DE2219639C3

DE2219639C3 - Verfahren zur Abtrennung einer im wesentlichen aus hochmolekularen Verbindungen bestehenden Fraktion bei der Reinigung von Zuckersaft

Info

Publication number: DE2219639C3
Application number: DE19722219639
Authority: DE
Inventors: Rud Frik Nakskov Madsen (Daenemark)
Original assignee: Danske Sukkerfabrikker AS
Current assignee: Danske Sukkerfabrikker AS
Priority date: 1971-04-23
Filing date: 1972-04-21
Publication date: 1978-06-01
Also published as: DE2219639B2; NL7205466A; ES401913A1; CA959484A; AU4147372A; GB1361674A; FR2135169B1; FR2135169A1; SE388209B; AU456795B2; IT1048437B; DE2219639A1

Description

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Zuckersaft, der durch Extraktion von Zuckerrohr oder Zuckerrüben gewonnen worden ist, wird üblicherweise zum Reinigen und Klären mit Kalk und Kohlendioxid behandelt. Dabei wird ein Teil der Verunreinigungen in Form unlöslicher oder schwerlöslicher Salze ausgefällt, während andere Verunreinigungen, insbesondere Proteine und Pektine, ausgeflockt. bzw. aufgrund physikalischer Vorgänge mit ausgefällt werden. Die anschließende Reinigung und Klärung umfaßt ein Filtrieren, nochmaliges Ausfällen und erneutes Filtrieren. In der Praxis werden verschiedene Abwandlungen dieses Reinigungsverfahrens angewandt. Beispielsweise kann ein Teil des bei der Ausfällung entstehenden Schlammes dem Prozeß erneut zugeführt werden, der Kalk kann in verschiedenen Verfahrensstufen zugesetzt werden, und es können spezielle Vorrichtungen angewandt werden. Außerdem kann man anstelle der Filtration dekantieren oder zentrifugieren.

Auch aus Zuckerrohr hergestellte Säfte werden nach ähnlichen Verfahren gereinigt und geklärt, doch sind hier auch abweichende Verfahren bekannt. Zum Beispiel kann das Gemisch nach der Zugabe von Kalk dekantiert oder zentrifugiert werden, und anstelle von Kohlendioxid kann man Schwefeldioxid oder Phosphorsäure verwenden.

Es ist auch bekannt, den Zuckersaft, unabhängig davon, ob er aus Zuckerrüben oder Zuckerrohr gewonnen wurde, nach den erwähnten Reinigungs- und Klärstufen mit Ionenaustauschern zu behandelt. Dabei werden die noch vorhandenen Verunreinigungen entfernt.

Ein Nachteil aller dieser Verfahren besteht darin, daß die hochmolekularen Proteine, Pektine usw. durch die chemische Behandlung zu niedermolekularen Verbindungen abgebaut werden können, die in dem gereinigten und geklärten Saft verbleiben. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das ausgefällte Material (Schlamm) große Mengen anorganischer Stoffe enthält, die eine wirtschaftliche Ausnutzung der darin enthaltenen wertvollen Proteine weitgehend verhindern. Der proteinhaltige Schlamm wurde bisher hauptsächlich als Düngemittel verwendet, was jedoch aufgrund seiner biologischen Abbaubarkeit ebenfalls nur begrenzt möglich ist. Auch sind die bekannten Verfahren aufgrund der großen Menge zuzusetzender Chemikalien zur Ausfällung der Proteine und Pektine wirtschaftlich ungünstig.

In der Zeitschrift für die Zuckerindustrie, 20. Jahrgang, Nr. 7, Seite 360, ist angegeben, daß die Ultrafiltration in der chemischen Industrie und Metallurgie Anwendung findet. Auf die Behandlung von Zuckersaft findet sich dort jedoch kein Hinweis. Ausdrücklich erwähnt ist nur die Rückgewinnung von Farbstoffen beim Tauchbadverfahren in Automobilwerken sowie insbesondere die Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches und effektives Verfahren zum Reinigen und Klären von Zuckersäften zu entwickeln, bei dem die in dem Rohzuckersaft enthaltenen wertvollen Bestandteile, wie Proteine, Pektine usw, in einer Form gewonnen werden können, in der sie für Nahrungs- bzw. Futterzwecke verwendet werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man

a) unlösliche Verunreinigungen von dem Zuckersaft mechanisch abtrennt,

b) den so behandelten Saft einer Ultrafiltration, mit Hilfe einer semipermeabien Membran unterwirft, die Wasser- und Zuckermoleküle hindurchläßt und hochmolekulare Verbindungen zurückhält,

c) zu dem Konzentrat Wasser zusetzt und dieses verdünnte Konzentrat erneut einer Ultrafiliration unterwirft,

d) gegebenenfalls die Stufe c) wiederholt,

e) die durch die Membran hindurchgegangenen Materialien zusammengibt und durch chemische Behandlung, Filtration, Ionenaustauschbehandlung, Elektrodialyse und/oder umgekehrte Osmose reinigt und

f) die in den Stufen c) und gegebenenfalls d) erhaltenen hochmolekularen Verbindungen aus dem Konzentrat isoliert.

Wird der Rohzuckersaft auf diese Weise behandelt, so werden die wertvollen Proteine, Pektine usw. abgetrennt, bevor der Saft einer chemischen Reinigung und Klärung unterzogen wird. Sie werden daher weder abgebaut, noch durch Chemikalien verunreinigt, und sie sind daher für verschiedene Zwecke, insbesondere als Tierfutter, gut geeignet. Außerdem wird die Menge an Ausfällmitteln wesentlich herabgesetzt, und der erhaltene gereinigte und geklärte Zuckersaft ist wesentlich reiner als der nach bekannten Verfahren erhaltene. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß Kolloide und Wachse, die in Rohrzuckersaft vorhanden sind und eine abschließende Reinigung des Saftes durch umgekehrte Osmose beeinträchtigen könnten, durch die Ultrafiltration entfernt worden sind. Somit kann man den erfindungsgemäß gewonnenen gereinigten Saft einer abschließenden Reinigung durch umgekehrte Osmose unterziehen, bevor er durch Eindampfen konzentriert wird, und bevor der Zucker durch Auskristallisieren und eine Rekristallisation abgeschieden wird.

Bei Zuckerrohrsaft ist es wichtig, daß seine Temperatur vor der Ultrafiltration nicht über 75° C hinaus erhöht wird, da der wärmebehandelte Saft bewirken kann, daß auf den Membranflächen Überzüge aus Wachs entstehen, wodurch sich die Filtrationsleistung verringert

Das mit Hilfe der Schritte c) und d) gewonnene Konzentrat wird vorzugsweise entweder allein oder als Gemisch mit anderen organischen Stoffen getrocknet Das so gewonnene Produkt ist als Viehfutter oder Viehfutterzusatz geeingeL

Bei einem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren wird der pH-Wert des Zuckersaftes auf 6 bis 11,5 eingestellt, bevor die erste Ultrafiltration durchgeführt wird; zu diesem Zweck fügt man Ca(OH)₂ oder CaCO₃ zu. Diese Behandlung führt dazu, daß in dem Zuckersaft enthaltene Phosphate ausgefällt und zusammen mit dem Konzentrat entfernt werden.

Beim Behandeln von Zuckerrohrsaft wird der pH-Wert vorzugsweise auf 6 bis 8,5 eingestellt, während er bei Zuckerrübensaft auf bis zu 11,5 eingestellt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Fließschemas näher erläutert

Der aus Zuckerrüben oder Zuckerrohr gewonnene Rohsaft wird über eine Leitung 1 einer Vorrichtung 2 zum mechanischen Abscheiden unlöslicher Verunreinigungsstoffe zugeführt Die abgeschiedenem Stoffe werden aus der Vorrichtung 2 über eine Rohrleitung 3 in Form von Schlamm abgeführt. Der erhaltene Saft wird über eine Rohrleitung 4 einem Behälter 5 zugeführt, in dem der pH-Wert durch Zugabe einer Säure oder Base auf den gewünschten Wert eingestellt wird.

Der Saft fließt aus dem Behälter 5 durch eine Rohrleitung 6 zu einer ersten Ultrafiltrationsvorrichtung 7. Das dort entstehende Konzentrat wird über die Rohrleitung 8, in die Wasser eingeleitet wird, zu einer zweiten UltrafiJtrationsvorrichtung 9 geführt. Das in der Vorrichtung 9 gewonnene Konzentrat wird einem Trockner 10 zugeführt, in dem das Wasser verdampft, so daß man ein trockenes proteinreiches Erzeugnis erhält.

Die von den beiden Ultrafiltrationsvorrichtungen 7 und 9 durchgelassenen Säfte werden vereinigt und gemeinsam mittels einer Vorrichtung 11 auf bekannte Weise gereinigt und geklärt

Der die Vorrichtung 11 verlassende gereinigte und geklärte Saft hat eine höhere Reinheit als der Saft, der mit Hilfe der bekannten chemischen Reinigung und Klärung gewonnen wird.

Beispiel!

Ein Zuckerrübensaft, aus dem feste Teilchen abgeseiht worden waren, wurde einer Ultrafiltration in einer Vorrichtung unterworfen, die eine semipermeable Membran enthielt, welche aus einer Lösung der folgenden Zusammensetzung hergestellt worden war:

Cellulose

Formamid

Aceton

M ethy !cellulose

20,0%

39,5%

40,0%

0,5%

60

Zur Herstellung der Membran wurde eine dünne Schicht dieser Lösung auf ein Stahlband aufgebracht, und der entstehende Film 10 Sekunden lang getrocknet, bevor er durch ein Eiswasserbad geleitet wurde.

Die Ultrafiltration wurde bei einem Druck von 20 atü durchgeführt und das gewonnene Konzentrat mit einer Wassermenge verdünnt, die 10% der behandelten Saftmenge entsprach. Dieses Verfahren wurde zweimal wiederholt Das auf diese Weise gewonnene Konzentrat hatte einen Reinheitsgrad von 57,0%. Die von den Ultrafiltrationsvorrichtungen durchgelassenen Säfte wurden zusammengeführt, und das Gemisch besaß einen Reinheitsgrad von 93,6%, während der anfängliche Reinheitsgrad des Ausgangsmateria's 89,4% betrug.

Eine nachfolgende Ionenaustauschbehandlung führte zu einer Erhöhung des Reinheitsgrades auf 96,7%. Bei einem zweiten Ansatz, bei dem die Filtrate der Ultrafiltration einer chemischen Behandlung mit 0,3% CaO und Kohlendioxid unterzogen wurden, stieg der Reinheitsgrad auf 95,8%. Das mit Hilfe der lonenaustauschbehandlung gewonnene Eluat enthielt große Mengen an organischer Säure und war z. B. als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Zitronensäure geeignet. Der bei der chemischen Behandlung ausgefällte Schlamm wurde mit einer NajCOj-Lösung behandelt, um organische Säuren freizusetzen, die in der gleichen Weise verwendet werden können wie das durch die lonenaustauschbehandlung gewonnene Eluat.

Die Reinigung und Klärung des Rohsaftes mit 1,0% CaO und Kohlendioxid führte zur Gewinnung eines Saftes mit einem Reinheitsgrad von 92,8%.

Der Fillrationskoeffizient des Saftes, der einer Ultrafiltration und danach einer chemischen Behandlung unterzogen worden war, betrug 0,5 im Vergleich zu 3,8 für einen Saft der mit Hilfe bekannter Reinigungsund Klärungsverfahren gewonnen worden war.

Die Farbe des der Ultrafiltration und der lonenaustauschbehandlung unterzogenen Saftes entsprach 1,O⁰St, während die Farbe des einer Ultrafiltration und einer nachfolgenden chemischen Behandlung unterzogenen Saftes 4,0° St entsprach. Die Farbe des auf bekannte Weise gereinigten und geklärten Saftes entsprach 8,7° St.

Wie aus den vorstehenden Angaben ersichtlich, hat der durch die Ultrafiltration gewonnene Saft einen höheren Reinheitsgrad und läßt sich leici.ter filtrieren als der auf bekannte Weise gewonnene Saft. Ferner ermöglicht diese Behandlung eine wirtschaftliche Ausnutzung der Proteine. Anstelle der lonenaustauschbehandlung kann man eine Elektrodialyse anwenden, um nach der Ultrafiltration eine zusätzliche Reinigung zu erreichen.

Beispiel 2

Ein Zuckerrohrsaft, der einer mechanischen Vorbehandlung zum Beseitigen unlöslicher Verunreinigungsstoffe unterzogen worden war, wurde einer Ultrafiltration in einer doppelten Ultrafiltrationsvorrichtung unterzogen, bei der die gesamte Membranfläche 0,36 m² betrug. Die Membranen bestanden aus Celluloseacetat. Die mittlere Filterleistung der Vorrichtung betrug 485 l/m² in 24 Stunden. Während der ersten Ultrafiltration verringerte sich das Volumen des Konzentrats auf 4 bis 6% des ursprünglichen Volumens. Es wurde Wasser zugefügt, um die während des ersten Ultrafiltrationsschritts entfernte Wassermenge auszugleichen, und zwar mit einer Durchsatzgeschwindigkeit von 3 bis 500 l/m² in 24 Stunden. Durch die Zugabe von Wasser in einer 10 bis 15% des ursprünglichen Saftvolumens entsprechenden Menge konnte die Zuckerkonzentration in dem Konzentrat auf weniger als 1%, bezogen auf

die Gesamtmenge des in dem als Ausgangsmaterial verwendeten Saft enthaltenen Zuckers, herabgesetzt werden. In der folgenden Tabelle sind typische Ergebnisse zusammengestellt:

Volumen des Konzentrats

Zuckergehalt des Konzentrats

Gesamter Trockenmassegehalt

des Konzentrats

pH-Wert des durchgelassenen

Materials

Mittlerer Farbindex des

Filtrats

Ultrafiltrationstemperatur

Ultrafiltrationsdruck

Trübung des Filtrats

3% des Volumens
des Ausgangssaftes
3,5%

15-20%
5,4

4° St.
25-35° C
2-15atü
0,0

Beispiel 3

Zuckerrohrsaft wurde entsprechend dem Beispiel 2 einer Vorbehandlung unterzogen. Dann wurde der pH-Wert etwa auf 7 eingestellt, und hierauf wurde der Saft einer Ultrafiltration entsprechend Beispiel 2 unterzogen.

Typische Ergebnisse dieses Verfahrens sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Geschwindigkeit der Ultra-

Die vereinigten Filtrate der Ultrafiltration wurden mit einer Ca(OH)2-Lösung behandelt, um den pH-Wert etwa auf 7 einzustellen, und dann wurde das Produkt auf etwa 100°C erhitzt, das ausgefällte Material abfiltriert und der gereinigte Saft ohne weitere Reinigung eingedampft, um kristallinen Zucker zu gewinnen, der anschließend umkristallisiert wurde.

filtration	500 l/mV24 h
Volumen des Konzentrats	3% des Volumens
	des Ausgangssaftes
Zuckergehalt des Konzentrats	3,0%
Gesamter Trockenrnassegehalt
des Konzentrats	15-20%
pH-Wert des Konzentrats	7,1
Farbindex des Filtrats	6⁰St.
Uitrafiltrationstemperatur	25-35° C
Ultrafiltrationsdruck	2-15atü
Trübung des Filtrats	0,0

Der so gewonnene geklärte Saft wurde ohne weitere Reinigung zur Erzeugung von weißem Zucker verwendet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Abtrennung einer im wesentlichen aus hochmolekularen Verbindungen, wie Proteinen und Pektinen bestehenden Fraktion bei der Reinigung von Zuckersaft, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) unlösliche Verunreinigungen von dem Zuckersaft mechanisch abtrennt,

b) den so behandelten Saft einer Ultrafiltration, mit Hilfe einer semipermeabler) Membran unterwirft, die Wasser- und Zuckermoleküle hindurchläßt und hochmolekulare Verbindungen zurückhält,

c) zu dem Konzentrat Wasser zusetzt, und dieses verdünnte Konzentrat erneut einer Ultrafiltration unterwirft,

d) gegebenenfalls die Stufe c) wiederholt,

e) die durch die Membran hindurchgegangenen Materialien zusammengibt und durch chemische Behandlung, Filtration, lonenaustauschbehandlung, Elektrodialyse und/oder umgekehrte Osmose reinigt und

f) die in den Stufen c) und gegebenenfalls d) erhaltenen hochmolekularen Verbindungen aus dem Konzentrat isoliert.