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JP2012518424A - 分離方法 - Google Patents

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JP2012518424A JP2011551506A JP2011551506A JP2012518424A JP 2012518424 A JP2012518424 A JP 2012518424A JP 2011551506 A JP2011551506 A JP 2011551506A JP 2011551506 A JP2011551506 A JP 2011551506A JP 2012518424 A JP2012518424 A JP 2012518424A
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Abstract

本発明は、甜菜ベースの発酵溶液からベタイン及び少なくとも一種の他の成分を分離する方法に関する。本発明は、クロマトグラフSMB分離システムにおいて、特定の配列及び特定の割合でSAC樹脂及びWAC樹脂の組合せの使用に基づく。クロマトグラフ分離システムは、SAC及びWAC樹脂床の何れも含む1つに統合されたSMBシステムが好ましい。

Description

本発明は甜菜ベースの資源からベタインを回収する分野に関する。特に本発明は、ビナス(vinasse)のような甜菜ベースの発酵溶液からベタイン及び少なくとも1種の他の成分を分離するクロマトグラフィーSMB方法に関する。分離される他の成分は、例えばグリセロールでありえる。
米国特許5177008号明細書(ダブリュ.エッチ.カンペン)は、エタノールの製造における甜菜(糖蜜)の醗酵及び蒸留からの副産物として得られたスチラーゲ(stillage)生成物からグリセロール及びベタインを回収するための連続的な方法を開示する。この方法は、混合物としてのグリセロール及びベタインを分離するための、イオン排除システムを用いて精製されたスチラーゲの第一のクロマトグラフ分離、これに続く、該混合物の濃縮及び第二のイオン排除システムを用いた、ベタイン及びグリセロールへの混合物の続く第二のクロマトグラフ分離を含む。実施例8によると、第一のクロマトグラフ分離はカリウム型の強酸陽イオン交換樹脂を用いて実施され、及び第二のクロマトグラフ分離は硫酸塩型のポリスチレン強塩基陰イオンゲル樹脂を用いて実施される。この方法は、97.6%の純度を有するグリセロール流出液(イオン交換混合床を用いて更に精製した後)及び88.2%の純度を有するベタイン流出液を提供することを挙げている。全体の回収率はグリセロールに対して88.5%及びベタインに対して93.2%であった。
米国特許第5730877号明細書(キシロフィン オイ)は異なるイオン型(二価陽イオン型及び一価陽イオン型)を含む分離システムにおいて溶液を分画するクロマトグラフ擬似移動床方法に関する。実施例4は強酸陽イオン交換樹脂を用いたビナスの3つのカラム分離を開示する。(ステージ1及び2中の)カラム1及び2はK+型であり、及び(
ステージ3中の)カラム3はCa2+型であった。また、カラム2及び3の間にpH調整装置があったことが挙げられている。ベタイン画分、グリセロール画分、イノシトール画分、及び残渣画分は回収された。ベタイン画分中のベタインの含有量は77.6%であった。
米国特許第6331250B1号明細書(オルガノコーポレーション)は、成分の分離能の調整のための少なくとも2種の異なる充填材を含む分離システムにおける、溶液から少なくとも3成分を分離するためのクロマトグラフ分離方法を開示する。この充填材は好ましくは強酸陽イオン交換樹脂であり、その1種は一価イオン型であり、及びもう1種は二価イオン型である。この方法はバッチ式で又は擬似移動床方法で実施されえる。実施例1には、二糖類、グルコース、フルクトース及びベタインを含む溶液が、10カラムシステムで分離され、そのうち5カラムはCa2+型であって、及び5カラムはNa+型であっ
た。グルコース/フルクトース画分及びベタイン画分が集められた。ベタイン画分は99.4%の純度を有していた。ベタイン画分中へのベタイン回収率は96.8%であった。
米国特許第6770757B2号明細書(フィンフィーズ フィンランド オイ)は、実施例によればNa+型である弱酸陽イオン交換樹脂(WAC)を用いた、ビート由来の
溶液から、ベタインのような、1種又はそれより多い生産物を回収するための多段階方法を開示する。開始材料として使用された甜菜ベースの溶液は、例えば、ビナス、糖蜜又はベタイン糖蜜でありえる。WAC分離のpHは所望により6乃至11の範囲、好ましくは9乃至11の範囲に調整される。多段階方法はまた、WAC分離の前か後のいずれかに、強酸陽イオン交換樹脂(SAC)を用いた分離工程を含む。
国際公開第2007/080228号パンフレット(フィンフィーズ フィンランド オイ)はH+型の弱酸陽イオン交換樹脂を使用することによって甜菜ベースの溶液からベ
タインのクロマトグラフ分離の方法を開示する。開始材料として使用された甜菜ベースの溶液は、上述の通りでありえる。ベタインに加えて、例えはイノシトール及び/又はグリセロールが回収されえる。この分離は6未満、好ましくは1.4乃至5.1のpHで通常行われる。ベタインの保持因子は、pH調整によって制御されえるように思われ、そのため、ベタインの溶出はpHの減少によって抑制されえる。その上、WAC分離は、例えば強酸陽イオン交換樹脂(SAC)を用いて実施されえる追加のクロマトグラフ分離を併用し得ることも挙げている。この方法の一態様において、SAC分離が先ず実施され、そしてその後WAC分離が実施される。
上述した先行技術の方法は、幾つかの欠点を有する。いくつかの分離装置操作を伴う非効率的な分画方法のせいで、中間のエバポレーションが装置操作間で要求される。その上、ビナスの分離における一価イオン型(Na+)のSAC樹脂はベタインからグリセロー
ルを分離できなかったことを見出した。ベタイン画分の純度は低い。一方、アルカリ金属型の一価のSAC樹脂と二価のSAC樹脂の併用はグリセロール及びベタインを分離するが、しかしNa+カラム由来のイオンはCa2+カラムに移動し、及び逆の場合も同じであ
るので、長時間の使用はベタインから塩の不完全な分離を生じさせる。
一価のWAC樹脂を用いたベタインの分離に関しては、ベタインから色の実質的に非常に不十分な分離が起こり、そして塩が波状のピークとして溶離することが見出された。その上、特にH+型樹脂は、強いテーリング効果がベタインピークと合わさり、ベタインピ
ークの広がりを引き起すという欠点を有する。テーリングは、エバポレーションにおけるエネルギー消費量の増加を導く、分画の分離能力及び濃度を減少させる。ベタインの分離におけるWAC樹脂はまた、樹脂のイオン型に依存する、長期間の操作の間の特定のpH範囲が要求される点にも問題がある。例えば、H+型樹脂は4.5より低い供給物のpH
を一般に要求し、及びNa+型樹脂は7.5より高い供給物のpHを一般に要求する。一
方で、Na+型のWAC樹脂が安定であるためには、9より高いpHが一般に要求される
。ビナスはおおよそ5乃至6のpHを有しているので、相当な量のpH調整化学物質がWAC樹脂の工業用操作に必要である。
米国特許第5177008号明細書 米国特許第5730877号明細書 米国特許第6331250B1号明細書 米国特許第6770757B2号明細書 国際公開第2007/080228号パンフレット
“分離プロファイル”は、行われた/繰り返された分離シーケンスによって得られた、溶離液の供給量及び供給溶液の成分及び分離カラム中の充填材床を通過した流量のために形成された乾燥固体プロファイルに言及する。
“分離プロファイルの一部”は、分離プロファイルの区画に言及する。本発明に関して、分離プロファイルの一部は特にベタイン及び少なくとも1種の他の成分に富む分離プロファイルの一部に言及する。
“保持容量”はカラムを通過する分離プロファイルのある場所を溶出するために必要な
容量である。本発明に関して、保持容量は特にカラムを通過した(ベタイン又は塩のピークのような)成分のピークの始まりを溶出するために必要な容量に言及する。
“シーケンス”又は“分離シーケンス”は、生成物画分又はその他の画分への成分の供給物の分離を促進するのに必要な、全ての工程を含む、逐次的なクロマトグラフ分離の工程の所定のシーケンスである。
“供給物”は1つのシーケンスの間、分離カラムへ導入する供給溶液の量である。
“工程”は1種又はそれより多い供給段階、溶出段階、及び循環段階を含む。
供給段階の間の、供給物溶液、及び場合により同時起こる溶離段階の間の溶離液もまた、所定の部分充填床又は所定の部分充填床らへ導入される。供給段階、及び/又は1種又はそれより多い他の段階の間、1種又はそれより多い生成物画分が回収できる。
溶離段階の間、溶離液は所定の部分充填床に供給される。
循環段階の間、基本的に供給溶液又は溶離液は部分充填床へ供給されず、及び生産物は回収されない。
“SMB”は擬似移動床システムに言及する。
連続的なSMBシステムにおいて、全ての流体の流れは連続して流れる。これらの流れは:供給物溶液及び溶離液の供給、分離プロファイルの循環、及び生産物の回収である。
連続したSMBシステムにおいて、(上記で定義した)全ての流体の流れは連続的に流れない。
“SAC”は強酸陽イオン交換樹脂に言及する。
“WAC”は弱酸陽イオン交換樹脂に言及する。
“BV”は部分充填床又はカラムの樹脂床容量を言及する。
“移送画分”は主成分としてベタイン及び(グリセロールのような)他の成分を含有する画分、及びSAC床からWAC床へ移送される画分に言及する。
“代替溶離液”は、SAC又はWAC床から集められ、主成分として(グリセロールのような)ベタイン以外の成分を含有し、及び分離システムにおいて溶離液の代替液として使用される画分に言及する。
“残余画分”又は“残渣画分”は回収された生成物成分以外の成分の大部分を含んでいる画分である。本発明に関して、残余画分は、例えば一般的に塩及び着色化合物に富んでいる。塩は、例えばK+、Na+、Ca2+及びMg2+並びにCl-、NO3 -、PO4 3-及びSO4 2-の陽イオン及び陰イオンに言及する。1種又はそれより多い残余画分でありえる。
“再循環画分”は不完全に分離された生成物成分を含有する画分、一般に生成物画分よりも低純度を有する画分、及び供給物と組み合されて元の分離に再循環される画分である。分離に再循環を戻す前に1種又はそれより多い操作が有り得る;例えば再循環画分はエバポレーションによって濃縮されえる。1種又はそれより多い再循環画分がありえる。
“工程の容量”は、分離シーケンスにおける所定の工程から、同じ又は次のシーケンスにおける他の所定の工程へ、分離カラムを通過して移動する、(供給物、溶離液及び循環液を含む)全ての移動段階の容量に言及する。
“DS”は溶解した乾燥物の含量に言及する。“溶解した固体分”に等しい。
本発明の目的は、色度除去、及び安定性、テーリング、及び大量のpH調整化学物質の必要性、及び高いのエバポレーション要求と関連する問題などの従来技術の方法に関する不利益を緩和するために、甜菜ベースの発酵溶液からベタイン及び少なくとも1種の他の成分を分離する方法を提供することである。本発明の目的は、従属請求項に提示されたものによって特徴付けられる方法によって行われる。本発明の好ましい態様は従属請求項に開示される。
本発明は、擬似移動床(SMB)クロマトグラフ分離システムにおける特定の順序及び特定の割合のSAC樹脂(SAC床)及びWAC樹脂(WAC床)の組合せによって甜菜ベースの発酵溶液からベタイン及び少なくとも1種の他の成分を分離することに基づく。クロマトグラフ分離システムは、好ましくはSAC及びWAC床の両方を含む、1つに結合されたSMBシステムである。あるいは、SAC及びWAC床はまた、分離したSMBシステム又はバッチ式分離として、異なる分離として配列し得る。本発明の一態様において、ベタインに富む画分及びグリセロールに富む画分が集められる。本発明の更なる態様において、グリセロールに富む画分は、例えば、溶離液代替液としてWAC床からSAC床へと循環され、そしてその後グリセロールは他の残渣成分と伴にSAC床から回収される。グリセロールに富む画分は、それ自体は濃度に関係なく循環される。その上、この方法は、ベタイン以外の他の全ての成分は同じ残渣画分の状態でこの方法から回収されえる。
図1は、SAC床後の実施例2に関するビナスの分離プロファイルが描写され、及び分離プロファイルの一部としてSAC床からWAC床への移送画分を表す。 図2は、WAC床後の実施例2に関するビナスの分離プロファイルを描写し、ベタインに富む画分及びグリセロールに富む画分を表す。
本発明は甜菜ベースの発酵溶液からベタイン及び少なくとも1種の他の成分を分離する方法に関する。
本発明の方法は以下の特性によって特徴付けられる:
分離は、強酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床及び弱酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床を含むクロマトグラフSBM分離システムにおいて行われ、
弱酸陽イオン交換樹脂床の容量はシステムの全樹脂床の容量の20乃至40%であり、
溶液は、ベタイン及び少なくとも1種の他の成分に富む分離プロファイルの一部を含む、分離プロファイルを形成するために、及び回収された残渣画分を供給するために、強酸陽イオン交換樹脂に通され、並びに
前記ベタイン及び少なくとも1種の他の成分に富む分離プロファイルの一部は、弱酸陽イオン交換樹脂に移送され及び通され、ベタインに富む画分を回収すること及び少なくとも1種の他の成分に富む画分の提供すること。
前記強酸陽イオン交換樹脂は一般的に一価のアルカリ金属陽イオン型の、ジビニルベンゼンで架橋されたスチレン系樹脂である。
本発明の一態様において、前記強酸陽イオン交換樹脂は、好ましくは一価のアルカリ金属陽イオン型の、5.5乃至8%のジビニルベンゼン(DVB)で架橋されたスチレン系樹脂であり、そして200乃至400μmの平均粒子径を有する。
強酸陽イオン交換樹脂を用いた分離は、好ましくは5より大きい、特に5.5より大きいpHで行われる。
前記弱酸陽イオン交換樹脂は一般的にH+型又は一価のアルカリ金属陽イオン型である
。樹脂はジビニルベンゼンで架橋されたアクリル系樹脂でありえる。
弱酸陽イオン交換樹脂は、主にH+型でありえ、ここで樹脂の陽イオンの80%より多
く、好ましくは90%より多くがH+からなる。
弱酸陽イオン交換樹脂はまた、Na+型、K+型又はNa+/K+型でもありえる。樹脂がNa+型又はK+型である場合、樹脂の陽イオンの80%より多く、好ましくは90%より多くは、それぞれNa+又はK+からなる。
弱酸陽イオン交換樹脂は、4乃至10%のジビニルベンゼン(DVB)で架橋されたアクリル系樹脂が好ましく、そして200乃至450μmの平均粒子径を有する。
+型の弱酸陽イオン交換樹脂を用いた分離は、好ましくは、4.5未満のpHで行わ
れ、一方、Na+型、K+型、又はNa+/K+型の弱酸陽イオン交換樹脂を用いた分離は、好ましくは、9より大きいpHで行われる。
強酸陽イオン交換樹脂(SAC床)からなる前記1つ又はそれより多い部分充填床及び弱酸陽イオン交換樹脂床(WAC床)からなる前記1つ又はそれより多い部分充填床は、一般的に数個のカラムで配列される。
本発明の一態様において、前記SAC床は4つのカラムで配列され、及び前記WAC床は2つのカラムで配列される。
本発明の一態様において、ベタインに富む画分及び(グリセロールなどの)他の成分に富む画分は、分離システムの最終カラムから集められ、一方、残渣画分は全カラムから集められる。
本発明の好ましい態様において、SAC床を用いた分離は5より大きい、好ましくは5.5より大きいpHで行われえ、及びWACを用いた分離は、H+型樹脂に関しては4.
5未満のpHで、又はNa+、K+若しくはNa+/K+型樹脂に関しては9より大きいpHで行われる。
本発明の方法において、SAC床及びWAC床の容量は、WAC床の容量が分離システムの全樹脂床の容量の20乃至40%であるように特定される。好ましい態様において、WAC床の容量は全樹脂床の25乃至35%である。全樹脂床はSAC床及びWAC床を組み合せた容量に言及する。ここで挙げられた割合が使用される場合、WAC樹脂床におけるベタイン及び他の成分の分離係数は、効率的な分離を促進するために、SAC樹脂床からWAC樹脂床へ移送した移送画分の幅に対して正確な割合であることが、本発明に従って、驚くべきことに見出された。
SAC床と一緒にWAC床を使用することは、例えば、2つのSAC床の使用と比較して、短い全床長で操作することを可能にする。WAC床の使用もまた、分離システムの改善された安定性を提供する。その上、必要ならば、pH調整はSAC床からWAC床への移送画分のためにのみ必要である。
本発明の方法において、甜菜ベースの発酵溶液はベタイン及び少なくとも1種の他の成分に富む分離プロファイルの一部を含む分離プロファイルを形成するために、及び回収された残渣画分を供給するためにSAC床に通され、並びに前記ベタイン及び少なくとも1種の他の成分に富む分離プロファイルの部分は、ベタインに富む画分(ベタイン画分)を回収するために及び少なくとも1種の他の成分に富む画分を供給するために、WAC床へ移送されて、そして通される。
本発明の好ましい態様において、ベタイン及び少なくとも1種の他の成分に富む前記部分(移送画分)は供給物溶液と比較して塩(導電性)及び色度が非常に低い。
ベタイン及び少なくとも1種の他の成分に富む前記部分(移送画分)の容量は、前記部分が移送されるWAC床の容量の15乃至50%を構成しえる。
本発明の一態様において、ベタイン及び少なくとも1種の他の成分に富む前記部分は、混合された移送画分としてWAC床に移送される。本発明のこの態様において、前記部分は例えば中間タンクに集められ、その後、中間タンクからWAC床へ導入される。移送画分のpHはWAC床のイオン型に基いて、適した値に調整されえる。混合された分離プロファイルはまた、このシステムから集められた前記部分の数個の組合せでありえる。
本発明の他の態様において、ベタイン及び少なくとも1種の他の成分に富む前記部分は、必要に応じてオンラインpH調整を含み、SAC床から直接の流れとして実質的にそのまま分離プロファイルとして移送されえる。
本発明の更なる態様において、前記少なくとも1種の他の成分に富む画分は、それをSAC床へ導入することによって溶離液の代替液としてSMB分離システムへ循環される。次いで、この他の成分は、例えばSAC床から残渣画分中に回収される。
前記少なくとも1種の他の成分は一般的に、ビナスのような、甜菜ベースの発酵溶液の(塩のような)早い移動成分と同時に残渣画分として回収される。これは実際には、塩及びグリセロールのような前記他の成分の保持容量の違いを利用することによって行われる。塩及びグリセロールの保持容量は使用する樹脂床に対して実験的に決定されえる。例えば、SAC樹脂だと、塩の保持容量はSAC床の樹脂床容量(BV)のおおよそ27乃至34%であり、及びグリセロールの保持容量はSAC床の樹脂床容量のおおよそ65乃至75%である。
本発明の更なる態様において、1つ又はそれより多くの残渣画分の同時又は次の分離シーケンスの間に溶出されるために、残渣画分の一部は、溶離液代替液としてそれをSAC床に導入することによって、SAC床内に循環される。溶離水の容量は更に減らされ、そして残渣画分の乾燥固体含量は増加するだろう。
前記循環は、(a)連続的な供給物の間の位置、(b)連続プロファイルの間の位置、及び(c)分離プロファイルの途中の位置、から選択される位置へ代替溶離液を導入することによって行われえる。本発明の一態様において、グリセロール画分は6カラムシステムにおけるカラム2及び3の間のプロファイル中のベタインピーク後に導入される。
本発明の一態様において、前記少なくとも1種の他の成分はグリセロールである。この分離される他の成分はまた、有機酸及びイノシトールから選択されえる。ビナス原料中に存在する有機酸は、例えば、グルコン酸、コハク酸、乳酸、ピロリドンカルボン酸(PCA)、及び酢酸でありえる。
本発明の一態様において、前記少なくとも1種の他の成分はグリセロールであり、移送画分はベタイン及びグリセロールのほぼ等量を含有し得、及び他の成分の量はDSに基いて30%未満であり、好ましくは、DSに基いて15%未満である。循環されたグリセロール画分中のグリセロール含有量はDSに基いて50%を優に超える。
本発明の一態様において、WAC床から得られたグリセロール画分は以下のように溶離液代替液として使用されえる:
グリセロール画分は、溶離液部分を代替するために分離システムへ循環され、
グリセロールは、1つ又はそれより多い供給段階、循環段階、及び溶離段階を含む工程のシーケンスを使用した分離システムにおいて前の方へ移され、
グリセロールは1種又はそれより多い残渣画分の同時又は次の分離シーケンスの間に回収され、
一方ベタインの高い収率及び純度を維持している間に、ここで容量としては、グリセロール画分の導入位置及び導入工程は、グリセロールの保持容量、グリセロールが通る樹脂床の容量、同時又は次のシーケンスの間に、導入位置から予測された目的物回収位置までグリセロールを移動させる工程の容量、に基いて決定される。
本発明の後者の態様において、グリセロール画分は、グリセロール画分の導入容量及び工程を予測することによって適した位置に次の供給物又は供給物ら(シーケンス)の溶離液を導入され得、これにより次の供給物及び供給物ら(シーケンス)が塩−グリセロール画分中に塩と共にシステムから回収される間に、グリセロールが分離プロファイル中に移動する。実際、これは上記に記載された、塩及びグリセロールの保持容量の違いを利用することによって実施される。
グリセロールはビナス及び他の甜菜ベースの発酵溶液からベタインの分離における溶離液代替液として特に有用なことが見出された。このことはおそらく、ベタインの分離における、その不活性な特徴及びその保持特性に起因するものである。特に良好な結果は、グリセロールがベタインに及ばない位置に、WAC床からのグリセロール画分が導入され、及び塩と共に残渣画分に回収される場合に得られる。さらなる利益は、WAC床からのグリセロールの高い割合はSAC床に溶離液代替液として使用されえることである。グリセロールの割合は供給物のグリセロールの50%より多く及び好ましくは80%より多い。循環されたグリセロール画分中のグリセロール含有量は、有利にはDSに基いて50%を超えている。
本発明におけるSMB分離は逐次的又は連続的である。
本発明の方法において、溶離液は好ましくは水である。溶離水の30%まではグリセロール画分で代替できる。このことは新たな溶離液の量を大幅に低減できる。
前記分離システムの部分充填床の1つ又はそれより多くはSMBにおける分離シーケンス中の選択された工程の間、1つ又はそれより多くの独立したループを形成し得る。
本発明の一態様において、分離システムは強酸陽イオン交換樹脂からなる部分充填床の1つ又はそれより多くによって形成されたループを含む。
本発明の他の態様において、分離システムは弱酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床から強酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多くの部分充填床へのループを含む。
分離システムはループの1つの又はそれより多い分離プロファイルを含み得る。
本発明の供給物溶液として使用される甜菜ベースの発酵溶液は、好ましくは糖蜜などの、甜菜ベースの材料の発酵から、エタノール、酵母又は生産物へとした残渣として得られるビナスである。
有益なビナス原材料の一般的に平均的な組成は50乃至70g/100gの乾燥物含量(DS)を有し、そして以下のような組成である。
Figure 2012518424
本発明の一態様において、供給物溶液の乾燥物含量は一般的に30乃至50%の範囲である。
本発明の好ましい態様において、SAC床及びWAC床は1つに統合されれたSMBシステムに配列されている。この統合されたSMBシステムは、SAC床及びWAC床が同じ分離シーケンスを用いた同じ制御プログラム下で操作されているところのシステムに言及する。SAC床からWAC床への又はWAC床からSAC床への再循環/循環流れがまたありえる。
本発明の一態様において、ベタイン画分及びグリセロール画分は統合されたSMBシステムから集められる。本発明の他の態様において、グリセロール画分は溶離液の代替液として、WAC床からSAC床へ循環される。
それ故に、本発明の一態様は甜菜ベースの発酵溶液からベタイン及びグリセロールを分離する方法に関し、以下の特性によって特徴付けられる:
分離は、強酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多くの部分充填床及び弱酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多くの部分充填床を含むクロマトグラフSBM分離システムによって行われること、
弱酸陽イオン交換樹脂床の容量はシステムの全樹脂床の容量の20乃至40%であり、
溶液は、強酸陽イオン交換樹脂床に通され、ベタイン及びグリセロールに富む分離プロファイルの一部を含む、分離プロファイルを形成し、及び残渣画分を供給し、そして前記ベタイン及びグリセロールに富む分離プロファイルの部分は弱酸陽イオン交換樹脂に移送され、そして通されてベタインに富む画分(ベタイン画分)を回収し、及びグリセロールに富む画分を提供し、並びに
前記グリセロールに富む画分は、それを前記少なくとも1つの前記強酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多くの部分充填床に導入されることにより溶離液の代替としてSMB分離システムへ循環され、並びにグリセロールは強酸陽イオン交換樹脂からなる前記1つ又はそれより多くの部分充填床から回収される。
本発明の代わりの態様としては、SMB又はバッチ分離でありえる、SAC床及びWAC床がはっきりと区別できる分離システムとして配列されている。この代わりの手段において、SAC床及びWAC床は独立した分離シーケンスを用いて独立した制御プログラム下で操作される。本発明のこの態様は溶離液の代替液としてWAC床からSAC床へグリセロール画分の循環を更に含み得る。
本発明の方法は一般的に、80%より高いベタイン純度、及び80乃至95%、一般的には80乃至90%のベタイン収率、を備えたベタイン画分を提供する。得られたベタイン画分はベタインの結晶化のためのものとして有益である。
一態様において、本発明の方法は低いW/F比(供給物の容量に対する溶離液の容量の比率)と共に、高いベタイン純度及び高いベタイン収率を提供する。例えば、グリセロール画分の循環を含む方法において、1.7といった低いW/F比が行われえる。
その上、本発明の方法はまた、例えばWAC H+型分離と比較して、ベタインの色量
を減少させる。本発明の方法によって得られたベタイン画分の色量は一般的には30000未満の、好ましくは15000ICUMSA未満である。
下記の実施例は、何ら本発明を制限することなく、本発明を説明するものである。
実施例1
WAC H+型を用いたビナスのクロマトグラフSMB分離(比較例)
プロセス用機器は、連結した3つのカラム、供給ポンプ、循環ポンプ、溶離液ポンプ、熱交換器、排出−流入のための流量調節手段及び注入口並びに種々のプロセス流れのための生成物バルブを含有していた。カラムの高さは4mであり、及び夫々のカラムは0.2m(ただし、最初のものは0.21m)の直径を有していた。カラムはH+型の弱酸ゲル
型陽イオン交換樹脂(フィネックス(Finex)製)で充填されていた。樹脂のジビニルベンゼン含有量は8.0%であり、及び樹脂の平均ビーズ径は0.43mmであった。
分離前に、ビナス液を水で約40質量%に希釈し及びセプター(Scepter)0.1μm
のメンブレンで精密ろ過した。その後、溶液を硫酸(93%)を使用して3.4のpHにpH調整し、及びその後ビナスを、ろ過助剤として珪藻土を使用してプレコートろ過した。プレコートの量は1kg/m2であり、ボディフィードの量はDSに基いて1.0%で
あり、及び温度は80℃であった。供給物は以下に記載の組成であり、ここでパーセンテージはDSに基いて与えられる。
Figure 2012518424
分画を、以下に記載の8−工程のSMBシーケンスの方法により行った。分離の目的は、その中に含まれているベタイン及び他の成分を分離することであった。供給物及び溶離液は80℃の温度で使用し、及び水を溶離液として使用した。
工程1:供給物溶液37.5Lを110L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、そして再循環画分を第3カラムから集めた。
工程2:供給物溶液36.0Lを65L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、そして残渣画分を第1カラムから集めた。同時に、水98.0Lを180L/hの流速で第2カラムにポンプ移送し、そしてベタイン画分を第3カラムから集めた。
工程3:水15.0Lを125L/hの流速で第2カラムにポンプ移送し、そしてカラム3からの流出物をカラム1に循環し、これから残渣画分を集めた。
工程4:37.5Lを、カラム1、2及び3を用いて形成されたループ内で、125L/hの流速で循環した。
工程5:水60Lを125L/hの流速で第3カラムにポンプ移送し、そしてカラム3からの流出物をカラム1に循環し、そして残渣画分を第2カラムから集めた。
工程6:35.0Lを、カラム1、2及び3を用いて形成したループ内に、125L/
hの流速で循環した。
工程7:水46.0Lを125L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、及び残渣画分を第3カラムから集めた。
工程8:水65.0Lを第1カラムにポンプ移送し、そしてグリセロール及び酸を含む画分を125L/hの流速で第3カラムから集めた。
システムの平衡化後、以下の画分をシステムから回収した:カラム1、2及び3からの残渣画分、第3カラムからの再循環画分、カラム3からのグリセロールと酸とを含む画分、及び第3カラムからのベタイン生産物画分。組み合わされた画分に対するHPLC分析を含む結果を、以下の表に記載する。
Figure 2012518424
組み合わされた残渣画分、グリセロールと酸とを含む画分及びベタイン画分から計算された全体のベタイン収率は、97.7%であった。この作動において、W/F(水対供給物)比は3.9であった。残渣画分、ベタイン画分及びグリセロール及び酸を含む画分を60質量%までエバポレーションしたとき、濃縮物残渣はベタイン1kgにつき57.7kgである。ベタイン画分の色度は158000ICUMSAであった。
実施例2
Na+型のSAC及びH+型のWACの組み合わせを用いたビナスのクロマトグラフSMB分離
プロセス用機器は、連結した6つのカラム、供給ポンプ、循環ポンプ、溶離液ポンプ、熱交換器、排出−流入のための流量調節手段及び注入口並びに種々のプロセス流れのための生成物バルブを含有していた。最初の4つのカラムの高さは2mであり、最後の2つのカラムの高さは1.5mであり、及び夫々のカラムは0.2m(ただし、最初のものは0.21m)の直径を有していた。254Lの全容量を有する初めの4つのカラムはNa+
型の強酸ゲル型陽イオン交換樹脂(ミツビシ製)で充填されていた。樹脂のジビニルベンゼン含有量は6.0%であり、及び樹脂の平均ビーズ径は0.2mmであった。95Lの全容量を有し、及び分離システムの全容量の27%を含んでいる最後の2つのカラム5及び6は、H+型弱酸ゲル型陽イオン交換樹脂(フィネックス製)で充填されていた。樹脂
のジビニルベンゼン含有量は8.0%であり、平均ビーズ径は0.43mmであった。
分離前に、ビナス液を水で約45質量%に希釈し及びセプター(Scepter)0.1μm
のメンブレンでマイクロろ過した。pHはNaOHを用いて6.0に調整し、及びその後ビナスをろ過助剤として珪藻土を使用してプレコートろ過した。プレコートの量は1kg/m2であり、ボディフィードの量はDSに基いて0.5%であり、及び温度は80℃で
あった。供給物は以下に記載の組成であり、ここで割合は乾燥物質の質量に基いて与えれられる。
Figure 2012518424
分画は、以下に記載の8−工程のSMBシーケンスの方法によって行った。分離の目的は、その中に含まれているベタイン及びグリセロールを分離することであった。供給物及び溶離液は80℃の温度で使用し、及び水を溶離液として使用した。
工程1:供給物溶液7.0Lを63L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、及び再循環画分を第4カラムから集めた。同時に、4.0Lを35L/hの流速で、カラム5及び6で形成されたカラムループ内に循環した。
工程2:ループは全てのカラムで形成された。供給物溶液10.0Lを63L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、そしてベタイン画分を第6カラムから集めた。同時に、ベタイン及びグリセロールに富む分離プロファイルの部分の第一ポーションをカラム4のSAC床からカラム5のWAC床へ移送した。
工程3:供給物溶液13.0Lを63L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、及び残渣画分を同じカラムから集めた。同時に、水30.0Lを95L/hの流速で第2カラムにポンプ移送し、そして残渣画分を第3カラムから集めた。加えて、水25.0Lを80L/hの流速で第4カラムにポンプ移送し、及びベタインを最後のカラムから集めた。同時に、ベタイン及びグリセロールに富む分離プロファイルの一部の第二ポーションをカラム4のSAC床からカラム5のWAC床へ移送した。
工程4:水6.0Lを63L/hの流速で第2カラムにポンプ移送し、及び集めた残渣画分であるカラム4からの流出物をカラム1に循環した。同時に、5.0Lの循環を55L/hの流速で、カラム5及びカラム6で形成されるカラムループ内に開始した。
工程5:11.0Lを、カラム1、2、3及び4を用いて形成されたループ内に63L/hの流速で循環し、同時に6.0Lの循環をカラム5及び6を用いて形成されたカラムループ内に、35L/hの流速で継続した。
工程6:水6.0Lを、63L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、及び残渣画分を第4カラムから集め、同時に、水6.0Lを63L/hの流速で第5カラムにポンプ移送し、及びベタイン画分を最終カラムから集めた。
工程7:水20.0Lを、63L/hの流速で、第1カラムにポンプ移送し、及び残渣画分を第2カラムから集め、同時に水20.0Lを、63L/hの流速で第3カラムにポンプ移送し、及び残渣画分を第4カラムから集め、及び同時に水18.0Lを、55L/hの流速で第5カラムにポンプ移送し、及びグリセロール画分を最終カラムから集めた。
工程8:水10.0Lを、63L/hの流速で、第4カラムから第1カラムへの循環を有する第3カラムにポンプ移送し、及び残渣画分を第2カラムから集めた。同時に、水10.0Lを63L/hの流速で第4カラムから第5カラムへの循環を有する第3カラムにポンプ移送し、残渣画分を第2カラムから集めた。同時に、水10.0Lを63L/hの流速で第5カラムにポンプ移送し、及びグリセロール画分を最終カラムから集めた。
WAC床の容量は95リットルであった。工程2及び工程3において、カラム4からカラム5(SAC床からWAC床)へ移送された移送画分の容量(ベタイン及びグリセロールに富む分離プロファイルのの一部)は35L(WAC床の容量の37%)であった。
システムの平衡化後、以下の画分をシステムから回収した:カラム1、2、3及び4からの残渣画分、第4カラムからの再循環画分、及び最終カラムからのベタイン及びグリセロール生産物画分。組合わせた画分に対するHPLC分析を含む結果を下記表に示した。
Figure 2012518424
これら画分から計算された全体のベタイン収率は86.8%であり、及びグリセロール収率は84.5%であった。作動中、全ての残渣は循環以外にシステムから除かれ、及びW/F(水対供給物)比は5.1であった。残渣の場合、ベタイン及びグリセロール画分は60質量%までエバポレーションされ、ベタイン1kgあたり濃縮物残渣は103.1kgであった。ベタイン画分の色度は13000ICUMSAであった。
実施例3
Na+型のSAC及びH+型のWACの組み合わせを用いたビナスのクロマトグラフSMB分離−循環されたグリセロール画分
プロセス用機器は、連結した6つのカラム、供給ポンプ、循環ポンプ、溶離液ポンプ、熱交換器、排出−流入のための流量調節手段及び注入口並びに種々のプロセス流れのための生成物バルブを含有していた。最初の4のカラムの高さは2mであり、最後の2つのカラムの高さは1.5mであり、及び夫々のカラムは0.2m(ただし、最初のものは0.21m)の直径を有していた。(254Lの全容量を有する)始めの4つのカラムはNa+型の強酸ゲル型陽イオン交換樹脂(ミツビシ製)で充填されていた。樹脂のジビニルベ
ンゼン含有量は6.0%であり、及び樹脂の平均ビーズ径は0.2mmであった。(分離システムの全容量の27%を含む95Lの全容量を有する)最後の2つのカラム5及び6は、H+型弱酸ゲル型陽イオン交換樹脂(フィネックス製)で充填されていた。樹脂のジ
ビニルベンゼン含有量は8.0%であり、平均ビーズ径は0.43mmであった。
ビナス溶液の前処理は実施例2に記載のとおりである。供給物は以下に記載される組成であり、ここで百分率はDSに基いて与えられる。
Figure 2012518424
分画は以下に記載の10−工程のSMBシーケンスの方法によって行った。分離の目的はベタインを分離すること及び溶離液の消費量を減少させるために再利用グリセロールをSAC分離へ戻すこと、及び残渣画分中に溶出されたグリセールの多くを取得することである。供給物及び溶離液は80℃の温度で使用し、及びイオン交換水を溶離液として使用した。
工程1:供給物溶液7.0Lを65L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、第4カラムから再循環画分を集めた。同時に、4.0Lを、カラム5及び6を用いて形成されたカラムループ内に、40L/hの流速で循環した。
工程2:供給物溶液10.0Lを65L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、再循環画分を第6カラムから集めた。同時に、ベタイン及びグリセロールに富む分離プロファイルの一部のポーションをSAC床(カラム4)からWAC床(カラム5)へ移送した。
工程3:供給物溶液9.0Lを65L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、及び残渣画分を第3カラムから集めた。同時に、水8.0Lを40L/hの流速で第4カラムにポンプ移送し、及びベタイン画分を最終カラムから集めた。同時に、ベタイン及びグリセロールに富む分離プロファイルの一部の第二ポーションをSAC床(カラム4)からWAC床(カラム5)へ移送した。
工程4:第1カラムをこの工程の間停止した。供給物溶液8.0Lを65L/hの流速で第2カラムにポンプ移送し、そして残渣画分を第3カラムから集めた。同時に、水4.0Lを、65L/hの流速で第2カラムにポンプ移送し、そしてベタイン画分を最終カラムから集めた。同時に、ベタイン及びグリセロールに富む分離プロファイルの一部のポーションをSAC床(カラム4)からWAC床(カラム5)へ移送した。
工程5:供給物溶液4.0Lを40L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、そして残渣画分を同じカラムから集めた。同時に、水13.0Lを第2カラムにポンプ移送し、そしてベタイン画分を最終カラムから集めた。同時に、ベタイン及びグリセロールに富む分離プロファイルの一部のポーションをSAC床(カラム4)からWAC床(カラム5)へ移送した。
工程6:水6.0Lを65L/hの流速で、第4カラムから第1カラムへの循環ループを有する第2カラムへポンプ移送し、そして残渣画分を第1カラムから集めた。同時に、5.0Lの循環を、55L/hの流速で、カラム5及び6を用いて形成されたカラムループ内で開始した。
工程7:11.0Lを、65L/hの流速で、カラム1、2、3及び4を用いて形成されたカラムループ内で循環し、及び同時に6.0Lを35L/hの流速で、カラム5及び6を用いて形成されたカラムループ内に循環した。
工程8:水6.0Lを、65L/hの流速で、第5カラムにポンプ移送し、そして代替溶離液として使用されるグリセロール画分をカラム6からカラム1へ循環させ、そして残渣画分を第4カラムから回収した。
工程9:水20Lを、65L/hの流速で第5カラムにポンプ移送し、そして溶離液として使用されるグリセロール画分をカラム6からカラム1へ循環し、そして残渣画分を第2カラムから集めた。同時に、65L/hの流速で、水20Lを第3カラムにポンプ移送し、そして残渣画分を第4カラムから集めた。
工程10:水10Lを、65L/hの流速で、第5カラムにポンプ移送し、そして溶離液として使用されるカラム6からのグリセロール画分を第3カラムに循環し、そして、カラム4からの流出をカラム1に循環し、そして、残渣画分を第2カラムから集めた。
WAC床の容量は95リットルであった。工程2、3、4、及び5におけるカラム4からカラム5へ(SAC床からWAC床へ)の移送画分の容量(ベタイン及びグリセロールに富む分離ブロファイルの一部)は、35L(WAC床の容量の37%)であった。
システムの平衡化後、以下の画分をシステムから回収した:カラム1、2、3及び4からの残渣画分、第4カラムからの再循環画分、最終カラムからのベタイン生成物画分。組合せた画分に対するHPLC分析を含む結果を、下記表に記載する。
Figure 2012518424
これら画分から計算された全ベタイン収率は80.0%であった。WAC樹脂床からのグリセロール画分は、供給物(工程8及び9)とプロファイル(工程10)の間のカラムに導入され、塩と一緒に残余画分中に回収される。(表E3−2の画分から計算された)約60%のグリセロールが残渣画分中に回収され、及び35%のグリセロールが再循環画分中に回収された。全体で、供給物のグリセロールの約95%がSMBシステムのSACカラムから回収された。残渣画分の容量はさらに削減され、そして乾燥固体含量は、それに続くプロファイルの残渣画分と同時に溶離させるためにカラム1乃至3からの残渣画分の部分を循環させることによって増加した。残渣のみ及びベタインのみの画分はシステムから取り出され、及びW/F(水対供給物)比は3.2であった。残渣の及びベタインの画分が60質量%までエバポレーションされたとき、濃縮物残渣はベタイン1kgあたり84.4kgであった。溶離液としてグリセロール画分の循環なしの実施例2で記載された試験作動と比較して、要求されたエバポレーションは21%減少した。
実施例4
2つに分割されたクロマトグラフ分離を備えた比較例
A.Na+型のSACを用いたビナスのクロマトグラフ分離
プロセス用機器は、連結した4つのカラム、供給ポンプ、循環ポンプ、溶離液ポンプ、熱交換器、排出−流入のための流量調節手段及び注入口並びに種々のプロセス流れのための生成物バルブを含有していた。それぞれのカラムの高さは2mであり、及び夫々のカラムは0.2m(ただし、最初のものは0.21m)の直径を有していた。カラムはNa+
型の強酸ゲル型陽イオン交換樹脂(フィネックス製)で充填した。樹脂のジビニルベンゼン含有量は7.5%であり、及び樹脂の平均ビーズ径は0.328mmであった。
分離前に、ビナス液を水で40−45質量%に希釈し、及びセプター0.1μmのメンブランを使用して精密ろ過した。ビナス液のpHを32質量%のNaOHで6.3に調整し、及びさらにザイツ(Saitz)加圧ろ過器を用いて更にろ過した。供給物溶液の濃度を34g/100mLに調製した。供給物は以下に記載の組成であり、ここで百分率はDSに基いて与えられる。
Figure 2012518424
分画は以下に記載の9−工程のSMBシーケンスの方法によって行った。分離の目的は、削減させた水の消費量で、塩及び他の化合物からベタイン及びグリセロールを分離することである。供給物及び溶離液を80℃の温度で使用し、イオン交換水を溶離液として使用した。
工程1:この工程は使用しない。
工程2:供給物溶液4.7Lを63L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、そして溶離液交換画分を第3カラムから集めた。同時に、水2.5Lを35L/hの流速で最終カラムにポンプ移送し、そしてベタイン−グリセロール画分を最終カラムから回収した。
工程3:供給物溶液15.0Lを63L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、そして残渣画分を同じカラムから集めた。同時に、水10.5Lを44L/hの流速で第2カラムにポンプ移送し、そしてベタイン−グリセロール画分を最終カラムから集めた。
工程4:供給物溶液10.7Lを63L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、そしてベタイン−グリセロール画分を最終カラムから集めた。
工程5:9.3Lを、63L/hの流速で、カラム1、2、3及び4を用いて形成されたカラムループ内に循環した。
工程6:14.0Lを63L/hの流速で、カラム1及び2を用いて形成したカラムループ内に循環した。同時に、水14.0Lを63L/hの流速で、第3カラムにポンプ移送し、そして残渣画分を最終カラムから集めた。
工程7:工程2に記載のカラム3から集めた溶離液交換画分4.7Lを、63L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、そして残渣画分を第2カラムから集めた。同時に、水6.0Lを80L/hの流速で第3カラムにポンプ移送し、そして残渣画分を最終カラム
から集めた。
工程8:水4.0Lを63L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、そして残渣画分を第2カラムから集めた。同時に、水4.0Lを63L/hの流速で第3カラムにポンプ移送し、そして残渣画分を最終カラムから集めた。
工程9:21.0Lを63L/hの流速で、カラム1、2、3及び4を用いて形成したカラムループ内で循環した。
システムの平衡化後、以下の画分をシステムから回収した:カラム1、2及び4からの残渣画分、第3カラムからの溶離液交換画分及び最終カラムからのグリセロールを含むベタイン生産物画分。組合わせた画分に対するHPLC分析を含む結果を下記表に記載した。
Figure 2012518424
これら生産物画分から計算された全ベタイン収率は97.9%であり、及びベタイン−グリセロール画分の色度は29100ICUMSAであった。残渣及びベタインの画分のみがシステムから取り除かれ、そしてW/F(水対供給物)比は1.35であった。残渣画分を60質量%までエバポレーションし、及びベタイン−グリセロール画分を30質量%までエバポレーションしたとき、濃縮物残渣はベタイン1kgあたり35.6kgであった。
B.Na+型のWACを用いたベタイン−グリセロール画分のクロマトグラフバッチ
式分離
プロセス用機器は、加熱ジャケット、供給物及び溶離水タンク、流出ポンプ、高温水槽、排出−流入のための流量調節手段及び注入口、供給物及び溶離水のための注入バルブが備わっている研究室規模のバッチカラムを備えていた。樹脂床の高さは1.5mであり、及びカラムの直系は0.093mであった。カラムはNa+型の弱酸ゲル型陽イオン交換
樹脂(フィネックス製)で充填された。樹脂のジビニルベンゼン含有量は8.0%であり、及び樹脂の平均ビーズ径は0.28mmであった。
実施例4Aに従って得られたベタイン−グリセロール画分を供給物溶液として使用した。供給物溶液及び溶離水をpH9にpH調整し、及び分離前にろ過した。流速は2.94L/hであり、供給物量は0.9Lであった。供給物は以下に記載の組成であり、百分率は乾燥物質の質量に基いて与えられる。
Figure 2012518424
分離の目的は、それに含まれるベタイン及び他の成分を分離することである。供給物及び溶離液を80℃の温度で使用し、そして水を溶離液として使用した。
システムの平衡化後、プロファイルサンプルを三分間隔で集め、そしてサンプルの組成をHPLCによって分析した。次いで、分離プロファイルを下記の画分に分割した:残渣画分、グリセロール画分、及びベタイン生産物画分。計画された組合わせた画分に対するHPLC分析を含む結果を下記表に記載した。
Figure 2012518424
残渣画分、グリセロール画分及びベタイン画分から計算された全ベタイン収率は91.3%であった。Na+型のWACの作動中において、W/F(水対供給物)比は3.9で
あった。残渣の、ベタインの及びグリセロールの画分を60質量%までエバポレーションしたとき、濃縮物残渣はベタイン1kgあたり34.3kgであった。ベタイン画分の色度は5600ICUMSAであった。
この2工程分離方法にわたって計算された全ベタインの回収率は、89.4%であり、W/F比は2.5であった。分離工程間及び最後のエバポレーションの必要性が計算されたとき、全濃縮物残渣はベタイン1kgあたり69.9kgであった。
実施例5
Na+型のSAC及びNa+型のWACの組み合わせを用いたビナスのクロマトグラフSMB分離
プロセス用機器は、連結した6つのカラム、供給ポンプ、循環ポンプ、溶離液ポンプ、3つの遮断タンク、熱交換器、排出−流入のための流量調節手段及び注入口並びに種々のプロセス流れのための生成物バルブを含有していた。中間タンクNo.1中にNaOHで
pH調整し、そして目的の値は9.0であった。全てのカラム中の樹脂床の高さは2.0mであり、及び夫々のカラムは0.2mの直径及び63Lの容量(ただし、最初のものは0.21m、容量69L)を有していた。初めの4つのカラムはNa+型の強酸陽イオン
(SAC)ゲル型交換樹脂(フィネックス製)で充填した。樹脂のジビニルベンゼン含有量は7%であり、及び樹脂の平均ビーズ径は0.33mmであった。終わりの2つのカラム5及び6は、Na+型の弱酸陽イオン(WAC)ゲル型交換樹脂(フィネックス製)で
充填した。樹脂のジビニルベンゼン含有量は8%であり、及び樹脂の平均ビーズ径は0.31mmであった。
分離前に、ビナスを水で希釈し、セプター0.1μmのフィルターで精密ろ過した。pHをNaOHで6.3に調整し、その後このビナスをろ過助剤として珪藻土を使用してプレコートろ過した。プレコートの量は1kg/m2であり、供給物の量は溶解した固体(
DS)に基いて1.0%であり、及び温度は80℃であった。供給物の組成は表E5−1に表され、ここで%はDSに基いて与えられる。
Figure 2012518424
分画は以下に記載の8−工程SMBシーケンスである。クロマトグラフ分離の目的は、溶離水の削減を伴うビナスからベタインを分離することである。溶離水の使用量削減はカラムから選択された画分を後ろのカラムから他のカラムに循環させることによって達成した。この実施例において、最大の利益はWACカラムからSACカラム(間に中間タンク)に画分を循環させることによって達成した。供給物及び溶離水を80℃の温度で使用し、及びイオン交換水を溶離液として使用した。
工程1:供給物溶液4.7Lを63L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、そして残渣画分を第3カラムから集めた。同時に、水1.5Lを40L/hの流速で第4カラムにポンプ移送し、そして流出−流入画分(移送画分)はSACカラムからWACカラム(カラム5及びカラム6)への供給物タンクとして使用されている中間タンクNo.1に集めた。同時に、中間タンクNo.2から5.1Lのベタイン−グリセロールに富む画分を68L/hの流速で第5カラムにポンプ移送し、そしてベタイン画分を第6カラムから集めた。
工程2:供給物溶液15.0Lを63L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、及び残渣画分を同じカラムから集めた。同時に水10.5Lを44L/hの流速で第2カラムにポンプ移送し、そして流出−流入画分(移送画分)を第4カラムから中間タンクNo.1に集めた。その上、中間タンクNo.2から2.2Lの代替溶離液分画を10L/hの流速で第5カラムにポンプ移送し、そしてWAC再循環画分を第6カラムから中間タンクNo.2に集めた。
工程3:供給物溶液10.7Lを63L/hの流速で第1カラムにポンプ移送し、そして第4カラムからの流出−流入画分(移送画分)を中間タンクNo.1に集めた。同時に、水5.1Lを30L/hの流速で第5カラムにポンプ移送し、そしてベタイン−グリセ
ロールに富む画分を第6カラムから中間タンクNo.2に集めた。
工程4:11.3Lを、63L/hの流速で、カラム1乃至4から形成されるカラムループ内に循環した。その上、水20.1Lを112L/hの流速で第5カラムへポンプ移送し、そしてグリセロール豊富な画分を第6カラムから中間タンクNo.3へ集めた。
工程5:カラム1及び2から形成されるカラムループ内の5.4Lの循環を、63L/hの流速で開始した。同時に、グリセロール豊富な画分の第一ポーション、中間タンクNo.3からの9.0Lを第3カラムへ溶離液としてポンプ移送し、及び残渣画分を第4カラムから集めた。その上、水0.6Lを7.0L/hの流速で第5カラムにポンプ移送し、そして残渣画分を第6カラムから集めた。
工程6:6.6Lを、63L/hの流速でカラム1及び2から形成されたカラムループ内に循環した。同時に、グリセロールに富む画分の残り、中間タンクNo.3.からの11.1Lを、105L/hの流速で第3カラムにポンプ移送し、そして残渣画分を第4カラムから集めた。カラム5及び6には流れ込まなかった。
工程7:63L/hの流速で、水8.7Lを第1カラムにポンプ移送し、そして残渣画分を第2カラムから集めた。同時に、39L/hの流速で、水5.4Lを第3カラムにポンプ移送し、そして残渣画分を第4カラムから集めた。その上、中間タンクNo.1からの3.8Lの移送画分を第5カラムにポンプ移送し、そして残渣画分を27L/hの流速で最終カラムから集めた。
工程8:20.0Lを、63L/hの流速でカラム1乃至4から形成されたカラムループ内に循環した。同時に、中間タンクNo.1からの18.9Lの移送画分の残りを第5カラムにポンプ移送し、そしてベタイン画分を59L/hの流速で最終カラムから集めた。
WAC床の容量は分離システムの全樹脂床容量の33%(126L)であった。工程1、2及び3におけるSAC床のカラム4から集めた移送画分(ベタイン及びグリセロールに富む分離プロファイルの一部)の容量は22.7Lであった。pHを9に調整した後、この移送画分を工程7及び8においてカラム5に導入した。移送画分の容量はWAC床の容量の18%であった。
システムの平衡化後、以下の分画はシステムから引き抜かれた:カラム1、2、3、及び6からの残渣画分、及びグリセロール豊富な画分、WAC床及び溶離液からのベタイン−グリセロール画分並びに最終カラムからのベタイン画分。組み合わせた画分に対するHPLC分析を含む結果を下記表に記載する。
Figure 2012518424
(回収された画分に基いて計算された)おおよそ90%のグリセロールがSACカラム
からの残渣画分中に溶離された。これら画分から計算された全てのベタイン収率は82.5%であった。ベタイン画分を60質量%までエバポレーションしたとき、濃縮物残渣は43.0kg/kgベタインであった。残渣及びベタイン画分のみがシステムから取り出され、そしてW/F(水対供給物、容量/容量)比は1.7であった。
この技術の進歩につれて、本発明の概念が種々の方法で実行することができることは、当業者に明らかである。本発明及びその実施態様は上記に記載の実施例に制限されるものではないが、本願請求の範囲内で変化し得る。

Claims (28)

  1. 甜菜ベースの発酵溶液からベタイン及び少なくとも1種の他の成分を分離する方法であって、
    該分離は、強酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床及び弱酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床を含むクロマトグラフィーSBM分離システムにおいて行われること、
    該弱酸陽イオン交換樹脂床の容量は、該システムの該全樹脂床の容量の20乃至40%であること、
    該溶液は、該強酸陽イオン交換樹脂床を通過して、ベタイン及び少なくとも1種の他の成分に富む分離プロファイルの一部を含む分離プロファイルを形成すること、そして回収された残渣画分を供給すること、並びに
    ベタイン及び少なくとも1種の他の成分に富む前記分離プロファイルの一部は、該弱酸陽イオン交換樹脂床へ移送され、そして通過して、ベタインに富む画分を回収すること及び少なくとも1種の他の成分に富む画分を供給すること
    を特徴とする方法。
  2. 前記強酸陽イオン交換樹脂は、一価のアルカリ金属陽イオン型で5.5乃至8%のジビニルベンゼン(DVB)で架橋されたスチレン系樹脂であり、そして200乃至400μmの平均粒子径を有していることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 前記分離は5より大きい、好ましくは5.5より大きいpHで行われることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
  4. 前記弱酸陽イオン交換樹脂がH+型であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  5. 前記弱酸陽イオン交換樹脂の陽イオンの80%より多く、好ましくは90%より多くがH+を含むことを特徴とする、請求項4に記載の方法。
  6. 弱酸陽イオン交換樹脂がNa+型、K+型又はNa+/K+型であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  7. 前記樹脂の陽イオンの80%より多く、好ましくは90%より多くは、それぞれNa+
    又はK+を含んでいることを特徴とする、請求項6に記載の方法。
  8. 前記樹脂は、4乃至10%のジビニルベンゼン(DVB)で架橋されたアクリル系樹脂であり、及び200乃至450μmの平均粒子径を有していることを特徴とする、請求項4又は請求項6に記載の方法。
  9. 前記分離が、4.5未満のpHで行われることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
  10. 前記分離が9より大きいpHで行われることを特徴とする、請求項6に記載の方法。
  11. 前記強酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床及び前記弱酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床はいくつかのカラムに配置されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  12. 前記強酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床は4つのカラムに配置され、及び前記弱酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床は2つのカラムに配置されることを特徴とする請求項11に記載の方法。
  13. 前記強酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床を用いた分離は5より大きい、好ましくは5.5より大きいpHで行われ、及び
    前記弱酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床を用いた分離は、H+型樹脂に関しては4.5未満のpHで、又はNa+、K+又はNa+/K+型樹脂に関し
    ては9より大きいpHで行われることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  14. 前記ベタイン及び少なくとも1種の他の成分に富む部分の容量が、前記弱酸陽イオン交換樹脂床の容量の15乃至50%を構成する、請求項1に記載の方法。
  15. 前記ベタイン及び少なくとも1種の他の成分に富む部分は混合された移送画分として移送されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  16. 前記少なくとも1種の他の成分に富む画分は、それを少なくとも1つの前記強酸陽イオ
    ン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床に導入することによって、溶離液の代替液としてSMB分離システムに循環されること、及び前記少なくとも1種の他の成分は前記強酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床から回収されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  17. 前記少なくとも1種の他の成分は残渣画分中に回収されることを特徴とする、請求項16に記載の方法。
  18. 前記残渣画分の一部は、溶離液代替液として、それを前記強酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床へ導入することによって、前記強酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床内で循環されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  19. 前記循環は、前記画分を(a)連続的な供給物の間の位置、(b)連続的なプロファイル間の位置、及び(c)分離プロファイルの中間の位置から選択された位置へ導入することによって行われることを特徴とする、請求項16又は請求項18に記載の方法。
  20. 前記溶離液は水であり、及び該溶離水の30%までは前記少なくとも1種の他の成分に富む画分によって又は前記残渣画分の部分によって、代替されることを特徴とする、請求項16又は請求項18に記載の方法。
  21. 分離される前記他の成分がグリセロールであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  22. 分離される前記他の成分が有機酸及びイノシトールから選択されたことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  23. 前記分離システムの1つ又はそれより多い部分充填床は1種又はそれより多い分離ループを形成することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  24. 前記分離システムは前記強酸陽イオン交換樹脂からなる部分樹脂床によって形成されたループを含むことを特徴とする、請求項23に記載の方法。
  25. 前記分離システムは前記弱酸陽イオン交換樹脂からなる部分充填床から前記強酸陽イオン交換樹脂からなる部分充填床へのループを含むことを特徴とする、請求項23に記載の方法。
  26. 前記甜菜ベースの発酵溶液がビナス(vinasse)である、請求項1に記載の方法。
  27. 前記分離システムの供給溶液の乾燥物含量が30乃至50%であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  28. 甜菜ベースの発酵溶液からベタイン及びグリセロールを分離する方法であって、
    該分離は、強酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床及び弱酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床を含むクロマトグラフSMB分離システムによって行われること、
    弱酸陽イオン交換樹脂床の容量は該システムの全樹脂(床)の容量の20乃至40%であること、
    該溶液は、該強酸陽イオン交換樹脂床を通過して、ベタイン及びグリセロールに富む分離プロファイルの一部分を含む分離プロファイルを形成すること、そして残渣画分を供給すること、及び
    前記ベタイン及びグリセロールに富む分離プロファイルの部分は、該弱酸陽イオン交換樹脂床へ移送され、そして通過して、ベタイン画分を回収すること及びグリセロールに富む画分を供給すること、並びに
    前記グリセロールに富む画分は、それを少なくとも1つの前記強酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床に導入することによって溶離液の代替液としてSMB分離システムに循環されること、そしてグリセロールは前記強酸陽イオン交換樹脂からなる1つ又はそれより多い部分充填床から回収されること
    を特徴とする方法。
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