分离方法

申请号 CN201080017386.7 申请日 2010-02-24 公开(公告)号 CN102405085B 公开(公告)日 2014-09-17
申请人 杜邦营养生物科学有限公司; 发明人 P·萨尔玛拉; H·帕纳宁; P·萨里; K·可卡莱宁; J·库斯马;
摘要 本 发明 涉及从基于甜菜的 发酵 溶液中分离甜菜 碱 和至少一种其他成分的方法。本发明基于SAC 树脂 和WAC树脂以特定次序和特定比例的组合在色谱SMB分离系统中的应用。该色谱分离系统优选是单一整合的包含SAC和WAC树脂床的SMB系统。
权利要求

1.从基于甜菜的发酵溶液中分离甜菜和至少一种其他成分的方法,其特征在于用包含一种或多种强酸阳离子交换树脂的部分填充床和一种或多种弱酸阳离子交换树脂的部分填充床的色谱SMB分离系统进行分离;
弱酸阳离子交换树脂床的体积是系统的总树脂床体积的20-40%;
使溶液通过强酸阳离子交换树脂床,形成分离特性,其包含富含甜菜碱和至少另一种成分的分离特性的部分,并且得到残留级分,将其抽出;和
将所述富含甜菜碱和至少另一种成分的分离特性的部分转移至并且通过弱酸阳离子交换树脂床,以回收富含甜菜碱的级分,并且得到富含至少一种其它成分的级分,其中所述强酸阳离子交换树脂是与二乙烯基苯交联的一价碱金属阳离子形式的苯乙+
烯型树脂,所述弱酸阳离子交换树脂是H 形式或一价碱金属阳离子形式。
2.如权利要求1中所述的方法,其特征在于所述强酸阳离子交换树脂是交联了
5.5-8%二乙烯基苯(DVB)的一价碱金属阳离子形式的并且具有200-400μm平均粒度的苯乙烯型树脂。
3.如权利要求2中所述的方法,其特征在于分离在高于5的pH下进行。
+
4.如权利要求1中所述的方法,其特征在于所述弱酸阳离子交换树脂是H 形式。
5.如权利要求4中所述的方法,其特征在于大于80%的弱酸阳离子交换树脂的阳离子+
由H 组成。
+ +
6.如权利要求1中所述的方法,其特征在于弱酸阳离子交换树脂是Na 形式、K 形式或+ +
Na/K 形式。
7.如权利要求6中所述的方法,其特征在于大于80%的弱酸阳离子交换树脂的阳离子+ +
分别由Na 或K 组成。
8.如权利要求4或6中所述的方法,其特征在于弱酸阳离子交换树脂是交联了4-10%二乙烯基苯(DVB)并且具有200-450/μm平均粒度的丙烯酸树脂。
9.如权利要求4中所述的方法,其特征在于在低于4.5的pH下进行分离。
10.如权利要求6中所述的方法,其特征在于在高于9的pH下进行分离。
11.如权利要求1中所述的方法,其特征在于所述一种或多种强酸阳离子交换树脂的部分填充床和所述一种或多种弱酸阳离子交换树脂的部分填充床排列在几个柱上。
12.如权利要求11中所述的方法,其特征在于所述一种或多种强酸阳离子交换树脂的部分填充床排列在四个柱上且所述一种或多种弱酸阳离子交换树脂床排列在两个柱上。
13.如权利要求1中所述的方法,其特征在于
使用一种或多种强酸阳离子交换树脂的部分填充床的分离在高于5的pH下进行;和+
使用一种或多种弱酸阳离子交换树脂的部分填充床的分离就H 形式树脂而言在低于+ + + +
4.5的pH下进行,且就Na、K 或Na/K 形式树脂而言在高于9的pH下进行。
14.如权利要求1中所述的方法,其特征在于所述富含甜菜碱和至少一种其它成分的级分的体积构成弱酸阳离子交换树脂床体积的15-50%。
15.如权利要求1中所述的方法,其特征在于所述富含甜菜碱和至少一种其它成分的级分作为混合的转移级分被转移。
16.如权利要求1中所述的方法,其特征在于通过导入至少一种所述一种或多种强酸阳离子交换树脂的部分填充床使所述富含至少一种其它成分的级分作为洗脱液的替代物被循环至SMB分离系统,且从所述一种或多种强酸阳离子交换树脂的部分填充床中抽出所述至少一种其它成分。
17.如权利要求16中所述的方法,其特征在于将所述至少一种其它成分抽入残留级分中。
18.如权利要求1中所述的方法,其特征在于部分残留级分在所述一种或多种强酸阳离子交换树脂的部分填充床内循环,通过将其作为洗脱液替代物导入所述一种或多种强酸阳离子交换树脂的部分填充床来进行。
19.如权利要求16或18中所述的方法,其特征在于所述循环通过将所述富含至少一种其它成分的级分或所述部分残留级分导入一个位置来进行,所述位置选自(a)连续进料之间的位置;(b)连续性质之间的位置;和(c)分离特性中间的位置。
20.如权利要求16或18中所述的方法,其特征在于洗脱液是,且至多30%的洗脱液水被所述富含至少一种其它成分的级分或所述部分残留级分替代。
21.如权利要求1中所述的方法,其特征在于所分离的另一种成分是甘油。
22.如权利要求1中所述的方法,其特征在于所分离的另一种成分选自有机酸和肌醇。
23.如权利要求1中所述的方法,其特征在于分离系统的所述一种或多种强酸阳离子交换树脂的部分填充床和一种或多种弱酸阳离子交换树脂的部分填充床形成一种或多种单独的环路。
24.如权利要求23中所述的方法,其特征在于分离系统包含通过强酸阳离子交换树脂的部分填充床形成的环路。
25.如权利要求23中所述的方法,其特征在于分离系统包含从弱酸阳离子交换树脂的部分填充床到强酸阳离子交换树脂的部分填充床的环路。
26.如权利要求1中所述的方法,其特征在于基于甜菜的发酵溶液是酒糟
27.如权利要求1中所述的方法,其特征在于分离系统进料溶液的干物质含量是
30-50%。
28.从基于甜菜的发酵溶液中分离甜菜碱和甘油的方法,其特征在于
用包含一种或多种强酸阳离子交换树脂的部分填充床和一种或多种弱酸阳离子交换树脂的部分填充床的色谱SMB分离系统进行分离;
弱酸阳离子交换树脂床的体积是系统的总树脂床体积的20-40%;
使溶液通过强酸阳离子交换树脂床,形成分离特性,其包含富含甜菜碱和甘油的分离特性的部分,并且得到残留级分;和
将所述富含甜菜碱和甘油的分离特性的部分转移至并且通过弱酸阳离子交换树脂床,以回收甜菜碱级分并且得到富含甘油的级分;和
使所述富含甘油的级分作为洗脱液替代物循环至SMB分离系统,通过将其导入至少一种所述一种或多种强酸阳离子交换树脂的部分填充床来进行,并且从所述一种或多种强酸阳离子交换树脂的部分填充床中抽出甘油,
其中所述强酸阳离子交换树脂是与二乙烯基苯交联的一价碱金属阳离子形式的苯乙+
烯型树脂,所述弱酸阳离子交换树脂是H 形式或一价碱金属阳离子形式。

说明书全文

分离方法

发明领域

[0001] 本发明涉及从基于甜菜的来源中回收甜菜的领域。本发明尤其涉及从基于甜菜的发酵溶液例如酒糟中分离甜菜碱和至少另一种成分的色谱SMB方法。所分离的另一种成分可以是例如甘油。
[0002] 发明背景
[0003] US5177008(W.H.Kampen)公开了从釜馏物产物中回收甘油和甜菜碱的连续方法,所述的釜馏物产物作为乙醇生产过程中发酵和蒸馏甜菜(糖蜜)的副产物得到。该方法包含使用用于分离作为混合物的甘油和甜菜碱的离子排阻系统对澄清的釜馏物进行第一次色谱分离,然后浓缩该混合物且随后使用第二种离子排阻系统对混合物第二次色谱分离成甜菜碱和甘油。根据实施例8,使用形式的强酸阳离子交换树脂进行第一次色谱分离,并且使用硫酸盐形式的聚苯乙烯强碱阴离子交换凝胶树脂进行第二次色谱分离。据认为该方法提供了具有97.6%纯度的甘油流(使用混合床离子交换进一步纯化后)和具有88.2%纯度的甜菜碱流。甘油的总收率为88.5%,甜菜碱的总收率为93.2%。
[0004] US5730877(Xyrofin Oy)涉及用包含不同离子形式(二价阳离子形式和一价阳离子形式)的分离系统对溶液进行分级分离的色谱模拟移动床法。实施例4公开了使用强酸+阴离子交换树脂的酒糟三-柱分离。柱1和2(在步骤1和2中)是K 形式形式且柱3(在
2+
步骤3中)是Ca 形式。还认为在柱2与3之间存在pH调节部件。回收了甜菜碱级分、甘油级分、肌醇级分和残留级分。甜菜碱级分中的甜菜碱含量为77.6%。
[0005] US6331250B1(Organo Corporation)公开了用一种分离系统从溶液中分离至少三种成分的色谱分离法,所述分离系统包含用于调节成分分辨率的至少两种不同填充材料。填充材料优选是强酸阳离子交换树脂,其中 之一是一价离子形式,另一种是二价离子形式。该方法可以分批或作为模拟移动床法进行。在实施例1中,用10-柱系统分离包含二
2+ +
糖类、葡萄糖、果糖和甜菜碱的溶液,其中5个柱是Ca 形式,5个柱是Na 形式。收集葡萄糖/果糖级分和甜菜碱级分。甜菜碱级分具有99.4%纯度。96.8%的甜菜碱回收入甜菜碱级分。
[0006] US6770757B2(Finnfeeds Finland Oy)公开了使用弱酸阳离子交换树脂(WAC)从甜菜衍生的溶液中回收一种或多种产物例如甜菜碱的多步骤的方法,根据实施例,所述弱+酸阳离子交换树脂(WAC)是Na 形式。基于甜菜的用作原料的溶液可以是例如酒糟、糖蜜或甜菜碱糖蜜。任选将WAC分离的pH调节至6-11,优选9-11。多步骤方法还可以包含WAC分离之前或之后使用强酸阳离子交换树脂(SAC)的分离步骤。
[0007] WO2007/080228A1(Finnfeeds Finland Oy)公开了通过使用H+形式的弱酸阳离子交换树脂(WAC)从基于甜菜的溶液中色谱分离甜菜碱的方法。用作原料的基于甜菜的溶液可以与上述相同。除甜菜碱外,例如还可以回收肌醇和/或甘油。分离典型地在低于6、优选1.4-5.1的pH下进行。另外,显然可以通过pH调整控制甜菜碱的保留因素,使得通过降低pH延缓甜菜碱洗脱。此外,认为WAC分离可以与例如可以使用强酸阳离子交换树脂(SAC)进行的其他色谱分离合并。在该方法的一个实施方案中,首先进行SAC分离,然后进行WAC分离。
[0008] 上述现有技术的方法存在几个缺陷。由于使用几个分离装置操作的分级分离过程+不充分,所以在装置操作之间需要中间蒸发。此外,发现在酒糟分离中一价离子形式(Na)的SAC树脂无法将甘油与甜菜碱分离。甜菜碱级分的纯度差。另一方面,碱金属形式的一价SAC树脂和二价SAC树脂合并分离了甘油和甜菜碱,但长期应用导致盐无法与甜菜碱完+ 2+
全分离,因为来自Na 柱的离子迁移入Ca 柱,且反之亦然。因此,必须频繁使柱再生,这增加了排污量并且导致生产中断。
[0009] 就使用一价WAC树脂分离甜菜碱而言,发现实际上,极难从甜菜碱中分离颜色且+盐作为波动的峰洗脱。此外,尤其是H 形式树脂存在强拖尾 效应与甜菜碱峰相关的缺陷,这导致甜菜碱峰增宽。拖尾降低了分离能和级分浓度,从而导致蒸发中能量消耗增加。甜菜碱分离中的WAC树脂也存在问题,即根据树脂离子形式的不同它们对长期操作需要特定+ +
的pH范围。例如,H 形式树脂通常需要进料pH低于4.5,且Na 形式树脂通常需要进料pH+
高于7.5。另一方面,为了Na 形式的WAC树脂稳定,一般需要高于9的pH。由于酒糟具有约5-6的pH,所以大量pH调整的化学品是WAC树脂的工业化操作所必需的。
[0010] 涉及本发明的定义
[0011] “分离特性(separation profile)”意指基于洗脱液进料和进料溶液的成分和通过分离柱的填充材料床流量形成的干燥固体特性,通过实施/重复分离顺序得到。
[0012] “部分分离特性”意指分离特性的部分。根据本发明,部分分离特性尤其是指富含甜菜碱和至少另一种成分的分离特性部分。
[0013] “保留体积”是通过柱洗脱一些点的分离特性所需的体积。根据本发明,保留体积尤其是指通过柱洗脱部分成分峰(例如甜菜碱或盐峰)所需的体积。
[0014] “顺序”或“分离顺序”以此色谱分离过程中预定的步骤顺序,包含有利于进料成分分离得到产物级分或其他级分所需的全部步骤。
[0015] “进料”是在一个顺序过程中导入分离柱的进料溶液的量。
[0016] “步骤”包含一个或多个进料期、洗脱期和循环期。
[0017] 在进料期过程中,进料溶液且也可能是在同时洗脱期过程中的洗脱液被导入预定的部分填充的床或预定的部分填充床。在进料期和/或一个或多个其他期过程中,可以抽出一种或多种产物级分。
[0018] 在洗脱期过程中,使洗脱液进料入预定的部分填充床。
[0019] 在循环期过程中,尤其是无进料溶液或洗脱液提供给部分填充床且无产物被抽出。
[0020] “SMB”意指模拟的移动床系统。
[0021] 在连续SMB系统中,全部流体同时流动。这些液流是:提供的进料溶液和洗脱液、分离特性的循环液和抽出的产物。
[0022] 在依次的SMB系统中,全部流体(上述定义的)无法连续流动。
[0023] “SAC”意指强酸阳离子交换树脂。
[0024] “WAC”意指弱酸阳离子交换树脂。
[0025] “BV”意指部分填充的床或柱的树脂床体积。
[0026] “转移级分”意指包含甜菜碱和另一种成分(例如甘油)作为主要成分并且从SAC床转移至WAC床的级分。
[0027] “替代洗脱液“意指从SAC或WAC床中采集的级分,其包含非甜菜碱的成分(例如甘油)作为主要成分且用作分离系统中的洗脱液替代物。
[0028] “残留级分”或“残余级分”是包含回收的非产物成分的大部分成分的级分。根据+ +本发明,残留级分典型地富含例如盐和颜色化合物。盐意指阳离子和阴离子,例如K、Na、
2+ 2+ - - 3- 2-
Ca 和Mg 和例如Cl、NO3、PO4 和SO4 。可以存在一种或多种残留级分。
[0029] “再循环级分”是包含未完全分离的产物成分的级分,其通常具有低于产物级分的纯度且再循环返回合并了进料的分离中。在使再循环返回至分离前还可以存在一种或多种操作;例如可以通过蒸发浓缩再循环级分。可以存在一种或多种再循环级分。
[0030] “步骤体积”意指总流动相的体积(包括进料、洗脱液和循环液),其在分离顺序中从预定的步骤通过分离柱运动至同一或随后的顺序中的预定的步骤。
[0031] “DS”意指溶解的干物质含量。等于“溶解的固体含量”。
[0032] 发明简述
[0033] 本发明的目的在于提供从基于甜菜的发酵溶液中分离甜菜碱和至少另一种成分的方法,以减少与现有技术方法相关的缺点,例如与除去颜色和稳定性相关的问题、拖尾和对大量pH调整化学品的需求以及高度蒸发需求。本发明的目的通过一种方法得以实现,该方法以独立权利要求中所述 的为特征。本发明的优选实施方案公开在从属权利要求中。
[0034] 本发明基于从基于甜菜的发酵溶液中分离甜菜碱和至少另一种成分,在以一种特定次序和特定比例在模拟移动床(SMB)色谱分离系统中通过SAC树脂(SAC床)和WAC树脂(WAC床)组合进行。该色谱分离系统优选是单一整合的包含SAC和WAC床的SMB系统。或者,SAC和WAC床还可以作为单独的SMB系统中的不同分离或分批分离排列。在本发明的一个实施方案中,收集富含甜菜碱的级分和富含甘油的级分。在本发明的另一个实施方案中,富含甘油的级分从WAC床循环至SAC床,例如作为洗脱液替代物,然后从SAC床中抽出甘油与其他残留成分。富含甘油的级分可以照此在未浓缩的情况下循环。此外,该方法具有可以从过程的相同残留级分中抽出全部非甜菜碱的成分的优点。
[0035] 附图简述
[0036] 图1描述了根据实施例2的SAC床后的酒糟分离特性且显示转移级分作为分离特性的部分从SAC床到达WAC床。
[0037] 图2描述了根据实施例2的WAC床后酒糟的分离特性且显示富含甜菜碱的级分和富含甘油的级分。
[0038] 发明详述
[0039] 本发明涉及从基于甜菜的发酵溶液中分离甜菜碱和至少另一种成分的方法。
[0040] 本发明的方法的特征在于如下特征:
[0041] 用包含一种或多种强酸阳离子交换树脂的部分填充床和一种或多种弱酸阳离子交换树脂的部分填充床的色谱SMB分离系统进行分离;
[0042] 弱酸阳离子交换床的体积是系统的总树脂床体积的20-40%;
[0043] 使溶液通过强酸阳离子交换树脂床,形成分离特性,其包含富含甜菜碱和至少另一种成分的部分分离特性,并且得到残留级分,将其抽出;和
[0044] 将所述富含甜菜碱和至少另一种成分的部分分离特性转移至并且通过 弱酸阳离子交换树脂床,以回收富含甜菜碱的级分并且得到富含至少另一种成分的级分。
[0045] 所述强酸阳离子交换树脂典型地是与二乙烯基苯交联的一价碱金属阳离子形式的苯乙烯型树脂。
[0046] 在本发明的一个实施方案中,所述强酸阳离子交换树脂优选是一价碱金属阳离子形式的与5.5-8%二乙烯基苯(DVB)交联的并且具有200-400μm的平均粒度的苯乙烯型树脂。
[0047] 使用强酸阳离子交换树脂的分离优选在高于5、尤其更优选高于5.5的pH下进行。
[0048] 所述弱酸阳离子交换树脂典型地是H+形式或一价碱金属阳离子形式。该树脂可以是与二乙烯基苯交联的丙烯酸树脂。
[0049] 弱酸阳离子交换树脂可以主要是H+形式,其中大于80%、优选大于90%的树脂阳+离子由H 组成。
[0050] 弱酸阳离子交换树脂也可以是Na+形式、K+形式或Na+/K+形式。当树脂是Na+形+ + +式或K 形式时,大于80%、优选大于90%的树脂阳离子分别由Na 或K 组成。
[0051] 弱酸阳离子交换树脂优选是丙烯酸型树脂,其交联4-10%的二乙烯基苯(DVB)并且具有200-450μm的平均粒度。
[0052] 使用H+形式的弱酸阳离子交换树脂的分离优选在低于4.5的pH下进行,而使用+ + + +Na 形式、K 形式或Na/K 形式的弱酸阳离子交换树脂的分离优选在高于9的pH下进行。
[0053] 所述一种或多种强酸阳离子交换树脂(SAC床)的部分填充床和所述一种或多种弱酸阳离子交换树脂床(WAC床)的部分填充的床典型地排列在几个柱上。
[0054] 在本发明的一个实施方案中,所述SAC床排列在4个柱上且所述WAC床排列在2个柱上。
[0055] 在本发明的一个实施方案中,从分离系统的最后柱上收集富含甜菜碱的级分和富含另一种成分(例如甘油)的级分,而从全部柱上收集残留级分。
[0056] 在本发明的一个优选的实施方案中,使用SAC床的分离在高于5、尤其更优选高于+5.5的pH下进行,而使用WAC床的分离就H 形式树脂而言在低于4.5的pH下进行,而使用+ + + +
Na 形式、K 形式或Na/K 形式的弱酸阳离子交换树脂的分离优选在高于9的pH下进行。
[0057] 在本发明的方法中,指定SAC床和WAC床的体积,使得WAC床的体积为分离系统总树脂床体积的20-40%。在一个优选的实施方案中,WAC床的体积为总树脂床的25-35%。总树脂床意指SAC床和WAC床的合并体积。根据本发明令人意外地发现,当使用所述比例时,WAC树脂床中甜菜碱和另一种成分的分离因素在于具有转移级分从SAC树脂床到WAC树脂床的有利于有效分离的幅度的正确比例。
[0058] WAC床与SAC床的应用使得使用与例如使用两种SAC床相比的较短总床长度的操作也成为可能。WAC床的应用还提供了分离系统的改善的稳定性。此外,如果必要,则pH调整仅是转移级分从SAC床到WAC床所需的。
[0059] 在本发明的方法中,使基于甜菜的发酵溶液通过SAC床,形成分离特性,其包含富含甜菜碱和至少另一种成分的部分分离特性,并且得到残留级分,将其抽出;且[0060] 将所述富含甜菜碱和至少另一种成分的部分分离特性转移至并且通过WAC床,以回收富含甜菜碱的级分(甜菜碱级分)并且得到富含至少另一种成分的级分。
[0061] 在本发明的一个优选的实施方案中,所述富含甜菜碱和至少另一种成分的部分(转移级分)在盐(电导性)和颜色方面与进料溶液相比极低。
[0062] 所述富含甜菜碱和至少另一种成分的部分(转移级分)的体积可以构成转移所述部分至WAC床的体积的15-50%。
[0063] 在本发明的一个实施方案中,将所述富含甜菜碱和至少另一种成分的部分作为混合的转移级分转移至WAC床。在本发明的该实施方案中,例如,将所述部分收集入中间罐,然后从中间罐导入WAC床。可以根据WAC床离子形式的不同将转移级分的pH调整至适合的值。混合的分离特 性还可以是从系统中收集的几个所述部分的组合。
[0064] 在本发明的另一个实施方案中,如果必要,则可以转移所述富含甜菜碱和至少另一种成分的部分作为基本上与来自包含在线pH调整的SAC床的直接流程一样完整的分离特性。
[0065] 在本发明的另一个实施方案中,使所述富含至少另一种成分的级分作为洗脱液替代物通过导入至SAC床循环至SMB分离系统。然后例如从SAC床上的残留级分中抽出另一种成分。
[0066] 将所述残留级分中的至少另一种成分与基于甜菜的发酵溶液例如酒糟的快速移动的成分(例如盐)同时抽出。实际上通过使用盐和所述其他成分例如甘油的保留体积的差异达到这一目的。可以通过实验测定用于应用中的树脂床的盐和甘油的保留体积。例如,就SAC树脂而言,盐的保留体积约为SAC床的树脂床体积(BV)的27-34%,而甘油的保留体积约为SAC床的树脂床体积的65-75%。
[0067] 在本发明的另一个实施方案中,将部分残留级分通过将其作为洗脱液替代物导入到SAC床在SAC床内循环,以便在一种或多种残留级分分离顺序的同时或之后洗脱出来。进一步减少洗脱水的体积并且增加残留级分的干燥固体含量。
[0068] 可以通过将替代洗脱液导入到一定位置进行所述循环,所述位置选自:(a)连续进料之间的位置;(b)连续特性之间的位置;和(c)分离特性中间的位置。在本发明的一个实施方案中,在6-柱系统中的柱2与3之间的特性中的甜菜碱峰后导入甘油级分。
[0069] 在本发明的一个实施方案中,所述至少另一种成分是甘油。所分离的另一种成分还可以选自有机酸和肌醇。存在于酒糟原料中的有机酸可以是例如葡糖酸、琥珀酸、乳酸、吡咯烷羧酸(PCA)和乙酸。
[0070] 在本发明的一个实施方案中,其中所述至少另一种成分是甘油,转移级分可以包含几乎等量的甜菜碱和甘油,且其他化合物的量低于基于DS的30%、优选低于基于DS的15%。循环的甘油级分中的甘油含量有利地超过基于DS的50%。
[0071] 在本发明的一个实施方案中,获自WAC床的甘油级分可以用作如下洗脱液替代物:
[0072] 使甘油级分循环至分离系统以取代部分洗脱液;
[0073] 使用一定的步骤顺序使甘油移动至分离系统中,这些步骤包含一个或多个进料期、循环期和洗脱期;
[0074] 在一种或多种残留级分的相同分离顺序过程中或之后抽出甘油;
[0075] 其中基于甘油的保留体积、甘油通过的树脂床的体积和甘油从导入位置到相同分离顺序过程中或之后计算的靶标抽取位置的阶段体积测定甘油级分的导入位置和带入阶段的体积,同时维持甜菜碱的高收率和纯度。
[0076] 在本发明后面的一个实施方案中,可以通过计算甘油级分的导入体积和步骤将甘油级分导入接下来适合位置中的进料(顺序)洗脱液,使得甘油在接下来的从系统中与盐-甘油级分中的盐一起抽出的进料(顺序)过程中在分离特性中移动。实际上,该过程可以如上所述通过使用盐和甘油的保留体积的差异进行。
[0077] 发现甘油尤其是在从酒糟和其他基于甜菜的发酵溶液中分离甜菜碱中可用作洗脱液替代物。这种情况可能是其在甜菜碱分离中的惰性及其保留特征所致。尤其是在将来自WAC床的甘油级分导入甘油不达到甜菜碱并且在残留级分与盐中抽出的位置时得到良好的效果。另一个优点在于来自WAC床的高比例甘油可以用作SAC床中的洗脱液替代物。甘油的比例超过50%且优选超过80%的进料的甘油。循环的甘油级分中的甘油含量有利地超过基于DS的50%。
[0078] 本发明中的SMB分离可以是依次或连续的。
[0079] 在本发明的方法中,洗脱液优选是水。至多30%的洗脱水可以被甘油级分替代。这导致新鲜的洗脱液的量明显减少。
[0080] 分离系统的所述一种或多种部分填充床可以在SMB中的分离顺序中的选择步骤过程中形成一种或多种单独的环路。
[0081] 在本发明的一个实施方案中,分离系统包含一种或多种强酸阳离子交换树脂的部分填充床形成的环路。
[0082] 在本发明的另一个实施方案中,分离系统包含从一种或多种弱酸阳离子交换树脂的部分填充床到一种或多种强酸阳离子交换树脂的部分填充床的环路。
[0083] 分离系统还可以包含环路内的一种或多种分离特性。
[0084] 本发明中用作进料溶液的基于甜菜的发酵溶液优选是酒糟,其作为来自基于甜菜的材料例如糖蜜发酵成乙醇、酵母或其他产物的残留物得到。
[0085] 有用的酒糟原料的典型平均组成具有50-70g/100g的干物质含量(DS)并且组成如下:
[0086]
[0087] 在本发明的一个实施方案中,进料溶液的干物质含量典型地在30-50%。
[0088] 在本发明的一个优选的实施方案中,SAC床和WAC床排列在单一整合的SMB系统中。整合的SMB系统意指这样一种系统,其中SAC床和WAC床在具有相同分离顺序的相同控制程序下运转。在从SAC床到WAC床或从WAC床到SAC床之间还存在再循环/循环流程。
[0089] 在本发明的一个实施方案中,从整合的SMB系统中收集甜菜碱级分和甘油级分。在本发明的另一个实施方案中,甘油级分作为洗脱液替代物从WAC床循环至SAC床。
[0090] 因此,本发明的一个实施方案涉及从基于甜菜的发酵溶液中分离甜菜碱的方法,其特征在于如下特征:
[0091] 用包含一种或多种强酸阳离子交换树脂的部分填充床和一种或多种弱酸阳离子交换树脂的部分填充床的色谱SMB分离系统进行分离;
[0092] 弱酸阳离子交换床的体积是系统的总树脂(床)体积的20-40%;
[0093] 使溶液通过强酸阳离子交换树脂床,形成分离特性,其包含部分富含甜菜碱和甘油的部分分离特性,并且得到残留级分;和
[0094] 将所述富含甜菜碱和甘油的部分分离特性转移至并且通过弱酸阳离子交换树脂床,以回收甜菜碱级分(甜菜碱级分)并且得到富含甘油的级分;和
[0095] 使所述富含甘油的级分作为洗脱液替代物循环至SMB分离系统,通过将其导入至少一种所述一种或多种强酸阳离子交换树脂的部分填充床来进行,并且从所述一种或多种强酸阳离子交换树脂部分填充床中抽出甘油。
[0096] 在本发明的一个可替代选择的实施方案中,SAC床和WAC床作为不同的分离系统排列,其可以是SMB或分批分离。在这种可替代选择中,SAC床和WAC床在具有单独的分离顺序的单独控制程序下运转。本发明的该实施方案可以进一步包含使甘油级分从WAC床作为洗脱液替代物循环至SAC床。
[0097] 本发明方法典型地提供了具有高于80%的甜菜碱纯度和80-95%、典型地80-90%的甜菜碱收率的甜菜碱级分。所获得的甜菜碱级分照此用于甜菜碱结晶。
[0098] 在一个实施方案中,本发明的方法提供了高甜菜碱纯度和高甜菜碱收率与低W/F比(洗脱水体积与进料体积之比)。例如,在包含甘油级分循环的方法中,W/F之比可以低至1.7。
[0099] 此外,例如,与WAC H+分离相比,本发明的方法还减少了甜菜碱的颜色含量。通过本发明方法得到的甜菜碱级分颜色含量典型地低于30000、优选低于15000ICUMSA。
[0100] 下列实施例示例本发明,但不以任何方式限定本发明。
[0101] 实施例1
[0102] 使用WAC H+的酒糟的色谱SMB分离(对比例)
[0103] 该工艺设备包括串联的三个柱、进料循环泵、洗脱水泵、热交换 器、用于出口液体的流量控制装置和用于不同工艺流程的入口和产物。柱高为4m且每个柱具有+0.2m的直径(除外第一个0.21m)。给柱填充弱酸型凝胶型H 形式的阳离子交换树脂(Finex制造)。树脂的二乙烯基苯的含量为8.0%且树脂的平均粒度为0.43mm。
[0104] 在分离前,用水稀释酒糟液体至约40重量-%并且用Scepter0.1μm膜进行微孔过滤。然后通过使用硫酸(93%)将该溶液的pH调整至pH3.4,然后使用藻土作为助滤剂2
预涂布过滤酒糟。预涂布的量为1kg/m,整体进料量为基于DS的1.0%,温度为80℃。进料由如下举出的成分构成,其中基于DS给出百分比。
[0105] 表E1-1
[0106]
[0107] 通过如下举出的8步SMB顺序进行分级分离。分离的目的在于分离其中包含的甜菜碱和其他成分。以80℃的温度使用进料和洗脱液并且将水用作洗脱液。
[0108] 步骤1:将37.5l进料溶液以110l/h的流速泵入第一个柱并且从第三个柱上收集再循环级分。
[0109] 步骤2:将36.0l进料溶液以65l/h的流速泵入第一个柱并且从第一个柱上收集残留级分。同时将98.0l水以180l/h的流速泵入第二个柱并且从第三个柱上收集甜菜碱级分。
[0110] 步骤3:将15.0l水以125l/h的流速泵入第二个柱并且使来自柱3的流出物循环入柱1,从其中收集残留级分。
[0111] 步骤4:以125l/h的流速使得用柱1、2和3形成的柱环路中的37.5l 循环。
[0112] 步骤5:将60.0l水以125l/h的流速泵入第三个柱并且使来自柱3的流出物循环入柱1,且从第二个柱上收集残留级分。
[0113] 步骤6:以125l/h的流速使得用柱1、2和3形成的柱环路中的35.0l循环。
[0114] 步骤7:将46.0l水以125l/h的流速泵入第一个柱,并从第三个柱上收集残留级分。
[0115] 步骤8:将65.0l水泵入第一个柱并且以125l/h的流速从第三个柱上收集包含甘油和酸的级分。
[0116] 在系统平衡后,从该系统中抽取如下级分:来自柱1、2和3的残留级分、来自第三个柱的再循环级分、包含甘油和酸的来自柱3的级分和来自第三个柱的甜菜碱产物级分。包括用于合并级分的HPLC分析的结果如下表中所列。
[0117] 表E1-2
[0118]
[0119] 根据合并的残留物级分、包含甘油和酸的级分和甜菜碱级分计算的总甜菜碱收率为97.7%。在本试验中,W/F(水与进料)之比为3.9。当将残留级分、甜菜碱级分和包含甘油和酸的级分蒸发至60重量-%时,浓缩物除去量为57.7kg/kg甜菜碱。甜菜碱级分的颜色为158000ICUMSA。
[0120] 实施例2
[0121] 使用Na+形式的SAC和H+形式的WAC的组合的酒糟的色谱SMB分离
[0122] 该工艺设备包括串联的六个柱、进料泵、循环泵、洗脱水泵、热交换器、用于出口液体的流量控制装置和用于不同工艺流程的入口和产物阀门。前四个柱高为2m,最后两个柱为1.5m,且每个柱具有0.2m的直径(除外第一个0.21m)。给前四个具有254l总体积的柱+填充强酸型凝胶型Na 形式的阳离子交换树脂(Mitsubishi制造)。树脂的二乙烯基苯的含量为6.0%且树脂的平均粒度为0.2mm。给最后两个具有95l总体积的柱5和6填充弱+
酸型凝胶型H 形式的阳离子交换树脂(Finex制造)。树脂的二乙烯基苯的含量为8.0%且树脂的平均粒度为0.43mm。
[0123] 在分离前,用水稀释酒糟液体至约45重量%并且用Scepter0.1μm膜进行微孔过滤。使用NaOH将pH调整至6.0,然后使用硅藻土作为助滤剂预涂布过滤酒糟。预涂布的量2
为1kg/m,整体进料量为基于DS的0.5%,温度为80℃。进料由如下举出的成分构成,其中基于干物质重量给出百分比。
[0124] 表E2-1
[0125]
[0126] 通过如下举出的8步SMB顺序进行分级分离。分离的目的在于分离其中包含的甜菜碱和甘油。以80℃的温度使用进料和洗脱液并且将水用作洗脱液。
[0127] 步骤1:将7.0l进料溶液以63l/h的流速泵入第一个柱并且从第四个柱上收集再循环级分。同时使4.0l以35l/h的流速在用柱5和6形成的柱 环路中循环。
[0128] 步骤2:环路在全部柱上形成。将10.0l进料溶液以63l/h的流速泵入第一个柱,并且从第六个柱上收集甜菜碱级分。同时将富含甜菜碱和甘油的分离特性的部分的第一部分从SAC床的柱4转移至WAC床的柱5。
[0129] 步骤3:将13.0l进料溶液以63l/h的流速泵入第一个柱并且从同一柱上收集残留级分。同时将30.0l水以95l/h的流速泵入第二个柱并且从第三个柱上收集残留级分。此外,将25.0l水以80l/h的流速泵入第四个柱并且从最后一个柱上收集甜菜碱。同时将富含甜菜碱和甘油的分离特性的部分的第二部分从SAC床的柱4转移至WAC床的柱5。
[0130] 步骤4:将6.0l水以63l/h的流速泵入第二个柱并且使来自柱4的流出物循环入柱1,其中收集残留级分。同时在用柱5和6形成的柱环路中以55l/h的流速开始5.0l循环。
[0131] 步骤5:将11.0l以63l/h流速在用柱1、2、3和4形成的柱环路中循环,并且同时使6.0l在用柱5和6形成的柱环路中以35l/h的流速持续循环。
[0132] 步骤6:将6.0l水以63l/h的流速泵入第一个柱,并且从第四个柱上收集残留级分。同时将6.0l水以63l/h的流速泵入第五个柱,并且从最后一个柱上收集甜菜碱级分。
[0133] 步骤7:将20.0l水泵入第一个柱并且以63l/h的流速从第二个柱上收集残留级分。同时将20.0l水泵入第三个柱并且从第四个柱上以63l/h的流速收集残留级分,且同时将18.0l水泵入第五个柱并且以55l/h的流速从最后一个柱上收集甘油级分。
[0134] 步骤8:将10.0l水泵入第三个柱,其具有以63l/h的流速从第四个柱进入第一个柱的循环,且从第二个柱上收集残留级分。同时将10.0l水以63l/h的流速泵入第五个柱并且从最后一个柱上收集甘油级分。
[0135] WAC床的体积为95升。步骤2和3中柱4至柱5转移(从SAC床到WAC床)的转移级分(富含甜菜碱和甘油的部分分离特性)的体积为35l(37%的WAC床体积)。
[0136] 在系统平衡后,从该系统中抽取如下级分:来自柱1、2、3和4的残留级分、来自第四个柱的再循环级分和来自最后一个柱的甜菜碱和甘油产物级分。包括用于合并级分的HPLC分析的结果如下表中所列。
[0137] 表E2-2
[0138]
[0139] 根据这些级分计算的总甜菜碱收率为86.8%且甘油收率为84.5%。在本试验中,在不循环的情况下从系统中取出全部残留物,W/F(水与进料)之比为5.1。当将残留级分、甜菜碱和甘油级分蒸发至60重量%时,浓缩物除去量为103.1kg/kg甜菜碱。甜菜碱级分的颜色为13000ICUMSA。
[0140] 实施例3
[0141] 使用Na+形式的SAC和H+形式的WAC的组合-循环的甘油级分的酒糟的色谱SMB分离
[0142] 该工艺设备包括串联的六个柱、进料泵、循环泵、洗脱水泵、热交换器、用于出口液体的流量控制装置和用于不同工艺流程的入口和产物阀门。前四个柱高为2m且最后两个柱为1.5m,且每个柱具有0.2m的直径(除外第一个0.21m)。给前四个(具有254l总体积)+柱填充强酸型凝胶型Na 形式的阳离子交换树脂(Mitsubishi制造)。树脂的二乙烯基苯的含量为6.0%,且树脂的平均粒度为0.2mm。给最后两个(具有95l总体积,包含27%的+
分离系统总体积)柱5和6填充弱酸型凝胶型H 形式的阳离子交换 树脂(Finex制造)。
树脂的二乙烯基苯的含量为8.0%,且树脂的平均粒度为0.43mm。
[0143] 按照与实施例2中所述类似的方式预处理酒糟液体。进料由如下举出的成分构成,其中基于DS给出百分比。
[0144] 表E3-1
[0145]
[0146] 通过如下举出的10步SMB顺序进行分级分离。分离的目的在于分离甜菜碱并且使甘油再循环回SAC分离,以减少洗脱水消耗并且使得大部分甘油从残留级分中洗脱出来。进料和洗脱液的使用温度为80℃,且离子交换水用作洗脱液。
[0147] 步骤1:将7.0l进料溶液以65l/h的流速泵入第一个柱,并且从第四个柱上收集再循环级分。同时使4.0l以40l/h的流速在用柱5和6形成的柱环路中循环。
[0148] 步骤2:将10.0l进料溶液以65l/h的流速泵入第一个柱,并且从第六个柱上收集甜再循环级分。同时将富含甜菜碱和甘油的分离特性的部分的第一部分从SAC床的柱4转移至WAC床的柱5。
[0149] 步骤3:将9.0l进料溶液以65l/h的流速泵入第一个柱,并且从第三个柱上收集残留级分。同时将8.0l水以40l/h的流速泵入第四个柱,并且从最后一个柱上收集甜菜碱级分。同时将富含甜菜碱和甘油的分离特性的部分的第二部分从SAC床的柱4转移至WAC床(柱5)。
[0150] 步骤4:在该步骤过程中保持在第一个柱上。将8.0l进料溶液以65l/h 的流速泵入第二个柱,并且从第三个柱上收集残留级分。同时将4.0l水以65l/h的流速泵入第四个柱,并且从最后一个柱上收集甜菜碱级分。同时将富含甜菜碱和甘油的分离特性部分的一部分从SAC床的柱4转移至WAC床的柱5。
[0151] 步骤5:将4.0l进料溶液以40l/h的流速泵入第一个柱,并且从同一柱上收集残留级分。同时将13.0l水泵入第二个柱,并且从最后一个柱上收集甜菜碱级分。同时将富含甜菜碱和甘油的分离特性部分的一部分从SAC床的柱4转移至WAC床的柱5。
[0152] 步骤6:将6.0l水泵入第二个柱,其具有以65l/h的流速从第四个柱进入第一个柱的循环环路,并且从第一个柱上收集残留级分。同时以55l/h的流速在使用柱5和6形成的柱环路中开始5.0l循环。
[0153] 步骤7:以65l/h的流速将11.0l在用柱1、2、3和4形成的柱环路中循环,同时以35l/h的流速使6.0l在使用柱5和6形成的柱环路中持续循环。
[0154] 步骤8:将6.0l水以65l/h的流速泵入第五个柱,并且使甘油级分作为替代洗脱液从柱6循环至柱1,并且从第四个柱上收集残留级分。
[0155] 步骤9:将20.0l水以65l/h的流速泵入第五个柱,并且使甘油级分作为替代洗脱液从柱6循环至柱1,并且从第二个柱上收集残留级分。同时将20.0l水泵入第三个柱,并且以65l/h的流速从第四个柱上收集残留级分。
[0156] 步骤10:将10.0l水以65l/h的流速泵入第五个柱,并且使甘油级分作为替代洗脱液从柱6循环至柱3,且使来自柱4的流出物循环入柱1,并且从第二个柱上收集残留级分。
[0157] WAC床的体积为95升。步骤2、3、4和5中柱4至柱5转移(从SAC床到WAC床)的转移级分(富含甜菜碱和甘油的分离特性的部分)的体积为35l(37%的WAC床体积)。
[0158] 在系统平衡后,从该系统中抽取如下级分:来自柱1、2、3和4的残留级分、来自第四个柱的再循环级分和来自最后一个柱的甜菜碱产物级分。 包括用于合并级分的HPLC分析的结果如下表中所列。
[0159] 表E3-2
[0160]
[0161] 根据这些级分计算的总甜菜碱收率为80.0%。将来自WAC树脂床的甘油级分与盐一起导入进料(步骤8和9)与在残留级分中抽取的分布(步骤10)之间的柱。抽取残留级分中的约60%的甘油(根据表E3-2的级分计算),并且抽取再循环级分中的35%的甘油。将约95%的进料的甘油一起从SMB系统的SAC柱中抽出。进一步减少残留级分的体积并且通过使部分残留级分从柱1和3循环增加干燥固体含量,以使它们与下列性质的残留级分一起洗脱。仅从该系统中抽出残留和甜菜碱级分,并且W/F(水与进料)之比为3.2。当将残留和甜菜碱级分蒸发至60重量%时,浓缩物除去量为81.4kg/kg甜菜碱。当与实施例2中所述的不使用甘油级分作为洗脱剂循环的试验相比时,蒸发需求减少了21%。
[0162] 实施例4
[0163] 使用两种单独的色谱分离的对比例
[0164] A.使用SAC Na+-形式的酒糟的色谱SMB分离
[0165] 该工艺设备包括串联的四个柱、进料泵、循环泵、洗脱水泵、热交换器、用于出口液体的流量控制装置和用于不同工艺流程的入口和产物阀门。每个柱高为2.0m,且每个柱具+有0.2m的直径(除外第一个0.21m)。给柱填充强酸型凝胶型Na 形式的阳离子交换树脂(Finex制造)。树脂的二乙烯 基苯的含量为7.5%且树脂的平均粒度为0.328mm。
[0166] 在分离前,用水稀释酒糟液体至约40-45重量%并且用Scepter0.1μm膜进行微孔过滤。使用32w%NaOH将酒糟液体的pH调整至6.3,进一步使用Seitz压滤器过滤。将进料溶液的浓度调整至34g/100ml。进料由如下举出的成分构成,其中基于DS给出百分比。
[0167] 表E4-1
[0168]
[0169] 通过如下举出的9步SMB顺序进行分级分离。分离的目的在于在减少水消耗量的情况下从大部分盐中分离甜菜碱和甘油和其他化合物。进料和洗脱液的使用温度为80℃,且将离子交换水用作洗脱液。
[0170] 步骤1:该步骤不使用。
[0171] 步骤2:将4.7l进料溶液以63l/h的流速泵入第一个柱,并且从第三个柱上收集洗脱液替代物级分。同时将2.5l的水以35l/h的流速泵入最后一个柱,并且从最后一个柱上收集甜菜碱-甘油级分。
[0172] 步骤3:将15.0l进料溶液以63l/h的流速泵入第一个柱,并且从同一柱上收集残留级分。同时将10.5l水以44l/h的流速泵入第二个柱,并且从最后一个柱上收集甜菜碱-甘油级分。
[0173] 步骤4:将10.7l进料溶液以63l/h的流速泵入第一个柱,并且从最后一个柱上收集甜菜碱-甘油级分。
[0174] 步骤5:将9.3l在用柱1、2、3和4形成的环路中以63l/h的流速循环。
[0175] 步骤6:将14.0l在用柱1和2形成的环路中以63l/h的流速循环。同时将14.0l水以63l/h的流速泵入第三个柱,并且从最后一个柱上收集残 留级分。
[0176] 步骤7:将如步骤2中所述从柱3中收集的4.7l洗脱液替代物级分以63l/h的流速泵入第一个柱,并且从第二个柱上收集残留级分。同时将6.0l水以80l/h的流速泵入第三个柱,并且从最后一个柱上收集残留级分。
[0177] 步骤8:将4.0l水以63l/h的流速泵入第一个柱,并且从第二个柱上收集残留级分。同时将4.0l水以63l/h的流速泵入第三个柱,并且从最后一个柱上收集残留级分。
[0178] 步骤9:将21.0l在用柱1、2、3和4形成的环路中以63l/h的流速循环。
[0179] 在系统平衡后,从该系统中抽取如下级分:来自柱1、2和4的残留级分、来自第三个柱的洗脱液替代物级分和来自最后一个柱的包含甘油的甜菜碱产物级分。包括用于合并级分的HPLC分析的结果如下表中所列。
[0180] 表E4-2
[0181]
[0182] 根据这些产物级分计算的总甜菜碱收率为97.9%,且甜菜碱-甘油级分的颜色为29100ICUMSA。仅从该系统中抽出残留和甜菜碱级分,并且W/F(水与进料)之比为1.35。
当将残留级分蒸发至60重量%且将甜菜碱-甘油级分蒸发至30重量%时,浓缩物除去量为35.6kg/kg甜菜碱。
[0183] B.使用Na+形式的WAC的甜菜碱-甘油级分的色谱分批分离
[0184] 该工艺设备包括实验室规模的分批柱,其配有加热套、进料和洗脱水 罐、流出泵、恒温水浴、用于出口液体的流量控制装置和用于进料和洗脱水的入口阀门。树脂床高为+1.5m,且柱直径为0.093m。给该柱填充弱酸凝胶型Na 形式的阳离子交换树脂(Finex制造)。树脂的二乙烯基苯含量为8.0%,且树脂的平均粒度为0.28mm。
[0185] 根据实施例4A得到的甜菜碱-甘油级分用作进料溶液。将进料溶液和洗脱水的pH调整至pH9并且在分离前过滤。流速为2.94l/h且进料量为0.9l。进料由如下举出的成分构成,其中基于干物质重量给出百分比。
[0186] 表E4-3
[0187]
[0188] 分离的目的在于分离其中包含的甜菜碱和其他化合物。进料和洗脱液的使用温度为80℃,且水用作洗脱液。
[0189] 在系统平衡后,间隔3分钟收集特性样品,并且通过HPLC分析样品组成。然后将分离特性分成如下级分:残留级分、甘油级分和甜菜碱产物级分。包括用于计算的合并级分的HPLC分析的结果如下所列。
[0190] 表E4-4
[0191]+
[0192] 从残留级分、甘油级分和甜菜碱级分计算的总甜菜碱收率为91.3%。在WAC Na试验中,W/F(水与进料)之比为3.9。当将残留甜菜碱和甘油级 分蒸发至60重量%时,浓缩物除去量为34.3kg/kg甜菜碱。甜菜碱级分的颜色为5600ICUMSA。
[0193] 这两步分离法中计算的总甜菜碱收率为89.4%,且W/F之比为2.5。当蒸发需要在分离步骤之间进行且最终计算时,总浓缩物除去量为69.9kg/kg甜菜碱。
[0194] 实施例5+ +
[0195] 使用SAC Na 和WAC Na 组合的酒糟的色谱SMB分离
[0196] 该工艺设备包括串联的六个柱、进料泵、循环泵、洗脱水泵、三个中断罐、热交换器、用于出口液体的流量控制装置和用于不同工艺流程的入口和产物阀门。在1号中断罐中使用NaOH调整pH并且目标值为9.0。全部柱中的树脂床高均为2.0m,且每个柱具有0.2m+的直径和63l体积(除外第一个0.21m,体积69l)。给前四个柱填充强酸型凝胶型Na 形式的阳离子交换树脂(Finex制造)。树脂的二乙烯基苯的含量为7%,且树脂的平均粒度+
为0.33mm。给最后两个柱5和6填充弱酸型凝胶型Na 形式的阳离子交换树脂(Finex制造)。树脂的二乙烯基苯的含量为8%且树脂的平均粒度为0.31mm。
[0197] 在分离前,用水稀释酒糟并且用Scepter0.1μm膜进行微孔过滤。使用NaOH将2
pH调整至6.3,然后使用硅藻土作为助滤剂预涂布过滤。预涂布量为1kg/m,基于溶解固体(DS)的整体量为为1.0%,温度为80℃。进料组成如表E5-1中所示,其中基于DS给出百分比。
[0198] 表E5-1
[0199]
[0200] 分级分离是如下举出的8步SMB顺序。色谱分离的目的在于在减少洗脱水消耗量的情况下从酒糟中分离甜菜碱。可以通过使选择的级分从一个柱循环回另一个柱实现洗脱水使用的减少。在本实施例中,通过使级分从WAC柱循环入SAC柱(之间有中断罐)达到最大效益。进料和洗脱液的使用温度为80℃且离子交换水用作洗脱液。
[0201] 步骤1:将4.7l进料溶液以63l/h的流速泵入第一个柱,并且从第三个柱上收集残留级分。同时将1.5l水以40l/h的流速泵入第四个柱,并且将出口的级分(转移级分)收集入1号中断罐,其用作SAC柱到WAC柱(柱5和6)的进料罐。同时将来自2号中断罐的5.1l富含甜菜碱-甘油的级分以68l/h的流速泵入第五个柱,并且从第六个柱上收集甜菜碱级分。
[0202] 步骤2:将15.0l进料溶液以63l/h的流速泵入第一个柱,并且从同一柱上收集残留级分。同时将10.5l水以44l/h的流速泵入第二个柱,并且将出口的级分(转移级分)从第四个柱收集入1号中断罐。此外,将2.2l替代洗脱液级分从2号中断罐以10l/h的流速泵入第五个柱,并且将WAC再循环级分从第六个柱收集至2号中断罐。
[0203] 步骤3:将10.7l进料溶液以63l/h的流速泵入第一个柱,并且将来自第四个柱的出口的级分(转移级分)收集入1号中断罐。同时将5.1l水以30l/h的流速泵入第五个柱,并且将富含甜菜碱-甘油的级分从第六个柱收集入2号中断罐。
[0204] 步骤4:使11.3l以63l/h的流速在柱1-4形成的柱环路中循环。此外将20.1l水以112l/h的流速泵入第五个柱,并且将富含甘油的级分从第六个柱收集入3号中断罐。
[0205] 步骤5:以63l/h的流速开始柱1和2形成的柱环路中的5.4l循环。同时将第一部分富含甘油的级分即来自3号中断罐的9.0l作为洗脱液泵入第三个柱,并且从第四个柱上收集残留级分。此外,将0.6l水以7.0l/h的流速泵至第五个柱,并且从第六个柱上收集残留级分。
[0206] 步骤6:使以63l/h的流速在柱1和2形成的柱环路中的6.6l持续循环。同时将其余的富含甘油的级分以105l/h的流速从3号中断罐泵入第三个柱,并且从第四个柱上收集残留级分。柱5和6中无流动。
[0207] 步骤7:将8.7l水以63l/h的流速泵入第一个柱,并且以63l/h的流速从第二个柱上收集残留级分。同时将5.4l水泵入第三个柱,并且以39l/h的流速从第四个柱上收集残留级分。此外,将来自1号中断罐的3.8l转移级分泵至第五个柱,并且以27l/h的流速从最后一个柱上收集残留级分。
[0208] 步骤8:使20.0l以63l/h的流速在柱1-4形成的柱环路中循环。同时将来自1号中断罐的转移级分18.9l泵至第五个柱,并且以59l/h的流速从最后一个柱上收集甜菜碱级分。
[0209] WAC床的体积为分离系统总树脂床体积的33%(126升)。从步骤1、2和3中的SAC床柱4中收集的转移级分(富含甜菜碱和甘油的分离特性的部分)的体积为22.7升。在将pH调整至9后,在步骤7和8中将这种转移级导入柱5。转移级分的体积为WAC床体积的18%。
[0210] 系统平衡后,从系统中抽出如下级分:来自柱1、2、3、4和6的残留级分和富含甘油的级分、来自WAC床的甜菜碱-甘油级分和来自最后一个柱的替代洗脱液和甜菜碱级分。包括用于合并级分的HPLC分析的结果如下表中所列。
[0211] 表E5-2
[0212]
[0213] 从SAC柱上的残留级分中洗脱约90%的甘油(基于抽出的级分计算)。从这些级分中计算的总甜菜碱收率为82.5%。当将甜菜碱级分蒸发至60重量-%时,浓缩物除去量为43.0kg/kg甜菜碱。仅从系统中得到残留和甜菜碱级分,W/F(水:进料vol/vol)之比为1.7。
[0214] 本领域技术人员显而易见,作为技术进展,本发明的构思可以以各种方式实施。本发明及其实施方案不限于上述实施例,而在权利要求的范围内可变。
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