JP4193432B2

JP4193432B2 - 糖液の精製方法

Info

Publication number: JP4193432B2
Application number: JP2002201528A
Authority: JP
Inventors: 政将小貫; 一郎栗原; 芳一中川
Original assignee: 日本錬水株式会社
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: JP2004041054A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、糖液の精製方法に関し、詳しくは、イオン交換樹脂を使用し、その再生工程を改良した糖液の精製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、脱塩・脱色を目的とした糖液の精製方法としてはイオン交換樹脂を使用した各種の方法が知られている。例えば、デンプン糖液の場合には、強酸性カチオン交換樹脂塔、弱塩基性アニオン交換樹脂塔、強酸性カチオン交換樹脂および強塩基性アニオン交換樹脂の混合樹脂塔を備えた精製工程に原料糖液を順次に通液する方法が知られている。斯かる方法においては、通液終了後の再生工程は、各樹脂塔毎にそれぞれ必要な再生剤を供給することによって行なわれる。なお、混合樹脂塔の場合は、塔の下部から洗浄水を供給して樹脂を流動させた後に樹脂の比重差によって樹脂毎の分離層を形成する逆洗分離工程が採用され、その後に再生工程に付される。
【０００３】
上記の強酸性カチオン交換樹脂塔の再生工程において、塔内の樹脂が完全に再生されるまで再生剤を供給した場合は再生剤の使用量が膨大となり極めて不経済である。そのため、完全再生に必要な量の再生剤が供給されることはなく、従って、次の精製工程において樹脂破過前に樹脂から不純物が定常的にリークするという不可避的問題が生じる。斯かる問題は、流体の流し方が精製工程および再生工程とも下向流である並流再生の場合に起こり、精製工程が下向流で再生工程が上向流である向流再生によって防止することが出来る。
【０００４】
しかしながら、向流再生を適用した場合は、再生時の樹脂層の流動化を防止するため、樹脂層上部から下向流で押さえ水を供給する必要があり、水の使用量が増加するという問題がある。更に、再生剤の濃度を高くした場合、樹脂層が流動化して効率良く再生が行われないことから、再生剤の濃度を低くする必要があり、そのため、再生剤の濃度調節のための希釈水の使用量が増加するという問題もある。
【０００５】
ところで、精製工程においては、一般に、菌の増殖に好適な条件とされている３０〜４０℃の温度でデンプン糖液が供給されるため、特に第１塔の強酸性カチオン交換樹脂塔内（主として糖液が滞留し易い塔の内壁面）において菌が増殖する。そして、菌による糖の分解に伴い、有機酸類、炭酸類などの弱酸類が新たに生成され、第２塔の弱塩基性アニオン交換樹脂塔の負荷増大を惹起し、処理液量および処理液質が低下するという懸念がある。
【０００６】
また、糖液の精製においては、切替運転により精製工程の操作を連続化する要請が高い。ところが、切替運転には多数の塔が必要となり（前記の従来例では少なくとも６塔必要）、少しでも塔数を減らして建設費や運転費を軽減することが望まれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、向流再生とは異なる技術を採用し、樹脂破過前の不純物のリークの問題がなく且つ菌の繁殖を防止することが出来、しかも、切替運転を行なわんとした場合には少ない塔数で済むことが出来る、工業的に有利な糖液の精製方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨は、上部から順次に強酸性カチオン交換樹脂層と弱塩基性アニオン交換樹脂層とが形成された通液塔に塔上部から原料糖液を通液する精製工程と、精製工程の通液終了後、通液塔の強酸性カチオン交換樹脂層を再生塔に移送し、塔上部から酸再生剤を供給し且つ再生塔内の樹脂が完全に再生される前に酸再生剤の供給を停止する強酸性カチオン交換樹脂の再生工程と、上部が空塔になされた通液塔に塔上部から壁面に接触する態様でアルカリ再生剤を供給する弱塩基性アニオン交換樹脂の再生工程と、弱塩基性アニオン交換樹脂の再生終了後、通液塔の上部に再生済みの強酸性カチオン交換樹脂を供給して弱塩基性アニオン交換樹脂層の上部に強酸性カチオン交換樹脂層を再形成し、その際、再生塔内において上下方向の再生率の異なる２層以上に強酸性カチオン交換樹脂層を区分し、再生率の高い上部の区分から順次に通液塔の上部に供給する精製準備工程とを包含することを特徴とする糖液の精製方法に存する。
【０００９】
そして、本発明の好ましい態様においては、３塔以上の通液塔（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３・・・）と１塔の再生塔を備え、２塔の通液塔（Ｎ１，Ｎ２）を直列に使用して精製工程に付し、精製工程の通液終了後、下流側の通液塔（Ｎ２）と通液塔（Ｎ３）を直列に使用して精製工程に付し、上流側の通液塔（Ｎ１）を再生工程と精製準備工程に付し、精製工程の通液終了後、２塔の通液塔（Ｎ３，Ｎ１）を直列に使用して精製工程に付し、上流側の通液塔（Ｎ２）を再生工程と精製準備工程に付し、順次に上記の操作を繰り返す。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１〜５は本発明の好ましい態様の一例を示す説明図である。
【００１１】
本発明が適用される原料糖液について説明する。本発明は、脱塩や脱色が必要とされる全ての糖液に適用される。斯かる糖液としては、ぶとう糖液、異性化糖液（ぶどう糖＋果糖）、水飴などの澱粉糖液、ソルビトール、マルチトール等の糖アルコール、乳糖含有糖液、蔗糖液の他、各種のオリゴ糖液が挙げられる。
【００１２】
本発明ではイオン交換樹脂として強酸性カチオン交換樹脂と弱塩基性アニオン交換樹脂を使用する。強酸性カチオン交換樹脂としては、例えば、ダイヤイオン（登録商標、以下同じ）ＳＫ１Ｂ、ＳＫ１１０、ＰＫ２１６、ＰＫ２１２等、アンバーライト（登録商標、以下同じ）２００ＣＴ、ＩＲ１２０Ｂ、ＩＲ１２４、ＩＲ１１８等が挙げられ、弱塩基性アニオン交換樹脂としては、例えば、ダイヤイオンＷＡ１０、ＷＡ２０、ＷＡ２１、ＷＡ３０等、アンバーライトＸＥ５８３、ＩＲＡ６７、ＩＲＡ９６ＳＢ等が挙げられる。
【００１３】
そして、強酸性カチオン交換樹脂は、酸再生剤（ＨＣｌ等）で再生処理されてＨ型として使用され、弱塩基性アニオン交換樹脂は、アルカリ再生剤（ＮａＯＨ等）で再生処理されてＯＨ型として精製工程に付される。そして、これらのイオン交換樹脂により脱塩が行われ、同時に脱色も行なわれる。
【００１４】
本発明においては、上記の様に、酸再生剤としては塩酸水溶液、アルカリ再生剤としては水酸化ナトリウム水溶液が好適に使用される。通常、塩酸水溶液の濃度は２〜１０重量％、水酸化ナトリウム水溶液の濃度は２〜５重量％である。
【００１５】
本発明に係る糖液の精製方法は、精製工程と、強酸性カチオン交換樹脂の再生工程（Ｉ）と、弱塩基性アニオン交換樹脂の再生工程（II）と、精製準備工程とを包含する。糖液の通液塔は、上部から順次に強酸性カチオン交換樹脂層（Ｃ）と弱塩基性アニオン交換樹脂層（Ａ）とが形成されて構成される。なお、弱塩基性アニオン交換樹脂層（Ａ）の上に強酸性カチオン交換樹脂層（Ｃ）を直接に積層してもよく、弱塩基性アニオン交換樹脂層（Ａ）の上に液体は通過させるが樹脂は通過させない支持機構を設置し、その上に強酸性カチオン交換樹脂層（Ｃ）を積層してもよい。
【００１６】
図示した例は、切替運転により精製工程の操作を連続化するため、３塔の通液塔（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）と１塔の再生塔を備えている。そして、２塔の通液塔（Ｎ１）と（Ｎ２）を直列に使用して精製工程に付している。斯かる２塔通液方式によれば精製程度が高められる効果がある。通常、１つの通液塔において、強酸性カチオン交換樹脂と弱塩基性アニオン交換樹脂とは、通常１：０．６〜１．０（容積比）で充填される。
【００１７】
（１）精製工程として、上部から順次に強酸性カチオン交換樹脂層（Ｃ）と弱塩基性アニオン交換樹脂層（Ａ）とが形成された通液塔（Ｎ１）に塔上部から原料糖液（Ｆ）を通液する。そして、通液塔（Ｎ２）の塔下部から精製糖液（Ｐ）を回収する。精製工程の条件は特に制限されないが、通常、液温度は３０〜５０℃、液流速（空間速度）は通液塔１塔当たりの弱塩基性アニオン交換樹脂層（Ａ）に対し２〜１０Ｈｒ^−１である。２塔の通液塔（Ｎ１）と（Ｎ２）による精製工程の通液終了時点は、例えば、上流側の通液塔（Ｎ１）における樹脂の破過現象（不純物のリーク）によって判断することが出来る。斯かる不純物のリークの判断は通液塔（Ｎ１）の出口側の液質（電気伝導率、吸光度、ｐＨ等）の測定によって行なうことが出来る。
【００１８】
（２）切替運転として、上記の精製工程の通液終了後、下流側の通液塔（Ｎ２）と通液塔（Ｎ３）を直列に使用して精製工程に付す。その結果、精製工程の操作が連続化される。精製工程の条件は前記と同一である。また、通液終了時点の判断も前記と同一に行なわれる。
【００１９】
（３）一方、前記の通液塔（Ｎ１）と（Ｎ２）とによる精製工程の通液終了後、上流側の通液塔（Ｎ１）を再生工程と精製準備工程に付す。すなわち、強酸性カチオン交換樹脂の再生工程（Ｉ）と、弱塩基性アニオン交換樹脂の再生工程（II）と、精製準備工程とを行なう。
【００２０】
（３ａ）先ず、強酸性カチオン交換樹脂の再生工程（Ｉ）として、通液塔（Ｎ１）の強酸性カチオン交換樹脂層（Ｃ）を再生塔（Ｒ）に移送し、塔上部から酸再生剤（ＨＣｌ）を供給し且つ再生塔（Ｒ）内の樹脂が完全に再生される前に酸再生剤の供給を停止する。樹脂の移送は、例えば、強酸性カチオン交換樹脂層（Ｃ）と弱塩基性アニオン交換樹脂層（Ａ）との界面付近に設置された樹脂抜出管によって行なうことが出来る。酸再生剤（ＨＣｌ）の供給量は、再生剤の濃度に依存し、７重量％ＨＣｌの場合、通常、樹脂量に対して０．５〜２．０容量倍である。その結果、再生塔（Ｒ）内の樹脂の全量は再生されず、模式的に示した様に、再生塔（Ｒ）の下方に行くに従って再生率が低下する。その他の条件は特に制限されないが、通常、液温度は１０〜４０℃、液流速（空間速度）は０．５〜５．０Ｈｒ^−１である。
【００２１】
（３ｂ）次に、弱塩基性アニオン交換樹脂の再生工程（II）として、上部が空塔になされた通液塔（Ｎ１）に塔上部から壁面に接触する態様でアルカリ再生剤（ＮａＯＨ）を供給する。壁面に接触する態様としては、壁面を流下させる方法、空塔部にアルカリ再生剤を充満させる方法などがある。後者の方法の場合、空塔部に水を充満させた後にアルカリを添加して溶解させてもよい。
【００２２】
上記の操作により、通液塔の内壁面で繁殖すると考えられる菌の殺菌が行われ、内壁面がアルカリ状態となるために次の精製工程における通液の際の菌の繁殖が抑制される。弱塩基性アニオン交換樹脂の再生工程の条件は特に制限されないが、４重量％ＮａＯＨの場合、その供給量は、通常、樹脂量に対して１．０〜３．０容量倍、液温度は１０〜４０℃、液流速（空間速度）は０．５〜５．０Ｈｒ^−１である。
【００２３】
（３ｃ）そして、精製準備工程として、弱塩基性アニオン交換樹脂の再生終了後、通液塔（Ｎ１）の上部に再生済みの強酸性カチオン交換樹脂を供給して弱塩基性アニオン交換樹脂層（Ａ）の上部に強酸性カチオン交換樹脂層（Ｃ）を再形成する。その際、再生塔（Ｒ）内において上下方向の再生率の異なる２層以上に強酸性カチオン交換樹脂層を区分し、再生率の高い上部の区分から順次に通液塔（Ｎ１）の上部に供給する。図示した例においては、再生塔（Ｒ）内の強酸性カチオン交換樹脂層は３層に区分されている。なお、各層においては再生率の分布が存在するため、通液塔（Ｎ１）の上部に供給する際に混合するのが好ましい。斯かる精製準備工程によれば、向流再生を行なわずに樹脂破過前の不純物のリークを防止することが出来る。
【００２４】
（４）切替運転として、前記の２塔の通液塔（Ｎ２）と（Ｎ３）による精製工程の通液終了後、下流側の通液塔（Ｎ３）と通液塔（Ｎ１）を直列に使用して精製工程に付す。
【００２５】
（５）一方、上記の通液塔（Ｎ２）と（Ｎ３）による精製工程の通液終了後、通液塔（Ｎ２）を再生工程と精製準備工程に付す。
【００２６】
（６）順次に上記の操作（１）〜（５）を繰り返す。なお、説明を省略したが、通常、精製工程から再生工程に切替える通液塔においは塔内の残存糖液を回収するための水洗処理が常套手段として設けられ、また、上記の各再生工程においては再生剤の供給の終了後に再生剤を押出すための水洗処理が常套手段として設けられる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００２８】
以下の実施例においては、図１〜５に示す方法に従った切替運転により精製工程の操作を連続して行なった。ただし、精製工程終了後に通液塔内に残存する糖液を回収するための水洗処理、および、再生剤の供給の終了後に再生剤を押出すための水洗処理の記載は省略した。３塔の通液塔（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）と１塔の再生塔は次の構成とした。
【００２９】
＜通液塔＞
内径２０ｍｍ、高さ１ｍの塔に上部から順次に強酸性カチオン交換樹脂（三菱化学社製の「ＳＫ１Ｂ」）９０ｍｌと弱塩基性アニオン交換樹脂（三菱化学社製の「ＷＡ３０」）１００ｍｌを充填し、上部に液導入管、下部に液排出管を備え、強酸性カチオン交換樹脂層と弱塩基性アニオン交換樹脂層との界面付近に樹脂抜出管が設置された通液塔を使用した。そして、３塔の通液塔（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）は相互に切替運転可能に配管接続した。
【００３０】
＜再生塔＞
内径２０ｍｍ、高さ０．５ｍの塔の上部に液導入管、下部に液排出管を備え、下部から樹脂の充填高さ相当位置までの間を約３等分する各位置には２本の中間抜出管（上側中間抜出管と下側中間抜出管）が設置され、塔下部には塔下部抜出管が設置された再生塔を使用した。
【００３１】
実施例１
次の操作（１）〜（５）を繰り返し、活性炭処理で粗脱色されたブドウ糖液（糖濃度３０重量％）の連続精製を行なった。
【００３２】
（１）通液塔（Ｎ１）に塔上部から原料糖液（Ｆ）を通液した。そして、通液塔（Ｎ２）の塔下部から精製糖液（Ｐ）を回収した。液温度は４０℃、液流速（空間速度）は各通液糖の弱塩基性アニオン交換樹脂に対して５Ｈｒ^−１である。通液塔（Ｎ１）における樹脂の破過現象（不純物のリーク）を確認し、２塔の通液塔（Ｎ１）と（Ｎ２）による精製工程の通液を終了した。
【００３３】
（２）上記の通液終了後、通液塔（Ｎ２）と通液塔（Ｎ３）を直列に使用した精製工程に切替えた。
【００３４】
（３）一方、前記の通液塔（Ｎ１）と（Ｎ２）とによる精製工程の通液終了後、通液塔（Ｎ１）を再生工程と精製準備工程に付す。すなわち、強酸性カチオン交換樹脂の再生工程（Ｉ）と、弱塩基性アニオン交換樹脂の再生工程（II）と、精製準備工程とを行なった。
【００３５】
（３ａ）先ず、強酸性カチオン交換樹脂の再生工程（Ｉ）として、通液塔（Ｎ１）の強酸性カチオン交換樹脂層（Ｃ）を再生塔（Ｒ）に移送した。樹脂の移送は、強酸性カチオン交換樹脂層（Ｃ）と弱塩基性アニオン交換樹脂層（Ａ）との界面付近に設置された樹脂抜出管によって行なった。そして、再生塔（Ｒ）の塔上部から酸再生剤（７重量％塩酸水溶液）を供給した。酸再生剤の供給量は樹脂量に対して１容量倍、液温度は常温、液流速（空間速度）は２Ｈｒ^−１である。
【００３６】
（３ｂ）次に、弱塩基性アニオン交換樹脂の再生工程（II）として、上部が空塔になされた通液塔（Ｎ１）に塔上部から壁面を流下させてアルカリ再生剤（４重量％水酸化ナトリウム水溶液）を供給する。アルカリ再生剤の供給量は樹脂量に対して１．５容量倍、液温度は常温、液流速（空間速度）は２Ｈｒ^−１である。
【００３７】
（３ｃ）そして、精製準備工程として、弱塩基性アニオン交換樹脂の再生終了後、通液塔（Ｎ１）の上部に再生済みの強酸性カチオン交換樹脂を供給して弱塩基性アニオン交換樹脂層（Ａ）の上部に強酸性カチオン交換樹脂層（Ｃ）を再形成した。その際、再生塔（Ｒ）内の強酸性カチオン交換樹脂層を３層に区分し、再生塔（Ｒ）の上側中間抜出管、下側中間抜出管および塔下部抜出管により、上層側から順次に通液塔（Ｎ１）の上部に供給した。
【００３８】
（４）前記の通液塔（Ｎ２）と（Ｎ３）による精製工程の通液終了後、通液塔（Ｎ３）と通液塔（Ｎ１）を直列に使用した精製工程に切替えた。
【００３９】
（５）一方、上記の通液塔（Ｎ２）と（Ｎ３）による精製工程の通液終了後、通液塔（Ｎ２）を再生工程と精製準備工程に付した。そして、順次に上記の操作（１）〜（５）を３回繰り返した。表１に精製糖液の液質を示す。表１から明らかな様に液質は極めて高純度である。また、操作を繰り返すことによる処理能力の低下は認められなかった。なお、表中の着色度は、１００ｍｍセルを使用し、４２０ｎｍの波長で測定した吸光度の値である。
【００４０】
【表１】

【００４１】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、向流再生とは異なる技術を採用し、樹脂破過前の不純物のリークの問題がなく且つ菌の繁殖を防止することが出来、しかも、切替運転を行なわんとした場合には少ない塔数で済むことが出来る、工業的に有利な糖液の精製方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい態様の一例を示す説明図（精製工程）
【図２】本発明の好ましい態様の一例を示す説明図（再生工程（Ｉ））
【図３】本発明の好ましい態様の一例を示す説明図（再生工程（II））
【図４】本発明の好ましい態様の一例を示す説明図（精製準備工程）
【図５】本発明の好ましい態様の一例を示す説明図（精製工程）
【符号の説明】
Ｎ１：通液塔
Ｎ２：通液塔
Ｎ３：通液塔
Ｒ：再生塔
Ｃ：強酸性カチオン交換樹脂層
Ａ：弱塩基性アニオン交換樹脂層
Ｆ：原料糖液
Ｐ：精製糖液

Claims

上部から順次に強酸性カチオン交換樹脂層と弱塩基性アニオン交換樹脂層とが形成された通液塔に塔上部から原料糖液を通液する精製工程と、精製工程の通液終了後、通液塔の強酸性カチオン交換樹脂層を再生塔に移送し、塔上部から酸再生剤を供給し且つ再生塔内の樹脂が完全に再生される前に酸再生剤の供給を停止する強酸性カチオン交換樹脂の再生工程と、上部が空塔になされた通液塔に塔上部から壁面に接触する態様でアルカリ再生剤を供給する弱塩基性アニオン交換樹脂の再生工程と、弱塩基性アニオン交換樹脂の再生終了後、通液塔の上部に再生済みの強酸性カチオン交換樹脂を供給して弱塩基性アニオン交換樹脂層の上部に強酸性カチオン交換樹脂層を再形成し、その際、再生塔内において上下方向の再生率の異なる２層以上に強酸性カチオン交換樹脂層を区分し、再生率の高い上部の区分から順次に通液塔の上部に供給する精製準備工程とを包含することを特徴とする糖液の精製方法。
３塔以上の通液塔（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３・・・）と１塔の再生塔を備え、２塔の通液塔（Ｎ１，Ｎ２）を直列に使用して精製工程に付し、精製工程の通液終了後、下流側の通液塔（Ｎ２）と通液塔（Ｎ３）を直列に使用して精製工程に付し、上流側の通液塔（Ｎ１）を再生工程と精製準備工程に付し、精製工程の通液終了後、２塔の通液塔（Ｎ３，Ｎ１）を直列に使用して精製工程に付し、上流側の通液塔（Ｎ２）を再生工程と精製準備工程に付し、順次に上記の操作を繰り返す請求項１に記載の糖液の精製方法。