JP3639858B2

JP3639858B2 - ラフィノースの結晶を製造する方法及び装置

Info

Publication number: JP3639858B2
Application number: JP26517697A
Authority: JP
Inventors: 寛井上; 美博仙波; 統須田; 裕一大和田
Original assignee: Nippon Beet Sugar Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nippon Beet Sugar Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1997-09-12
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2017-09-12
Also published as: EP1035128A1; JPH1175900A; DE69909048D1; EP1035128B1; DK1035128T3; US6224684B1; DE69909048T2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラフィノース含有溶液を冷却することによるラフィノースの結晶化に関するものであり、更に詳細には、ラフィノース濃厚溶液からラフィノースを冷却結晶化する際、容器器壁等にラフィノース結晶を強固に付着せしめることなく効率的に冷却結晶化を行う、特に工業的ないし大規模な結晶化に適したシステムに関する。
【０００２】
本発明は、例えば、ビート糖蜜等からラフィノース含有区分を分離、濃縮した後、そのラフィノースを冷却結晶化するのに、特に工業的な面から非常に有用である。
【０００３】
【従来の技術】
廃糖蜜をクロマト分離処理し、ラフィノース成分を分離し、ラフィノースを結晶化する技術は、特公昭５６−３９６４０ですでに知られている所である。これは、甜菜糖蜜をクロマト分離してラフィノース区分（シュクロース／ラフィノース比２以下）をｒＢｘ６０．８〜７０に濃縮して得たラフィノース濃縮液を常温にて一昼夜緩く攪拌放置して結晶を析出させ結晶を分離したものである。しかしこのラフィノース結晶化方法は、ラフィノース結晶を効率よく多量に産出するのには不適であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ラフィノース結晶を効率良く工業的且つ多量に生産するためには、結晶化率を高める必要がある。図１に示す通り、純系のラフィノースは、低温に於ける溶解度が低いという特性があり、ラフィノースの結晶化に際してはこの特性を利用して冷却結晶法がとられている。即ち、ラフィノースは５０℃以下になると溶解度が著しく低くなり、この温度範囲を保持することが結晶効率を高めるのに好ましいといえる。更に、この範囲の温度をラフィノース濃厚液に効率的に伝えることが、結晶効率を高めるカギになる。
従って、上記の条件を満足する装置及び結晶化方法が望まれている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであって、ラフィノースの結晶を得るに際して、新規なラフィノースの冷却結晶化装置及び結晶の製造方法を創製するものである。
【０００６】
本発明者等は、ラフィノース濃厚溶液（ｒＢｘ６０以下、ラフィノース純度６０〜９９固形分％）を冷却する際、冷却温度をその濃厚溶液に効率良く伝えることもさることながら、その温度低下速度と育晶速度のバランスに着目した。
【０００７】
ラフィノース濃厚溶液の温度低下速度が早すぎると擬晶や聚晶の発生につながり、遅すぎると結晶の成長が遅れる。又、ラフィノース濃厚液を冷却すると、冷却結晶装置内に結晶が付着する。そして一旦、結晶が付着すると温度伝達が妨げられ、また、正確な液温を迅速に知ることができず、したがって、目的の液温に達するのに大幅な時間を要するし、また、デリケートな温度コントロールもできない。
しかも一旦付着した結晶は、簡単に除去することができず、冷却結晶装置内から剥離するには多大の労力を要し、工業上大きな妨げとなっている。
【０００８】
結晶付着防止のために、ラフィノース含有溶液を攪拌しても、結晶の付着は防止することができず、攪拌装置自体にも結晶が付着してしまい、所期の目的は達成されない。
したがって、本発明者らは、ラフィノースの冷却結晶化においては、特に工業的な面においては、結晶の付着防止技術を新たに開発することが緊急の技術課題であるとの観点にたち、特に工業的大規模処理の場合に好適な結晶付着防止技術の開発を行い、もって効率的なラフィノース結晶の製造方法を確立することとした。
【０００９】
そこで各方面から検討の結果、ラフィノースの冷却結晶化装置からラフィノース含有溶液の一部を取り出してこれを循環ポンプを介して装置内に戻してやり、ラフィノース含有液を循環せしめたところ、全く予期せざることに、冷却結晶化装置の結晶が付着しないという驚異的な有用新知見を得た。
【００１０】
その結果、濃厚溶液の温度低下をデリケートにコントロールすることにより、大容量タンクの場合においても効率的な結晶化処理がはじめて可能となり、糖蜜からのラフィノースの回収率を工業的スケールでしかも大幅に高めることが可能となり、本発明の完成に至った。
【００１１】
すなわち本発明は、冷却部を備えた容器内において、ラフィノース育晶種を添加したラフィノース含有溶液を冷却することによりラフィノースの結晶を製造するに際して、ラフィノース含有溶液を(必要あれば攪拌しながら)、その一部を連続的又は間欠的に容器から取り出し、そのラフィノース含有溶液を容器に循環送入せしめるか、又はそのラフィノース含有溶液及び／又は別異のラフィノース含有溶液を容器に送入せしめることにより、冷却結晶化装置に結晶が付着するのを防止し、温度コントロールを正確且つ迅速に行って、効率的にラフィノースの結晶化を行うものである。
【００１２】
ラフィノースは、甜菜糖蜜等に含まれており、従来は甜菜糖製造における不純物とされていた。しかしながら、近年になってラフィノースには整腸作用等が発見され、ラフィノースの有用性が注目されているが、安全性に問題のない合成法は未だ開発されていないし、現在のところ、ビート糖蜜を原料とした抽出法（図２）によってラフィノースは製造されているが、糖蜜には極く微量しか含有されておらず、既述のように、効率的な結晶化法の開発が当業界では待望されていたのである。
【００１３】
本発明によれば、ラフィノース含有溶液からラフィノース結晶を効率的に製造することができ、ラフィノース含有溶液としては、ラフィノースを含有した溶液であればすべてのものが包含されるが、その代表例として、ビート糖蜜由来のラフィノース濃厚溶液を例にとって本発明を詳述することにする。
【００１４】
本発明において、糖蜜とは、甜菜糖を製造する際、砂糖白下を分離機で分離した時に生じる振蜜が該当し、一番振蜜、二番振蜜、三番振蜜、廃糖蜜等が含まれる。又、ラフィノース濃厚溶液とは、ｒＢｘ６０以下、ラフィノース純度６０〜９９ＳＤ％のものである。なお、ＳＤ％とは乾燥固形分（ＳＤ）に対する重量％をいう。図２に記載されているラフィノース画分、粗結晶振蜜、又は製品振蜜を単独又は混合した液を濃縮したもの、あるいは粗結晶、又は篩上ラフィノースを混合溶解したものが該当する。
【００１５】
本発明を実施するには、本発明に係るラフィノース冷却結晶装置を用いてラフィノース濃厚溶液を処理するのが好適であり、本発明に係るラフィノース冷却結晶装置の１例を図３に示す。
【００１６】
冷却部を備えた容器１内にラフィノース濃厚溶液を入れる。内容液の冷却方式としては、ジャケット方式、カランドリア方式、コイル方式等が１又はそれ以上適宜使用することができるが、本実施例においてはジャケット方式を採用し、容器１の外側にジャケット２を設け、ジャケット入口３から温度コントロールした冷却水、冷却溶媒、冷却空気等を送入し、ジャケット出口４からこれを取り出し、内容液を所定温度に冷却する。
【００１７】
容器１の上部には蓋５を設ける。蓋５には、攪拌機６駆動用のモーター７、減速機８を設ける。攪拌機６には羽根Ｆを設けておく。羽根Ｆは３枚図示されているが、その数、設置個所、形状は適宜でよい。羽根下の先端部は容器１の内壁部に近い方がよいが、必要あれば、内壁に時として付着する結晶をかき取ることができるよう、羽根Ｆの先端部にはスクレーパー（図示せず）を設けておいてもよい。
【００１８】
蓋５には、マンホール（図示せず）を設けて、内容液を送入したり、容器内部に作業者が出入できるようにしてもよい。９は、容器１の底部に設けた内容液取出し口１０から取り出した内容液を容器１に送入せしめるための送入口である。取出し口１０と送入口９とは、循環ポンプＰを介してパイプ１１で接続する。
【００１９】
ラフィノース育晶種を添加したラフィノース濃厚溶液は、ジャケットにより所定温度に冷却する。そしてその間、内容液の１部を取り出し口１０から取り出し、送入口９から容器１内部に送入して、内容液の循環を間欠的又は連続的に行う。循環する液体としては、容器１から取り出した内容液自体が使用されるほか、他のロット等、容器１の内容液とは別異のラフィノース濃厚溶液をブレンドして使用してもよい。
【００２０】
このような内容液の循環処理によって、容器内壁や攪拌機等への結晶の付着が防止されるが、攪拌機６を回転させることにより、結晶付着防止効果を更に高めることができる。これに対して、内容液の循環処理を行うことなく、攪拌処理のみを行った場合には、結晶が付着して、所期の目的を達成することができない。
【００２１】
このようにして冷却結晶処理が終了した後、取り出し口１０を開口し、パイプ１１に設けた排出口１２から結晶白下を排出する。本実施例において、取り出し口１０及び排出口１２は兼用しているが、両者は別個に設けてもよい。しかしながら、排出口１２は、スケーリングや汚染の防止上、容器１の最底部に設けるのが良い。
【００２２】
本発明において、結晶白下（ラフィノース濃厚溶液を冷却してラフィノース結晶を析出させた結晶と母液の混合溶液）の循環は、既述したように、結晶がこの冷却装置に付着しないよう、循環ポンプによって、結晶が液中にほぼ均一に分散した状態を維持できるように流動性を保持せしめるために必須であり、これを攪拌機が更に補助するものである。
【００２３】
上記の適正な分散状態を保持するためには、攪拌機の回転速度は５〜２０ｒｐｍ、循環ポンプ流速は１〜３ＢＶ／Ｈｒ（ＢＶ／Ｈｒとは、１時間に１回内容液が入れ換わる流速を意味する）が適当である。
【００２４】
ラフィノースの冷却結晶はバッチ式又は連続式で行われる。濃厚液の液温が３５〜５０℃になった時点でラフィノース育晶種（以下シードという）を添加し、１０〜５０時間の間にほぼ時間と比例的に温度を低下させ、最終的に１８〜２２℃にする。特に冷却部へのスケーリング防止という観点からは、上記条件が適当である。
【００２５】
冷却装置に液張したラフィノース濃厚液の濃度はｒＢｘ６０を上限とし、また過飽和度０．５〜１．０が適当である。ｒＢｘ６０を越えると冷却結晶装置内での粘度が高くなり、流動性が著しく低下して局部的な結晶の晶出が起こる。また、過飽和度が１．０を越えると育晶速度が速すぎて温度低下速度とのバランスがとれなくなる。いずれの場合も冷却結晶装置からの排出が困難となるばかりでなく、冷却部のスケーリングが多くなる原因になる。
過飽和度０．５未満になると結晶の晶出が少なくなり、結晶歩留が低下し、処理能力の低下となる。
【００２６】
結晶白下の排出口は冷却結晶装置の最底部にある機構とすることが必要である。排出口が最底部にあることにより、冷却結晶装置の残留液が最小限に抑えられるので、この部分でのスケーリングの防止及び汚染が防止できる。
【００２７】
【実施例】
以下実施例を挙げてさらに具体的に説明する。
脱塩工程を経て甜菜糖を製造する際、生産される糖蜜（ｒＢｘ８０）を使用する。この濃度をｒＢｘ６０に希釈し、温度約８０℃で擬似移動床法による多成分分離装置に通液して多成分分離（ラフィノース画分、スイートオリゴ画分、蔗糖画分、ベタイン画分、その他画分）を行った。
【００２８】
ここでいうラフィノース画分とは、ラフィノースを多く含む画分をいい、性状として、固形分５〜８％、ラフィノース純度６０〜７０ＳＤ％のものをいう。
ラフィノース画分、粗結晶振蜜及び製品結晶振蜜の混合割合（固形分比）はラフィノース画分：粗結晶振蜜：製品結晶振蜜＝１２：７：１とした混合液を調製し、これをフォーリングフィルム方式濃縮缶でｒ．Ｂｘ５８迄に濃縮する。
【００２９】
尚、各材料の成分は次の通りである。

【００３０】
冷却結晶化装置としては、図３に示すように冷却用ジャケットを備えた円筒状のものを使用した。その内部に羽根のついた攪拌機及び装置最下部から装置上部に液を循環させる循環ポンプが付設した構造である。内容量６．５ｍ³の冷却結晶化装置にｒＢｘ５８のラフィノース濃縮液を２５０Ｌ／Ｈの供給速度で供給しつつ、攪拌機を動かしながら約８割迄液張した。液張後、液温が３７℃になった時点でシード（２Ｌ／５．０ｍ³濃厚液）の添加を行った。ここでいうシードとは、ボールミルにて３時間粉砕したラフィノース結晶１Ｋｇを９９％エチルアルコール２Ｌに分散させたものをいう。
【００３１】
次に、液温を４０時間で最終２０℃迄に時間の経過とともに大略逆比例的に低下させた。又、攪拌機の攪拌速度は１０ｒｐｍ、循環ポンプによる循環速度は２ＢＶ／Ｈｒでおこない、ラフィノース結晶固体が常に母液中に分散した状態を維持するようにした。
【００３２】
次に、粗結晶白下（ラフィノース純度５７ＳＤ％）を分離機で結晶と振蜜に分離し、ラフィノースの粗結晶（ラフィノース純度９８ＳＤ％）を得た。
上記の条件によりラフィノースの粗結晶化率を算出したところ４１％の結果が得られた。
【００３３】
この粗結晶を温水にて再溶解し、再び冷却結晶化により、製品結晶白下（ｒＢｘ５８、ラフィノース純度９８ＳＤ％）を得た。次に、分離機で分離して、製品結晶（ラフィノース純度９９．５ＳＤ％）と製品振蜜（ラフィノース純度９３ＳＤ％）を得た。ラフィノース製品結晶率を算出したところ、７８％であった。
尚、ラフィノースの結晶化率の算出式は次の通りである。
【００３４】
ラフィノース結晶化率＝｛結晶純度×（白下純度−振蜜純度）｝×１００／｛白下純度×（結晶純度−振蜜純度）｝
【００３５】
【発明の効果】
従来に於いてもラフィノースの結晶化に冷却結晶法がとられているが、詳細な結晶化法の記載がなく、小規模なラフィノース生産に適用されるものであった。本発明は大規模且つ工業的にラフィノース結晶を得る方法及び装置に関するものであり、結晶化率を高くするために工夫したものである。結晶化率が低いことは母液の冷却結晶化装置への戻しが多くなり、製造系内で循環するラフィノースが増加することになる。これにより処理原液の処理能力が小さくなり、結局は製品生産量が減少する。更に、液の滞留時間が長くなることになり製品品質の低下にもつながり、一定の品質を保持するためには溶解再結晶の工程を経る場合がある。従って、結晶化率が低いことは製造コスト的に不利であり、これを改善したのが本件特許によるラフィノース結晶の生産である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ラフィノース及び蔗糖の温度と溶解度の関係を示すグラフである。
【図２】ラフィノース製造工程図である。
【図３】結晶冷却装置を示す。

Claims

冷却部を備えた容器内において、ラフィノース育晶種を添加したラフィノース含有溶液を冷却することによりラフィノースの結晶を製造するに際して、ラフィノース含有溶液の一部を連続的又は間欠的に容器から取り出し、そのラフィノース含有溶液を容器に循環送入せしめること、を特徴とし、容器器壁等へのラフィノース結晶の付着を防止しながらラフィノースの結晶を製造する方法。
更に、ラフィノース含有溶液を容器内にて攪拌すること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
冷却部を備えた容器内において、ラフィノース育晶種を添加したラフィノース含有溶液を冷却することによりラフィノースの結晶を製造するに際して、ラフィノース含有溶液の一部を連続的又は間欠的に容器から取り出し、そのラフィノース含有溶液及び別異のラフィノース含有溶液を容器に循環送入せしめること、を特徴とし、容器器壁等へのラフィノース結晶の付着を防止しながらラフィノースの結晶を製造する方法。
更に、ラフィノース含有溶液を攪拌しながらその一部を連続的又は間欠的に容器から取り出すこと、を特徴とする請求項３に記載の方法。
ラフィノース含有溶液がラフィノース濃厚溶液であること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか1項に記載の方法。
ラフィノース含有溶液が過飽和度０．５〜１．０の溶液であること、を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
ラフィノース含有溶液の温度が３５〜５０℃の範囲内にあるときにラフィノース育晶種を添加すること、を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
ラフィノース育晶種を添加したラフィノース含有溶液の温度を１０〜５０時間かけて３５〜５０℃から１８〜２２℃に可及的比例的に低下せしめること、を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
ラフィノース含有溶液を冷却することによりラフィノースの結晶を製造する装置であって、冷却部を設けたラフィノース含有溶液収容容器からなり、該容器には溶液取出口及び溶液送入口を設けるとともに両者をパイプで連結し、必要ある場合には攪拌機を設け、該容器からラフィノース含有溶液の一部を取り出し、そのラフィノース含有溶液のみ、又は、そのラフィノース含有溶液及びそれとは別異のラフィノース含有溶液を容器に送入せしめてラフィノースを冷却結晶化せしめるようにしてなり、且つ、ラフィノース含有溶液の取り出し、送入流速が１〜３ＢＶ／Ｈｒとなるようにポンプを調節し、攪拌機の回転速度が５〜２０ｒｐｍとなるように調節してなること、を特徴とするラフィノースの結晶を製造する装置。