JPH0779927B2

JPH0779927B2 - 擬似移動床式液体クロマトオリゴ糖分離装置

Info

Publication number: JPH0779927B2
Application number: JP4155787A
Authority: JP
Inventors: 速水伊東; 正雄林谷; 賀敬梶畠; 達哉井村
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1992-05-22
Filing date: 1992-05-22
Publication date: 1995-08-30
Anticipated expiration: 2010-08-30
Also published as: JPH0639206A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各ゾーンの単位充填床
（カラム）の本数を最適化することにより、成分分離を
効率よく行うことができる、経済性に優れた擬似移動床
式液体クロマトオリゴ糖分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、生態調節機能性（食品では第３次
機能）に富む物質のみを混合物中から効率よく、しかも
大量に分離精製するニーズがあり、膜分離・超臨界抽出
・液体クロマト等、分離対象に応じた様々な分離プロセ
スが提案されている。中でも、互いに混じり合わない２
相（固定相と液相）への親和力の差を利用した液体クロ
マトが装置・操作とも簡便であり多くの分野で利用され
ている。本出願人は、連続的に、しかも大量処理を効率
的に行う液体クロマトグラフィの一種である擬似移動床
式液体クロマト分離装置を開発し、既に特願平２−２５
３９４４として特許出願している。このクロマト分離装
置は、数本からなるカラムより構成され、これを４つの
ゾーンに分割し、原料液供給口、溶離液供給口、抜き出
し口（ラフィネート、エクストラクト）を一定時間毎に
流体の循環方向に１カラムずつ切り替え、充填材を擬似
的に移動させる機能を持たせ、２成分（多成分とみなせ
る２成分）分離を行っている。これらの変数（流量・時
間）設定には、各ゾーンでの充填材相と溶離液相への速
度比を用いた手法があるが、一般的に各ゾーンを構成す
るカラム数は同数であり、ゾーン内のカラム数の最適化
についての十分な検討はなされていない。

【０００３】図２は、従来の移動床による２成分分離の
概念図である。充填剤（固体収着剤）との親和力の強い
成分Ａ（収着質）と、充填剤との親和力の弱い成分Ｂ
（非収着質）とを分離する場合、充填剤の詰まったカラ
ム（充填床）内の成分Ａと成分Ｂとの移動速度を、それ
ぞれＶａ、Ｖｂとする。図２に示すように、この中間の
速度Ｖｓで充填剤を流体の流れ方向と逆方向に移動させ
ると、成分ＢはＶｂ−Ｖｓの速度で流体移動方向に、成
分ＡはＶｓ−Ｖａの速度で充填剤移動方向にそれぞれ移
動するから、Ａ、Ｂの２成分の連続分離が可能となる。
これは移動床式としてよく知られている。しかし、充填
剤を実際に移動させることは、充填剤の摩耗、空隙率の
変化等を起こすので困難である。擬似移動床式では、１
本のカラムを数本ないし十数本に分割し、それぞれのカ
ラムの入口、出口を一定周期で液流れ方向に移動させる
ことにより、実際に充填剤を移動させることなしに、上
述の機能を達成できるので、移動床式の欠点を取り除き
２成分（又は２成分とみなせる多成分）の連続分離が可
能になる。

【０００４】擬似移動床は、図３に示すように、通常４
つの帯域（ゾーン）からなっている。一次精製帯域（ゾ
ーン１）は充填材との親和力の弱い成分Ｂ（非収着質）
を回収し溶離液（脱着剤流体）を再生するために、吸着
帯域（ゾーン２）は充填材との親和力の強い成分Ａ（収
着質）と成分Ｂとを分離しラフィネート（非収着質に富
む流体）として成分Ｂを回収するために、二次精製帯域
（ゾーン３）は成分Ｂを脱着させ成分Ａを精製するため
に、脱着帯域（ゾーン４）は精製された成分Ａを脱着さ
せエクストラクト（収着質に富む流体）として回収する
ために設けられている。

【０００５】図４は、本出願人が開発し、既に特願平２
−２５３９４４として特許出願した擬似移動床式液体ク
ロマト分離装置の概略フローを示している。図４におい
て、一例として１２個の単位充填床（カラム）１１〜２
２は、循環導管６０１〜６１２で連絡されている。原料
液は原料液ポンプ４１、原料液導管８０７及びこれに連
絡している原料液導入分岐管４０１〜４１２を経て各単
位充填床に導入される。原料液導入分岐管４０１〜４１
２には二方電磁弁ＶＦ１〜ＶＦ１２が設けられている。
脱着剤流体（溶離液）は溶離液ポンプ４７、溶離液導管
８０８、循環ポンプ４６、循環導管８１０、溶離液導入
分岐管５０１〜５１２を経て各単位充填床に導入され
る。この分岐管５０１〜５１２にも二方電磁弁ＶＤ１〜
ＶＤ１２が設けられている。収着質に富む流体（エクス
トラクト）は、エクストラクト抜出分岐管２０１〜２１
２、エクストラクト導管８０５、エクストラクトポンプ
４３を経て各単位充填床から抜き出される。これらの分
岐管２０１〜２１２には二方電磁弁ＶＥ１〜ＶＥ１２が
設けられている。一方、非収着質に富む流体（ラフィネ
ート）は、ラフィネート抜出分岐管３０１〜３１２、ラ
フィネート導管８０６、ラフィネートポンプ４５を経て
各単位充填床から抜き出される。これらの分岐管３０１
〜３１２にも二方電磁弁ＶＲ１〜ＶＲ１２が設けられて
いる。

【０００６】エクストラクト抜出分岐管２０１〜２１２
とラフィネート抜出分岐管３０１〜２１２とをそれぞれ
接続する導管には、それぞれ三方電磁弁ＶＴ１〜ＶＴ１
２が設けられ、これらの三方電磁弁ＶＴ１〜ＶＴ１２の
一方は、導管９０１〜９１２を介して溶離液ポンプ４７
が接続された循環導管８１０に接続されている。ラフィ
ネートポンプ４５、エクストラクトポンプ４３、原料液
ポンプ４１及び循環ポンプ４６は、いずれも流量が設定
値（一定）となるように制御される。また、循環ポンプ
４６の背圧が設定値（一定）となるように、溶離液ポン
プ４７及び背圧弁４８が制御される。

【０００７】擬似移動床では、同時に４個の側流口が作
動し、充填床はその機能上、これらの側流口により４個
の帯域（ゾーン）、すなわち、原料液導入口から非収着
質に富む流体（ラフィネート）の抜出口までの間を占め
る収着帯域（ゾーン２）、非収着質に富む流体の抜出口
から脱着剤流体（溶離液）導入口までの間を占める一次
精製帯域（ゾーン１）、脱着剤流体導入口から収着質に
富む流体（エクストラクト）の抜出口までの間を占める
脱着帯域（ゾーン４）、収着質に富む流体の抜出口から
原料液導入口までの間を占める二次精製帯域（ゾーン
３）の４個の帯域（ゾーン）からなっている。

【０００８】擬似移動床は、上記のように、通常４ゾー
ンより構成される。溶離液供給口とラフィネート抜出口
間をゾーン１、ラフィネート抜出口と原料液供給口間を
ゾーン２、原料液供給口とエクストラクト抜出口間をゾ
ーン３、エクストラクト抜出口と溶離液供給間をゾーン
４に設定している。各ゾーンの機能について混合成分
（成分Ａ、Ｂ、充填剤への収着の度合を示す分配係数Ａ
＞Ｂ）の分離を例として示すと、つぎのようになる。ゾーン１：非収着成分Ｂの回収（ゾーン４への流入防
止）ゾーン２：強収着成分Ａの分離精製ゾーン３：弱収着成分Ｂの分離精製ゾーン４：強収着成分Ａの回収（ゾーン１への流入防
止）擬似移動床クロマトでは、各ゾーン内での液流速、すな
わち原料液供給量、溶離液供給量、ラフィネート、エク
ストラクトの抜き出し流量や充填材の移動速度に相当す
る入口・出口を切り替える時間などの操作因子があり、
目的に合った分離を達成するためには、これらを適切に
選定する必要がある。橋本らは充填剤相と液相によって
運ばれる溶質の速度比をパラメータとして導入し、その
有用性について示している（Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｊ
ａｐａｎ．１６、４００（１９８３）参照）。

【０００９】つぎに、図４における電磁弁の開閉サイク
ルの一例について、単位充填床が１２本の場合について
説明する。分離パターンは、一次精製帯域（ゾーン
１）、吸着帯域（ゾーン２）、二次精製帯域（ゾーン
３）、脱着帯域（ゾーン４）がいずれも３本ずつとな
る。単位充填床が１２本であるので、１２通りのステッ
プが行われることになる。一例として、ステップ１（工
程１）を図４に、ステップ２（工程２）を図５に、ステ
ップ３（工程３）を図６に示す。この場合の各電磁弁の
開閉状態は表１に示す通りである。なお、図４〜図６に
おいて、太い実線は液が流れている部分を示し、黒塗り
の弁は閉状態を示している。

【００１０】

【表１】

【００１１】図４のステップ１において、原料液は充填
床１７に供給され、充填床１８、１９を循環する。この
間に収着質に富む物質は充填剤に吸着され、非収着質に
富む流体が充填床１９からラフィネートとして抜き出さ
れる。すなわち、充填床１７〜１９は吸着帯域（ゾーン
２）となる。一方、溶離液を含む循環流体は充填床１１
に供給され、充填床１２、１３を循環する。この間に充
填剤に吸着されていた収着質は脱着し、収着質に富む流
体が充填床１３からエクストラクトとして抜き出され
る。すなわち、充填床１１〜１３は脱着帯域（ゾーン
４）となる。充填床２０〜２２へは循環流体が循環さ
れ、この間に非収着質は充填剤に吸着され、収着質も非
収着質も含まない流体となり、充填床２２から抜き出さ
れる。すなわち、充填床２０〜２２は一次精製帯域（ゾ
ーン１）となる。充填床１４〜１６へは循環流体が循環
され、この間に充填剤に吸着されていた非収着質は脱着
され、一方、収着質は充填剤に吸着され精製される。す
なわち、充填床１４〜１６は二次精製帯域（ゾーン３）
となる。

【００１２】図５のステップ２においては、ステップ１
における状態が充填床１本分左側にずれて切り替えら
れ、充填床１２〜１４が脱着帯域（ゾーン４）、充填床
１５〜１７が二次精製帯域（ゾーン３）、充填床１８〜
２０が吸着帯域（ゾーン２）、充填床２１、２２、１１
が一次精製帯域（ゾーン１）となる。

【００１３】図６のステップ３においては、ステップ２
における状態がさらに充填床１本分左側にずれて切り替
えられ、充填床１３〜１５が脱着帯域（ゾーン４）、充
填床１６〜１８が二次精製帯域（ゾーン３）、充填床１
９〜２１が吸着帯域（ゾーン２）、充填床２２、１１、
１２が一次精製帯域（ゾーン１）となる。以下、図示し
ていないが、充填床１本分づつ左側にずれて切り替えら
れ、ステップ１２まで行われ、これらの動作が繰り返さ
れる。いずれのステップにおいても、循環ポンプ４６の
吸引導管は一次精製帯域（ゾーン１）の最終段充填床の
出口に接続され、循環ポンプ４６の吐出導管は脱着帯域
（ゾーン４）の第１段充填床の入口に接続されることに
なる。このため、循環ポンプ４６に導入される液の物性
変化が小さくなり、安定運転を行うことができる。特
に、一次精製帯域（ゾーン１）と脱着帯域（ゾーン４）
との間は、粘度が最も低くなり好適である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】現在、擬似移動床クロ
マトにて目的に合った分離を達成するために、各ゾーン
内での液流速、すなわち原料液供給量、溶離液供給量、
ラフィネート、エクストラクトの抜き出し流量や充填材
の移動速度に相当する流体の導入口、抜出し口の切替時
間などの操作因子を設定する際に、充填剤相と液相によ
って運ばれる成分の速度比が用いられている。しかし通
常、擬似移動床クロマトのゾーンを構成するカラム数に
ついては同一本数で分離が行われ、ゾーンを構成するカ
ラム数については最適化されているとは言えない。その
ため、経済性に優れたシステムを構築するには、擬似移
動床クロマトのゾーン内のカラム本数を最適に設定する
必要がある。本発明は、上記の諸点に鑑みなされたもの
で、ゾーンを構成するカラム本数を最適化するようにし
て、経済性に優れた擬似移動床式液体クロマトオリゴ糖
分離装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的を達
成するために、本発明の液体クロマトオリゴ糖分離装置
は、固体収着剤が充填されていて、直列に配列されてい
る多数の単位充填床（カラム）１１〜２２からなってお
り、これらの単位充填床の前端と後端とが流路で連結さ
れて無端状になっている充填床内に、循環ポンプ４６に
より流体を一方向に循環させ、この循環している流体に
原料液及び溶離液を導入し、同時に、単位充填床から非
収着質に富む流体及び収着質に富む流体を抜き出し、充
填床内に導入され又は充填床から抜き出される上記の流
体の導入口及び抜出口を、循環している流体の流れ方向
に沿って交互に配置し、かつ、充填床を循環している流
体の流れ方向に充填床の導入口及び抜出口の位置を間欠
的に移動させるように構成されて、擬似移動床がつぎの
４つのゾーン、すなわち、（１）ゾーン１：溶離液供給口とラフィネート抜出口
との間、（２）ゾーン２：ラフィネート抜出口と原料液供給口
との間、（３）ゾーン３：原料液供給口とエクストラクト抜出
口との間、（４）ゾーン４：エクストラクト抜出口と溶離液供給
口との間、からなる擬似移動床式液体クロマト分離装置において、ゾーン１とゾーン４との単位充填床本数が等しく、か
つ、ゾーン２とゾーン３との単位充填床本数が等しく、
さらに、ゾーン２の単位充填床（カラム）本数とゾーン
１の単位充填床本数との比（ゾーン２／ゾーン１）、及
びゾーン３の単位充填床本数とゾーン４の単位充填床本
数との比（ゾーン３／ゾーン４）が１．５〜５．０であ
ることを特徴としている。

【００１６】上述のように、ゾーン２の単位充填床（カ
ラム）本数とゾーン１の単位充填床本数との比（ゾーン
２／ゾーン１）、及びゾーン３の単位充填床本数とゾー
ン４の単位充填床本数との比（ゾーン３／ゾーン４）は
１．５以上５．０以下、望ましくは、２．０〜３．０で
ある。上記の比が１．５未満の場合は、分離された成分
の回収は十分に行なえるものの、混合成分の分離精製が
十分に達成出来ないという不都合があり、一方、上記の
比が５．０を越える場合は、混合成分の分離精製が十分
に達成出来るものの、分離した成分の回収が十分に出来
ないという不都合がある。

【００１７】図４〜図６に示す擬似移動床式クロマト分
離装置を用い、カラム本数比１．０から５．０にて、表
２に示す組成のオリゴ糖混合物から２糖以上画分と３糖
以上画分の分離を、充填材の移動速度を一定として行っ
た。

【００１８】

【表２】

【００１９】図１に、それぞれのカラム本数比での充填
材１リットルあたりの１日の固形分処理量を示すが、カ
ラム本数比が１、すなわちすべてのゾーン内のカラム数
が同数を基準とすれば、カラム本数比が２から３になる
ようにゾーン内のカラム本数を設定し、分離を行うこと
により、オリゴ糖混合物から２糖以上画分と３糖以上画
分の分離では約１．２倍と、大幅な原料処理能力の増大
がみられた。以上より、擬似移動床式クロマトのゾーン
を構成するカラム本数を、カラム本数比が１．５〜５．
０、望ましくは１．５から４．０、さらに望ましくは
２．０から３．０で設定することにより、従来のゾーン
内のカラム数が同数である分離に比べて効率よく分離で
きることがわかった（実施例１と比較例１を比べ
る。）。一例として本出願人が開発し、特許出願してい
る特願平２−２５３９４４にて効果についてのべている
が、擬似移動床式クロマトにはこれに限定するものでは
ない。また、同時に出願している３成分分離用液体クロ
マト分離装置へも本技術は適用可能である。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて説
明する。実施例１前述の表２に示した成分組成を持つ糖混合物を調製し、
予めエバポレータにて糖濃度（固形分基準）６０ｗｔ％
に濃縮したのち、図４〜図６に示す擬似移動床式クロマ
トにおいてカラムの本数を８本にした装置に導入し、以
下の条件にて分離を行った。なお装置は、ジャケット付
きステンレスカラム（内径４．５０ｃｍ、高さ７５ｃ
ｍ）８本から構成され、カラム内にＮａ型スチレン系強
酸性陽イオン交換樹脂（架橋度６％、平均粒子径３２０
μｍ、ダウエックス登録商標；ＸＨＣ−３０６）を塩化
ナトリウム存在下のもとでにスラリー充填した。また、
ジャケット内を温水循環することにより６０度に保温し
た。カラム本数比を３．０にて、すなわち各ゾーンのカ
ラム数を１、３、３、１本にて以下の操作条件で、オリ
ゴ糖混合物から２糖以上画分と３糖以上画分の分離を実
施した。擬似移動床式クロマトの操作条件原料濃度；７７１．６ｇ／１（比重１．２８６として６
０ｗｔ％）分離ポイント；２糖以下／３糖以上切替時間；２２．５分／サイクルデソーベント流量／フィード流量＝３．４５４ラフィネート流量／エクストラクト流量＝１．０４循環流量；３５．０ｍｌ／ｍｉｎ．デソーベント（溶離液）としては、１／１０００規定の
苛性ソーダを含有する水を使用した。パルス試験で求め
た各成分の分配係数を表３に示す。

【００２１】

【表３】

【００２２】この操作によって得られたエクストラク
ト、ラフィネートの組成は表４に示すとおりであった。

【００２３】

【表４】

【００２４】比較例１前述の表２に示した成分組成を持つ糖混合物を調製し、
予めエバポレータにて糖濃度（固形分基準）６０ｗｔ％
に濃縮したのち、図４〜図６に示す擬似移動床式クロマ
トに導入し、以下の条件にて分離を行った。なお装置
は、ジャケット付きステンレスカラム（内径３．６７ｃ
ｍ、高さ７５ｃｍ）１２本から構成され、カラム内にＮ
ａ型スチレン系強酸性陽イオン交換樹脂（架橋度６％、
平均粒子径３２０μｍ、ダウエックス登録商標；ＸＨＣ
−３０６）を塩化ナトリウム存在下のもとでにスラリー
充填した。また、ジャケット内を温水循環することによ
り６０度に保温した。カラム本数比を１．０にて、すな
わち各ゾーン３本にて以下の操作条件で、オリゴ糖混合
物から２糖以上画分と３糖以上画分の分離を実施した。擬似移動床式クロマトの操作条件原料濃度；７７１．６ｇ／１（比重１．２８６として６
０ｗｔ％）分離ポイント；２糖以下／３糖以上切替時間；１５分／サイクルデソーベント流量／フィード流量＝４．０８ラフィネート流量／エクストラクト流量＝１．０８循環流量；３５．０ｍｌ／ｍｉｎ．デソーベント（溶離液）としては、１／１０００規定の
苛性ソーダを含有する水を使用した。パルス試験で求め
た各成分の分配係数を表５に示す。

【００２５】

【表５】

【００２６】この操作によって得られたエクストラク
ト、ラフィネートの組成は表６に示すとおりであった。

【００２７】

【表６】

【００２８】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。（１）擬似移動床式クロマトを構成する各ゾーンの単
位充填床（カラム）の本数を最適化するために、カラム
数の選定に、カラム数の比を導入することにより、成分
分離を効率よく行うことができ、経済性にも優れた最適
な条件下での分離操作が可能となる。（２）本発明の装置は、食品分野に限らず、医薬品、
化学品分野に適用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】オリゴ糖混合物から２糖以上画分と３糖以上画
分分離におけるカラム本数比依存性を示すグラフであ
る。

【図２】一般の移動床による２成分分離の概念図であ
る。

【図３】擬似移動床式連続液体クロマト分離装置の一般
的な構成を示す説明図である。

【図４】従来の擬似移動床式液体クロマト分離装置の一
例で、ステップ１の状態を示す概念説明図である。

【図５】図４に続くステップ２の状態を示す概念説明図
である。

【図６】図５に続くステップ３の状態を示す概念説明図
である。

【符号の説明】

１１単位充填床（カラム）２２単位充填床（カラム）４１原料液ポンプ４３エクストラクトポンプ４５ラフィネートポンプ４６循環ポンプ４７溶離液ポンプ４８背圧弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井村達哉兵庫県明石市川崎町１番１号川崎重工業株式会社明石工場内 (56)参考文献特開平４−281803（ＪＰ，Ａ) 特開平４−211021（ＪＰ，Ａ) 特開平２−124895（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−243042（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−19210（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体収着剤が充填されていて、直列に配
列されている多数の単位充填床（１１）〜（２２）から
なっており、これらの単位充填床の前端と後端とが流路
で連結されて無端状になっている充填床内に、循環ポン
プ（４６）により流体を一方向に循環させ、この循環し
ている流体に原料液及び溶離液を導入し、同時に、単位
充填床から非収着質に富む流体及び収着質に富む流体を
抜き出し、充填床内に導入され又は充填床から抜き出さ
れる上記の流体の導入口及び抜出口を、循環している流
体の流れ方向に沿って交互に配置し、かつ、充填床を循
環している流体の流れ方向に充填床の導入口及び抜出口
の位置を間欠的に移動させるように構成されて、擬似移
動床がつぎの４つのゾーン、すなわち、（１）ゾーン１：溶離液供給口とラフィネート抜出口
との間、（２）ゾーン２：ラフィネート抜出口と原料液供給口
との間、（３）ゾーン３：原料液供給口とエクストラクト抜出
口との間、（４）ゾーン４：エクストラクト抜出口と溶離液供給
口との間、からなる擬似移動床式液体クロマト分離装置において、ゾーン１とゾーン４との単位充填床本数が等しく、か
つ、ゾーン２とゾーン３との単位充填床本数が等しく、
さらに、ゾーン２の単位充填床本数とゾーン１の単位充
填床本数との比、及びゾーン３の単位充填床本数とゾー
ン４の単位充填床本数との比が１．５〜５．０であるこ
とを特徴とする擬似移動床式液体クロマトオリゴ糖分離
装置。