JP4294203B2

JP4294203B2 - 糖液精製装置の再生法

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Publication number: JP4294203B2
Application number: JP2000192291A
Authority: JP
Inventors: 友二浅川; 伸浅野; 英也八尾
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2020-06-27
Also published as: JP2002001135A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デンプン糖液等の糖液の脱塩、脱色を行う糖液精製装置の再生法に関し、さらに詳述すると、糖液を強酸性カチオン交換樹脂層に通液した後に塩基性アニオン交換樹脂層に通液する糖液精製装置のイオン交換樹脂の再生法に関する。
【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）が得られる。デンプンの加水分解工程は液化と糖化の２工程に分けられ、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】
デンプン糖液を精製する場合、炭酸飽充、粒状活性炭濾過、骨炭濾過等の精製工程の後処理として、イオン交換処理が行われている。イオン交換処理には、脱色を目的としたイオン交換処理と、脱塩を目的としたイオン交換処理がある。
【０００４】
脱塩を目的としたイオン交換処理は、一般に、糖液を強酸性カチオン交換樹脂層に通液した後に弱塩基性アニオン交換樹脂層に通液する複床式の前脱塩システムと、強酸性カチオン交換樹脂とII形強塩基性アニ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糖液中の塩類、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仕上げの脱塩、脱色、ｐＨ調整を行っている。この脱塩処理は工業的に広く使用されており、高純度の糖液が得られる点で、糖液の精製処理法として優れた方法である。これは、混床層を用いた仕上げ脱塩がうまく働いているためである。
【０００５】
上述した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を用いた複床式の前脱塩システムにおけるイオン交換樹脂の再生は、従来、各イオン交換樹脂毎に行われている。すなわち、強酸性カチオン交換樹脂は塩酸水溶液等の酸再生剤を通薬して再生を行う。弱塩基性アニオン交換樹脂は水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ再生剤を通薬して再生を行う。
【０００６】
また、強酸性カチオン交換樹脂と塩基性アニオン交換樹脂を用いた混床式糖液精製装置（仕上げ脱塩システム）におけるイオン交換樹脂の再生は、従来、次のように行われている。まず、混床塔で糖液処理を終了した後、混床塔内で強酸性カチオン交換樹脂を下層に、塩基性アニオン交換樹脂を上層に分離する。混合状態の両樹脂の分離は、逆洗によって両樹脂の比重差を利用して行う。そして、下層の強酸性カチオン交換樹脂に塩酸水溶液等の酸再生剤を通薬して強酸性カチオン交換樹脂の再生を行う。同様に、上層の塩基性アニオン交換樹脂に水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ再生剤を通薬して塩基性アニオン交換樹脂の再生を行う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の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を用いた複床式の前脱塩システムは、従来の再生法、すなわち強酸性カチオン交換樹脂に酸再生剤、塩基性アニオン交換樹脂にアルカリ再生剤をそれぞれ通薬する方法によって再生処理を数サイクル行った後に、前脱塩システムの処理糖液の導電率が悪化する場合があった。そこで、本発明者らは、導電率が悪化した前脱塩システムの処理糖液中に含まれる塩類の分析を行った。その結果、該処理糖液中にはアミノ酸等の両性有機物がリークしていることが判明した。
【０００８】
本発明者らの検討によれば、糖液中に含まれるアミノ酸等の両性有機物は、強酸性カチオン交換樹脂に捕捉されるイオンである。したがって、上記両性有機物の前脱塩システムの処理糖液中へのリークは、前脱塩システムの再生処理時に、強酸性カチオン交換樹脂から上記両性有機物がうまく脱着しないことが原因であると考えられた。
【０００９】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、糖液を強酸性カチオン交換樹脂層に通液した後に塩基性アニオン交換樹脂層に通液する糖液精製装置の再生法であって、強酸性カチオン交換樹脂に捕捉されたアミノ酸等の両性有機物を該強酸性カチオン交換樹脂から効率的に脱着することができ、したがって上記両性有機物が処理糖液中にリークすることを効果的に防止することが可能な糖液精製装置の再生法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前述したアミノ酸等の両性有機物の処理糖液中へのリークの原因について検討した。その結果、糖液中のアミノ酸等の両性有機物は、前段の強酸性カチオン交換樹脂に捕捉されやすいが、酸再生剤を用いた通常の再生法では、アミノ酸等の両性有機物は強酸性カチオン交換樹脂から脱着されにくいことがわかった。これは推測であるが、アミノ酸等の両性有機物が強酸性カチオン交換樹脂に捕捉される場合は、両性有機物のアミノ基等のカチオン部が強酸性カチオン交換樹脂に捕捉されるため、この状態に塩酸等の酸再生剤を通薬しても両性有機物自体は脱着されず、捕捉されていないカルボン酸基等のアニオン部がイオン交換されるだけであると考えられた。
【００１１】
そこで、本発明者らは、強酸性カチオン交換樹脂からアミノ酸等の両性有機物を脱着する手段について種々検討を行った。その結果、水酸化ナトリウム等のアルカリ液を強酸性カチオン交換樹脂に接触させた場合、強酸性カチオン交換樹脂からアミノ酸等の両性有機物が効率的に脱着されることを見出した。これは推測であるが、強酸性カチオン交換樹脂にアルカリ液を接触させると、捕捉されていたアミノ基等のカチオン部が強酸性カチオン交換樹脂から脱離し、その結果両性有機物全体が脱着するのではないかと考えられる。
【００１２】
また、本発明者らは、（イ）強酸性カチオン交換樹脂に通薬するアルカリ液は、アルカリ再生剤を塩基性アニオン交換樹脂に接触させた後の再生廃液であればよく、新しい薬液を使う必要はないこと、（ロ）上記アルカリ再生剤の再生廃液としては、前脱塩システムの塩基性アニオン交換樹脂の再生廃液でもよく、仕上げ脱塩システムの塩基性アニオン交換樹脂の再生廃液でもよいが、前脱塩システムの強酸性カチオン交換樹脂層と塩基性アニオン交換樹脂は通常同時に再生するため、前脱塩システムの塩基性アニオン交換樹脂の再生廃液を用いると時間的な効率の点で有利になること、（ハ）前脱塩システムと仕上げ脱塩システムは同時に再生することが少ないため、強酸性カチオン交換樹脂に通薬するアルカリ液として仕上げ脱塩システムの塩基性アニオン交換樹脂の再生廃液を用いるのは時間的な効率の点で好ましくないことに想到した。
【００１３】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、糖液を強酸性カチオン交換樹脂層に通液した後に塩基性アニオン交換樹脂層に通液する糖液精製装置のイオン交換樹脂を再生するに当たり、塩基性アニオン交換樹脂にアルカリ再生剤を接触させ、その再生廃液を強酸性カチオン交換樹脂全体の１／２〜１／４容量に相当する強酸性カチオン交換樹脂層の糖液通液方向下流側部分のみに接触させた後、強酸性カチオン交換樹脂に酸再生剤を接触させることを特徴とする糖液精製装置の再生法を提供する。
【００１４】
本発明の再生法は、塩基性アニオン交換樹脂にアルカリ再生剤を通液することで、塩基性アニオン交換樹脂を再生する。また、上記アルカリ再生剤の再生廃液を強酸性カチオン交換樹脂に通液することで、強酸性カチオン交換樹脂に捕捉されているアミノ酸等の両性有機物を脱着する。さらに、強酸性カチオン交換樹脂に酸再生剤を通液することで、強酸性カチオン交換樹脂を再生する。本発明は、以上の操作により、アミノ酸等の両性有機物の処理糖液中へのリークを防止して、処理糖液の品質の安定化を図るものである。
【００１５】
以下、本発明につきさらに詳しく説明する。本発明で用いる再生剤の種類に限定はないが、アルカリ再生剤としては水酸化ナトリウム水溶液、酸再生剤としては塩酸水溶液を好適に用いることができる。
【００１６】
また、本発明を適用する糖液精製装置の強酸性カチオン交換樹脂及び塩基性アニオン交換樹脂の種類に限定はなく、処理の目的等に応じて適宜選択すればよい。具体的には、アンバーライト（登録商標、以下同じ）２００ＣＴ、ＩＲ１２０Ｂ、ＩＲ１２４、ＩＲ１１８、ダイヤイオン（登録商標、以下同じ）ＳＫ１Ｂ、ＳＫ１０２、ＰＫ２０８、ＰＫ２１２（以上、強酸性カチオン交換樹脂）、アンバーライトＸＥ５８３、ＩＲＡ６７、ＩＲＡ９６ＳＢ、ダイヤイオンＷＡ１０、ＷＡ２０、ＷＡ３０（以上、弱塩基性アニオン交換樹脂）、アンバーライトＩＲＡ４０２ＢＬ、ＩＲＡ４００、ＩＲＡ４４０Ｂ、ＸＴ５００７、ＩＲＡ４００、ＩＲＡ９００、ＩＲＡ９０４、ダイヤイオンＳＡ１０Ａ、ＳＡ１１Ａ、ＰＡ３０６、ＰＡ３０８、アンバーライトＩＲＡ４１１Ｓ、ＩＲＡ４１０、ＩＲＡ９１０、ダイヤイオンＳＡ２０、ＰＡ４１８（以上、強塩基性アニオン交換樹脂）等を用いることができる。
【００１７】
本発明では、強酸性カチオン交換樹脂全体の１／２〜１／４容量に相当する、強酸性カチオン交換樹脂層の糖液通液方向下流側部分のみに、アルカリ再生剤の再生廃液を接触させる。これにより、強酸性カチオン交換樹脂の再生に用いる酸再生剤の量を減らすことができ、再生を経済的に行うことが可能となる。すなわち、強酸性カチオン交換樹脂層に糖液を通液した場合、アミノ酸等の両性有機物は、その殆どが強酸性カチオン交換樹脂層の糖液通液方向下流側部分に存在する強酸性カチオン交換樹脂に捕捉される。したがって、強酸性カチオン交換樹脂層の糖液通液方向下流側部分に存在する強酸性カチオン交換樹脂はＲ−Ｎ化合物、Ｒ−Ｈといった形で存在し、それより上流側の強酸性カチオン交換樹脂はＲ−Ｎａ、Ｒ−Ｍｇ、Ｒ−Ｈといった形で存在している。したがって、強酸性カチオン交換樹脂層の糖液通液方向下流側部分のみにアルカリ液を接触させることにより、アルカリ液接触後にそれより上流側に存在するＲ−Ｈの形の強酸性カチオン交換樹脂をそのまま残すことができるので、強酸性カチオン交換樹脂の再生に用いる酸再生剤の量を減らすことが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１はデンプン糖液を処理する糖液精製システムの一例を示すフロー図である。この糖液精製システムは、強酸性カチオン交換樹脂を用いたカチオン交換装置（Ｋ塔）２と、弱塩基性アニオン交換樹脂を用いたアニオン交換装置（Ａ塔）４と、強酸性カチオン交換樹脂及びII形の強塩基性アニオン交換樹脂を用いた混床式イオン交換装置（ＭＢ塔）６とをこの順で設置したものである。Ｋ塔２及びＡ塔４によって前脱塩システムが構成され、ＭＢ塔６によって仕上げ脱塩システムが構成されている。本例の糖液精製システムは、原糖液をＫ塔２に下向流で通液し、Ｋ塔２の処理糖液をＡ塔４に下向流で通液し、Ａ塔４の処理糖液をＭＢ塔６に下向流で通液して、最終処理糖液を得るものである。
【００１９】
本発明の再生法は、Ｋ塔２とＡ塔４とからなる糖液精製装置（前脱塩システム）のイオン交換樹脂の再生に適用される。Ｋ塔２は、塔内下部に酸再生剤やＡ塔４の再生に使用されたアルカリ再生剤の再生廃液を供給するディストリビュータ８が設置されている。また、強酸性カチオン交換樹脂層１０の上部に酸再生剤の再生廃液を排出する上部コレクタ１２が設置されている。さらに、強酸性カチオン交換樹脂層１０の底部から該樹脂層１０の層高の約１／３の箇所に、アルカリ再生剤の再生廃液を排出する中間コレクタ１４が設置されている。Ａ塔４は、塔内上部にアルカリ再生剤を供給するディストリビュータ１６が設置されている。
【００２０】
Ｋ塔２とＡ塔４とからなる糖液精製装置の再生を本発明の再生法によって行う手順は、例えば下記のとおりである。
（１）糖液処理を終了した後、常法によりスイートニングオフを行って塔内に残留する原糖液を水と置換し、その後、Ａ塔４のディストリビュータ１６にアルカリ再生剤を供給し、弱塩基性アニオン交換樹脂１８にアルカリ再生剤を下向流で接触させる。これにより、弱塩基性アニオン交換樹脂１８の再生が行われる。アルカリ再生剤の再生廃液はＡ塔４の底部から排出される。
（２）Ａ塔４から排出されたアルカリ再生剤の再生廃液をＫ塔２のディストリビュータ８に供給し、このアルカリ再生剤の再生廃液を強酸性カチオン交換樹脂１０に上向流で接触させ、中間コレクタ１４から排出する。すなわち、強酸性カチオン交換樹脂全体の約１／３容量に相当する、強酸性カチオン交換樹脂層１０の糖液通液方向下流側部分のみに、アルカリ再生剤の再生廃液を接触させる。これにより、強酸性カチオン交換樹脂層１０の糖液通液方向下流側部分に存在する強酸性カチオン交換樹脂からアミノ酸等の両性有機物が脱着される。
（３）Ｋ塔２のディストリビュータ８に酸再生剤を供給し、この酸再生剤を強酸性カチオン交換樹脂１０に上向流で接触させ、上部コレクタ１２から排出する。これにより、強酸性カチオン交換樹脂４の再生が行われる。
【００２１】
なお、上述の実施形態では、Ｋ塔２へのアルカリ再生剤の再生廃液及び酸再生剤の供給を上向流で行う態様について説明したが、これらの再生廃液及び酸再生剤の供給を下向流で行うようにしてもよい。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に示すが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
（実施例）
図１に示した糖液精製システムの内のＫ塔２及びＡ塔４からなる糖液精製装置（前脱塩システム）を構成した。Ｋ塔２には強酸性カチオン交換樹脂（アンバーライト１２０Ｂ）１．０Ｌ、Ａ塔４には弱塩基性アニオン交換樹脂（アンバーライトＸＥ５８３）１．５Ｌを充填した。
【００２３】
前記糖液精製装置を用いて、再生処理と再生処理終了後の原糖液の精製処理とからなるサイクルを１サイクルとして、数サイクルの糖液精製処理を行った。各イオン交換装置のイオン交換樹脂の再生は、下記の手順で行った。
▲１▼Ａ塔４に上向流の逆洗水を導入し、弱塩基性アニオン交換樹脂層１８を５０％展開した。
▲２▼Ａ塔４の弱塩基性アニオン交換樹脂層１８に、アルカリ再生剤（１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液）２．４Ｌをディストリビュータ１６より下向流で通液し、Ａ塔４の底部から排出した。これにより、弱塩基性アニオン交換樹脂が再生された。再生終了後、Ａ塔４内のアルカリ再生剤を水で押し出し、弱塩基性アニオン交換樹脂を水洗した。
▲３▼Ｋ塔２の強酸性カチオン交換樹脂層１０に、Ａ塔４から排出されたアルカリ再生剤の再生廃液をディストリビュータ８より上向流で通液し、中間コレクタ１４から排出した。これにより、強酸性カチオン交換樹脂層１０の糖液通液方向下流側部分に存在する強酸性カチオン交換樹脂からアミノ酸等の両性有機物が脱着された。
▲４▼その後、Ｋ塔２の強酸性カチオン交換樹脂層１０に、酸再生剤（１Ｎ塩酸水溶液）１．７５Ｌをディストリビュータ８より上向流で通液し、上部コレクタ１２から排出した。これにより、強酸性カチオン交換樹脂１０が再生された。再生終了後、Ｋ塔２内の酸再生剤を水で押し出し、強酸性カチオン交換樹脂を水洗した。
【００２４】
なお、本実施例で用いた原糖液は濁質濃度が低かったので、Ｋ塔２の逆洗は行わなかったが、Ｋ塔２の逆洗は必要に応じて行うことが好ましい。
【００２５】
上述した再生処理が終了した後、Ｋ塔２及びＡ塔４からなる糖液精製装置を用いてデンプン糖液の精製処理を行った。精製処理においては、６０Ｌを１サイクルとして通液を行い、計１０サイクルの通液を実施した。原糖液の性状を表１に示す。また、１０サイクル目の通液時において３０Ｌの原糖液を処理した時の処理糖液の性状を表１に示す。
【００２６】
（比較例）
実施例と同様の糖液精製装置を構成した。また、この糖液精製装置を用いて数サイクルの糖液精製処理を行った。各イオン交換装置のイオン交換樹脂の再生は、下記のように各イオン交換装置毎に行い、アルカリ再生剤の再生廃液を強酸性カチオン交換樹脂に接触させる操作は行わなかった。
【００２７】
（ａ）Ｋ塔２の強酸性カチオン交換樹脂層１０に、酸再生剤（１Ｎ塩酸水溶液）１．７５Ｌをディストリビュータ８より上向流で通液し、上部コレクタ１２から排出した。これにより、強酸性カチオン交換樹脂１０が再生された。再生終了後、Ｋ塔２内の酸再生剤を水で押し出し、強酸性カチオン交換樹脂を水洗した。
【００２８】
（ｂ）Ａ塔４の弱塩基性アニオン交換樹脂層１８に、アルカリ再生剤（１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液）２．４Ｌをディストリビュータ１６より下向流で通液し、Ａ塔４の底部から排出した。これにより、弱塩基性アニオン交換樹脂が再生された。再生終了後、Ａ塔４内のアルカリ再生剤を水で押し出し、弱塩基性アニオン交換樹脂を水洗した。
【００２９】
上述した再生処理が終了した後、Ｋ塔２及びＡ塔４からなる糖液精製装置を用いてデンプン糖液の精製処理を行った。精製処理は実施例と同じ条件で行った。１０サイクル目の通液時において３０Ｌの原糖液を処理した時の処理糖液の性状を表１に示す。
【００３０】
【表１】

【００３１】
表１の結果より、本発明の再生法で再生処理を行った実施例は、従来法で再生処理を行った比較例に較べ、窒素化合物の処理糖液中へのリーク量が少なく、処理糖液の性状が安定していることが認められた。したがって、本発明によれば、アミノ酸等の両性有機物を強酸性カチオン交換樹脂から効率的に脱着できることが確認された。
【００３２】
（参考例）
前記実施例において、Ｋ塔２の強酸性カチオン交換樹脂層１０に、Ａ塔４から排出されたアルカリ再生剤の再生廃液をディストリビュータ８より上向流で通液し、この再生廃液を上部コレクタ１２から排出すること、すなわち、強酸性カチオン交換樹脂全体にアルカリ再生剤の再生廃液を接触させること以外は、実施例と同様にしてイオン交換樹脂の再生処理を行った。
【００３３】
その結果、本参考例では、強酸性カチオン交換樹脂からアミノ酸等の両性有機物を効率的に脱着することはできるものの、再生後の強酸性カチオン交換樹脂の性能を実施例における再生後の強酸性カチオン交換樹脂の性能と同等にするためには、強酸性カチオン交換樹脂層に酸再生剤（１Ｎ塩酸水溶液）を２．６Ｌ通液することが必要であった（実施例は１．７５Ｌ）。
【００３４】
したがって、本参考例により、強酸性カチオン交換樹脂層の糖液通液方向下流側部分のみにアルカリ再生剤の再生廃液を接触させることにより、強酸性カチオン交換樹脂の再生に用いる酸再生剤の量を減らすことができることが確認された。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、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を用いた糖液精製装置の強酸性カチオン交換樹脂に捕捉されたアミノ酸等の両性有機物を、該強酸性カチオン交換樹脂から効率的に脱着することができる。これにより、上記両性有機物が処理糖液中にリークすることを防止して、処理糖液の品質の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はデンプン糖液を処理する糖液精製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（Ｋ塔）
４アニオン交換装置（Ａ塔）
６混床式イオン交換装置（ＭＢ塔）
８ディストリビュータ
１０強酸性カチオン交換樹脂
１２上部コレクタ
１４中間コレクタ
１６ディストリビュータ
１８弱塩基性アニオン交換樹脂

Claims

糖液を強酸性カチオン交換樹脂層に通液した後に塩基性アニオン交換樹脂層に通液する糖液精製装置のイオン交換樹脂を再生するに当たり、塩基性アニオン交換樹脂にアルカリ再生剤を接触させ、その再生廃液を強酸性カチオン交換樹脂全体の１／２〜１／４容量に相当する強酸性カチオン交換樹脂層の糖液通液方向下流側部分のみに接触させた後、強酸性カチオン交換樹脂に酸再生剤を接触させることを特徴とする糖液精製装置の再生法。