KR20000069760A - 슈크로즈 시럽의 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건중량으로 적어도 30 중량%이상의 초기 슈크로즈 함량을 가지는 슈크로즈 수계 시럽을 처리하는 분류 방법으로, 3 내지 8개의 탄소원자를 가지는 알칸올, 케톤 및 에스테르 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 용매와 상기 시럽을 혼합하여 슈크로즈 함유 고상에 접촉된 적어도 2가지 이상의 액상을 가지는 계를 형성하고 상기 상들을 분리시켜서 슈크로즈 함유 고상에서 얻어지는 산물 외에 액상으로부터 적어도 2가지 이상의 산물―여기서 2가지 이상의 산물 중 제1 산물은 건조 중량으로 상기 초기의 슈크로즈 함량보다 더 큰 슈크로즈 함량을 가진 것이고, 제2 산물은 건조 중량으로 상기 초기의 슈크로즈 함량보다 더 작은 슈크로즈 함량을 가진 것임―을 수득하게 되는 분류방법을 제공한다.

Description

슈크로즈 시럽의 처리 방법{A PROCESS FOR TREATING A SUCROSE SYRUP}

본 발명의 목적을 위해서 이들 시럽은 물 (W), 슈크로즈 (S) 및 비-슈크로즈(non-sucrose)(N-S)로 이루어진 것으로 간주될 것이다. 상기 비-슈크로즈는 사탕무 및 사탕수수에서 유래하는 다양한 화합물을 포함하는 것으로, 예를 들면, 이전에 관련 문헌에서 폭넓게 보고된 바와 같은 슈크로즈 이외의 탄수화물, 아미노산, 단백질, 무기물 등을 포함한다. 본 발명에서는 상기 화합물들 모두를 "비-슈크로즈"라는 용어에 포함시키고자 한다.

전형적인 조성물의 2가지의 예가 아래에 나열되어 있다.

시럽	W	S	NS
폐당밀(blackstrap molasses)	17-25	30-40	35-53
아피네이션 시럽 (affination syrup)	26-28	63-66	4-11

비-슈크로즈(NS)에서 탄수화물의 분획은 일반적으로 포도당 및 과당으로 이루어진 것으로 관습적으로 "전화당(inert)"으로 알려져 있다. "전화당"은 (포도당+과당)을 의미하는 것으로, 이들이 동일한 몰 분율로 존재해야 한다는 것을 의미하지는 않는다.

분류법에 의해서 이들의 가치를 상승하기 위해서 시럽을 처리하는 방법에서, 분획에서 전화당을 회수하고 및 분포시키는 것은 상기 방법에서 중요한 특징이 될 것이다. 따라서, 전화당은 충분히 발효가능한 것으로, 발효 산업에서 시럽 유래의 산물을 구성하는 바람직한 원료가 될 것이다. 그러나 전화당은 슈크로즈 결정화 공정에서 부정적인 영향을 미치기 때문에, 증발에 의해서 슈크로즈를 더욱 회수하려 하는 시럽유래의 산물에서는 바람직하지 않은 불순물이 될 것이다. 따라서, 본 발명의 방법의 잇점 중 하나는 전화당-강화(invert-enriched) 및 전화당-결손(invert-deplated) 제품을 선택적으로 제공할 수 있다는 것이다.

이하의 설명 및 실시예에서 전화당(또는 포도당 및 과당이 분리됨)이 설명될 때에는 설명하는 특정 시럽의 비-슈크로즈(NS)를 나타내고자 하는 것으로 이해해야 한다.

알려진 바와 같이, 설탕은 가장 순도 높은 정제품에서(그리고 가장 바람직하게) 100%의 슈크로즈로 이루어진 것이다. 사탕수수 또는 사탕무의 처리공정에서, 제조자들은 순수한 형태의 슈크로즈를 완벽하게 회수하고자 노력한다. 상기 제조방법중 대단위이고 값비싼 공정은 슈크로즈를 반복적으로 결정화하여 비-슈크로즈로부터 슈크로즈를 분리하고; 상기 비-슈크로즈를 상기에서 시럽으로 정의된 연속적으로 모액(mother liquor)에 제공하여 이 모액에서 비-슈크로즈의 함량을 증가시키는 것으로 이루어진다. 그러나 결정화에 의해서 슈크로즈를 완전하게 회수하는 것은 불가능하고, 경제적으로 유의적인 함량이 불가피하게 포함된 슈크로즈는 낮은 가치의 당밀로 보고된다. 즉, 이것은 이온교환의 크로마토그래피와 같은 특별한 분리 공정을 실시할 수도 있지만 실제 경제적 이유 때문에 일반적으로 실행되지는 않는다.

상기의 사항은 초기의 시럽보다 슈크로즈의 함량이 높거나 슈크로즈의 함량이 낮은 분획으로 시럽을 분리시키는 간단한 공정이 당밀 개량 공정뿐 아니라 설탕 제조 및 정제 공정에도 유용할 수 있다는 것을 지시한다.

설탕 제조의 결정화 공정에서 시럽의 흐름에서 비-슈크로즈를 제거하는 것은 슈크로즈 회수를 분명히 개선시킬 것이다. 이러한 제거에는 현저할 정도로 완전하게 할 필요는 없다.

당밀(molasses)은 슈크로즈의 함량이 가치를 좌우하는 용도 및 여러 가지 비-슈크로즈(비타민 및 아미노산)의 함량이 가치를 좌우하는 용도를 가지고 있다. 당밀의 분류는 특정한 최종 용도에 알맞게 산물을 제공하여 이의 가치를 향상할 수 있다.

본 발명은 슈크로즈 수계 시럽(이하 시럽이라 칭함)을 처리하는 분류 방법에 관한 것으로, 특히 건조 중량을 기준으로 적어도 30 중량% 이상의 슈크로즈 초기 함량을 가진 슈크로즈 수계 시럽을 처리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서 관심을 가지는 시럽은 본래 사탕수수 및 사탕무 산업에서 사용하고 있는 것이다.

도 1은 물과 용매가 선택된 온도에서 부분적으로 혼화성인 경우를 나타내는 등온선(isotherm)으로, 이 도면에서는 물/용매가 완전히 혼화성인 다소 간단한 경우도 포함한다.

도 1에서, c는 용매에 포화된 물이고, d는 물에 포화된 용매이고(c와 d는 완전히 혼화성인 경우에 사라진다);

cefd는 2가지의 액상이 존재하는 영역이고(물/용매가 완전히 혼화성인 경우에는 존재하지 않는다);

a(물)ce와 b(용매)df는 단일 액상 영역이고;

(슈크로즈)ae와 (슈크로즈)bf는 슈크로즈 함유 고상의 영역 및 ae 및 bf가 포화 곡선인 경우에 1가지의 액상 영역이고;

(슈크로즈)ef는 불변성 영역(invariant region)으로, 이 영역의 어떠한 조성물도 고상 S와 e 및 f로 표현되는 2가지의 불변성 액상으로 나뉘어진다.

본 발명은 상기에서 설명한 바와 같이 슈크로즈 시럽의 간단하고 효과적인 분류 방법을 제공한다. 이것은 자체로는 슈크로즈의 용매가 아닌(non-solvent) 일정 액상 화합물이 시럽의 분류를 위한 효과적인 용매가 될 수 있다는 놀라운 발견에 기인한 것이다. 알칸올, 케톤, 및 에스테르는 이점에서 효과적인 화합물인 것이 밝혀졌다. 특히, 유용한 것은 분자내에서 3 내지 8개의 탄소원자를 가진 알칸올, 케톤, 및 에스테르이다.

따라서, 본 발명에 따르면, 건중량을 기준으로 적어도 30 중량% 이상의 초기 슈크로즈 함량을 포함하는 슈크로즈 수계 시럽을 처리하는 방법에 있어서, 상기 시럽을 3 내지 8개의 탄소원자를 가진 알칸올, 케톤, 및 에스테르 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택한 용매와 혼합하여 슈크로즈 함유 고상(sucrose-containing solid phase)과 접촉하는 적어도 2가지 이상의 액상을 가지는 계(system)를 형성하고, 따라서 슈크로즈 함유 고상에서 수득되는 산물 외에 상기 액상으로부터 적어도 2 가지 산물―여기서, 적어도 2 가지 산물은 제1 산물은 건조 중량을 기준으로 상기 초기 슈크로즈 함량보다 증가한 슈크로즈 함량을 가진 것이고, 제2 산물은 건조 중량을 기준으로 상기 초기 슈크로즈 함량보도 감소한 슈크로즈 함량을 가진 것임―이 제공된다.

본 명세서에서 사용된 "슈크로즈 함유 고상(sucrose containing solid phase)"이라는 용어는 분류 공정 동안 및 종말에서 슈크로즈의 달라진 함량이 고상에서 발견된다는 것을 의미하는 것으로, 상기 공정의 종말에서는 슈크로즈 함유 고상은 약 1%까지 감소될 수 있다.

본 발명은 각기의 최종 상에 알맞은 슈크로즈의 함량을 경제적으로 결정할 수 있는 수단을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 비-슈크로즈 구성물은 이하에서 설명하고 예시하게되는 바와 같이 비혼화 상(immiscible phase)으로 분리된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서는 상기 상 중 적어도 하나가 슈크로즈의 바라직한 침전을 유도하기 위해서 탈수되는 액상을 함유하는 용매이다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서는 2개 이상의 산물을 하나의 산물로 재혼합하는 단계로 수정된다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에서는, 상기 용매가 3 내지 6개의 탄소 원자를 가지는 알칸올, 케톤, 에스테르 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.

본 발명은 슈크로즈-물-용매(sucrose-water-solvent)로 이루어진 계를 참조하여 가장 잘 이해된다. 이들 계는 본 명세서에 첨부된 도 1을 참고로 하여 설명되는 특징적인 공유 특징을 가지고 있다는 것이 밝혀졌다.

따라서, 본 발명은 우선 다음의 도면을 참조로한 바람직한 실시예와 연관하여 우선 설명될 것이므로 보다 잘 이해될 것이다.

상세하게 도면을 참조하면, 특정의 것은 본 발명의 예시 및 설명을 위한 것으로 본 발명의 사상 및 특징을 가장 유용하게 이해시킬 수 있다고 고려되기 때문에 제공된 것이다.

본 발명과 연계되어 사용된 바와 같이 "완전 혼화" 및 "부분적 혼화"라는 용어는 한정된 온도에서 용매와 물만을 함유하는 계에서 이의 반응(behavior)에 관하여 엄격하게 용매를 특정한다. 혼화성은 온도 또는 제3의 성분의 존재하에서 비혼화성으로 변화할 수 있고, 이의 반대도 가능하다.

넓은 온도 범위에서 고상과 함께 2가지 액상이 함께 존재하는 계는 본 발명에서 "용매"로 정의된 모든 화합물을 특정하는 특징이다. 또한, 상기 계가 존재하는 범위는 슈크로즈가 본 발명에서 용매로 정의한 화합물에서 실제적으로 불용성이라는 사실에서 예상한 범위보다도 상당히 넓다. 이러한 예상하지 못한 슈크로즈 시럽의 용해성은 다음의 표에 나타나 있고 40℃와 70℃에서 여러 가지 용매에서 불변성 조성물 e와 f를 제공한다.

용매		40℃			70℃
	용매	슈크로즈	물	용매	슈크로즈	물
Me2CO경량 불변성 상	76.6	2.5	20.95
Me2CO 중량 불변성 상	13.85	57.55	28.6
iPrOH 경량 불변성 상	67.2	11.4	21.4	73.1	9.55	17.35
iPrOH 중량 불변성 상	8.7	59.2	32.1	7.85	70.2	22.05
nPrOH 경량 불변성 상	78.5	4.8	16.7	78.65	6.45	14.9
nPrOH 중량 불변성 상	4.3	65.9	29.8	5.9	70	24.1
iBuOH 경량 불변성 상	89.65	0.65	9.65	89.6	1.45	9
iBuOH 중량 불변성 상	2.1	67.9	30	2.1	73.15	24.35
nBuOH 경량 불변성 상	87.05	0.95	12.1	88.7	1.7	9.7
nBuOH 중량 불변성 상	2.1	68.8	28.1	2.2	72.4	25.4
EtOAc 경량 분변성 상	95.8	0.765	3.435	94	1.44	4.35
EtOAc 중량 불변성 상	2.4	69.1	28.5	0.5	76.1	23.4
nPrOAc 경량 불변성 상	96.5	0.175	3.35	95.3	0.095	4.6
nPrOAc 중량 불변성 상	0.5	70.9	28.6	0.3	77	22.7

표 1에서 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 등가의 경량 불변성 상(light invariant phase) 및 중량 불변성 상(heavy invariant phase)은 액상 사이에 슈크로즈를 분산시킬 수 있는 완전히 신규한 수단을 제공한다. 이들 2가지의 등가 액상의 조성물은 고려되는 용매로서 신규하고 독특한 것이다. 종래의 기술에서는 이들 액상에서 슈크로즈 분산성 또는 슈크로즈에 대한 선택성에 대해서 어떠한 개시도 없었다. 이것은 시럽에서 통상적으로 발견되는 비-슈크로즈 화합물 및 슈크로즈에 관한 이들의 부산물에 적용된다. 당업자가 상기 목적을 달성하기 위해서 필요한 것은 상기 표에 나타나지 않은 경우에는, 실험적으로 용이하게 설정할 수 있는 하나 또는 소수의 등온선이다.

광범위한 불변성 영역의 특히 유용한 특징은 산출된 함량의 용매와 시럽을 혼합하여 상기 상을 분리시키는 것으로 이루어진 단순한 공정으로 슈크로즈 함유 고상과 2가지 액상에서 슈크로즈의 분산은 예측 가능할 수 있다는 것이다. 천연에서, 슈크로즈 시럽에 존재하는 비-슈크로즈 구성물은 이들 상에서 분산될 것이고 따라서 이들의 조성물을 변화시키지만, 기준 물-슈크로즈-용매 계는 몇 가지의 실험에 의해서 최적의 단계를 결정할 수 있는 가이드로서 작용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 시럽을 상기 용매와 혼합하여 적어도 2가지 액상을 가지는 계를 형성하는 단계; 상기 상들을 분리하여 상기 상들의 적어도 하나와 부가적인 용매와 혼합하여 적어도 2가지의 추가 액상을 가진 계를 형성하는 단계; 상기 추가 상을 분리하고 이로부터 상기 용매를 제거하여, 상기 액상으로부터 적어도 2가지 산물―여기서, 2가지 산물 중 제1 산물은 건조 중량을 기준으로 상기 초기 산물보다 슈크로즈 함량이 증가된 것이고, 제2 산물은 건조 중량을 기준으로 상기 초기 산물보다 슈크로즈 함량이 감소된 것임―을 수득하는 단계를 포함하여 더욱 정제하고 개량될 수 있다.

이들 용매의 더욱 흥미로운 특징은 이들이 도 1의 슈크로즈의 상 도해와 유사한 등온선을 포도당 및 과당의 계에서도 형성한다는 것이다. 슈크로즈에 대해서는 농축 용매에서 용해도가 낮다. 그러나 포도당 및 과당 모두(일반적으로 공업적 설탕 회수 및 정제 공정에서 존재하는 전화당)는 슈크로즈보다 잘 용해된다. 이러한 전화당과 슈크로즈를 구별하는 특징은 2가지 성분을 분리하고 회수하는 조건으로 제공된다.

물-슈크로즈-아세톤의 계에서 불변성 영역은 1904년에 이미 발견되었고, 25℃에서 등온선은 W. Herz 등이 Z. Anorg. Chemie., 41, p 309, 1904 에서 자세하게 개시되었고, 1907년에 제1판을 펴낸 Seidell Solubility of Inorganic and Organic Compounds의 편람에서 재생되었다는 것은 주지되어야 한다. 문헌 조사에서는 다른 용매에 대해서 이러한 연구가 지속되지 않았다는 것을 발견하였다. 이하의 종래 기술을 연구에 따르면, 시럽 정재에서 용매를 중심으로 한 공정을 주장한 발명자는 용매로서 아세톤에 의해 불변성 영역의 가능성을 사용하지 못했다는 것을 지시한다.

설탕 제조는 200년이 넘는 오랜 산업이다. 이 산업의 공정에서 용매를 사용하고자 하는 제안이 있었다는 기록은 상당히 적고 실제로 이루어진 것은 없다. 본 발명은 기본적으로 관련된 종래기술을 간략하게 요약한 바에서 알게될 것이지만 이들 제안과는 전혀 다른 것이다.

Paulsen(1859년의 US 26,050)은 용매로서 에탄올/물 혼합물을 사용하여 슈크로즈를 용해하고 비-슈크로즈 구성물을 제거하여 편리하게 회수하는 방법을 제공하였다.

Clarke (1995년의 US 5,454,875)는 추가의 공정으로 EtOH을 사용하여 당밀에서 불순물을 추가의 공정으로 침전시키는 공정을 제안하였다.

Othmer (1978년의 US 4,116,712)는 불순물 추출을 위한 용매로 제안된 에탄올/아세톤 혼합물에서 주요 성분으로 에탄올의 사용을 제안하였다.

따라서, 약 150 여년의 기간 동안 에탄올은 선택된 용매로 고려되어서 경제적이고 효과적으로 이의 용도를 실현시킬 방법이 연구되어 왔으나 실패하였다. 물-슈크로즈-에탄올의 계는 연구된 어떠한 온도에서도 불변성 영역을 형성하지 않는다. 주어진 어떠한 온도에서 물-에탄올 혼합물에서 슈크로즈의 용해성은 물에 대한 에탄올의 비율이 증가함에 따라 감소된다. 이러한 용해성의 감소는 EtOH/물 혼합물에서 EtOH이 0%에서 100%까지 연속적으로 감소한다. 이러한 이유로, 종래의 발명에서 선택된 용매로 제안된 에탄올은 본 발명에서 설명되고 청구된 용매와는 전혀 구별되는 것으로, 본 발명에서 사용된 용매는 연장된 불변성 영역으로 특징되는 계를 구성한다.

종래의 기술에서 사용된 에탄올은 무기물 및 일부 비-슈크로즈 유기물의 선택적인 침전을 허용하지만, 적어도 1.2:1의 에탄올 대 물의 비율을 요구한다(Clarke 참조). 따라서 이하의 21.3%의 물을 함유하는 실시예 1의 시럽은 nPrOH 7g으로 얻은 결과와 유사한 결과를 달성하기 위해서 시럽 100g당 에탄올 30g을 추가하야 한다. 또한 이하의 실시예 3 내지 7에서 설명된 바와 같이 추가의 분리공정은 본래 에탄올로 불가능하다.

1978년 9월에 등록된 Othmer의 US 4,116,712호는 다음과 같이 종래 기술을 인용하였다는 것은 주목할 만한 것이다.

"오래 동안 설탕 제조업자는 원료당(raw sugar)의 아피네이션(affination)에서 에탄올을 사용하여 최종 당밀에서 설탕 외에 다른 고상 즉, 여러 가지 불순물을 액-액 추출(liquid-liquid extraction)하기 위해서 시도하였으나 성과가 없었다.

예를 들면, Vazquez의 미국 특허 제2,000,202호에서는 에틸 아세테이트와 같은 제2의 액과 혼합된 무수 에탄올로 농축 당밀을 처리하였다. 이 혼합물은 불순물을 용해시켜서 설탕을 결정의 덩어리 또는 백하(massecuite)로 침전시키거나 결정화시켰다. 알콜과 불순물은 불순물을 함유하는 추출 당밀로서 제거되고; 이어서 후에 남아 있는 불용성 불순물로부터 묽은 알콜에 의해서 설탕 결정은 용해된다.

알콜은 Vazquez가 언급한 바와 같이, 설탕에 대한 우수한 용매이지만, 많은 불순물의 불량한 용매라는 것이 알려져 있다. 따라서 (a) 아피네이션(affination) 용매, (b) 시럽과 당밀로부터 불순물을 추출하는 액, 또는 (c) 미국 특허 제2,000,202호에서 제안된 바와 같이 설탕의 결정을 침전시키고 이들을 세척시키고 이들을 용해시키는 것과 같은 용도를 기준으로 하는 계의 산업적 용도는 보고되지 않았다.

Boher의 미국 특허 제3,174,877호는 1 내지 5%의 탄화수소를 가진 메탄올을 아피네이션에 있는 원료당을 탈색하는데 사용하였고, 에탄올이 이 목적에 확실하게 소용없다는 것을 보여주었다. 이 용매는 미국 특허 3,174,877에서 고려하지 않은 원료당의 다른 불순물을 제거하기 위해서 선택된 것은 아니다.

Leonis의 미국 특허 1,558,554호는 당밀을 건조시키고 이것을 찬 초산으로 2 내지 24시간동안 처리하여 불순물은 현저하게 용액으로 이동되고, 설탕은 침전되어; 불순물은 모액에 남아 있게 되었다.

Othmer의 미국 특허 제3,325,308호는 순수한 메탄올 또는 순수한 초산으로 결정형 설탕 결정을 세척하여 추출 당밀에서 불순물을 분리하고 이로부터 용매를 제거하고 이어서 당밀 외에 아세톤으로 유지, 지질 및 왁스를 아세톤의 우수한 선택성으로 추출하였다."

17년 후, Clarke는 1995년 10월에 등록된 미국 특허 5,454,875호에서 다음과 같이 종래의 기술을 언급하였다.

"미국 특허 제5,002,614호는 알콜 용매로 당밀에서 사탕수수를 추출하는 방법을 개시하였다.

미국 특허 제4,116,712호는 2가지 용액의 혼합물을 이용한 액/액 상 추출에 의해서 설탕 결정 및 시럽에서 불순물을 제거하는 공정을 개시하였다. 상기 추출공정의 적어도 일부는 바람직하게 pH 1.25 내지 1.30에서 수행되었다. 바람직한 용매는 아세톤과 혼합한 에탄올 또는 초산이다. 추출후, 석회와 후에 이산화탄소는 pH를 조절하기 위해서 첨가될 수 있다.

미국 특허 제3,876,466호는 방향족 유기 술폰산, 또는 유도체를 첨가하여 당용액의 점도를 감소시키는 방법을 개시하였다.

미국 특허 제3,781,174호는 활성 탄소 및 이온교환 수지 및 이온교환막 전기영동법을 혼합한 방법을 사용한 연속 탄화공정으로 원료 당액(raw cane juice)에서 설탕을 정제하는 방법을 개시하였다.

미국 특허 제3,734,773호는 부산물로 일정한 유기산을 회수하여 사탕무 확산액의 정제 방법을 개시하였다. 이때, 뜨거운 물에서 이산화탄소 또는 탄화물 이온이 탄화칼슘을 침전하기 위해서 사용되었다.

미국 특허 제3,563,799호는 액의 농축하고, 혼합된 수지 이온 교환에 의해서 탈무기질하고; 더욱 농축하고 여과하여서 묽은 당-함유 액체를 정제하는 방법을 개시하였다.

미국 특허 제3,325,308호는 3가지의 연속하는 용매 추출 계로 원료당에서 불순물을 제거하는 방법을 개시한다. 메탄올은 바람직한 제1 용매이고, 아세톤은 바람직한 제2 용매이고, 물은 바람직한 제3 용매이다.

미국 특허 2,640,851호는 고온에서 석회 및 염화칼슘을 첨가하여 폐당밀에서 알칼리 토 아코니테이트(alkaline earth aconitate)의 회수 방법을 개시하였다.

미국 특허 제2,379,319호는 단백질 가수분해 효소로 처리하고 이어서 석회와 탄화물을 추가로 첨가하여 사탕무 확산액에서 불순물을 제거하는 방법을 개시하였다.

미국 특허 제2,043,911호는 산화제를 첨가하여 설탕의 제조동안 첨가된 아황산염 불순물을 제거하는 방법을 개시하였다.

미국 특허 제2,000,202호는 유기산을 제거하기 위해서 황산과 에탄올을 첨가하고 이어서 에틸 아세테이트와 같은 다른 유기 용매로 설탕을 침전시켜서 당밀로 부터 설탕을 회수하는 방법을 개시한다."

상기 인용 문헌 중 어떠한 것도 슈크로즈 수계 시럽을 처리하기 위해서 본 발명에서 한정된 용매를 사용하여 슈크로즈 고상과 접촉하는 적어도 2가지 이상의 액상을 가진 계를 형성하는 본 발명의 분류 방법 및 이로 의해서 얻어지는 이점을 제안하거나 교시하지 않았다.

시럽에 2가지 액상의 형성을 유도하기에 충분한 함량으로 시럽에 용매를 첨가하는 것으로 비-슈크로즈 구성물을 침전시키는데 유용한 목적을 달성시킬 수 있다는 것이 이외로 발견되었다. 상기 침전물을 포화된 수계 상으로부터 분리시키는 것은 단순히 용매로 포화시킴으로서 용이하게 달성하고, 자체로 분리될 수 있을 뿐 아니라 본 발명에 따르는 시럽을 다음의 조작에서 얻어진 산물에 의해서 현저하게 개량시킬 수 있다. 따라서 출발 시럽보다 슈크로즈 함량이 더 풍부해진 산물 및 출발 시럽보다 슈크로즈 함량이 더 부족해진 산물이 제공된다.

본 발명에 따르면, 포도당 및 과당을 슈크로즈로부터 분리시키는 것이 의외로 간단하게 실행될 수 있다. 포도당 및 과당은 제당 산업에서 동일 몰의 혼합물로 필수적으로 설정되지 않고도 "전화당"의 이름으로 일괄적으로 표현된다. 이 이름은 본 명세서에서는 편의상 사용될 것이다. 현재, 이러한 분리 공정은 일반적으로 다중 결정화 공정에 의해 번잡하게 달성되는 것으로 제당 공정에서 주요한 가격 상승 요인이다. 포도당, 과당 및 슈크로즈 사이의 분리는 이들 당류사이에 유사성 때문에 어렵다는 것이 잘 이해되고 설명되어 왔다. 그러나 본 발명은 이러한 분리가 실제적으로 용이하게 달성되기 때문에 총 비용이 절감된다.

따라서, 바람직한 실시예에서는, 본 발명은 상기에서 개시한 바와 같이 분류 공정을 제공한다. 상기 분류된 액상 중 하나에서 전화당 대 슈크로즈의 비율이 초기 보다 낮아지고, 액상의 다른 하나는 전화당대 슈크로즈의 비율이 초기보다 높아진다. 본 발명은 이하의 실시예에서 바람직한 실례에 따라 설명될 것이므로 본 발명의 특징은 더욱 잘 이해될 것이지만, 본 발명을 특정 실시예로 한정하고자 의도한 것은 아니다. 한편, 본 발명은 첨부한 특허청구의 범위에 한정된 바와 같이 본 발명의 범위에 포함된 모든 변경, 수정 및 균등물을 포함하고자 의도된 것이다. 따라서, 바람직한 실례를 포함하는 다음의 실시예는 본 발명의 실현을 설명하기 위해서 제공된 것으로 상기 실시예에서 나타난 특정 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 설명하고자 하는 것으로, 본 발명의 사상 및 특징뿐 아니라 공정을 가장 유용하고 잘 이해되도록 설명할 수 있다고 사료되어 제공된 것이다.

실시예 1

정제하고자 하는 사탕수수의 내부에 있는 시럽 (1)은 매우 어두운 색이고 그의 조성은 다음의 표에 나타나 있다.

고상	물
78.7	21.3
100 고상 (건중량)
슈크로즈	비-슈크로즈
85.8	14.2
	전화당	비-당류
		7.4

시럽(1) 100g은 40℃에서 nPrOH 4g과 혼합되고; 이 혼합물은 눈금이 있는 실린더에 충전되고 92㎖의 용량이 된다. 시각적으로 고상이 분명하게 분리되지는 않지만; 시간이 흐름에 따라서 고상이 풍부하게 분리된 것이 명백한 경우에 nPrOH 3g을 추가하여 재혼합되었고, 시간에 따라 저층의 어두운 색의 슬러리와 밝은 색의 용매 층의 작은 링이 발견되는 위에 밝은 색의 상층으로 나뉘어 진다.

상부에 있는 수층에서 저층을 분리(미량의 용매층과 함께)하고 nPrOH를 증류로 제거한 후, 각각 총 고상의 24%를 함유하는 72.2%의 슈크로즈 농도의 어두운 색의 시럽 및 총 고상의 76%를 함유하는 90.2%의 슈크로즈 농도의 밝은 색의 시럽이 수득되었다.

실시예 2

폐당밀 100g이 90℃에서 nBuOH 6g과 혼합되어서 방치하면 2가지 산물―여기서 2가지 산물 중 하나는 건중량으로 23 중량%의 슈크로즈를 함유한 것이고, 다른 하나는 47 중량%의 슈크로즈를 각각 함유한 것임―을 수득할 수 있도록 분리되고 용매를 제거하였다.

실시예 2a

실시예 2에서 사용된 바와 동일한 당밀 100g이 80℃에서 n-프로판올 320 g 및 물 80 g으로 이루어진 용매 400 g과 한번의 접촉으로 접촉되어서 용매 층이 혼합되었다.

혼합된 용매층은 활성-탄소 10 g으로 접촉되고 여과되어, 매우 어두운 색에서 밝은 갈색 액체로 변화되었다. 용매의 증류후, 허니-브라운색의 시럽이 수득되었다. 상기 당밀에서 전화당의 95% 및 슈크로즈의 82%가 함유되어 2단계 교차 추출을 실시하였다.

실시예 2b

활성 탄소 5g 대신 Fuller 어스(오일 산업에서 통상적으로 사용됨) 10g으로 처리된 것을 제외하고는 실시예 2a와 동일한 방법으로 실행되었다. 탈색은 활성 탄소에 의해서 달성된 것과 거의 유사하였다.

실시예 3

실시예 1에서와 동일한 시럽 100g이 75℃에서 2단계 공정으로 nPrOH로 처리되었다. 제1 단계는 제2 단계에서 분리된 용매와 혼합되고 이어서 이 단계에서 가라앉은 층이 제2 단계에서 nPrOH 8 g과 혼합되고 분리된다. 제1 단계의 상층과 제2 단계의 저층에서 용매가 제거되어 각각 밝은 색과 어두운 색의 산물이 되었다.

산물	총량의 %	슈크로즈 %	비-슈크로즈 %
실시예 1, 밝은 색	76	90.2	9.8
실시예 1, 어두운 색	24	72.2	27.8
실시예 3, 밝은 색	85.2	91.7	9.3
실시예 3,어두운 색	14.8	52	48

실시예 4

실시예 3과 동일한 시럽 100g이 제1 혼합 단계에서 분리된 밝은 색의 액상이 동일한 온도에서 추가의 nPrOH 80g과 혼합되는 것을 제외하고 실시예 3에서와 같이 처리되었다. 풍부한 백색의 침전물이 형성되고 여과되어서, 실제로 순수한 슈크로즈로 이루어진 것이 확인되었다. 용매를 제거하여 수집된 3가지 상은 다음의 표에 나타나 있다.

실시예 4 산물	총량의 %	슈크로즈 %	비-슈크로즈 %
어두운 색 침전물	14.8	52	48
밝은 색 침전물	51.3	>99	<1
밝은 색 용매상	33.9	80.5	19.5

실시예 5

이전의 실시예에서 사용된 것과 동일한 시럽 100g이 80℃에서 nBuOH 5g과 혼합되어서 상기 혼합물은 원심분리되었다. 어두은 색의 고상 매스가 슈크로즈 결정으로 인지할 수 있는 것으로 가라앉았다. 고상은 액상과 분리되어서 nBuOH 100g으로 재슬러리화되었고 원심분리에 의해서 분리되었고, 용매상은 이전의 조작의 액상과 혼합되었다. 3가지의 상이 용이하게 형성되었다. 거의 무색의 고상 슈크로즈, 중량의 수상 및 경량의 용매상(뒤의 2가지는 해당 물-슈크로즈-nBuOH 계의 불변성 상으로부터 유래된 것이다). 고상의 슈크로즈를 함유하는 수층은 단일 산물로 용매상으로 부터 분리된다. 용매를 제거한 후, 3가지 분획의 함량 및 조성은 다음의 표에 나타나 있다.

실시예 5 산물	총량의 %	슈크로즈 %	비-슈크로즈 %
어두운 색의 제1 침전물	11.4	36	65
제2 침전물 +밝은 색의 수상	80	98	2
밝은 색의 잔류물	8.6	22	79

실시예 6

실시예 4에서 수득된 용매층은 2 단계에 의해서 용매를 제거하였다. 제1 단계에서는 물이 물/nPrOH 공비혼합물(azeotrope)을 증류하여 제거되었다. nPrOH에서 매우 낮은 용해도를 가지고 본 발명의 모든 "용매"에서 매우 낮은 용해도를 가진 슈크로즈가 수득된다. 용매의 제거후에, 총 고상의 33.9%를 함유하는 밝은 색의 용매는 25% 고상을 함유한 >99% 슈크로즈, 8.9%의 고상을 함유한 약 26% 슈크로즈로 실제적으로 84% 전화당이다.

상기 예들은 본 발명이 비슈크로즈의 상태 뿐 아니라 슈크로즈 함량을 변경된 산물로 시럽을 분류시키는 여러 가지 방법을 설명하였다. 폭 넓은 온도범위 및 용매의 선택으로 회수에 가장 알맞고, 에너지 등을 절약할 수 있는 방법을 제공할 수 있다는 것은 당업자라면 잘 알 수 있을 것이다.

상기 실시예 및 이의 결과에 관하여 이하에서 설명할 것이다.

-실시예 1에서는 전화당이 용액에서 슈크로즈와 동반하고 실제로 슈크로즈 자체보다 용매에 더 잘 용해되기 때문에, 침전물은 원칙적으로 본 기술분야에서 흔히 사용하는 용어로 통상 무기물을 의미하는 "회분" 및 비-슈크로즈로서 비-탄수화물 유기물을 포함한다.

-실시예 2는 특정 온도 및 용매를 선택하여 다른 인자 뿐 아니라 사용된 용매의 함량을 결정하는 방법을 나타낸다. 따라서, 예를 들면 본 경우에서 온도가 높을수록 매우 점질인 당밀의 점도가 낮아지므로, 공정의 조작상 요구될 수 있다.

실시예 2a 및 2b는 용매 추출물을 탈색하여 밝은 색의 시럽 산물을 수득할 수 있는 방법을 설명하는 것이다. 이 방법은 시럽을 바로 탈색하는 것이 불가능하였기 때문에 이점이 있다.

-실시예 3은 역류 조작의 특징을 도입하여 이전의 2개의 실시예보다 더 높은 슈크로즈의 회수를 달성할 수 있고, 회분과 유기물(어두운 분획에 동반함) 및 전화당(슈크로즈에 동반됨)을 더욱 잘 분리할 수 있다.

-실시예 4는 용매의 첨가를 조절하여 분리를 성공적으로 달성할 수 있는 방법을 설명한다. 사실, 개시된 방법은 슈크로즈와 전화당 사이를 실시예 6에서 설명된 바와 같이 상당히 분리시킬 수 있을 정도이다.

- 실시예 5는 nPrOH 외에 nBuOH를 사용하고 더 높은 작동 온도를 사용하여 실시예 4 및 실시예 6의 결과를 거의 달성한다.

당업자라면 본 발명이 상기한 실시예의 상세한 사항으로 제한되는 것이 아니고 본 발명은 사상에서 일탈됨 없이 다른 형태로도 변경되어 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이고 따라서 본 실시예들은 설명을 위한 것으로 제한하고자 하는 것은 아니다.

Claims (8)

1. 건조 중량으로 적어도 30 중량% 이상의 초기 슈크로즈 함량을 포함하는 슈크로즈 수계 시럽을 처리하기 위한 분류 방법에 있어서,

   상기 시럽을 3 내지 8개의 탄소원자를 가진 알칸올, 케톤, 에스테르 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 용매와 혼합하여 슈크로즈 함유 고상과 접촉하는 적어도 2개의 액상을 가진 계를 형성하는 단계; 및

   상기 상들을 분리하는 단계를 포함하여

   상기 슈크로즈 함유 고상에서 수득되는 산물 외에 상기 액상에서 적어도 2가지의 산물―여기서 2가지의 산물 중 제1 산물은 건조 중량으로 상기 초기의 슈크로즈 함량보다 더 많은 슈크로즈 함량을 가진 것이고, 제2 산물은 건조 중량으로 상기 초기의 슈크로즈 함량보다 더 적은 슈크로즈 함량을 가진 것임―이 수득되는 분류 방법.
2. 제1항에 있어서,

   비-슈크로즈 구성물이 비혼화성 상으로 분리되는 분류 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 용매가 3 내지 6개의 탄소 원자를 가지는 알칸올, 케톤, 에스테르 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 분류 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 용매가 증류에 의해서 분리된 액상에서 제거되는 분류 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 액상 중 하나에서 전화당 대 슈크로즈의 비율이 처리된 시럽에서 보다 낮은 값이고, 상기 액상 중 다른 하나에서 전화당 대 슈크로즈의 비율이 처리된 시럽에서 보다 높은 값인 분류 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 시럽을 상기 용매에 혼합하여 적어도 2가지 이상의 액상을 가진 계를 형성하는 단계;

   상기 상들을 분리하고 상기 상의 적어도 하나를 부가적인 용매와 혼합하여 적어도 2개의 추가 액상을 가진 계를 이로부터 형성하는 단계;

   상기 추가 상들을 분리하여 상기 액상에서 적어도 2가지의 산물―여기서 2가지의 산물 중 제1 산물은 건조 중량으로 상기 초기의 슈크로즈 함량보다 더 큰 슈크로즈 함량을 가진 것이고, 제2 산물은 건조 중량으로 상기 초기의 슈크로즈 함량보다 더 작은 슈크로즈 함량을 가진 것임―이 수득되는 단계

   를 포함하는 분류 방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 상 중 적어도 하나가 슈크로즈의 바람직한 침전을 유도하도록 탈수되는 액상을 함유한 용매인 분류 방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 적어도 2개 이상의 산물이 단일 산물로 재혼합되는 단계를 포함하는 분류 방법.