JPS6146119B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は二糖類含有塊状植物（tuberous
plant）から、二糖類水溶液を先ず限外濾過し次
いで脱イオンすることにより、二糖類を回収する
方法に関するものである。

切断したサトウダイコンを35〜80℃の温水で抽
出して得た液汁を、鋼管の内で他の堅固な
（unassiable）組織の管によつて取り囲まれてい
るセロハン管に、乱流状態で通して連続的に濾過
することにより、限外濾過する拡散法は
「Warenkennis en Technologie」第４巻、第81
〜87頁（1957）に記載されている。この方法では
コロイド状物質はすべてセロフアン管内にこの膜
を閉塞することなく保持され、最後にセロフアン
管から押し出される。すべての塩類を含有してい
る糖溶液を無菌膜に通し、鋼管部の小さな開口か
ら取り出す。

このいわゆる無菌の薄い液汁は陽イオンおよび
陰イオン交換装置によつてすべての塩を完全に存
在しないようにすることができるので、精製液汁
に完全に相当する溶液が得られる。このように処
理することにより副生物である糖みつを含有して
いない糖が回収される。普通糖みつはサトウダイ
コンからの糖の1/6以上を占め、その品質は糖よ
り劣つている。

別個に取り出されたコロイド状生成物は糖みつ
より価値のあるタンパク、グルタミン酸、トレオ
ニン、プロリンおよびフエニルアラニンを含有し
ている。

従来この既知方法は工業的規模では使用されて
いない。

しかし、サトウダイコンから糖を回収する製糖
工業は絶えずエネルギー費用および労務費用の増
大に直面しているので、既知方法の下記の面につ
いて一層費用のかかる開発を進することに関して
検討が行われている： (a) 長期の貯蔵期間の後に糖含量が減少するの
で、サトウダイコンの２〜３ケ月という限定さ
れた保存品質（keeping qualities）の解決方
法を見出すことができるか。

(b) 塊状植物、特にサトウダイコンから、より経
済的に糖を抽出できるか。

(c) 抽出物とパルプとをより効率良く分離できる
か。

(d) 糖溶液から糖を晶出させることによる精製が
不必要になるように、糖溶液から汚染物質を除
去できるか。

上述の(a)の点については、例えば、切断したサ
トウダイコンに冷風を吹き込みかつ／またはこれ
を乾燥し、８〜９ケ月の期間にわたつてサトウダ
イコンを処理することにより、サトウダイコンの
保存品質を改善しようとする提案が古くかな行わ
れている。しかし、これらの提案はいずれも工業
的および経済的な観点から受け入れることのでき
る解決を与えていない。

上述の(b)の点については、洗浄したサトウダイ
コンを小片（コセツト（cossette））に切断し、
この小片を温水で抽出するのが確立された実際的
方法である。プロセスのこの段階は糖の損失パラ
ンスにとつて重要である。普通に実施されている
のは向流式温水抽出を行うことである。サトウダ
イコンの細胞の液汁中に溶解した形態で存在して
いる糖は、半透膜を有する原形質が変性された場
合、または細胞が機械的に開かれた場にのみ、細
胞から離れることができる。サトウダイコンを何
らかの方法で粉砕する場合には、温水抽出時に細
胞中に存在している糖が破壊された細胞から溶出
するほか、細胞中に存在しているすべての種類の
望ましくない物質が溶出する。かかる物質の例は
タンパク、塩、ガムおよび重合体である。このた
め以後の処理においてコセツトを抽出処理する場
合より多くの問題が生じるので、今日なおサトウ
ダイコンを切断したもののみが抽出に使用されて
いる。サトウダイコンの切断時にはいくつかの細
胞が破壊されるにすぎず大部分は損傷を受けてい
ない状態で残る。損傷を受けていない細胞から糖
を抽出するには、高い温度で細胞を変性し、細胞
を開く必要がある。またかかる構造上の変化はプ
ラスモリシスと称される。使用温度によつていく
つかの現象が現れる。60℃では原形質は委縮後に
死亡するが、70℃で急激に迅速加熱すると変性が
速やかに起るのでタンパクは大部分が当初の状態
に留まり、そのまま固定される。

抽出時には先ず液汁が損傷細胞から洗い出され
る。これにより多くのコロイド状物質が溶出す
る。液汁を放出させるビートタンパクの変性時に
水和水が遊離するので、サトウダイコン切断物の
内部からの液汁の放出が起こる。

サトウダイコン切断物中に溶解した形態で存在
している物質特に糖の大部分は、サトウダイコン
の細胞組織の変性が行われた後で、物質の移動に
使用できる著しく枝分れした通路の密着した系か
ら拡散する。このため、この抽出方法は「拡散
法」と称される。変性されたサトウダイコンの組
織では、小さい孔から滲透圧によつて水が流入し
かつ大きい孔から静水圧によつて糖溶液が流出す
ることによつて、液体の交換が起こる。従つて糖
以外の化合物の小さいイオンおよび分子は大きい
イオンおよび分子より迅速に液汁中に移動する。
また陽イオンの拳動も陰イオンの大きさによつて
決まる。陰イオンの電子的中性度に関しては、陰
イオンは拡散電位が電荷の分離によつて生じる電
位より大きくなるように拡散できるにすぎない。
拡散速度の遅い大きい陰イオンはかかる理由で、
例えば、アルカリ金属のイオン自体の迅速な移動
を遅延させる。

プラモリシスに関しては、サトウダイコン切断
物を75〜80℃においてできるだけ速やかに加熱す
るのが望ましい。これにより存在する糖分が微生
物によつて転化して糖の損失が起るのを防止する
ことができる。

かかる高い温度において細胞構造のセルロース
はほとんど変化していない状態に留つているが、
ペクチンは膨潤し、長い間には破壊されることさ
えある。抽出物である液汁のペクチン含量が大き
い場合には、液汁の処理が一層困難になる。この
ほか、ペクチンが転化するため、高温によつてサ
トウダイコン切断物の構造変化が同時に起こる。
そこでサトウダイコン切断物のスクイーズ性が悪
化し、サトウダイコン切断物の細胞組織中の毛管
系が膨潤プロセスによつて閉止される。細い通路
は一層小さくなり、多かれ少なかれ閉止されるの
で、糖の抽出速度は低下し、拡散損失は一層大き
くなる。

従つて抽出は複雑になり、最適ではない。

上述の(b)の点については、抽出物およびパルプ
をできるだけ良好に分離するために、プロセスの
終りにパルプを絞るが、上述の(b)の点で説明した
ように、サトウダイコンの組織における転化がこ
こになお存在する糖の抽出を仰制することに関し
て、もはや最適な分離を達成できなくなる。

上述の(d)の点に関しては、抽出に使用する水は
できるだけ純粋であることが必要である。特に水
は液汁の精製に影響を及ぼす可窯性物質を含有し
ていてはならない。特にアルカリ性金属塩を含有
する水は不都合である。この理由は、かかる塩が
多量の糖の晶出を仰制し、これにより目的外の糖
みつの収率が増加するからである。

以後の処理時に糖の最適な晶出を達成するに
は、粗液汁を85℃で加熱し、過剰の消石灰と混合
する。存在する遊離酸は消石灰によつて不溶性塩
のほかに多くの他の汚染物質、例えば、タンパク
凝集塊を形成する。石灰の一部はカルシウム・モ
ノサツカレートを形成し、他の部分は溶解する。
粘着性沈澱は濾過不能である。このため二酸化炭
素および水蒸気を導入して、カルシウム・モノサ
ツカレートを分解させ、溶解している石灰によつ
て不溶性炭酸カルシウムを形成させる。生成する
炭酸カルシウムは濾過可能である。

飽和および濾別を２回行つた後に、約15重量％
の糖を含有する薄い液汁が得られる。この液汁を
多段プロセスで、飽和溶液が生成しこれから85重
量％を含有するいわゆる「マス・クイツト
（masse cuite）」が晶出するまで、真空下に濃縮
する。糖含量がほぼ100％である生成物を得るに
は、「マス・クイツト」をアルカリ性液体である
母液から遠心分離により分離する必要があり、し
かる後に糖みつが望ましくない副生物として残留
するまでアルカリ性液体である母液を使用して上
述の操作を数回繰り返す。

本発明においては、上述の不都合な問題点は、
二糖類含有塊状植物を機械的に細分して濃厚なか
ゆ（mush）にし、この細分した物質を60℃より
温度の低い水で抽出し、この抽出物を先ず限外濾
過し、次いで脱塩し、生成溶液を濃縮することに
より解決できることを見出した。

塊状植物を機械的に細分して濃厚なかゆにする
ことにより、このなかに存在している糖分は、サ
トウダイコン切断物の場合に必要である拡散によ
り抽出を必要とせず、塊状植物の細胞中に溶解し
た形態で存在している糖は、機械的処理によつて
破砕された細胞を60℃より温度の低い水で単に水
洗することによつて洗い出すことができる。

60℃より温度の低い水を使用するので、非糖成
分は上述の(b)の点で説明した温水抽出の場合より
少量抽出されるにすぎない。このため上述の数回
の精製操作を省略することができる。

濃厚なかゆを機械的に作るのは、例えば、バレ
イシヨ工業において常用されているおろし器、開
放ブロア付遠心ポンプまたは振動ミルを使用して
すりおろすことにより実施することができるが、
上述のおろし器を使用するのが好ましい。

サトウダイコンを細分した後に、ビート液汁と
ビートパルプとを分離する。これは既知方法より
効率良く行うことができる。この理由は、塊状植
物の細分中にほとんどすべての細胞が開かれ、開
かれていない細胞の高い温度における変性が起こ
らないからである。適当な分離方法は次のとおり
である： ａ 細胞液汁を洗い出すことのできる回転バスケ
ツト付遠心ふるいの使用； ｂ 真空バンド濾過機の使用； ｃ スクロール付ソリツドボール・デカンタの使
用。

次に生成溶液を限外濾過すると、すべてのコロ
イド状物質および不溶成分は滞留液
（retentate）中に残る。透過液は古典的方法によ
つて生成する薄い液汁より多量のナトリウム塩お
よびカリウム塩を含有している。この理由は、古
典的方法では最後に糖みつ中に入つてくるカリウ
ム塩およびナトリウム塩の大部分が本発明方法で
は透過液中に入つてくるからである。これらの塩
を除去するには透過液をイオン交換置に導入する
必要がある。

先ず細分した物質をそのなかに存在している液
体の大部分から分離し、次いで10℃以下の水で抽
出するのが好ましい。

抽出時の接触時間は1/2時間以上であるが、実
際に最初の水との接触時には抽出が瞬間的に行わ
れるので、このような接触時間が必要になるのは
まれである。

さらに抽出に使用する水量は得られる糖溶液の
糖含量が12〜14重量％になるように選定する。

本発明の他の重要な利点は、限外濾過、イオン
交換および濃縮を行うことによつて得られる透過
液が純粋であつて、ほぼ純粋なビート糖を得るた
めに晶出を多段で行う必要がなく、最後に糖みつ
が副生物として得られることである。濃縮溶液は
濃縮かつ／または飽和状態まで冷却して溶液中に
存在する糖を晶出させることができるが、この操
作は精製には不必要であるのは自明である。また
純粋な濃厚糖シロツプの送給も経済的理由から重
要である。この理由は、糖を工業的に使要する多
くの例では濃厚溶液を使用して出発することがあ
るからである。

他の利点は、本発明方法では糖とは異質の物質
を転化して特定反応を行わせる必要がなく、従つ
てこの特定反応を行わせる必要がなく、従つてこ
の特定反応の終了後に糖とは異質の物質を除去す
る必要がないことである。すなわち本発明方法は
反応成分を全く添加しないで実施する。

上述の利点のほかに本発明はさらに他の重要な
利点、すなわちいわゆるサトウダイコンの代わり
にマンゲル（mangel）を出発原料として使用で
きる利点を有することである。

何10年も前から、ビート糖は糖含量16〜19重量
％のサトウダイコンから、このサトウダイコンを
上述の方法により水で抽出し、次いでパルプをざ
つと除去し、生成物を石灰および二酸化炭素で処
理してペクチンおよびアルブミンを沈澱させ、し
かる後に沈澱を除去し、得られた液汁（薄い液
汁）を蒸発によつて濃縮し、飽和溶液から糖を晶
出させ、晶出した糖を分離することによつて回収
されている。

今日まで、糖を回収する際に、糖含量が６〜12
重量％にすぎないマンゲルを出発原料として使用
できるとは、経済的理由およびプロセス工学的理
由から、全く考えられなかつた。すなわち、マン
ゲルを処理する際にはサトウダイコンを処理する
際より著しく多量のパルプが得られると予想され
ていた。

マンゲルの根はサトウダイコンの根と較べると
極めて多量のナトリウム、多量のカリウム、少量
のマグネシウムおよび少量のカルシウムを含有し
ている。従つて、Ｋ＋Na対Mg×Caの比はサトウ
ダイコンの場合より著しく大きい。これに関する
詳細なデータは「Mededelingen van het
Instituut voor Suikerbietenteelt」，Bergen op
Zoomオランダ国、1940年９月および同学会の
1939年第９巻中の「De onderscheiding van
suikerbietenrassen op grond van minerale
samenstelling van loof en wortel」（P.J.H. van
Ginneken）の記載されている。

先に上述の(d)の点について説明したように、今
日まで行われている方法では糖含有抽出物中に多
数のナトリウムイオンおよびカリウムイオンが存
在していることは方法の経済性にとつて極めて不
利益なことである。

しかもカリウム含量が多いと多量の糖みつの生
成が進される。

しかし、マンゲルを使用する利点は下記の通り
である： １ サトウダイコンを出発原料とする場合には供
給されたビートの支払を糖含量に基づいて行う
のが必要でありかつこれが普通であるが、マン
ゲルを出発原料とする場合には供給されたビー
トの価格は重量によつて決められる。すなわ
ち、単位表面積エーカー当りのマンゲルの収量
は単位表面積エーカー当りのサトウダイコンの
収量より著しく多いので、糖含量の変動は重要
性が小さくなる； ２ ビート糖を回収するための出発原料としてマ
ンゲルを使用することにより、製糖工場におけ
るプロセスをより良い状態に合理化できる。こ
の理由は、マンゲルの保存品質が７ケ月以上で
あるのに対し、サトウダイコンは２〜３ケ月間
しか貯蔵できないからである。「作業季節」は
約３月間から約７〜10ケ月に延長される。

この点に関し、サトウダイコンとマンゲルとの
差異について若干説明をくわえるのが重要であ
る。

ビートの両方の種はビート・ベーターブルガリ
ス（Beta−vulgaris）を起原とする。この原種の
ビートから突然変異によつてつくつかの種がこの
10年のうちに開発され、こられの性質によつて最
終用途が決められている。二つの面、すなわち単
位表面積当りの収量および糖含量は多かれ少なか
れ相容れない要因である。

マンゲルまたはマンゴルド（mangold）は単位
表面積当りのビートの収量が最高であり、単位表
面積当りの糖の収量も最大であるが、ビートあた
りの糖含量が少ないので多量のパルプが副生物と
して得られる。大部分の場合にこれらのビート種
は成熟が極めて遅いので、収穫期に多くの葉を付
けている。

これらのビート種は土壌に供給された水を他の
ビート種より良好に利用する。このためこれらの
ビート種は長い乾燥期間に対する抵抗性が一層良
好である。水および栄養物質をそれぞれ同量使用
した場合には、こられのビート種はサトウダイコ
ンより多量の乾燥物質を生成する。しかし、これ
らのビート種は既知方法で糖を回収するのには適
していない。この理由は、単位重量のビート当り
に得られるパルプ量が出発原料としてサトウダイ
コンを使用した場合より著しく多く、しかも単位
重量のビート当りの糖含量が極めて少ないからで
ある。

サトウダイコンは糖含量が大きいが、単位表面
積当りのビート量かがマンゲルより少ない。収穫
時におけるサトウダイコンの葉の分量は早く成熟
するので原種であるベーターブルガリスより著し
く少ない。糖を回収すにはサトウダイコンはマン
ゲルより適当である。この理由は、単位重量のビ
ート当りのパルプ回収量が少なく、糖回収量が多
いからである。

本発明を次の実施例について説明する。

実施例 １ マンゲルを洗浄し、次いでバレイシヨ澱粉工業
で使用されているようなおろし器を使用して細分
した。このようにして得たすりおろしたもの、す
なわち濃厚なかゆを向流式連続多段洗浄操作にお
いて18℃の水で洗い出し、次いでパルプと液体と
を分離した、この操作はスクロール付ソリツドボ
ール・デカンタを使用して行つた。３台のかかる
デカンタを直列に使用し、３台目すなわち最後の
デカンタから脱糖しかつ乾燥物質35重量％以下ま
で遠心分離したパルプを取り出した。この最後の
デカンタには第２段階デカンタからの既に部分脱
糖されたパルプを10℃の純水と混合して供給し
た。この操作は向流式で行つたので、水量は最少
量であつた。この量は、第３段階からのかかるパ
ルプを乾燥物質35重量％まで容易に遠心分離でき
ることが知られている場合には、パルプにおける
ある程度の糖の損失を許容すれば、計算で求める
ことができる。

同一操作を３回繰り返した。第１段階のデカン
タから細胞液汁を得、これを限外濾過に対する供
給物質として使用した。

第１段階には、おろし器からの濃厚なかゆを、
第２段階からの希釈された細胞液汁と混合して供
給した。

限外濾過において透過液および滞留液を得た。

滞留液はタンパク、ペクチンおよびガムを含有
していた。滞留液は、例えば、得られた脱糖パル
プと混合して家畜の飼料として市販されている透
過液はイオン交換置に導入して脱色用吸着剤で処
理することによりさらに精製した。

このようにして得た極めて純粋な糖シロツプは
人間による消費に全く適合していた。

実施例 ２ 実施例１のおろし器からの濃厚なかゆを遠心ふ
るいで多段向流洗浄することにより脱糖および脱
水した。

次いで、脱糖パルプを、含水量を調整するた
め、従つて糖の損失を経済的レベルにするため
に、さらに絞つた。

このようにして得た若干希釈されている細胞液
汁を実施例１に記載したと同様にして処理した。

実施例 ３ バレイシヨ澱粉工業で使用されているようなお
ろし器を使用して1000Kgのマンゲルを細分して濃
厚なかゆにした。この濃厚なかゆを遠心分離機で
490Kgのパルプと900Kgの細胞液汁とに直接分離し
た。次いで９℃の水を390Kg使用して洗浄してパ
ルプをできるだけ脱糖した。若干希釈さている細
胞液汁について一組の限外濾過を行つた。ダイア
フイルトレーシヨン（diafiltration）前に、９℃
の水を90Kg添加して大部分の糖を除去した。最終
滞留液は１重量％の糖を含有しているにすぎなか
つた。このようにして精製された重量900Kgの透
過液すなわち濾液は9.7重量％の糖（旋光分析に
よる）および13.4（Ｗ／Ｗ）％の乾燥物質を含有
していた。

添加糖含量は乾燥物質基準で5.4（Ｗ／Ｗ）％
であつた。

次いでこの精製液汁を順次陽イオン交換樹脂お
よび陰イオン樹脂によつて脱塩した。この精製液
汁はほとんど無色で、乾燥物質含量基準で５
（Ｗ／Ｗ）％の非糖物質を含有しているに過ぎな
かつた。

この液汁を蒸発器で71（Ｗ／Ｗ）％の乾燥物質
含量まで濃縮した。晶出により得た白色の糖は品
質が優れており、他の顆粒状の糖と較べて劣つて
いなかつた。

実施例 ４ 切断器により450Kgのマンゲルを最大寸法８cm
の小片に細分した。この予め細分した小片をスク
リユーポンプによつてホモゲナイザに供給し、ビ
ートを摩砕して濃厚なかゆにした。

次いでこの濃厚なかゆを実施例３に記載したと
同様にして処理した。

実施例 ５ 600Kgの濃厚なかゆ、すなわちすりおろしたも
の（実施例３および４参照）を迅速回転ふるいに
よつて脱糖した。脱糖は４段階で行い、この際パ
ルプ全体を液汁と向流させた。

最終段階のパルプは９℃の水を235Kg使用して
脱糖した。この第４段階の遠心分離液を使用して
第２段階からの遠心分離されたパルプを脱糖し
た。これは第３段階で行つた。遠心分離液を第１
段階からの遠心分離されたパルプに導き、第３段
階からのパルプを第４段階に導いた。

第３段階から来る遠心分離液の混合物およびパ
ルプを第２段階で脱水した。

第２段階からの液汁を、第１段階からの希釈さ
れていない細胞液汁と一緒にした。このようにし
て若干希釈されている細胞液汁（520Kg）を得
た。この液汁を限外濾過に導いて、タンパク、ガ
ムおよびペクチンに関して第１精製を行つた。

実施例４に記載したと同様にしてさらに処理を
行つた。この場合にも先の実施例と同様な品質の
良好な顆粒状の糖を得た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 二糖類含有塊状植物から、二糖類水溶液物を
   先ず限外濾過し次いでイオン交換することによ
   り、二糖類を回収するに当り、 前記塊状植物を機戒的に細分して濃厚なかゆに
   し、この細分した物質を60℃より温度の低い水で
   抽出し、この抽出物を先ず限外濾過し、次いで脱
   塩し、生成溶液を濃縮することを特徴とする塊状
   植物からの二糖類の回収方法。 ２ すりおろした塊状植物中に存在している液体
   を大部分取出し、前記液体を10℃以下の水で抽出
   する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 0.5時間以下の接触時間において10℃以下の
   水で前記抽出を行う特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の方法。 ４ 生成する糖溶液の糖含量が12〜14重量％にな
   るような分量の水で前記抽出を行う特許請求の範
   囲第１〜３項のいずれか一つの項に記載の方法。 ５ 前記塊状植物として糖含量６〜12重量％のマ
   ンゲルを使用する特許請求の範囲第１〜４項のい
   ずれか一つの項に記載の方法。