JP4210396B2

JP4210396B2 - デンプン糖液脱塩処理方法及び脱塩処理システム

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Publication number: JP4210396B2
Application number: JP24145799A
Authority: JP
Inventors: 友二浅川
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2019-08-27
Also published as: JP2001061499A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デンプン糖（デンプンを原料として製造された糖類の総称）の製造におけるデンプン糖液の精製法に関し、さらに詳述すると、イオン交換樹脂を用いたデンプン糖液の脱塩処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デンプンを酸又は酵素で加水分解すると、その分解条件によって種々の糖類が得られる。デンプンの加水分解工程は、デンプンの分子をおおまかに切断して水溶性のデキストリンにする液化と、デキストリンを分解してグルコース等を生成させる糖化の２工程に分けられ、現在では、デンプンの液化及び糖化には酵素を用いることがほとんどである。上述したデンプンの糖化によってデンプン糖液が得られるが、このデンプン糖液中には様々な不純物が含まれている。そのため、これら不純物除去を目的として、デンプンの糖化工程の後にはデンプン糖液の精製が行われる。
【０００３】
従来、前述したデンプン糖液の精製は、活性炭による脱色処理と、その後段でのイオン交換樹脂による脱塩処理との組み合わせで行われている。この場合、後段のイオン交換樹脂による脱塩処理システムは、一般に、Ｈ形の強酸性カチオン交換樹脂層とＯＨ形の弱塩基性アニオン交換樹脂層を用いた複床式の前脱塩システムと、ＯＨ形のＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂及びＨ形の強酸性カチオン交換樹脂を用いた混床式の仕上げ脱塩システムとによって構成され、前脱塩システムで原液中の塩類、色素、その他の不純物の大部分を除去し、仕上げ脱塩システムで残留不純物を除去している。
【０００４】
なお、上述の前脱塩システムと仕上げ脱塩システムとからなる脱塩処理システムが開発される前は、ＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂と強酸性カチオン交換樹脂を用いた混床式システムのみでデンプン糖液の脱塩処理を行っていた。しかし、デンプンの糖化に酸に代わって酵素が用いられることがほとんどとなり、その結果イオン交換樹脂の被処理糖液中の塩濃度が高くなったため、混床式システムの前段に前脱塩システムを設ける前記システムが現在では主流になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述したデンプン糖液の仕上げ脱塩システムに要求される性能は、脱塩性能、脱色性能、処理糖液のｐＨの安定性及び用いるイオン交換樹脂の安定性に優れ、かつブドウ糖の異性化反応を生じさせにくい（ブドウ糖の異性化率が低い）ことである。
【０００６】
しかし、現在使用されているＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂と強酸性カチオン交換樹脂を用いた混床式の仕上げ脱塩システムは、従前に単独でデンプン糖液の脱塩処理に使用されていた混床式システムをそのまま流用しているものであり、そのため前述した仕上げ脱塩システムへの要求性能を十分に満たしているか否かは特に検討されていなかった。
【０００７】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、従来のデンプン糖液脱塩システムに比べて脱塩性能、脱色性能、処理糖液のｐＨの安定性及びイオン交換樹脂の安定性に優れているとともに、ブドウ糖の異性化率が従来のシステムと同程度であるかそれより低く、したがって従来のシステムよりも安定した処理性能が得られるデンプン糖液脱塩処理方法及び脱塩処理システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂と強酸性カチオン交換樹脂とを混合したイオン交換樹脂層を用いてデンプン糖液の脱塩処理を行った場合、前述した目的が効果的に達成されることを見出した。
【０００９】
すなわち、従来の定説では、Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂は、ＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂に比べてブドウ糖の異性化率が高いとされ、デンプン糖液の脱塩処理には使用すべきでないとされてきた。より具体的に言うと、アニオン交換樹脂の塩基度が強いほどグルコースのフルクトースへの異性化が生じやすくなるため、デンプン糖液の脱塩処理で用いるアニオン交換樹脂としては、Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂より塩基度の低いＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂を用いるべきであるとされてきた。なお、Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂は、例えばトリメチルアンモニウム基［Ｒ−Ｎ⁺（ＣＨ₃）₃］のようなＩ形の第四アンモニウム塩基を有するアニオン交換樹脂、ＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂は、例えばジメチルエタノールアンモニウム基［Ｒ−Ｎ⁺（ＣＨ₃）₂・ＣＨ₂ＣＨ₂ＯＨ］のようなコリン形第四アンモニウム塩基を有するアニオン交換樹脂であり、ＩＩ形はＩ形よりも塩基度が弱い。また、Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂はＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂よりもイオン交換容量が大きい。
【００１０】
しかしながら、本発明者が種々検討を行った結果、単位イオン交換容量当たりのブドウ糖の異性化率で比較すると、Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂とＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂との間に大きな差はないことが判明した。また、Ｉ形とＩＩ形の差よりも、イオン交換樹脂の構造の違いや、水分保有能力の違いによって、ブドウ糖の異性化率に大きな差が現れることが判明した。そして、Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂の使用量を選択することにより、ブドウ糖の異性化率をＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂と同程度あるいはそれより低くすることができるとともに、Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂と強酸性カチオン交換樹脂との混床層を用いた場合には下記利点が得られ、その結果、従来のシステムよりも優れた品質の処理糖液を安定して得られることを知見した。
【００１１】
▲１▼Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂は、ＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂に比べて通液時にイオン交換基が壊れにくく、劣化しにくい（弱塩基化しにくい）。そのため、Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂を用いた場合、ＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂を用いた場合に比べて少ない接触時間で、脱塩率が高く、かつ処理糖液のｐＨが安定した脱塩処理を行うことができる。
【００１２】
▲２▼Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂は、ＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂に比べて通液時にイオン交換基が壊れにくく、劣化しにくいので、イオン交換樹脂の安定性に優れている。
【００１３】
▲３▼Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂はＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂に比べて耐熱性が高いため、再生温度を高くすることができる。再生温度を高くすることにより、再生処理におけるアニオン交換樹脂からの色素の脱着が良くなり、その結果、仕上げ脱塩処理における脱色性能が向上する。
【００１４】
本発明は、上述した知見に基づいてなされたもので、Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂と強酸性カチオン交換樹脂とを混合したイオン交換樹脂層にデンプン糖液を通液することを特徴とするデンプン糖液脱塩処理方法を提供する。
【００１５】
また、本発明は、デンプン糖液を通液して該デンプン糖液の脱塩処理を行うシステムにおいて、上述した本発明のデンプン糖液脱塩処理方法を使用したことを特徴とするデンプン糖液脱塩処理システムを提供する。
【００１６】
以下、本発明につきさらに詳しく説明する。本発明において、Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂としては、第四アンモニウム塩基を有する強塩基性アニオン交換樹脂を用いることができる。このようなアニオン交換樹脂としては、例えば、樹脂母体をトリメチルアミン、トリブチルアミン、トリエチルアミン等の第三アミンで処理することにより得られるアニオン交換樹脂が挙げられる。より具体的には、Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂として、アンバーライト（登録商標、以下同じ）ＩＲＡ４０２ＢＬ、ＩＲＡ４００、ＩＲＡ４４０Ｂ、ＸＴ５００７（以上、ゲル型）、ＩＲＡ９００、ＩＲＡ９０４（以上、ＭＲ型）、ダイヤイオン（登録商標、以下同じ）ＳＡ１０Ａ、ＳＡ１１Ａ（以上、ゲル型）、ＰＡ３０６、ＰＡ３０８（以上、ポーラス型）等を用いることができる。
【００１７】
また、強酸性カチオン交換樹脂の種類に特に限定はないが、具体的には、アンバーライト２００ＣＴ、ＩＲ１２０Ｂ、ＩＲ１２４、ＩＲ１１８、ダイヤイオンＳＫ１Ｂ、ＳＫ１０２、ＰＫ２０８、ＰＫ２１２等を用いることができる。
【００１８】
本発明においては、Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂として、ゲル型のものを用いることが好ましい。これは、ゲル型のＩ形強塩基性アニオン交換樹脂は、ポーラス型（ＭＲ型を含む）のＩ形強塩基性アニオン交換樹脂よりもブドウ糖の異性化率が低いからである。
【００１９】
本発明においては、Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂として、水分保有能力が６０％以下のものを用いることが好ましい。これは、Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂の水分保有能力が高いとブドウ糖の異性化率が大きくなるからである。ここで、水分保有能力とは、基準のイオン形（強塩基性アニオン交換樹脂の場合はＣｌ形）でのイオン交換樹脂の細孔（ミクロポア及びマクロポア）中に保有される水の量（飽和平衡状態における）のことをいう。
【００２０】
また、本発明では、Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂として、母体がスチレン系樹脂からなるものを用いることが好適である。これは、スチレン系樹脂を母体とするＩ形強塩基性アニオン交換樹脂は、アクリル系樹脂を母体とするＩ形強塩基性アニオン交換樹脂よりもデンプン糖液の脱色性能が高いからである。母体がスチレン系樹脂からなるＩ形強塩基性アニオン交換樹脂としては、例えば、アンバーライトＩＲＡ４０２ＢＬ、ＩＲＡ４００、ＸＴ５００７、ダイヤイオンＳＡ１０Ａ、ＳＡ１１Ａ等を挙げることができる。
【００２１】
さらに、本発明では、Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂とデンプン糖液との接触時間を１５分以下にすることが適当である。これは、上記接触時間が長くなるほどグルコースの異性化率が高くなるからであり、上記接触時間を１５分以下にすることによって、ブドウ糖の異性化率をＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂と同程度あるいはそれより低くすることができるからである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るデンプン糖液脱塩処理システムの一例を示すフロー図である。図中２はＨ形の強酸性カチオン交換樹脂を充填したカチオン交換装置、４はＯＨ形の弱塩基性アニオン交換樹脂を充填したアニオン交換装置を示し、これらカチオン交換装置２及びアニオン交換装置４によって複床式の前脱塩システム６が構成されている。また、図中８はＯＨ形のＩ形強塩基性アニオン交換樹脂とＨ形の強酸性カチオン交換樹脂とを混合して充填した混床式イオン交換装置であり、この混床式イオン交換装置８によって仕上げ脱塩システムが構成されている。本例のデンプン糖液脱塩処理システムは、通常、活性炭による脱色処理工程を終了したデンプン糖液１０をカチオン交換装置２、アニオン交換装置４及び混床式イオン交換装置８に順次通水して該デンプン糖液１０の脱塩処理を行うものである。
【００２３】
【実施例】
以下に本発明を実施例に基づいて具体的に示す。
（実施例）
デンプン糖工場にて、Ｈ形の強酸性カチオン交換樹脂層とＯＨ形の弱塩基性アニオン交換樹脂層を用いた複床式の前脱塩システムでブドウ糖液を処理し、処理後のブドウ糖液を原糖液として実験を行った。この原糖液は、前脱塩システムの通液終了時近くの比較的塩濃度の高い糖液である。原糖液の性状を表１に示す。
【００２４】
上記原糖液を、ＯＨ形のＩ形強塩基性アニオン交換樹脂（アンバーライトＩＲＡ４０２ＢＬ）８５ｍｌとＨ形の強酸性カチオン交換樹脂（アンバーライト２００ＣＴ）５０ｍｌとを混合して充填したカラムを有する混床式イオン交換装置に通液して仕上げ脱塩処理を行った。通液条件は、通液温度３５℃、通液量１０００ｍｌ／ｈ（強塩基性アニオン交換樹脂との接触時間約５分）とした。この場合、Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂としては、精製糖工場の脱塩システムで１５２サイクル使用した樹脂を用いた。精製糖工場では通液温度５０℃で使用しているため、このＩ形強塩基性アニオン交換樹脂は、デンプン糖工場での通液条件（通液温度３５℃）より過酷な条件で使用されていたものである。２０倍量通液した時の処理糖液の性状を表１に示す。
【００２５】
（比較例）
実施例で用いたのと同じ原糖液を、ＯＨ形のＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂（アンバーライトＩＲＡ４１１Ｓ）１００ｍｌとＨ形の強酸性カチオン交換樹脂（アンバーライト２００ＣＴ）５０ｍｌとを混合して充填したカラムを有する混床式イオン交換装置に通液して仕上げ脱塩処理を行った。通液条件は、通液温度３５℃、通液量５００ｍｌ／ｈ（接触時間１２分）とした。この場合、上記ＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂としては、デンプン糖工場の脱塩システムで１２１サイクル使用した樹脂を用いた。デンプン糖工場では通液温度３５℃で使用しているため、このＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂は、精製糖工場での通液条件（通液温度５０℃）より温和な条件で使用されていたものである。２０倍量通液した時の処理糖液の性状を表１に示す。
【００２６】
なお、表１におけるＢｘはブリックス糖濃度（％）を示す。また、色価は下記式により算出した値を示す。異性化糖量は、全糖量（＝固形物量）中の異性化糖（＝果糖）の量の百分率量である。
【００２７】
【数１】

【００２８】
【表１】

【００２９】
表１の結果より、本発明の脱塩システムは、従来の脱塩システムに比べて脱塩性能、脱色性能に優れ、また処理糖液のｐＨが５．５〜６．０の間で安定し、かつブドウ糖の異性化率が従来のシステムより低いことがわかる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明を使用したシステムは、従来システムに比べて脱塩性能、脱色性能、処理糖液のｐＨの安定性及びイオン交換樹脂の安定性に優れているとともに、ブドウ糖の異性化率が従来システムと同程度であるかそれより低く、したがって従来システムよりも安定した処理性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るデンプン糖液脱塩処理システムの一例を示すフロー図である。
【符号の説明】
２カチオン交換装置
４アニオン交換装置
６前脱塩システム
８仕上げ脱塩システム

Claims

Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂と強酸性カチオン交換樹脂とを混合したイオン交換樹脂層にデンプン糖液を通液することを特徴とするデンプン糖液脱塩処理方法。
Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂としてゲル型のものを用いることを特徴とする請求項１に記載のデンプン糖液脱塩処理方法。
Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂として水分保有能力が６０％以下のものを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のデンプン糖液脱塩処理方法。
Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂として母体がスチレン系樹脂からなるものを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のデンプン糖液脱塩処理方法。
Ｉ形強塩基性アニオン交換樹脂とデンプン糖液との接触時間を１５分以下にすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のデンプン糖液脱塩処理方法。
デンプン糖液を通液して該デンプン糖液の脱塩処理を行うシステムにおいて、請求項１〜５のいずれか１項に記載のデンプン糖液脱塩処理方法を使用したことを特徴とするデンプン糖液脱塩処理システム。