JPS62190100A - 糖液の精製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカチオン交換膜を用いたドナン透析により灰分
を含む糖液から効率的に且つ有用成分を損う墨なく、灰
分を除く方法に関する。更に詳細に説明すれば、カチオ
ン交換膜を隔膜とするドナン透析装置を用い、該隔膜を
介して灰分を含む糖液と鉱酸水溶液（ストリップ液）と
を接触させる事により糖液中の灰分カテオ／を鉱酸中の
水素イオンと交換する事を特徴とする糖液の精製方法に
関する。

灰分を含む糖液の代表的なものとしては、甘蔗、甜菜等
を原料とする製糖工業において生産される蔗糖魚、さら
には蔗糖費よシスチェフェン法により糖を回収する際排
出されるステエフエン蔗液、尿糖を精製する際発生する
洗糖警、最終的に排出される精良糖冑等を挙げる事がで
きる。

これら糖液の組成は原料の糧類、製糖方法のちがい等に
より大きく異なるが、いずれの場合にもまだ相嶋量の糖
分、各種アミノ酸類、有機酸等の有用物質を含んでいる
。従って、これら糖液は動物用飼料、発酵原料、発酵促
進剤その他工業原料として利用され′ている。

しかしながら、これら糖液中には原料及び搾汁清浄化工
程での添加物に由来する灰分が多量に含まれ゛〔おシ、
これらの灰分に上記利用分野においては好ましくない成
分となっているＯ灰分を構成している主なものはカリウ
ム及びカルシウムでろ夕、例えば、蔗糖ｖＲを動物用飼
料ぶ加物として用いた場合、多量に混合すると含有する
カリウムのため動物が下痢性状をおこす。又、蔗糖費を
発酵原料として用い九場合、発酵液から目的物を分離す
る時に通常行われる濃縮操作に於て、含有するカルシウ
ムが濃縮倍加熱器のスフ−リングの原因となっている。

従って、糖液中の灰分を効率よく、又含有有用成分を損
う事なく除去する４！は、そのような糖液を利用する工
業上、きわめて重要な事である。

糖液中の灰分を除去するための手段として、これまでイ
オン交換樹脂法、電気透析法などが知られている。しか
し、イオン交換樹脂法では樹脂及び再生用薬剤を多量に
必要とし、又樹脂塔操作上多重の洗浄液が生じる事から
工業的に実施する事はむずかしい。又、電気透析法はイ
オン交換膜を使用する方法であり、再生剤等を必要とせ
ず、又、洗浄液の発生音も少いので工業的には優れた方
法でおるが、原理的に相当の電力を消費する事にさけら
れず、ランニングコストが上昇するという欠点と、さら
には、従来の電気透析法は糖液中に含まれる何らかの物
質によシ運転中イオン交換膜の電気抵抗が増大し、運転
が続行できなくなるという欠点を有する。これを防ぐた
めには、電気透析を行う前にあらかじめ特殊なイオン交
換樹脂処理又は限外濾過処理、又は活性炭処理などの前
処理工程が必要となり、工業的な観点からはトータルの
ランニングコスト、設備建設費が大きくなるという問題
点を持っている。

本発明者は、上記の如き前処理など全必要とせず、又運
転中にトラブルを引き起す事なく、又電力全消費せずに
効率的に糖液中の灰分を除去する糖液の精製方法につい
て鋭意研究した所特許請求の範囲に述べた方法によれば
、すなわち、灰分を含む糖液全、カチオン交換膜を隔膜
とし、これを介して鉱酸水溶液と接触させるドナン透析
処理に付すれば、上記目的を十分達成しうる事を発見し
、これに基づき本発明を完成し友。

本発明の方法によれば、イオン交換樹脂法とくらべ九電
気透析法の利点を保持しつつ、さらに電気透析法の欠点
である電力消費及び運転中の性能低下を生じる事なく効
率的に糖液の精製を行う事ができ、さらには糖液中の有
用成分である糖類。

アミノ酸、有機酸類はほとんど損失又は変質しない。

次に、本発明について詳細に説明する。

本発明で使用されるカチオン交換膜としては、例えば、
ｐ−スルホン酸スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、
ｐ−スルホン酸スチレン−ブタジェン共重合体、ｐ−ス
ルホン酸フェノール−ホルムアルデヒド共重合体等のス
ルホン酸系、カルがン酸系のもので良い。旭硝子（株）
セレミオンＣＭＶ膜、徳山曹達（株）ネオセプタＣＩＭ
膜等がその例である。

本発明で処理される灰分を含む糖液としては。

甘蔗糖、甜某糖の製糖工程で生成する糖蜜あるいは蔗糖
弯、ステエフエンｔａ、　　蔗糖警のアルコール発酵液
蒸留残渣（ピナッセ）などの前述のものの他にみかん糖
蜜、バナナ糖蜜、及びでんぷん糖化液、異性化ａｌｆＦ
ｉ、等を挙げる事ができるが、これらに駆足するもので
なく、灰分を含む糖液であればいずれも対象とされる。

本発明で処理される糖液の一例である蔗糖實の成分とし
ては、シ、砧。

果糖、ブドウ楯などの糖分、アミノ酸（グルタミン酸、
アスパラギン酸、アラニン等）、有機酸類のほかカリウ
ム、カルシウム、マグネシクム、ナトリウム等の灰分が
挙げられる。その組成は、原料の種類、製糖の方法等に
より異なるが通常糖分２〜７０％、灰分ｌ〜２０チ含ま
れる。

本発明で使用される鉱酸としては塩酸、硫酸。

硝酸、リン酸等無機酸が挙げられる。酸の濃度はドナン
透析原理から後述のようにできるだけ高い方が望ましい
が、今日までのところイオン交換膜の材質上通常０．１
〜５規定のものが使用される。

ドナン透析装置としては、簡単なものは箱型容器の中央
をカチオン交換膜で仕切る事により２つの室を作り、一
つの室に糖液、他室に鉱酸金入れ必要ならば攪拌機を据
付ける事によｐ、容易に製作できる（第１図）実用的に
はフィルタープレス型の市販電気透析槽（但し、この場
合電極板、極室は不要）、及び市販の拡散透析槽を用い
る事ができる。

第１図のドナン透析装置を用いて本発明を実施する場合
、フィード室に灰分を含んだ糖液を、ス２トリツプ室に
鉱酸水溶液（ス）　ＩＪツブ液）を入れ画室をスターラ
ーで攪拌する。そうすると、フィード室中の灰分のうち
金属カチオンがカチオン交換膜を通過してストリップ室
に移行し、逆にストリップ室から水素イオンがカチオン
交換膜を通過してフィード室に移行する。このようにし
て、糖液中の灰分カチオンと鉱酸中の水素イオンとの交
換が行なわれる。

本交換現象はドナン透析原理に基くもので、反応駆動力
としては電圧等を必要とせず、単にストリップ室側の鉱
酸モル濃度がフィード室側の全カチオンモル濃度より大
きくすればヨイ。

ちなみに、フィード室側に塩化カリウム水溶液、ストリ
ップ室側に塩酸をおいた場合、イオン交換反応が平衡に
達すると次式が成立する。（Ｆ、Ｇ。

Ｄｏｎｎａｎ　：　Ｃｈｅｎ、Ｒｅｖ、１　、７３　（
’　２５　）　）Ｃ’に＋：Ｉｓ　−（ｃＨ＋３゜ ここに〔Ｃｋ＋〕、〔ＣＩＩ＋〕は、それぞれ、カリウ
ムイオンのモル濃度、水素イオンのモル濃度ｔ−表わし
、添字Ｆ、Ｓはそれぞれフィード室側、ス）　リップ室
側を意味する。

上式は、フィード室とストリップ室のカチオンモル濃度
差が大きい程、平衡状態でのカリウムイオン除去率が高
い事を示唆している。

フィード室に蔗糖蜜、糖電などの糖液を、ストリップ室
に鉱酸をおい友場合、灰分全構成するカリウムイオン、
カルシウムイオン等のカチオンがカチオン交換膜を通過
してストリップ室へ移行し、当量の水素イオンがストリ
ップ室からフィード室へ移行するので結果的にカリウム
イオン、カルシウムイオン等が水素イオンと交換され文
事になる。

この場合、ストリップ室のアニオンはフィード室へ移動
しないので、糖液はカリウムイオン、カルシウムイオン
が水素イオンと置換され九分だけ精製され几事になる。

カチオン交換膜を介しての灰分を含む糖液と鉱酸水溶液
（ス）　ＩＪッグ液）との接触は、即ち、２液の接触は
、例えば、カチオン交換膜の一方の側に一方の液を、他
方の側に他方の液を通液することに工っても行カわれる
。ドナン透析が一回の通液接触では不充分な場合は循環
通液して接触させるとよい。カチオン交換膜を介して糖
液と反対側に通液する鉱酸水溶液のモル濃度を糖液中に
含まれる全カチオンモル濃度よシ大きくする必要がある
。

本発明の利点は、前述の精製効果の他に、灰分を含む糖
液ｔ、ストリップ側として鉱酸水溶液を用いてドナン透
析した際、イオン交換反応が何ら障害なく、理論平衡値
まで行える事にある。すなわち、本発明の対象である糖
液は、前記有用物質。

灰分の他に多種多様の夾雑物を含むため、電気透析処理
を行うと、糖液に含まれる何らかの物質がイオン交換膜
を汚染し、膜の電気的抵抗を増大させ、運転が不可能も
しくはいちぢるしく性能低下させる事は前記し友が、本
発明では伺らその様な現象が生じず、スムーズに運転が
継続できる点にある。発明者等は運転終了後のイオン交
換膜面を観察した所電気透析を行った場合は膜面に固形
分の付着が見られたが、本発明の場合には全く膜面のよ
ごれ、図形物の付着がない事全発見した。

本発明の利膚は次の点にも見られる。すなわち、本発明
で生成する糖液に含まれる灰分を吸収した鉱酸水溶液を
アニオン交換膜を介して水と接触させる事によシ、該鉱
酸水溶液から鉱酸のみを水側へ拡散透析、回収すること
ができる。このようにして得られる鉱酸水溶液は、必要
によシ新たに必要量の鉱酸を添加し、濃度調整した後、
本発明でのストリップ液として使用すれば本発明の鉱酸
コストを低減することができて有利である。

このように灰分を吸収した鉱酸水溶液をアニオン交換膜
を介して水と接触させることによシ骸鉱散水溶液から鉱
酸のみを透析させ新たな鉱酸水溶液として回収するため
の拡散透析装置は、本発明のドナン透析装置のカチオン
交換膜をアニオン交換膜と取シ替えたものでよい。拡散
透析処理における２液の接触は、本発明（ドナン透析処
理）での２液の接触に準じて行なう。この場合、アニオ
ン交換膜はアニオンを通過させ、カチオンを阻止するが
、水素イオンの場合、イオン径が非常に小さいため、特
異的にアニオン交換膜を通過し、結果的に鉱酸のみが透
析される。そのようなアニオン交換膜としては、パラメ
チレンアミンスチレンーシヒニルベンゼン共重合体、バ
ラメチレンアミンスチレン−ブタジェン共重合体等の第
４級アンモニウム塩等のアミン系アニオン交換膜でよく
、例えば、旭硝子■セレミオンＤＭＶ膜、徳山曹達■ネ
オセグタＡＦＮ　Ｊｕｌが挙げられる。

以上によシ、本発明は、糖蜜又は蔗糖蜜等灰分を含有す
る糖液を精製する目的と従来の電気透析法の欠点を解消
する目的を十分達成した事になシ、工業的観点から含有
有用物質の再利用に断念な道を開く事ができたと言える
ことが理解されよう。

本発明によ多処理された糖液は十分に低い灰分量をもつ
までに精製されるが、処理後においてはその用途等によ
シ必要に応じて更に−を調整したシ、又アニオン又はカ
チオン交換樹脂で処理する事によシ、糖液の性状及び成
分の調整を図る事ができる。

以下、比較例、実施例、参考例によシ本発８Ａヲ更に説
明する。

比較例１ スチレン−ジビニルベンゼン共ｘ合体ｔｍ体とした強酸
性カチオン交換膜（旭硝子■セレミオンＣＭＶ　ｇ　）
　２１枚を用い第２図に示した様なフィルタープレス型
電気透析槽（旭硝子■Ｄｕ−ｏｂ型）を組み立てた。全
膜面積は３５．９　ｄｍ”であった。

糖液として甘蔗糖裂糖工程から排出された蔗糖宥全水で
ＢＸ　５０に希釈したもの２．　Ｏｌ　ｆ用い、酸液と
して０．５規定の塩酸２．　Ｏｌ’を用い、それぞれ上
記電気透析槽のフィード室及び酸室に供給し、循環通液
しクク通電した。なお極液としては陰、陽とも０．５規
定の硫酸を使用した。

電圧２２ｖ、電流密度６．７Ａ／ｄｍ＊、　　の定電圧
運転を行ったところ運転開始後４時間でフィード室側の
循環流量が大巾に低下したので運転を停止した。

表１に経時的な電流密度変化の測定結果を示した。

表　　１ 運転停止後、電気透析槽を解体し、カチオン交換膜面を
観察した所、フィルド室側の膜面に多量の固形分の付着
が見られた。

表２に４時間電気透析前後のフィード液の組成変化を示
した。

表　　２ 実施例１ 比較例１と同様の設備、液を用い通電せずにフィード液
、酸液を１＆透析槽に循環通液させた。

但し、この場合極液は水を用いた。

運転は６時間行ったが、この間フィード液の循環流量低
下現象は見られなかった。

運転終了後装置を解体しカチオン交換膜面を観察した所
、固形分の付着は見られなかった。

表３に６時間透析後のフィード液組成を示した。

表　　３ 実施例２ スチレン−ジビニルベンゼン共重合体を母体とした強酸
性カチオン交換膜（旭硝子■セレミオンＣＭＶ膜）１９
枚を用い第３図に示し九様なフィルタープレス型ドナン
透析装＃を組み立てた。膜面積は３２．４　ｄｎ＋”で
おり几。

糖液としてせ蔗糖製糖工程から排出される蔗糖蜜を水で
Ｂｘ　５０に希釈したもの４．ＯＡ’を用い酸液として
４．０規定の塩酸１．０１’を用い、それぞれを上記ド
ナン透析確に循環通液し几。

６時間循環通液後、運転を停止し、フィード及び酸液を
できるだけ回収して液量を測定したところ、フィード液
３．８　Ｊ　、酸液１．２ノであっ几。

表４に運転開始前のフィード液（希釈した蔗糖蜜）組成
を示し、表５に運転終了後のフィード液及び酸液の組成
を示した。

表　　４ 表　　５ 実施例３ 実施例２と同じ装置を用い、糖液として甜菜糖製糖工程
から排出さるステエフエンＦ液濃縮液（Ｃ８Ｆ　）　４
．０７　’＆用い、酸液としテ４．０規定の塩酸３．０
　Ｊ　？用い、実施例２と同様［１１時間循環通液した
。

表６に透析前後のＣ８Ｆ組成を示した。

表　　　６ 参考例１ 因みに、強塩基性アニオン交換膜（旭硝子■七しミ＃７
ＤＭ展）１９枚（全膜面積は３９．７ｄｍ”であった）
を組み入れた８４図に示した市販拡散透析！（旭硝子■
Ｔ−ｏｂ型透析槽）を用い実施例２で得られた酸液’ｋ
　Ｏ−３１／ｂｒの速度でフィードし、膜の反対側に酸
回収用水ｔ　Ｏ，２ｌ／ｂｒの速度でフィードする事に
よシ酸液からの酸回収を行った。

回収塩酸の組成を表７に示す 表　　７

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に使用される装置の１例を示
し、第２図は比較例１及び実施例１の装置及び操作の概
要を示し、第３図は実施例２及び実施例３の装置及び操
作の概要を示し、第４図は参考例１の装置及び操作の概
要を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. カチオン交換膜を隔膜とするドナン透析装置を用い、該
   隔膜を介して灰分を含む糖液と鉱酸水溶液とを接触させ
   る事により糖液中の該灰分カチオンと鉱酸中の水素イオ
   ンとを交換する事を特徴とする糖液の精製方法。