DE69833006T2 - Verfahren zur reinigung von nährstoffe aus nahrungsprozessströmen - Google Patents

Verfahren zur reinigung von nährstoffe aus nahrungsprozessströmen Download PDF

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trennverfahren, welches beim Reinigen biologischer Moleküle eines Nahrungsmittelverarbeitungsstromes verwendbar ist.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die Nahrungsmittelindustrie, insbesondere die Milch und Zucker veredelnde Industrie, erzeugt beträchtliche Mengen wäßriger Nebenproduktlösungen und -extrakte (Verfahrensströme), welche ein ernsthaftes Abfallentsorgungsproblem darstellen können, welche aber auch eine reiche Quelle an Nährstoffen wie beispielsweise Zuckern, Proteinen, Peptiden, Mineralien, Vitaminen etc. darstellen. Indem die wertvollen Nährstoffe vor der Entsorgung aus den wäßrigen Verfahrensströmen extrahiert werden, kann die Umweltbelastung derartiger Abfälle vermindert werden.
  • Verfahren zum Extrahieren von Zuckern aus wäßrigen Nahrungsmittelverarbeitungsströmen oder -extrakten, basierend auf chromatographischen Trennverfahren, wurden für Rohrzuckermelassen, Gesamtmolke (whole whey), Milch und Laktosemolassen etc. beschrieben. Die Verfahren, die von chromatographischen Verfahren Gebrauch machen, insbesondere von der Ionenausschlußchromatographie, haben den Nachteil, daß sie nicht in der Lage sind, in der Gegenwart von zweiwertigen Kationen die Spitzen (peaks) von ionischen Materialien klar von nicht-ionischen Materialien zu trennen. Das Verfahren umfaßt, zumindest zum Teil, ein Unterwerfen des Verfahrenstroms einem Ionenausschlußchromatographieschnitt unter Verwendung einer Chromatographiesäule mit einem starken Kationenharz in der einwertigen Metallform. Wenn die in dem Verfahrensstrom enthaltenen Magnesium- und/oder Kalziumionen mit den einwertigen Metallionen auf dem Kationenharz austauschen, wird die Trennfähigkeit des Kationenharzes stufenweise vermindert. Dieses bedingt eine periodische Unterbrechung des Reinigungsverfahrens, um das Kationenaustauscherharz zu regenerieren, was wiederum einen Verbrauch von Regenerationsmitteln mit sich bringt, was zu der Erzeugung von weiterem, zu entsorgendem Abfallmaterial und der Verminderung der Produktivität des Verfahrens führt.
  • Ein Verfahren, welches für die Verarbeitung von Molassen aus einer Zuckerfabrik entwickelt wurde, umfaßt eine mit Natrium- und/oder Kaliumionen beladene Ionentauscher-Vorsäule, welche zum Entfernen von Kalzium- und/oder Magnesiumsalzen aus den Molassen entwickelt wurde, bevor diese einer weiteren chromatographischen Trennung zum Reinigen des gewünschten Zukkers unterworfen werden. Bei diesem Verfahren wird die Vorsäule, welche nach einer Zeit mit Kalzium- und Magnesiumionen gesättigt ist und somit ihre Wirksamkeit verliert, mit einwertigen Metallionen „neu beladen" oder regeneriert, indem die Vorsäule mit der Fraktion einwertiger Ionen, welche von der Chromographiesäule erhalten wurde, regeneriert wurde.
  • Jedoch können die Reinigungsverfahren, welche auf einen bestimmten Verfahrensstrom anwendbar sind, nicht einfach für die Verwendung bei Verfahrensströmen angepaßt werden, die ihren Ursprung in einer anderen Industrie haben. Somit kann ein Verfahren, welches für die Reinigung von Zuckern aus beispielsweise Molassen einer Zuckerfabrik entwickelt wurde, nicht zum Reinigen von Zuckern aus beispielsweise Milchverarbeitungsströmen angepaßt werden, und zwar aufgrund der Unterschiede in der Natur und dem Gehalt der in den Verfahrensströmen enthaltenen anderen organischen und anorganischen Moleküle. Beispielsweise wurde gefunden, daß die Fraktion einwertiger Ionen, die bei der chromatographischen Trennung von Verfahrensströmen mit einem hohen Gehalt an Phosphat erhalten wird, mit Kalzium in der Vorsäule reagiert und ausfällt und somit die Säule blockiert und ihre Effizienz vermindert, wenn diese Fraktion zum Regenerieren der Vorsäule verwendet wird. AU-B-64676/94 beschreibt ein Verfahren zum Enthärten von zuckerhaltigen wäßrigen Lösungen. WO-A-95/30482 beschreibt ein Verfahren für die Demineralisation einer Flüssigkeit, welche gelöste organische Substanzen und Salze enthält.
  • Daher besteht ein Bedarf an einem chromatographischen Verfahren zum Isolieren von wertvollen Nährstoffen und Mineralien, welches allgemein auf Nahrungsmittelverarbeitungströme anwendbar ist und welches nicht die oben genannten Nachteile aufweist.
  • Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einige der Nachteile des oben beschriebenen Standes der Technik zu überwinden oder zumindest zu verbessern oder eine verwendbare Alternative zur Verfügung zu stellen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Trennverfahren bereitgestellt, umfassend die Schritte, daß:
    • (a) eine einen Nährstoff und bivalente Ionen enthaltende wäßrige Lösung mit einem monovalente Ionen enthaltenden Ionenaustauscherharz in Kontakt gebracht wird, bis die Konzentration von bivalenten Ionen in der wäßrigen Lösung im Vergleich zu der Anfangskonzentration der bivalenten Ionen in der wäßrigen Lösung abgereichert worden ist, und das Eluat gesammelt wird;
    • (b) das Eluat aus dem Schritt (a) einer Nanofiltration unterzogen wird, die in der Lage ist, monovalente Ionen abzutrennen, so daß eine Permeatfraktion mit monovalenten Ionen und eine Retentatfraktion mit dem Nährstoff gewonnen wird;
    • (c) die Retentatfraktion aus dem Schritt (b) durch einen Ionenausschlußschritt auf einem Ionenausschlußharz in Fraktionen aufgetrennt wird, wobei wenigstens eine der Fraktionen den Hauptanteil des Nährstoffs enthält;
    • (d) der Ionenaustauschharz im Schritt (a) regeneriert wird, indem der Ionenaustauschharz mit einer die Permeatfraktion aus dem Schritt (b) enthaltenden Lösung in Kontakt gebracht wird, bis ein Hauptanteil von bivalenten Ionen in dem Ionenaustauschharz durch monovalente Ionen ersetzt worden ist.
  • Die divalenten Ionen können primär Kalzium- und oder Magnesium und die monovalenten Ionen können primär Natrium und/oder Kalium sein.
  • Es ist ersichtlich, daß mehr als eine Fraktion im Schritt (c) des Verfahrens interessierende Nährstoffe enthalten kann, welche durch das Verfahren isoliert und gereinigt werden können. Ferner ist eine der Fraktionen im Schritt (c) vorzugs weise ionisch und kann ionische Nährstoffe wie beispielsweise Mineralien enthalten, wohingegen die andere vorzugsweise nicht ionisch ist und nicht-ionische Nährstoffe wie beispielsweise Zucker enthalten kann.
  • Es ist ersichtlich, daß bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung eine Nanofiltration der wäßrigen Lösung vor Schritt (a) durchgeführt werden kann und das Nanofiltrationspermeat anschließend verwendet werden kann, um das im Schritt (a) verwendete Ionenaustauschharz zu regenerieren.
  • Wahlweise kann eine Anzahl zusätzlicher Trenn- und Reinigungsschritte bei dem Verfahren verwendet werden, wie es beispielsweise in den 1 bis 4 dargestellt ist.
  • Die mit dem Verfahren bis zu einem sehr hohen Reinheitsgrad extrahierbaren Nährstoffe sind Kohlenhydrate (einschließlich Zuckern), Vitamine, Peptide, Proteine, Mineralien und ähnliches.
  • Bevorzugte, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbare Zuführungsströme sind Milchverarbeitungsströme, welche Laktose und Mineralien wie beispielsweise Süßkäsemolkepermeat, Sauermolkepermeat, Milchpermeat und Mutterlauge von einem Laktosekristallisationsprozeß enthalten.
  • Andere Zucker und Mineralien enthaltende Zuführungsströme, welche ebenfalls verwendet werden können, sind Zuckerrüben- und Rohrzuckerextrakte, Rüben- und Zuckerrohrmolassen, hydrolisierte Stärke und ähnliches. Ferner können verschiedene Extrakte von Pflanzen einschließlich Frucht- und Gemüsesäfte, Extrakte von Tierprodukten oder Extrakte mikrobiologischen Ursprungs einschließlich Fermentationsprodukte mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.
  • Geringfügige Variationen und Anpassungen des Verfahrens, welche für die Reinigung eines gewünschten Nährstoffes aus verschiedenen Nahrungsmittelverarbeitungsströmen notwendig sein können, wären dem Fachmann anhand der in der vorliegenden Beschreibung zur Verfügung gestellten Lehre offensichtlich.
  • Sofern der Kontext nichts anderes erfordert, sind die Worte „aufweisen" und ähnliche in der Beschreibung und den folgenden Ansprüchen in einem einschließenden Sinngehalt verwendet, d.h. als „einschließlich aber nicht begrenzt auf".
  • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun genauer lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beschrieben, wobei:
  • 1 ein Reinigungsschema für Molke zeigt, welches einen Ionenaustauscher-, einen Nanofiltrations- und dann den Ionenchromatographieschritt verwendet.
  • 2 zeigt ein Reinigungsschema, welches einen Niederschlags-, einen Ionenaustauscher- und anschließend einen Nanofiltrationsaustauscherschritt vor dem Ionenchromatographieschritt verwendet.
  • 3 zeigt ein Reinigungsschema, welches einen Nanofiltrations-, einen Niederschlags- und anschließend einen Ionenaustauscher- vor dem Ionenchromatographieschritt verwendet.
  • 4 zeigt ein Reinigungsschema, welches einen Ionenaustauscher-, einen Nanofiltrations- und anschließend einen Niederschlags- vor dem Ionenchromatographieschritt verwendet.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Es wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, welches die Ionenchromatographie-Technologie zum Separieren der Komponenten eines wäßrigen Nahrungsmittelverarbweitungsstromes oder -extraktes verwendet. Dieses Verfahren verwendet Membranen, einen Ionenaustauscher und einen Ionenausschluß, um wäßrige Nahrungsmittelextrakte in Zucker, Mineralien und anderen Spurennährstoffe, wie beispielsweise Vitamine und Peptide, zu fraktionieren. Der mit dem Verfahren erhaltene Zucker kann zu hochreinem Zucker kristallisiert werden oder kann einer weiteren Verarbeitung wie beispielsweise einer chemisch enzymatischen und physikalischen Modifikation unterworfen werden, um beispielsweise hydrolisierten Laktosesirup, Laktulose, Laktitol, Laktobionsäure, Oligosaccharide oder andere Laktosederivate herzustellen, während die Mineral-, Peptid- und Vitaminkomponenten als Nährstoff- und Funk tionalnahrungsmittelbestandteile (nutritional and functional food ungedients) verwendet werden können.
  • Die vorliegende Erfindung verbessert die Effizienz der Ionenausschlußtrennung und verbessert somit die Ausbeute des gewünschten Nährstoffes, zum Beispiel hochreinen Zucker.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Ionenausschlußharz in der monovalenten Form verwendet, beispielsweise K+ und/oder Na+, und zwar wie es von dem Nanofiltrationspermeat erhalten wird. Dies gewährleistet eine deutlich bessere Trennung als sie erhalten werden kann, wenn das Harz mit Mineralmischungen ausgeglichen wird, die divalente Kationen wie beispielsweise Ca2+ und Mg2+ enthalten.
  • Eine mit einem Ionenaustauscherharz gepackte Vorsäule wird zum Absorbieren der bivalenten Kationen aus dem wäßrigen Nahrungsmittelverarbeitungsstrom vor der Aufbringung auf die Ionenausschlußsäule verwendet. Die Vorsäule wird anschließend mit einer Lösung regeneriert, welche die von dem Permeat von dem Nanofilter gesammelten monovalenten Ionen enthält.
  • Die 1 bis 4 zeigen Variationen des Reinigungsschemas für Molke, welche bei einigen Ausführungsbeispielen eine optionale Abscheidungsvorbehandlung verwenden. Die Abfolge der Vorbehandlungsschritte Abscheidung, Ionenaustausch und Nanofiltration kann in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Zuführung zu den Ionenchromatographieverfahren umgestaltet werden, wie es in den Beispielen gezeigt ist.
  • BEISPIELE
  • Beispiel 1: Reinigungsschema für Käsemolkepermeat
  • Vorbehandlung von ultrafiltriertem Käsemolkepermeat
  • Es wird Bezug genommen auf 1. Das ultrafiltrierte Käsemolkepermeat wird einer mit einem Kationenaustauscherharz gepackten Vorsäule zugeführt, welche zum Absorbieren der divalenten Kationen aus dem Molkepermeat mit monovalenten Kationen balanciert ist. Das Produkt dieser Behandlung wird dann durch Nanofiltration auf eine Konzentration zwischen 5 und 30°Brix, vorzugsweise aber in dem Bereich von 15 bis 25°Brix, gebracht. Das monovalente Ionen enthaltende Nanofilterpermeat wird für eine Wiederverwendung bei einer anderen Stufe des Verfahrens gesammelt. Diese Option soll als Vorbehandlung 1 bezeichnet sein.
  • Abhängig von der Zusammensetzung des Molkepermeats kann es notwendig sein, einen Ausfällungsschritt durchzuführen, wie es in 2 gezeigt ist. Das ultrafiltrierte Käsemolkepermeat wird unter Verwendung von Alkali oder einem Alkalisalz eines monovalenten Metalls, wie beispielsweise Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumcarbonat oder Natriumcarbonat etc., auf einen pH-Wert von 5,8 oder größer eingestellt, und anschließend mit einer Halteperiode (von oder mehr als 15 Sekunden) zum Fördern einer Bildung eines Ausfalls auf 50 bis 80°C erhitzt. Die Molkepermeatsuspension wird zum Entfernen des Niederschlages gereinigt, welcher unter anderem Kalzium und Phosphat enthält. Das gereinigte Molkepermeat wird anschließend einer mit einem Kationenaustauscherharz gefüllten Säule zugeführt, welche zum Absorbieren der bivalenten Kationen von dem Molkepermeat mit monovalenten Kationen balanciert ist. Das Produkt dieser Behandlung wird anschließend durch Nanofiltration auf eine Konzentration zwischen 5 und 30°Brix, aber vorzugsweise in dem Bereich von 15 bis 25°Brix, gebracht. Das monovalente Ionen enthaltende Nanofilterpermeat wird für eine Wiederverwendung bei einer anderen Stufe des Verfahrens gesammelt. Diese Option soll als Vorbehandlung 2 bezeichnet sein.
  • Die Abfolge der Vorbehandlungsschritte Ausfällen, Nanofiltration und Ionenaustausch kann zum Erzeugen ähnlicher Resultate umgeordnet werden, und kann gewählt werden, um der Zusammensetzung der Molkepermeatzuführung zu genügen. Der Ausfällungsschritt kann beispielsweise ausgeführt werden bei: dem Molkepermeat (siehe 2), dem Retentat des nanofiltrierten Molkepermeats vor dem Ionenaustauscher (siehe 3) oder dem Retentat des ionenausgetauschten nanofiltrierten Molkepermeats (siehe 4).
  • Es wird Bezug genommen auf 3. Das Molkepermeat wird durch Nanofiltration auf eine Konzentration zwischen 5 und 30°Brix, aber vorzugsweise in dem Bereich von 15 bis 25°Brix, gebracht. Das monovalente Ionen enthaltende Nanofilterpermeat wird für eine Wiederverwendung bei einer anderen Stufe in dem Verfahren gesammelt. Das Retentat des nanofiltrierten Molkepermeats (5 bis 30°Brix) wird unter Verwendung von Alkali oder einem Alkalisalz eines monovalenten Metalls, wie beispielsweise Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumcarbonat oder Natriumcarbonat etc., auf einen pH-Wert von 5,8 oder mehr eingestellt und anschließend mit einer Halteperiode (gleich oder mehr 15 Sekunden) zum Fördern einer Bildung eines Niederschlages auf 50–80°C erhitzt. Die Molkepermeatsuspension wird zum Entfernen des Niederschlages gereinigt, welcher unter anderem Kalzium und Phosphat enthält. Das resultierende gereinigte Retentat des nanofiltrierten Molkepermeats wird dann einer mit einem geeigneten Kationenaustauscherharz gepackten Vorsäule zugeführt, welche mit monovalenten Kationen balanciert ist, um die verbleibenden bivalenten Kationen aus dem Retentat zu absorbieren. Nachfolgend soll diese Option als Vorbehandlung 3 bezeichnet sein.
  • Es wird Bezug genommen auf 4. Das ultrafiltrierte Käsemolkepermeat wird einer mit einem Kationenaustauscherharz gepackten Vorsäule zugeführt, welche mit monovalenten Kationen balanciert ist, um die bivalenten Kationen aus dem Molkepermeat zu absorbieren. Das Produkt dieser Behandlung wird anschließend durch Nanofiltration auf eine Konzentration zwischen 5 und 30°Brix, aber vorzugsweise in dem Bereich von 15 bis 25°Brix, gebracht. Das monovalente Ionen enthaltende Nanofilterpermeat wird für eine Wiederverwendung bei einer andern Stufe des Verfahrens gesammelt. Das Retentat von dem nanofiltrierten Mokepermeat (5–30°Brix) wird unter Verwendung von Alkali oder einem Alkalisalz eines monovalenten Metalls, wie beispielsweise Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumcarbonat oder Natriumcarbonat etc., auf einen pH-Wertvon 5,8 oder größer eingestellt, und anschließend mit einer Halteperiode (gleich oder mehr 15 Sekunden) zum Fördern einer Bildung eines Niederschlages auf 50 bis 80°C erhitzt. Die Molkepermeatsuspension wird zum Entfernen eines Niederschlags gereinigt, welcher unter anderem Phosphat enthält. Hiernach soll diese Option als Vorbehandlung 4 bezeichnet sein.
  • Regeneration des Ionentauscherharzes und Reinigung von Laktose
  • Das Nanofiltrationspermeat mit bei einer der Vorbehandlungen gesammelten monovalenten Ionen wird auf 3 bis 30°Brix konzentriert. Diese monovalente Lauge wird zum Regenerieren der Ionentauscher-Vorsäule verwendet, indem die zweiwertigen Ionen desorbiert werden, die sich auf dem Harz durch Ionenaustausch der Molkepermeate (1), (2), (3) oder (4) angesammelt haben. Die verbrauchte Regenerationslauge kann, abhängig von den Erfordernissen des Verfahrens, recycelt, angereichert und recycelt oder für eine Verwendung als ein Nahrungsmittelzusatz gesammelt werden. Das Recycling der Lauge kann mit einer Anzahl von Verfahren durchgeführt werden, welche alle bekannt sind und welche beispielsweise in „Ionenaustauscher" (Editor Konrad Dorfner, Walter de Gruyter, New York, 1991) beschrieben sind.
  • Ionenausschlußreinigung von vorbehandelter Molke
  • Die Laktose, monovalente Kationen, Anionen, Peptide und Vitamine enthaltenden vorbehandelten Molkepermeate mit 5–30°Brix aus (1), (2), (3) oder (4) können durch Eindampfen auf einen beliebigen Feststoffgehalt von bis zu 60°Brix aufkonzentriert werden.
  • Das vorbehandelte Molkepermeat mit 5–60°Brix wird einer Säule bzw. Säulen zugeführt, welche mit einem für einen Ionenanschluß geeigneten Kationenaustauscherharz beladen ist bzw. sind. Das Harz wurde mit einer Mischung von monovalenten Ionen, welche üblicherweise in dem Nanofiltrationspermeat von Molke vorliegen, equilibriert. Die injizierten Aliquote von konzentriertem vorbehandeltem Molkepermeat werden mit Wasser über die Säule bzw. Säulen eluiert, um die ionischen (Mineralien und Peptide) von den nicht-ionischen (Laktose) Komponenten zu trennen.
  • Das Verfahrenswasser für das Ionenausschlußverfahren kann von dem RO-Permeat erhalten werden oder kann Verdampferkondensat sein.
  • Sollte eine Zwischenfraktion mit einer Mischung aus ionischen und nicht-ionischen Komponenten vorliegen, wird diese zu dem vorbehandelten Molkepermeat zum Aufkonzentrieren und Recyceln mit dem Ionenausschlußverfahren zurückgeführt.
  • Gereinigte Molkekomponenten
  • Die ionischen Komponenten werden von dem ersten Elutionspeak gesammelt. Die ionischen Komponenten weisen gelöste Salze des Kaliums und des Natriums, Phosphate, Citrate und Laktate und kleine ionische Peptide auf. Diese Mischung wäre für eine Verwendung als natürliche Salzalternative geeignet, mit Anwendungen bei Fleisch- und Milchprodukten und Nährstoffzubereitungen.
  • Die gereinigte Laktose wird von dem zweiten Elutionspeak gesammelt. Die gereinigte Laktose kann konzentriert, kristallisiert oder sprühgetrocknet werden, um α- und/oder β-Laktose zu erhalten. Wahlweise kann die gereinigte Laktoselösung einer weiteren Verarbeitung, wie beispielsweise chemischen, enzymatischen und physikalischen Modifikationen, unterzogen werden, um beispielsweise hydrolisierten Laktosesirup, Laktulose, Laktitol, Laktobionsäure, Oligosaccharide oder andere Laktosederivate zu erhalten.
  • Die Herstellung einer reinen Laktoselösung aus Molke mit dem vorliegenden Prozeß ermöglicht:
    • • Laktose mit pharmazeutischer Reinheit (weniger als 0,1% Rückstand) durch eine einzige Kristallisation
    • • Bessere Kontrolle über Kristallisationsprozesse, infolgedessen Kontrolle über eine Kristallgrößenverteilungs- und Schüttdichte-Charakteristika
    • • Daß gereinigte Laktose von der Ionenausschlußsäule zum Herstellen von zerkleinerbarer und tablettierbarer Laktose vorkristallisiert und sprühgetrocknet werden kann
    • • Daß gereinigte Laktoselösungen zum Herstellen von reinen süßenden Sirups hydrolisiert werden können.
    • • Daß gereinigte Laktoselösungen in Laktosederivate wie beispielsweise Laktulose, Laktitol, Laktobionsäure oder Oligosaccharide umgewandelt werden können.
  • Beispiel 2: Verfahrensvariation
  • Die Vorsäule kann auch in das Ionenausschlußverfahren integriert werden, wenn die Vorbehandlungsoption 3 verwendet wird. Die erste Säule der Serie kann zum Absorbieren der zweiwertigen Ionen verwendet werden, anschließend kann die Zuführung direkt auf die Serien von Ionenausschlußsäulen zum Trennen der Mineralien und Laktose geführt werden. Die zweiwertigen Ionen auf der ersten Säule der Serien werden mit den konzentrierten Mineralien von dem Nanofilter desorbiert, und während die erste Säule desorbiert/regeneriert wird, wird die nächste Säule in der Serie als die erste Säule für zweiwertige(n) Absorption/Ionenausschluß verwendet. Auf diese Weise wird jede der Säulen abwechselnd regeneriert, wodurch eine gute Trennung während verlängerter Läufe aufrechterhalten wird.
  • Verfahrenseinspeisungen
  • Übliche Einspeisungsströme, welche bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, sind Milchverarbeitungsströme mit Laktose und Mineralien, wie beispielsweise Süßkäsemolkepermeat, Sauermolkepermeat, Milchpermeat und Mutterlauge von einem Laktosekristallisationsprozeß.
  • Andere Einspeisungsströme enthalten Zucker und Mineralien einschließlich Zuckerrüben- und Rohrzuckersaft, Rüben- und Rohrzuckermelassen, hydrolisierter Stärke.
  • Verschiedene Extrakte von Pflanzen einschließlich Frucht- und Gemüsesäfte, Extrakte von Tierprodukten oder Extrakte mikrobiologischen Ursprungs einschließlich Fermentationsprodukte.
  • Vorteile der vorliegenden Erfindung
  • Ein Vorteil des vorliegenden Verfahrens ist, wenn dieses beispielsweise auf die Reinigung von Zucker wie beispielsweise Laktose aus Käsereiströmen angewendet wird, daß es die Produktion von Mutterlauge, dem größten Abfallsnebenprodukt der Laktoseherstellung, minimiert. Das Verfahren verwendet einen Vorbehandlungsprozeß bzw. -prozesse der bzw. die eine Ionen ausschlußreinigung des gesamten Molkepermeates der Käseproduktion ermöglicht, und nicht nur der nach der Laktosekristallisation zurückbleibenden Mutterlauge.
  • Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Verfahrens ist es, daß es in sich geschlossen ist. Beispielsweise verwendet die Regeneration des Harzes die mit dem Nanofilter abgetrennten Mineralien und vermindert den Bedarf, Salz zu kaufen oder überschüssiges Salz in der Umwelt zu entsorgen. Das Verfahrenswasser für die Ionenausschlußsäule wird durch Recyceln von Umkehrosmosepermeatkondensat aus den Molkekonzentrationsschritten erhalten. Das Recycling der Mineralien und des Wassers in dem Verfahren minimiert Kosten und den Einfluß des Verfahrens auf die Umwelt.
  • Für jeden der Nebenproduktströme, wie beispielsweise gereinigte Laktose, verbrauchte Regenerationslauge und Mineral-Peptid-Mischungen, können Anwendungen entwickelt werden. Eine Verwendung der Nebenproduktströme erhöht die ökonomische Rentabilität und vermindert den Einfluß des Verfahrens auf die Umwelt. Im Falle der Laktosereinigung beispielsweise kann die gereinigte Laktose zu lösbarer und tablettierbarer Laktose kristallisiert oder sprühgetrocknet werden oder zu Laktosederivaten, wie beispielsweise Laktulose oder hydrolisiertem Laktosesirup, weiterverarbeitet werden. Das aus der verbrauchten Regenerationslauge isolierte fraktionierte Mineral und Mineral-Peptid-Vitaminmischungen von dem Mineralschnitt der Ionenausschlußsäule können als Nährstoff- und Funktionalnahrungsmittelingredenzien verwendet werden.
  • Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sind Modifikationen, die im Wissensbereich des Fachmanns liegen, von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung umfaßt.

Claims (7)

  1. Ein Abtrennverfahren, umfassend die Schritte, daß: (a) eine einen Nährstoff und bivalente Ionen enthaltende wäßrige Lösung mit einem monovalente Ionen enthaltenden Ionenaustauscherharz in Kontakt gebracht wird, bis die Konzentration von bivalenten Ionen in der wäßrigen Lösung im Vergleich zu der Anfangskonzentration der bivalenten Ionen in der wäßrigen Lösung abgereichert worden ist, und das Eluat gesammelt wird; (b) das Eluat aus dem Schritt (a) einer Nanofiltration unterzogen wird, die in der Lage ist, monovalente Ionen abzutrennen, so daß eine Permeatfraktion mit monovalenten Ionen und eine Retentatfraktion mit dem Nährstoff gewonnen wird; (c) die Retentatfraktion aus dem Schritt (b) durch einen Ionenausschlußschritt auf einem Ionenausschlußharz in Fraktionen aufgetrennt wird, wobei wenigstens eine der Fraktionen den Hauptanteil des Nährstoffs enthält; (d) der Ionenaustauschharz im Schritt (a) regeneriert wird, indem der Ionenaustauschharz mit einer die Permeatfraktion aus dem Schritt (b) enthaltenden Lösung in Kontakt gebracht wird, bis ein Hauptanteil von bivalenten Ionen in dem Ionenaustauschharz durch monovalente Ionen ersetzt worden ist.
  2. Ein Abtrennverfahren nach Anspruch 1, wobei die bivalenten Ionen Kalzium und/oder Magnesium und die monovalenten Ionen Natrium und/oder Kalium sind.
  3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mehr als eine der Fraktionen im Schritt (c) des Verfahrens interessierende Nährstoffe enthält.
  4. Ein Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei wenigstens eine der Fraktionen im Schritt (c) ionisch und wenigstens eine weitere Fraktionen nicht-ionisch ist.
  5. Ein Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine ionische Fraktion ionische Nährstoffe enthält, während eine nicht-ionische Fraktion nicht-ionische Nährstoffe enthält.
  6. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wäßrige Lösung dem Verfahren des Schritts (b) vor dem Schritt (a) unterzogen wird, um eine Permeatfraktion und eine Retentatfraktion zu gewinnen.
  7. Ein Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine das Permeat enthaltende Lösung verwendet wird, um den Ionenaustauschharz des Schritts (a) zu regenerieren.
DE69833006T 1997-07-24 1998-07-24 Verfahren zur reinigung von nährstoffe aus nahrungsprozessströmen Expired - Lifetime DE69833006T2 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
AUPO821397 1997-07-24
AUPO8213A AUPO821397A0 (en) 1997-07-24 1997-07-24 Process for the purification of nutrients from food process streams
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Publication Number Publication Date
DE69833006D1 DE69833006D1 (de) 2006-02-02
DE69833006T2 true DE69833006T2 (de) 2006-12-07

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011002654A1 (de) * 2011-01-13 2012-07-19 Chemische Fabrik Budenheim Kg Schmelzsalzersatzmittel

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2793652B1 (fr) * 1999-05-17 2001-08-10 Vidaubanaise Ingenierie Procede de traitement d'un lactoserum en vue de sa demineralisation
NZ511095A (en) 2001-04-12 2003-06-30 New Zealand Dairy Board Subjecting a milk protein concentrate to cation exchange depleting the calcium content to produce a gel
US20070166447A1 (en) 2002-08-27 2007-07-19 Select Milk Producers, Inc. Dairy compositions and method of making
US7169428B2 (en) 2002-08-27 2007-01-30 Select Milk Producers Inc. Dairy compositions and method of making
FR2844209B1 (fr) 2002-09-06 2007-10-19 Applexion Ste Nouvelle De Rech Procede de purification par nanofiltration d'une solution aqueuse sucree contenant des anions et cations monovalents et polyvalents
FR2844151B1 (fr) * 2002-09-06 2006-05-26 Applexion Ste Nouvelle De Rech Procede de decalcification d'une solution aqueuse et utilisation de ce procede pour la decalcification de lactoserum ou d'un permeat d'ultrafiltration de lactoserum
FR2844280B1 (fr) * 2002-09-06 2006-05-26 Applexion Ste Nouvelle De Rech Procede de production de lactose a partir de lactoserum ou d'un permeat resultant de l'ultrafiltration de lactoserum
JP5112859B2 (ja) * 2004-06-04 2013-01-09 ホリズン サイエンス ピーティーワイ リミテッド 天然甘味料
US8021697B2 (en) * 2005-06-03 2011-09-20 Horizon Science Pty. Ltd. Substances having body mass redistribution properties
JP2008543318A (ja) * 2005-06-23 2008-12-04 マレー ゴールバーン コーオペラティブ コー リミテッド ミネラル乳清製品を製造するための方法
US20070190211A1 (en) * 2005-12-15 2007-08-16 Friis Torben L Milk mineral water, processes for manufacturing thereof and beverages containing milk mineral water
US9364016B2 (en) * 2006-09-19 2016-06-14 The Product Makers (Australia) Pty Ltd Extracts derived from sugar cane and a process for their manufacture
FR2907687B1 (fr) * 2006-10-30 2008-12-26 Applexion Procede de purification de sialyllactose par chromatographie
PL1958514T3 (pl) 2007-02-07 2013-08-30 Kraft Foods R & D Inc Sposób wytwarzania zmodyfikowanej serwatki w proszku
DK176760B1 (da) * 2007-10-03 2009-06-29 Arla Foods Amba Process for producing lactose-free milk
US8357302B2 (en) * 2010-08-02 2013-01-22 Ampac Fine Chemicals Llc Reaction systems with incorporated chromatography units for enhanced product recovery
CN103561585B (zh) 2011-02-08 2016-05-25 产品制造者(澳大利亚)有限公司 糖提取物
AU2013308395C1 (en) 2012-08-28 2018-03-15 Poly Gain Pte Ltd Extraction method
BR112015028918A2 (pt) * 2013-05-28 2017-07-25 Dow Global Technologies Llc remoção de impurezas de soluções de açúcar
AU2014306366B9 (en) 2013-08-16 2020-03-26 Poly Gain Pte Ltd Sugar cane derived extracts and methods of treatment
DK179509B1 (en) * 2015-05-29 2019-01-30 Spx Flow Technology Danmark A/S Second pass lactose crystallization
EP3368680A1 (de) 2015-10-30 2018-09-05 Glanbia Ireland Designated Activity Company Verfahren zur produktion von milchsäure durch bakterielle fermentation
JP6764686B2 (ja) * 2016-05-18 2020-10-07 オルガノ株式会社 水処理方法および装置ならびにイオン交換樹脂の再生方法
EP3282018A1 (de) * 2016-08-08 2018-02-14 Glanbia Ingredients Ireland Designated Activity Company Verfahren zur herstellung von milchsäure
US10549238B2 (en) * 2017-05-01 2020-02-04 Amalgamated Research Llc Methods of regenerating a resin used to decolorize a biomass feedstream and related systems
JP6613334B2 (ja) * 2018-03-28 2019-11-27 ローム アンド ハース カンパニー 糖溶液からの不純物の除去
US11337435B2 (en) 2019-04-12 2022-05-24 Land O'lakes, Inc. Product and method of producing dairy products comprising dairy-derived emulsifying salts

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2937959A (en) * 1958-10-23 1960-05-24 Illinois Water Treat Co Purification of sugar solutions by molecular exclusion
US3883714A (en) * 1973-07-16 1975-05-13 Jasper Lewis James D. C. power supply for arc welding with SCR controlling three-phase power
US4101338A (en) * 1975-06-02 1978-07-18 Sucrest Corporation Process for recovering useful products from carbohydrate-containing materials
US4046590A (en) * 1976-09-08 1977-09-06 California And Hawaiian Sugar Company Process for the production of a colorless sugar syrup from cane molasses
DK165769C (da) * 1989-09-22 1993-06-14 Danisco Fremgangsmaade til fremstilling af en blanding af sakkarider og anvendelse af blandingen ved fremstilling af et kaloriefattigt levnedsmiddel
AU635352B2 (en) * 1990-11-09 1993-03-18 Applied Membrane Systems Pty Ltd A method and apparatus for fractionation of sugar containing solution
US5352345A (en) * 1991-05-07 1994-10-04 Alliedsignal Inc. Ion exchange resin regenerant waste recovery and recycling via bipolar membranes
AT398982B (de) * 1993-02-18 1995-02-27 Vogelbusch Gmbh Verfahren zur abtrennung und reinigung von milchsäure
US5443650B2 (en) * 1993-06-11 2000-05-30 Univ Louisiana State Process for softening a sugar-containing aqueous solution such as sugar juice or molasses
FR2719505B1 (fr) * 1994-05-09 1996-06-14 Vidaubanaise Ingenierie Procédé de déminéralisation d'un liquide contenant en solution des matières organiques et des sels.
JPH0910566A (ja) * 1995-06-30 1997-01-14 Toyobo Co Ltd 半透性複合膜
PT101740A (pt) * 1995-07-21 1996-04-30 Rar Refinarias Acucar Reunidas Processo de regeneracao de resinas de permuta ionica, utilizadas para descoloracao de acucar, usando uma solucao de sacarose contendo hidroxido de calcio e cloreto de calcio ou de sodio.
JPH09174052A (ja) * 1995-12-28 1997-07-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd し尿処理水の脱塩方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011002654A1 (de) * 2011-01-13 2012-07-19 Chemische Fabrik Budenheim Kg Schmelzsalzersatzmittel

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Publication number Publication date
DE69833006D1 (de) 2006-02-02
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