分濃度に対応するために樹脂量が多くなるため装置（樹脂塔）が大きくなり、かつ、イオン交換樹脂の再生頻度が高くなるため、再生に使用する薬品（塩酸、苛性ソーダ）が多く、排水処理の負荷が大きいという問題がある。これに対し、本発明の脱塩システムでは、前段の粗脱塩装置で塩分濃度を低下させた糖液を、連続式電気脱イオン処理装置で連続的に処理できるため、大きい樹脂塔、再生設備が不要となり、省スペース化が見込める。

以下、本発明の糖液の脱塩方法を、工程ごとに詳細に説明する。なお、以下において、「粗脱塩処理工程」を「工程（１）」、「精脱塩処理工程」を「工程（２）」と称す場合がある。図１に本発明の糖液の脱塩方法における各工程の説明図を示す。

＜粗脱塩処理工程（工程（１））＞
粗脱塩処理工程（工程（１））は、処理対象の原料糖液を、粗脱塩装置に供給し、前記糖液中の塩分濃度を減少させる工程である。工程（１）を経て脱塩された糖液を、「粗脱塩処理液」と称す場合がある。

処理対象の原料糖液に含まれる糖類については特に制限はなく、単糖類、二糖類、オリゴ糖類のいずれもが対象となる。なお、オリゴ糖は、単糖が２個以上縮合重合したものであるが、本明細書においては、オリゴ糖としては３～１０の単糖単位を有するものをいい二糖類は含まないものとする。

単糖類としては、グルコース、フルクトース、マンノース、ガラクトース、キシロース、アラビノース等が挙げられる。二糖類としては、例えば、ラクトース、ラフィノース、ラクツロース、セロビオース、マルトース、スクロース、トレハロース、セロビオース等が挙げられる。オリゴ糖としては、例えば、スタキオース、マルトトリオース、マルトテトラオース、マルトペンタオース等が挙げられる。原料糖液に含有される糖類は１種類でも２種類以上であってもよい。

上記糖類の中でも、ラクツロースは、ＷＨＯ必須医薬品モデル・リストにも記載されており、高純度であることが求められることから、本発明の脱塩方法の好適な対象となる。

本発明の脱塩方法において、処理対象の原料糖液の糖類濃度は、糖類の種類、前段の粗脱塩装置におけるイオン除去手段、後段の精脱塩処理工程における連続式電気脱イオン処理装置におけるイオン除去手段、等を考慮して決定されるが、効果的に処理することができる糖液の糖濃度は、通常、１～４０％（ｗ／ｖ％）である。

糖液には、糖類の種類及び製造方法にもよるが、Ｋ^＋、Ｍｇ^２＋、Ｎａ^＋、Ｃａ^２＋、Ｃｌ^－、ＳＯ_４ ^２－等の塩分（灰分）が含まれ、これらが除去対象イオンとなる。
また、除去対象となる不純物イオンは、脱離した異性化触媒由来のイオン（アルミニウムイオン、アルミン酸イオンなどを）等も対象となる。

処理対象の原料糖液は、典型的には１Ｌ中、塩分が０．１～３０ｇ程度含まれる。本発明の糖液の脱塩方法において、糖液の塩分濃度の評価方法の制限はないが、定期的に測定しやすく、常時管理できることから、糖液の塩分濃度は、電気伝導率として測定することが好ましい。

処理対象の原料糖液の電気伝導率は、５０００μＳ/ｃｍ以上であり、好ましくは１００００μＳ/ｃｍ以上である。

工程（１）で用いられる粗脱塩装置として、本発明の目的を損なわない限り任意であるが、電気透析装置、膜ろ過装置及びイオン交換樹脂装置が好適に使用される。

電気透析装置は、イオン交換膜と電気の働きで溶液中の塩分（イオン性物質）の脱塩を行う装置であり、電極間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配して、脱塩室及び濃縮室を構成してなる電気透析槽において脱塩処理を行う装置である。電気透析槽の脱塩室に糖液を入れ、両極間に直流電圧を印加することにより該糖液中に存在する塩分がイオンとしてイオン交換膜を通過して濃縮液側に移行し脱塩処理される。

膜ろ過装置は、分離膜を使用して脱塩処理を行う装置である（電気透析装置は除く）。膜ろ過装置による分離に用いられる分離膜としては、逆浸透膜（ＲＯ膜）、ナノろ過膜（ＮＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）、精密ろ過膜（ＭＦ膜）等が挙げられる。

イオン交換樹脂装置は、イオン交換樹脂を用いて脱塩処理を行う装置であり、装置形式としては、二床式或は混床式等がある。イオン交換樹脂としては、強酸性カチオン交換樹脂、弱酸性カチオン交換樹脂、強塩基性アニオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂が用いることができ、好適には強酸性カチオン交換樹脂、強塩基性アニオン交換樹脂である。

アニオン交換樹脂としては、イオン交換基がトリメチルアンモニウム基である強塩基性Ｉ型アニオン交換樹脂、イオン交換基がジメチルエタノールアンモニウム基である強塩基性ＩＩ型アニオン交換樹脂と、イオン交換基が三級アミノ基、二級アミノ基、一級アミノ基である弱塩基性アニオン交換樹脂などが使用できる。また、これらアニオン交換樹脂の樹脂部の構造はゲル型であってもポーラス型（ＭＰ型（マクロポーラス型）、または、ＭＲ型（マクロレティキュラー型））であってもよく、スチレン系やアクリル系等のアニオン交換樹脂を用いるのが好ましい。

カチオン交換樹脂としては、イオン交換基がスルホン酸基である強酸性カチオン交換樹脂、イオン交換基がカルボキシル基である弱酸性カチオン交換樹脂などが使用できる。また、樹脂の構造もゲル型であっても、ポーラス型（ＭＰ型（マクロポーラス型）、または、ＭＲ型（マクロレティキュラー型））であってもよく、スチレン系やアクリル系等のカチオン交換樹脂を用いるのが好ましい。

イオン交換樹脂としては、市販品を使用してもよく、例えば、オルガノ社製のアンバーライトシリーズ、三菱ケミカル社製のダイヤイオンシリーズ、住化ケムテックス社製のデュオライトシリーズ、ランクセス社製のレバチットシリーズ、室町ケミカル社製のムロマックシリーズなどが挙げられる。

粗脱塩装置として、電気透析装置、膜ろ過装置及びイオン交換樹脂装置のそれぞれを単独で使用してもよく、これらを組み合わせて使用してもよい。

＜精脱塩処理工程（工程（２））＞
精脱塩処理工程（工程（２））は、上述した粗脱塩処理後の糖液を、連続式電気脱イオン処理装置に供給し、粗脱塩処理後の糖液（粗脱塩処理液）中の塩分濃度をさらに減少させる工程である。
上述した粗脱塩処理後の糖液（粗脱塩処理液）を、連続式電気脱イオン処理装置で処理することによって塩分濃度がさらに減少した糖液を得ることができる。

図２に連続式電気脱イオン処理装置（ＥＤＩ装置）の概念図を示す。なお、図２において、原料糖液（粗脱塩処理後の糖液）中の不純物イオンは、Ｎａ⁺及びＣｌ^-により代表して示している。

ＥＤＩ装置は、電気透析とイオン交換樹脂を組み合わせた装置であり、図２に示すようにアニオン交換膜Ａとカチオン交換膜Ｃとの間で濃縮室及び脱塩室が交互に形成されている。カチオン交換膜Ｃには、カチオン交換基が固定されており、アニオン交換膜Ａにはアニオン交換基が固定されている。そのため膜中を移動できるのは対イオンだけとなり、カチオン交換膜中ではカチオン（陽イオン）、アニオン交換膜中ではアニオン（陰イオン）だけとなる。
そして、脱塩室内には、アニオン交換樹脂ａ及びカチオン交換樹脂ｃが充填されている。電極間に電圧を印加した状態で脱塩室に工程（１）の粗脱塩処理後の糖液（粗脱塩処理液）を通液すると、脱塩室に入った糖液に含まれる不純物イオンは電位の傾きの方向に脱塩室のイオン交換樹脂中を移動し、更にカチオン交換膜Ｃ又はアニオン交換膜Ａを横切って移動し、すべての室において電荷の中和が保たれる。溶液中のイオンは脱塩室では減少し、隣接する濃縮室では濃縮されるため、脱塩室からイオン（塩分）が除去された糖液（精製糖液）が回収される。このようにＥＤＩ装置では、電圧をかけることで高い選択透過性を有した脱塩が可能である。また、脱塩室内に充填したイオン交換樹脂によってイオンを除去しながら、同時に直流電流を用いてイオン交換樹脂を連続的に再生されるため、連続的に運転することが可能である。

脱塩室に充填されるイオン交換樹脂（アニオン交換樹脂ａ及びカチオン交換樹脂ｃ）の種類は、本発明の効果を奏する限り任意であり、例えば、上述のイオン交換樹脂装置の説明で例示したイオン交換樹脂と同様のものを使用することができる。また、充填されるイオン交換樹脂の形状、大きさ、イオン交換容量等の特性、イオン交換樹脂の充填量についても本発明の効果を奏する限り任意であり、脱塩室に供給される粗脱塩処理液の通液速度、目的とする精製糖液の塩分濃度等を考慮して適宜決定すればよい。

定期的に測定しやすく、常時管理できることから、連続式電気脱イオン処理装置で処理される粗脱塩処理後の糖液の塩分濃度及び処理後の糖液の塩分濃度は、電気伝導率で規定することが好ましい。

連続式電気脱イオン処理装置に供される粗脱塩処理後の糖液の電気伝導率は、３０００μＳ/ｃｍ以下であり、好ましくは１０００μＳ/ｃｍ以下である。

精脱塩処理後の糖液の電気伝導率が、５００μＳ/ｃｍ以下であり、好ましくは１００μＳ/ｃｍ以下である。

ＥＤＩ装置は、脱塩室内に充填されているイオン交換樹脂を連続して再生することによって、効率的な脱イオン処理が可能であり、極めて低い塩分濃度（例えば、５０ｐｐｍ以下）にまで脱塩することができる。さらに従来から広く用いられてきたイオン交換樹脂装置のような薬品を用いた再生処理を必要とせず、連続運転が可能である。
一方、連続式電気脱イオン装置は、処理対象の原料糖液の塩分濃度を低濃度（例えば、１．５ ｇ／Ｌ）以下にしないと、脱イオン効率が必ずしも十分ではないという問題があり、イオン除去率(イオン負荷)の低い条件で運転する必要がある。

本発明の脱塩方法は、このような問題を解決するものであり、粗脱塩処理装置にて処理対象の原料糖液の塩分濃度を、処理可能な濃度にまで低減してからＥＤＩ装置に供給することによって、従来の脱塩方法（例えば、電気透析装置のみ）では到達できない塩分濃度までの脱塩処理が可能になる。

以下に、本発明の糖液の脱塩方法及び糖液の脱塩システムの一実施形態を、図面を参照して説明する。
なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更して実施できる。また、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態では、処理対象の原料糖液として、ラクトースの異性化後のラクツロース溶液を使用した例を説明する。

図３は、本発明の実施形態に係る糖液の脱塩システムの系統図である。
図３に示すとおり、本発明の実施形態に係る糖液の脱塩システム１０は、粗脱塩装置２０及びＥＤＩ装置３０が直列に配置されており、原料糖液（未精製ラクツロース溶液）を貯留する貯留タンクＴ１、貯留タンクＴ１から原料糖液を粗脱塩装置２０に供給する供給機構（ラインＬ１及びポンプＰ１）、粗脱塩装置２０からラインＬ２を介して供給される粗脱塩処理液を貯留する貯留タンクＴ２、粗脱塩装置２０で不純物イオンが濃縮された濃縮液（排液）を排出するラインＬ２’、貯留タンクＴ２から粗脱塩処理液をＥＤＩ装置３０に供給する供給機構（ラインＬ３及びポンプＰ２）、ＥＤＩ装置３０で脱塩処理後の精製糖液（精製ラクツロース溶液）を回収するための回収機構（ラインＬ４及び貯留する貯留タンクＴ３）、ＥＤＩ装置３０で不純物イオンが濃縮された濃縮液（排液）を排出するラインＬ４’、を主要部として構成される。
糖液の脱塩システム１０では、処理対象の未精製ラクツロース溶液（原料糖液）が粗脱塩装置２０、次いでＥＤＩ装置３０で処理され、精製されたラクツロース溶液（精製糖液）が製造される。

本実施形態において、貯留タンクＴ１に貯留される原料糖液は、ラクトースを異性化して得られるラクツロース溶液（未精製ラクツロース溶液）である。

ラクツロースの製造では、ラクトースにアルミン酸ナトリウム等の異性化触媒として用いて製造するが、中和に必要な多くの中和剤と多くのナトリウムが塩として異性化したラクツロース溶液中に残存する。そのため、糖類の製品を得るためには、糖液に含まれる塩分を除去するための精製工程が不可欠である。

除去対象となる不純物イオンは、例えば、脱離した異性化触媒由来のイオン（アルミニウムイオン、アルミン酸イオン等）、ナトリウムイオン、硫酸イオン、重炭酸イオン等が挙げられる。

なお、原料糖液は、貯留タンクＴ１に貯留する前に濾過及び／又は凝集、沈殿により懸濁物質を除去した方が好ましい。

本実施形態において、貯留タンクＴ１には電気伝導率測定装置（図示せず）が設置されており、原料糖液（未精製ラクツロース溶液）の塩分濃度を電気伝導率として常時モニターしている。本実施形態の未精製ラクツロース溶液の電気伝導率は、例えば、５０００μＳ/ｃｍ以上である。

貯留タンクＴ１に貯留された原料糖液は、ポンプＰ１によりラインＬ１を介して粗脱塩装置２０に供給される。粗脱塩装置２０は電気透析装置であり、電極間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配して、脱塩室及び濃縮室を構成してなる電気透析槽において脱塩処理を行う装置である。粗脱塩装置２０（電気透析装置）で原料糖液を処理することにより、大部分の不純物イオンが除去され（例えば、電気伝導率３０００μＳ/ｃｍ以下）、後段のＥＤＩ装置３０による脱塩処理効率を向上させる。

粗脱塩装置２０には、粗脱塩装置２０で脱塩処理された糖液（粗脱塩処理液）を貯留タンクＴ２に供給するラインＬ２が接続され、ラインＬ２を介して貯留タンクＴ２に一時貯留された粗脱塩処理液は、ポンプＰ２によりラインＬ３を介してＥＤＩ装置３０に供給される。また、粗脱塩装置２０によって原料糖液から除去された大部分の不純物イオン（塩分）を含む濃縮液（排液）はラインＬ２’を介して廃棄される。

電気透析装置としては、例えば、ＡＧＣエンジニアリング社製のセレミオンシリーズ、アストム社製のアシライザーシリーズなどが挙げられる。

なお、本実施形態では、粗脱塩装置２０は電気透析装置を使用しているが、これに代えて膜ろ過装置やイオン交換樹脂装置等の他の粗脱塩装置を使用してもよい。

本実施形態において、貯留タンクＴ２には電気伝導率測定装置（図示せず）が設置されており、粗脱塩処理液の塩分濃度を電気伝導率として常時モニターしている。本実施形態の粗脱塩処理液の電気伝導率は、例えば、３０００μＳ/ｃｍ以下である。

なお、本実施形態の糖液の脱塩システム１０では、粗脱塩処理液を貯留タンクＴ２に一時貯留する構成であるが、粗脱塩装置２０からの粗脱塩処理液の排出量及びＥＤＩ装置３０での処理量が同量であり、粗脱塩処理液の一時貯留する必要性がない場合には、粗脱塩装置２０とＥＤＩ装置３０を直結してもよい。

貯留タンクＴ２に貯留された粗脱塩処理液は、ポンプＰ２によりラインＬ３を介してＥＤＩ装置３０に供給される。

ＥＤＩ装置３０には、粗脱塩装置２０で処理された粗脱塩処理液が供給されるラインＬ３、ＥＤＩ装置３０から精製糖液（精製ラクツロース溶液）を取り出すためのラインＬ４、及びＥＤＩ装置から排出される濃縮液をラインＬ４’が接続されている。

ＥＤＩ装置３０は、供給される粗脱塩処理液の量を考慮して、適宜の処理能力を有するものを選択することができ、例えば、栗田工業社製のＫＣＤＩシリーズ、ヴェオリア社製のＣＤＩシリーズ、GE Water & Process Technologies社製のＭＫ－３シリーズ、スノーピュア社製のＸＬシリーズ、ＥＸＬシリーズなどが挙げられる。

本実施形態のＥＤＩ装置３０は、上述した図２の構成を有しており、アニオン交換膜Ａとカチオン交換膜Ｃとの間で濃縮室及び脱塩室が交互に形成され、脱塩室内には、アニオン交換樹脂ａ及びカチオン交換樹脂ｃが充填されている。電極間に電圧を印加した状態で脱塩室に粗脱塩処理液を通液すると、粗脱塩処理液中のイオンは脱塩室では減少し、隣接する濃縮室では濃縮される。脱塩室から粗脱塩処理液中のイオン（塩分）が除去された精製糖液（精製ラクロース溶液）を得ることができる。精製糖液（精製ラクロース溶液）はラインＬ４を介して貯留タンクＴ３に貯留して回収される。

ＥＤＩ装置３０の出口（ラインＬ４側）及び貯留タンクＴ３にはそれぞれ電気伝導率測定装置（図示せず）が設置されており、ＥＤＩ装置３０から排出される精製糖液の塩分濃度を電気伝導率として常時モニターしている。

ＥＤＩ装置３０は、排出される精製糖液が、例えば、電気伝導率５００μＳ/ｃｍ以下となるように、粗脱塩処理液の供給量を調整して運転される。

また、濃縮室から排出される不純物イオン（塩分）が濃縮された濃縮液はラインＬ４’を介して廃棄される。ＥＤＩ装置３０の出口（ラインＬ４’側）に電気伝導率測定装置を設置し、ＥＤＩ装置３０から排出される濃縮液の塩分濃度を電気伝導率として常時モニターしている。

このように本実施形態の糖液の脱塩システム１０では、粗脱塩装置２０で大部分の塩分が除去して得られた粗脱塩処理液を、ＥＤＩ装置３０で処理するため、ＥＤＩ装置３０の負荷を低減でき、高い選択透過性を有した脱塩が可能である。またＥＤＩ装置３０の脱塩室内に充填したイオン交換樹脂によってイオンを除去しながら、同時に直流電流を用いてイオン交換樹脂を連続的に再生されるため、連続的に運転することが可能である。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用することができる。

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において示す「％」は、特に明示しない限り「ｗ/ｖ％」を示す。

本発明の糖液の脱塩方法の模擬試験として、粗脱塩処理工程及び精脱塩処理工程を模擬した試験１，２を行った。

＜試験１：粗脱塩処理工程＞
処理対象の糖液としてラクトースの異性化処理後を模擬したラクツロース溶液を使用した。粗脱塩装置に電気透析装置を使用し、ラクツロース溶液中の硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₄）脱塩試験を行った。

粗脱塩装置として、ＡＧＣ株式会社の電気透析装置ＣＨ－Ｌａｂ型を用いて検証を行った。脱塩液槽に糖液を４００ｍＬ、濃縮液槽に３０ｇ/Ｌ濃度のＮａ₂ＳＯ₄溶液を４００ｍＬ、極液槽に３０ｇ/Ｌ濃度のＮａ₂ＳＯ₄溶液を４００ｍＬ投入した。運転方法は膜間電圧が２．５Ｖ一定の定膜間電圧運転で電気透析装置を稼働させた。
電気伝導率を硫酸ナトリウムの脱塩の目安とし定期的に測定しながら運転を行い、脱塩液及び濃縮液の分析を行った。

電気透析の運転データを表１に示す。
原液の電気伝導率は３０．０ｍＳ/ｃｍで、ＳＯ_４濃度は２９５００ｍｇ/Ｌ、Ｎａ濃度は１５０００ｍｇ/Ｌであった。運転１時間後の脱塩液槽の電気伝導率は１２．１ｍＳ/ｃｍ、２時間後の脱塩液槽の電気伝導率は１．１ｍＳ/ｃｍであった。
運転終了後の脱塩液槽の電気伝導率は０．７ｍＳ/ｃｍで、ＳＯ_４濃度は１７０ｍｇ/Ｌ、Ｎａ濃度は２４０ｍｇ/Ｌであり、ラクツロース溶液中の硫酸ナトリウムを脱塩できることがわかった。

ラクツロース純度分析の結果を表２に示す。なお、ラクツロース純度はＨＰＬＣにより求めた。
ラクツロース溶液１を、電気透析装置を用いて脱塩処理を行った結果、原液中のラクツロース純度８２．２％に対し、脱塩液のラクツロース純度は８８．３％、濃縮液のラクツロース純度は０．６％であった。ラクツロース溶液２に関しても、原液中のラクツロース純度８１．１％に対し、脱塩液のラクツロース純度は８２．６％、濃縮液のラクツロース純度は０．３％であり、電気透析処理によるラクツロースの濃縮液への漏洩は１％未満と、脱塩処理によるラクツロースの純度低下はほとんどないことがわかった。
また、ラクトースやガラクトースなどの増加もなく、異性化や分解によるラクツロースの純度低下もほとんどないことがわかった。

以上の結果から、電気透析装置を用いることでラクツロース溶液中の高濃度の塩も、問題なく脱塩できる結果が得られており、またラクツロース溶液を電気透析処理にかけても、ラクツロース純度に問題ないことがわかった。

＜試験２：精脱塩処理工程＞
連続式電気脱イオン処理装置（ＥＤＩ装置）を用いたラクツロース溶液の高純度脱塩試験
処理対象として、粗脱塩処理（電気透析処理）後のラクツロース溶液（粗脱塩処理液）を模擬したラクツロース模擬液を使用した。連続式電気脱イオン処理装置（ＥＤＩ装置）を使用し、ラクツロース溶液中の硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₄）脱塩試験を行った。

＜方法＞
精脱塩装置として、ＳｎｏｗＰｕｒｅ社製ＥＤＩ装置を使用し、電気透析処理後のラクツロース溶液を模擬したラクツロース模擬液を用いて、更なる脱塩処理の検証を行った。
ラクツロース溶液に硫酸ナトリウムを加え、電気透析処理後のラクツロース溶液を模擬し、ＥＤＩ装置を稼働させた。各条件に調整したときの脱塩液の分析を行った。

ＥＤＩ装置の運転条件を表３に、脱塩試験結果を表４に示す。
ＥＤＩ装置を用いて脱塩処理を行った結果、原液の電気伝導率１００６μＳ/ｃｍに対し、脱塩液は５００μＳ/ｃｍ以下まで脱塩できていた。Ｎａ濃度も原液３１０ｐｐｍに対し、脱塩液は１００ｐｐｍ、ＳＯ_４濃度も原液６００ｐｐｍに対し、脱塩液は２００ｐｐｍまで脱塩できていた。さらに脱塩液１を原液とし、脱塩処理を行った脱塩液２と脱塩液３は電気伝導率も１００μＳ/ｃｍ以下となっており、ＳＯ_４濃度、Ｎａ濃度ともに５０ｐｐｍ以下まで脱塩できる結果であった。

ＥＤＩ装置のラクツロース濃度分析結果を表５に示す。
ＥＤＩ装置を用いて脱塩処理を行った結果、原液のラクツロース濃度に対し、脱塩液のラクツロース濃度は同等の濃度であり、ガラクトース、ラクトースの濃度も大きく増えていないことから、ラクツロース濃度を低減させることなく、ＥＤＩ装置で脱塩処理ができることがわかった。

試験２では、ＥＤＩ装置を用いることでラクツロース溶液の更なる脱塩ができており、ラクツロース濃度の低下も問題ない結果であった。

以上の試験１，２の結果から、電気透析装置とＥＤＩ装置を組み合わせることによって、電気透析処理のみでは到達できない低塩分濃度の糖液を得ることができることが可能であることが確認された。

本発明の糖液の脱塩方法によれば、イオン交換樹脂の再生やそれに伴う再生排液などが発生しない脱塩処理が可能であるため、工業的に有望である。

１０ 糖液の脱塩システム
２０ 粗脱塩装置
３０ ＥＤＩ装置
Ｔ１～Ｔ３ 貯留タンク
Ｌ１～Ｌ４，Ｌ２’，Ｌ４’ ライン
Ｐ１，Ｐ２ ポンプ
Ａ アニオン交換膜
Ｃ カチオン交換膜
ａ アニオン交換樹脂
ｃ カチオン交換樹脂

Claims (9)

1. 処理対象の原料糖液を、粗脱塩装置に供給し、前記糖液中の塩分濃度を減少させる粗脱塩処理工程と、
   粗脱塩処理後の糖液を、連続式電気脱イオン処理装置に供給し、前記粗脱塩処理後の糖液中の塩分濃度をさらに減少させる精脱塩処理工程と、
   を有することを特徴とする糖液の脱塩方法。
2. 前記粗脱塩装置が、電気透析装置、膜ろ過装置及びイオン交換樹脂装置から選択される１種またはこれらの組み合わせである請求項１に記載の糖液の脱塩方法。
3. 前記原料糖液の電気伝導率が、５０００μＳ/ｃｍ以上である請求項１または２に記載の糖液の脱塩方法。
4. 前記粗脱塩処理後の糖液の電気伝導率が、３０００μＳ/ｃｍ以下である請求項１から３のいずれかに記載の糖液の脱塩方法。
5. 前記精脱塩処理後の精製糖液の電気伝導率が、５００μＳ/ｃｍ以下である請求項１から４のいずれかに記載の糖液の脱塩方法。
6. 前記処理対象の原料糖液が、単糖類、二糖類及びオリゴ糖から選択される１種以上の糖類を含有する糖液である請求項１から５のいずれかに記載の糖液の脱塩方法。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の糖液の脱塩方法を経ることを特徴とする精製糖液の製造方法。
8. 処理対象の糖液の塩分濃度を減少させる糖液の脱塩システムであって、
   処理対象の原料糖液を供給する供給機構と、
   前記供給機構から供給された原料糖液の塩分濃度を減少させる粗脱塩装置と、
   前記粗脱塩装置と直列に配列され、粗脱塩処理後の糖液中の塩分濃度をさらに減少させる連続式電気脱イオン処理装置と、
   連続式電気脱イオン処理装置から排出された精製糖液を回収する回収機構と、
   を備えることを特徴とする糖液の脱塩システム。
9. 前記粗脱塩装置が、電気透析装置、膜ろ過装置及びイオン交換樹脂装置から選択される１種またはこれらの組み合わせである請求項８に記載の糖液の脱塩システム。

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