JPH0553479B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は非糖分を多量に含有する糖蜜を用いて
カラムクロマトグラフ法によつて糖分を回収する
方法に関するものである。

＜従来の技術＞ 甘蔗あるいは甜菜を原料として蔗糖を生産する
製糖工場においては、種々の工程により精製した
糖液を濃縮することにより蔗糖を結晶化させてお
り、また結晶を回収した後の糖蜜を再び濃縮して
蔗糖を結晶化させるというように、当該結晶化工
程を複数回繰り返すのが普通である。

当該結晶化工程を経るにしたがつて得られる糖
蜜は非糖分が濃縮され、最終的には製糖工場から
廃棄されるいわゆる廃糖蜜となる。当該廃糖蜜は
総固形物濃度約80％のもので、35％前後の蔗糖分
を含有するもののブドウ糖、果糖等の還元糖や多
量の非糖分すなわち無機塩類や色素成分、蛋白
質、アミノ酸あるいは多糖類等の有機不純物が含
まれており、従来では醗酵原料などに利用するの
が現状であつた。

しかしながら省資源の観点から最近になつて、
カラムクロマトグラフ法を用いて工業的に前記糖
蜜から糖分を回収することが検討されている。

カラムクロマトグラフ法そのものはかなり古く
から実験室的規模で研究されており、塩形、たと
えばNa形の強酸性カチオン交換樹脂の充填層に、
一定量の前記糖蜜を通液した後一定量の置換水を
通液するもので、このような通液により第２図に
示したように非糖分、蔗糖分、還元糖分の順にク
ロマト的濃度分布を呈して流出する。

したがつて第２図における区分Ｃと区分Ｅを系
外に取り出すことにより、比較的純度の高い蔗糖
液あるいは還元糖液を回収することができる。

なお当該分離を効率よく行うために、第２図に
おける区分Ｂ、区分Ｄを循環液として回収し、次
回以降の通液においては、区分Ｂ、糖蜜、区分
Ｄ、置換水の順に通液し、再び流出する区分Ｃ、
区分Ｅを系外に取り出すとともに、再度区分Ｂ、
区分Ｄを回収して前回と同じ順序で通液するいわ
ゆる再循環方式が採用されるのが普通である。な
お第２図における区分Ａは非糖分部分であり、系
外に廃棄する。

＜解決しようとする問題点＞ 本発明者等は前述のカラムクロマトグラフ法を
用いて廃糖蜜から糖分を工業的に回収する検討を
行つたところ以下のような問題点が生じた。

すなわち製糖工場の最終の結晶化工程から得ら
れる蔗糖分約34％、還元糖分約７％、無機塩類分
16％、有機非糖分約23％、総固形分約80％（Bx
約80）の廃糖蜜を原液とし、これに種々の前処理
工程を施してBx40、PH7.0に調整し、この希釈し
た糖蜜を用い前述の再循環方式のカラムクロマト
グラフ法で非糖分と糖分の分離を試みたところ比
較的早期に分離性能が低下する現象が生じた。こ
の原因を種々検討したところPH低下に伴うカチオ
ン交換樹脂の汚染がその主な理由であろうと推察
された。

第２図は再循環方式における２サイクル目と３
サイクル目の流出液中の非糖分と蔗糖分と還元糖
分の濃度分布を示したものであるが、流入糖蜜の
PHが7.0であり、かつ置換水として純水を用いた
にもかかわらず、第２図に示したように流出液の
PHは４〜7.5ぐらいまで変化し、特に非糖分が多
量に含まれる部分（区分Ａ，Ｂ）のPHが顕著に低
いことが認められた。

何故このようにPHが変化するのか明確ではない
が糖蜜中に含まれている無機塩類のカチオン成分
およびアニオン成分自体もクロマト分離され、先
にアニオン成分が流出するためにこのような現象
が生じるのではないかと考えられる。たとえば純
水に酢酸ナトリウムを４％（重量％）の濃度に溶
解し、当該溶液を酸を用いてPH7.0に調整した後、
Na形強酸性カチオン交換樹脂の充填層に当該溶
液の一定量を通液し次いで純水で置換したところ
充填層にもともと存在していた水が流出した後
に、やはり同じように最初にPH5.7の酸性液が流
出し、次いでPHが徐々に上昇し後半流出液のPHが
7.5ぐらいになるという本発明者等が行つた他の
実験結果からも上記理由は裏付けされていると言
えよう。

いずれにしてもカチオン交換樹脂に接触する液
のPHが上述したごとく酸性になると、糖蜜中には
酸性側でフロツク化する有機不純物が存在するた
め、これがカチオン交換樹脂を汚染し、比較的早
期に分離性能を低下させるのではないかと考えら
れる。なおカチオン交換樹脂が汚染された場合、
アルカリ・酸・食塩等の溶液で回生処理すること
も考えられるが、このような薬剤による回生処理
を度々行うようではコスト的に問題である。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたもので、
カチオン交換樹脂が汚染を受けない条件下で、か
つ低コストでカラムクロマトグラフ法を用いて非
糖分を多量に含有する糖蜜から糖分を回収するこ
とを目的とする。

＜問題点を解決する手段および作用＞ 上記本発明の目的は、強酸性カチオン交換樹脂
に接触する液のPHを6.0以上に維持して前述のカ
ラムクロマトグラフ分離を行うことにより達成で
きる。

以下に本発明を再循環方式を用いるカラムクロ
マト分離操作を例にして説明する。

前述したごとく第２図における流出液の区分Ａ
を廃棄し、区分Ｃおよび区分Ｅをそれぞれ蔗糖液
および還元糖液として系外に取り出すとともに、
区分Ｂおよび区分Ｄを回収して循環液とし、流入
側において区分Ｂ、糖蜜、区分Ｄ、置換水、区分
Ｂ、糖蜜、区分Ｄ、置換水……の順に通液する
と、第２図に見られるごとく区分Ｅを含む後半流
出液から区分Ａおよび区分Ｂを含む前半流出液の
PHが異常に低下していることが解る。よつて置換
水および区分Ｂにあらかじめアルカリを添加する
ことにより前記接触帯のPH低下を防止することが
でき、結果としてカチオン交換樹脂の汚染を防止
できる。

すなわち循環液として回収した区分Ｂにアルカ
リを添加してカチオン交換樹脂の流入液とすると
ともに、置換水にもアルカリを添加して同様に流
入とするもので、アルカリを添加した区分Ｂおよ
び置換水をそれぞれ用いて区分Ｂ、糖蜜、区分
Ｄ、置換水……の順にカチオン交換樹脂に流入す
るのである。

本発明者等の検討によれば、カチオン交換樹脂
に接触する液のPHを6.0以上、好ましくは7.0前後
に維持しておけばカチオン交換樹脂の汚染を効果
的に防止できることを知見し、そのためには循環
液として回収した区分Ｂにアルカリを添加して少
なくともPH6.0以上、好ましくは7.0前後に調整す
るとともに、置換水にもアルカリを添加して置換
水のPHを9.0前後とすればよいことが判明した。
なおカチオン交換樹脂に接触する液があまりアル
カリ性になると今度は糖蜜中に含まれている糖類
が変質し、色素成分が生成して好ましくないの
で、アルカリを添加するとしても前記区分Ｂおよ
び置換水ともPHを9.5以上にしないようにする必
要がある。

次に使用するアルカリについて説明すると、ア
ルカリとしては水酸化ナトリウムなどの強アルカ
リを用いても差し支えないが、当該強アルカリを
用いると添加量に対するPH変化が鋭敏すぎ、PH調
整に困難が伴うので炭酸ナトリウムや水酸化アン
モニウムなどの弱アルカリを用いることが望まし
い。

＜効果＞ 以上説明したごとく本発明はPHが低い循環液で
ある区分Ｂをそのまま用いることなくここにアル
カリを添加して当該循環液のPHを上昇させるとと
もに、アルカリを添加した置換水を用いるので、
カチオン交換樹脂に接触するPHを上昇させること
ができ、これにより低PHに起因する有機不純物に
よるカチオン交換樹脂の汚染を効果的に防止する
ことができ、カラムクロマトグラフ法による非糖
分と糖分の分離を安定して行うことができる。

また本発明は上述した再循環方式によるカラム
クロマトグラフ法にかぎらず、擬似移動床方式に
よるカラムクロマトグラフ法にも適用できる。な
お擬似移動床方式の場合は循環液はないが、しか
し単に原液と置換水を供給するのみでは前述した
ごとくPHが低下する接触帯が必ず生ずるので、し
たがつて、あらかじめアルカリを添加した原液あ
るいは置換水を用いることによりカチオン交換樹
脂に接触する液のPHを6.0以上に維持すればよい。

以下に本発明の効果をより明確とするために実
施例を説明する。

〔実施例〕

製糖工場より得られる糖蜜を希釈、リン酸清
澄、超濾過膜処理、そして脱硬度成分を行なう軟
化処理などの前処理を施し、PH7.0、蔗糖分16％、
還元糖分６％、非糖分18％の糖蜜を調整し、充填
層高6mのNa形強酸性カチオン交換樹脂を用い、
以下の順序でカラムクロマトグラフ分離を行つ
た。

すなわち樹脂充填層内の水を初サイクルとして
あらかじめ0.3／−樹脂の濃度20meq／の
アンモニア水（PH9.5）で置換した後、0.3／
−樹脂の前記糖蜜（PH7.0）を流入し、次いで置
換水として0.3／−樹脂の20meq／のアン
モニア水（PH9.5）を流入した。上述した各液に
流入により、非糖分、蔗糖分、還元糖分の順にク
ロマト的濃度分布を呈して分離液が流出するが、
最初に流出する0.4／−樹脂の水は系外に取
り出し、次いで非糖分、蔗糖分、還元糖分の順に
クロマト的濃度分布を呈して流出する0.6／
−樹脂の流出液を２サイクル目のみ流出順に再び
樹脂充填層に流入し、次いで置換水として0.25
／−樹脂の20meq／のアンモニア水（PH
9.5）を流入した。

なお当該２サイクル目の流入において、樹脂充
填層に最初に流入する液（区分−Ａ，Ｂに相当す
る）のPHが6.5と低下していたので、最初に流入
する部分（0.1／−樹脂）のみに1N水酸化ア
ンモニウムを加えてPHを7.5に調整した。

当該２サイクル目の流入により、非糖分を含む
液（区分Ａ）0.15／−樹脂を系外に廃棄し、
非糖分と蔗糖分を含む液（区分Ｂ）0.3／−
樹脂を循環液として回収し、蔗糖分を含む液（区
分Ｃ）0.1／−樹脂を蔗糖液として系外に回
収し、蔗糖分と還元糖分を含む液（区分Ｄ）0.1
／−樹脂を循環液として回収し、また還元糖
分を含む液（区分Ｅ）0.1／−樹脂を還元糖
液として系外に回収した。

また３サイクル目から0.3／−樹脂の循環
液（区分Ｂ）のPHが6.5と低下していたので、こ
れに1N水酸化アンモニウムを加えてPHを7.5と
し、当該循環液を先に流入し、次いで0.1／
−樹脂の糖蜜を流入し、次いで0.1／−樹脂
の循環液（区分Ｄ）を流入し、さらに置換水とし
て0.25／−樹脂の20meq／のアンモニア水
（PH9.5）を流入した。

このようにして以後は同じように樹脂充填層
に、水酸化アンモニウムの添加によりPHを7.5に
上昇させた区分Ｂ、糖蜜、区分Ｄ、置換水として
のアンモニア水の順に流入し、また流出側の区分
Ａを系外に廃棄、区分Ｃおよび区分Ｅを蔗糖液お
よび還元糖液として系外に回収し、さらに前サイ
クルと同様にして区分Ｂおよび区分Ｄを循環液と
して回収するというような再循環方式のカラムク
ロマトグラフ分離を行つたところ、第１図に示し
たような各成分の濃度分布を呈する流出液が得ら
れ、また流出液のPHは6.0以下とはならず、200サ
イクルを経てもカチオン交換樹脂が汚染すること
なく安定してクロマト分離を行うことができた。

一方比較のために、再循環液として回収した区
分Ｂにアルカリを添加することなく、かつ置換水
として純水を用い、他は同様の条件でカラムクロ
マトグラフ分離を行つたところ第２図に示したよ
うな各成分の濃度分布を呈する流出液が得られた
が、特に区分Ａおよび区分Ｂの部分で流出液のPH
が異常に低下し、僅か３サイクルで分離性能が低
下した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるカラムクロマ
トグラフ分離の各成分の濃度分布と流出液のPHを
表すグラフで、縦軸に流出液のPHと流出液の濃度
を示し、横軸に通液量を示す。第２図は従来法の
再循環方式によるカラムクロマト分離の各成分の
濃度分布と流出液のPHを表すグラフで、縦軸に流
出液のPHと流出液の濃度を示し、横軸に通液量を
示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 塩形の強酸性カチオン交換樹脂充填層に非糖
   分を多量に含有する糖蜜および置換水を通液して
   カラムクロマトグラフ法により非糖分と糖分を分
   離するにあたり、当該カチオン交換樹脂の流入液
   にアルカリを添加することにより、当該カチオン
   交換樹脂に接触する液のPHを6.0以上に維持して
   前記分離を行うことを特徴とする非糖分と糖分の
   分離方法。