ES2312181T3 - Procedimiento para producir eritritol cristalino de alta pureza. - Google Patents
Procedimiento para producir eritritol cristalino de alta pureza. Download PDFInfo
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Abstract
SE EXPONE UN PROCESO PARA PRODUCIR UN CRISTAL DE ERITRITOL DE GRAN PUREZA, QUE COMPRENDE UN PASO DE CRISTALIZACION, QUE SOMETE A CRISTALIZACION UNA SOLUCION ACUOSA QUE CONTIENE ERITRITOL COMO SOLUCION EN BRUTO, CARACTERIZADO PORQUE UNA CONCENTRACION DE ERITRITOL DE LA CITADA SOLUCION ACUOSA QUE CONTIENE ERITRITOL SE AJUSTA A UN 30 - 60% EN PESO, AL COMIENZO DEL PASO DE LA CRISTALIZACION; DICHA SOLUCION ACUOSA QUE CONTIENE ERITRITOL SE ENFRIA A UNA VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO NO SUPERIOR A 20ºC/HORA; SE AÑADE UN CRISTAL DE SIEMBRA DE ERITRITOL A LA CITADA SOLUCION ACUOSA QUE CONTIENE ERITRITOL DURANTE EL ENFRIAMIENTO, Y LA SOLUCION SE ENFRIA A NO MAS DE 20ºC. EL CITADO PROCESO PARA LA OBTENCION DE UN CRISTAL DE ERITRITOL DE GRAN PUREZA, SEGUN LA PRESENTE INVENCION, TIENE UNA PUREZA AUN MAYOR Y PUEDE MEJORARSE EN CUANTO A LA FORMA DEL CRISTAL EN COMPARACION CON LOS OBTENIDOS POR PROCESOS CONVENCIONALES.
Description
Procedimiento para producir eritritol cristalino
de alta pureza.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para producir un eritritol cristalino de alta
pureza.
Eritritol (es decir
meso-eritritol) es útil no solamente como agente
edulcorante sino también como producto intermedio de medicinas,
productos químicos industriales o similares. El eritritol se puede
producir industrialmente cultivando microorganismos que producen
eritritol en un medio de cultivo acuoso bajo condiciones aeróbicas,
por ejemplo, usando glucosa como materia prima.
La disolución de cultivo que contiene eritritol
contiene diversas impurezas líquidas y sólidas. Más específicamente,
la disolución de cultivo contiene, como impurezas líquidas,
subproductos tales como glicerol. Adicionalmente, en el caso en que
se use como materia prima glucosa purificada, obtenida por
conversión enzimática de almidón en sacarosa, etc., la disolución
de cultivo también contendrá, como impurezas líquidas,
oligosacáridos tales como di- o más sacáridos contenidos
inherentemente en la glucosa bruta purificada, productos de reacción
de esos oligosacáridos, polisacáridos que tienen un enlace
\beta-1,4 que están compuestos principalmente de
glucosa, o similares. Además, la disolución de cultivo contiene,
como impurezas sólidas, finas sustancias suspendidas además de los
microbios.
Se puede producir eritritol cristalino de alta
pureza sometiendo la disolución de cultivo anteriormente mencionada
a un procedimiento que comprende sucesivamente una etapa de
separación de los microbios, una etapa de separación cromatográfica
y una etapa de cristalización. Como ejemplo de esos procedimientos,
se conoce un procedimiento de separación y recuperación de
eritritol de una disolución de cultivo que contiene eritritol según
se describe en la publicación de patente japonesa (KOKOKU) Nº
7-34748(1995).
Al mismo tiempo, según se ha descrito
anteriormente, dado que se usa eritritol principalmente como agente
edulcorante, se prefiere que la pureza del eritritol producido sea
lo más alta posible. Adicionalmente, desde el punto de vista de
separar cristales de una papilla y prevenir la aglomeración del
polvo fino que se produce debido a la inevitable fractura de
productos cristalinos, se prefiere que los cristales producidos
estén en forma de cristales sencillos que tengan un tamaño
apropiado.
Además, en la etapa de separación de los
microbios del procedimiento anteriormente mencionado, cuando es
insuficiente la retirada de los microbios y de las sustancias finas
suspendidas, no se pueden garantizar operaciones seguras de las
etapas posteriores. Por ejemplo, la retirada insatisfactoria da como
resultado no solamente la obstrucción de la columna de resina en la
etapa de separación cromatográfica y el fallo del intercambiador al
quemar y pegarse a la superficie de sus tubos o placas, sino
también la rebaja de la pureza del eritritol producido. Por lo
tanto, la etapa de separación de los microbios es extremadamente
importante en un procedimiento a escala industrial para la
producción de eritritol cristalino de alta pureza. Sin embargo,
hasta ahora, la etapa de separación de los microbios en el
procedimiento para producir eritritol no se ha estudiado con la
suficiente amplitud. Por ejemplo, en los Ejemplos de la publicación
de patente japonesa (KOKOKU) Nº
7-34748(1995), solamente se ha descrito que
se use un separador centrífugo en la etapa de separación de los
microbios.
El documento EP 0 525 659 A describe un
procedimiento para preparar un eritritol cristalino, que comprende
cristalizar un líquido que contiene eritritol obtenido por
fermentación, en el que se controla la concentración de acetoína
del líquido que contiene eritritol a 20 ppm en peso o menos.
Adicionalmente, en la producción a escala
industrial de eritritol cristalino de alta pureza, también es
importante que el procedimiento de producción del mismo se pueda
llevar a cabo seguramente y establemente. Como una etapa del
procedimiento que se ha de llevar a cabo establemente, se
ejemplifica una etapa de separación de cristales que separa
eritritol cristalino de una papilla que contiene eritritol
cristalino recuperado de la etapa de cristalización. Esto es, en la
etapa de separación de cristales, generalmente se ha usado un
separador centrífugo. En este caso, cuando el eritritol cristalino
que se obtiene por separación sólido-líquido se
distribuye irregularmente en el separador centrífugo, no se puede
garantizar la operación estable del separador centrífugo.
Todavía más, en la producción industrial de
eritritol cristalino de alta pureza, también se ha demandado
producir un eritritol cristalino tal que tenga no solamente una
alta pureza sino que también esté exento de cualquier inclusión de
polvo fino para evitar la aglomeración de productos cristalinos.
En vista de las circunstancias anteriormente
mencionadas se ha logrado la presente invención, y que está
constituida por un grupo de invenciones que se asocian unas con
otras.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un procedimiento para producir eritritol cristalino de
alta pureza que tiene una pureza aun más alta y está adicionalmente
mejorado en forma cristalina en comparación con los producidos
mediante procedimientos convencionales.
Para lograr el objetivo, en un primer aspecto de
la presente invención, se proporciona un procedimiento para
producir eritritol cristalino de alta pureza que comprende una etapa
de cristalización que somete una disolución acuosa que contiene
eritritol como disolución bruta a cristalización y una etapa de
separación de cristales que separa eritritol cristalino de una
papilla que contiene eritritol cristalino, que se obtiene en la
etapa de cristalización, en el que
se ajusta la concentración de eritritol de dicha
disolución acuosa que contiene eritritol de 30 a 60% en peso al
comienzo de la etapa de cristalización;
se enfría dicha disolución acuosa que contiene
eritritol a una velocidad de enfriamiento de no más de 20ºC/hora
se añaden cristales de semilla de eritritol a
dicha disolución acuosa que contiene eritritol en el curso del
enfriamiento; y
después de enfriar a no más de 20ºC, el
eritritol cristalino producido se separa de dicha papilla,
que comprende adicionalmente una etapa de
separación de los microbios que separa microbios de una disolución
de cultivo que contiene eritritol como disolución bruta y una etapa
de separación cromatográfica que somete una disolución purificada
que se recupera de dicha etapa que separa los microbios a separación
cromatográfica, seguida de dicha etapa de cristalización,
siendo dicha disolución acuosa que contiene
eritritol que se ha de tratar en dicha etapa de cristalización una
fracción de eritritol que se recupera de dicha etapa de separación
cromatográfica, y
en el que dicha etapa de separación de los
microbios se lleva a cabo mediante un procedimiento de filtración
de flujo transversal que usa una membrana cerámica o una membrana
orgánica, y la temperatura de dicha disolución que se ha de tratar
en la etapa de separación de los microbios es de 50 a 90ºC.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un procedimiento para producir eritritol cristalino de
alta pureza que comprende una etapa de cristalización que somete una
disolución acuosa que contiene eritritol como disolución bruta a
cristalización y una etapa de separación de cristales que separa
eritritol cristalino de una papilla que contiene eritritol
cristalino que se obtiene en la etapa de cristalización, en el
que
se ajusta la concentración de eritritol de dicha
disolución acuosa que contiene eritritol de 30 a 60% en peso al
comienzo de la etapa de cristalización;
se enfría dicha disolución acuosa que contiene
eritritol a una velocidad de enfriamiento de no más de 20ºC/hora
se añaden cristales de semilla de eritritol a
dicha disolución acuosa que contiene eritritol en el curso del
enfriamiento; y
después de enfriar a no más de 20ºC, el
eritritol cristalino producido se separa de dicha papilla,
en el que dicha etapa de separación de cristales
se lleva a cabo mediante separación centrífuga usando una fuerza
centrífuga de 6,7 \cdot 10^{3} a 6,7 \cdot 10^{4} Pa, y el
eritritol cristalino húmedo separado mediante dicha separación
centrífuga se lava por pulverización con agua a una temperatura de
no más de 20ºC, siendo la cantidad de agua usada en el lavado por
pulverización 0,1 a 1 parte en peso referida a una parte en peso de
dicho eritritol cristalino húmedo.
La Fig. 1 es una vista esquemática conceptual
que muestra una etapa de separación de los microbios preferida en
un procedimiento según la presente invención;
La Fig. 2 es una vista esquemática conceptual
que muestra el movimiento de los respectivos componentes en una
etapa de separación cromatográfica preferida en un procedimiento
según la presente invención;
La Fig. 3 es una vista esquemática conceptual
que muestra una instalación utilizable en la etapa de separación
cromatográfica preferida en un procedimiento según la presente
invención;
La Fig. 4 es una vista explicativa que muestra
un ejemplo de un separador centrífugo que se usa preferiblemente en
la etapa de separación de cristales en un procedimiento según la
presente invención; y
La Fig. 5 es una vista en sección ampliada que
muestra partes esenciales del separador centrífugo que se muestra en
la Fig. 4.
La presente invención se describe con detalle a
continuación.
La disolución acuosa que contiene eritritol
utilizada en la presente invención, no está particularmente
restringida, aunque ejemplos típicos de esas disoluciones pueden
incluir (1) una fracción de eritritol que se recupera de una etapa
de separación cromatográfica en el procedimiento que comprende una
etapa de separación de los microbios que retira los microbios de
una disolución de cultivo que contiene eritritol como disolución
bruta, la etapa de separación cromatográfica que somete una
disolución purificada que se recupera de la etapa de separación de
los microbios a separación cromatográfica, y una etapa de
cristalización que somete la fracción de eritritol que se recupera
de la etapa de separación cromatográfica a cristalización para
producir eritritol cristalino, ó (2) un líquido madre de separación
de cristales que se recupera de la etapa de cristalización del
procedimiento anteriormente mencionado.
En primer lugar, se explica brevemente el
procedimiento anteriormente mencionado. La disolución de cultivo
que contiene eritritol se puede producir cultivando microorganismos
que producen eritritol en un medio de cultivo acuoso bajo
condiciones aeróbicas. El procedimiento de cultivo no está
particularmente restringido, y se puede usar para ello cualquiera
de los procedimientos conocidos.
Por ejemplo, como materiales de cultivo brutos,
se pueden usar sacarosa cristalina, glucosa cristalina o glucosa
purificada que se obtiene sometiendo almidón al procedimiento de
conversión enzimática en sacarosa o similares. Incidentalmente, la
glucosa purificada puede tener habitualmente un contenido de glucosa
de 93 a 97%, en peso y el resto de la glucosa purificada puede
estar compuesto de oligosacáridos tales como di-, tri- o más
sacáridos.
Por otra parte, como microorganismos que
producen eritritol, se pueden usar genus Aureobasidium
(solicitud de patente japonesa abierta a consulta por el público
(KOKAI) Nº 61-31091(1986)), Moniliella
tomentosa var. pollinis (solicitud de patente japonesa abierta
a consulta por el público (KOKAI) N^{os} 60-110295
a 110298(1985)), Trichosporonoides megachiliensis
(solicitud de patente japonesa abierta a consulta por el público
(KOKAI) Nº 63-196298(1988), nombre anterior:
genus Aureobasidium), Trichosporanoides oedocephalis
(solicitud de patente japonesa abierta a consulta por el público
(KOKAI) Nº 9-252765 (1997)), Candida
zeylanoides (ATCC15585), Torulopsis fomata (ATCC15586),
etc., (solicitud de patente japonesa abierta a consulta por el
público (KOKAI) Nº 49-118889(1974)),
Candida lipolytica (USP Nº 3.756.917), genus
Trigonopsis, genus Candida (publicación de patente
japonesa (KOKOKU) Nº 47-41549(1972)), o
similares.
Además, como sales inorgánicas que se usan en el
medio de cultivo, se pueden ejemplificar KH_{2}PO_{4},
MgSO_{4}, CaCl_{2}, K_{2}SO_{4}, CaSO_{4}, FeSO_{4},
MnSO_{4}, ZnSO_{4}, (NH_{4})_{2}HPO_{4} o
similares. Como fuentes de nitrógeno, se pueden ejemplificar
(NH_{4})_{2}SO_{4}, CO(NH_{2})_{2},
NH_{4}Cl, NH_{4}NO_{3} o similares. Como fuentes de
nutrientes, se pueden ejemplificar líquido de maíz macerado,
alimento de semilla de soja, diversos aminoácidos, peptona, tiamina,
extracto de levadura o similares.
El propio procedimiento anteriormente mencionado
que comprende sucesivamente la etapa de separación de los
microbios, la etapa de separación cromatográfica y la etapa de
cristalización, ya es conocido básicamente, por ejemplo, según se
describe en la publicación de patente japonesa (KOKOKU) Nº
7-34748(1995). El resumen del procedimiento
es como sigue.
Esto es, la disolución purificada que se obtiene
de la etapa de separación de los microbios, se somete a una etapa
de concentración, preferiblemente después de una etapa de
ablandamiento, y luego se alimenta a la etapa de separación
cromatográfica. La fracción de eritritol que se recupera de la etapa
de separación cromatográfica se somete también a una etapa de
concentración, preferiblemente después de un tratamiento con carbón
activado y/o tratamiento de desalación, y luego se alimenta a la
etapa de cristalización y a la etapa de separación de cristales.
Después de esto, el eritritol cristalino separado en la etapa de
separación de cristales se somete sucesivamente a etapas de secado
y tamizado para obtener un producto cristalino a alta pureza.
En la presente invención, según el
descubrimiento de los inventores de la presente, se prefiere que la
etapa de separación de los microbios se lleve a cabo mediante un
procedimiento de filtración de flujo transversal usando una
membrana cerámica o una membrana orgánica al tiempo que se mantiene
la disolución que se ha de tratar a una temperatura de 50 a 90ºC.
Las razones para ello son las siguientes.
- (1)
- En el caso en que la etapa de separación de los microbios se lleve a cabo mediante el procedimiento de filtración de flujo transversal, las impurezas sólidas se pueden retirar eficazmente y en alta proporción de la disolución de cultivo que contiene eritritol, y que contiene diversas impurezas líquidas y sólidas. Además, cuando la disolución purificada que se recupera de la etapa de separación de los microbios se concentra a fin de aumentar la eficacia de la separación cromatográfica, se puede prevenir notablemente la presencia del fenómeno de formación de espuma. Por consiguiente, llevando a cabo la etapa de separación de los microbios mediante el procedimiento de filtración de flujo transversal, usando una membrana cerámica o una membrana orgánica, llega a ser posible producir eritritol cristalino de alta pureza de manera industrialmente ventajosa.
- (2)
- Aun cuando se use el procedimiento de la filtración de flujo transversal, todavía es difícil retirar completamente las impurezas, de manera que la disolución purificada que se obtiene de la etapa de separación de los microbios todavía contiene diversas impurezas que sirven como fuentes de nutrientes para diversos gérmenes. Por esta razón, en el caso en que la disolución de cultivo que se ha de tratar en la etapa de separación de los microbios tenga una temperatura baja, se provoca el crecimiento de diversos gérmenes. Esto da como resultado no solamente la producción de eritritol cristalino de baja calidad que es desfavorable cuando se usa como edulcorantes o medicinas, sino también, por ejemplo, la obstrucción de la columna de resina en la etapa de separación cromatográfica o el fallo del intercambiador de calor al quemar y pegarse a la superficie de sus tubos o placas. Por lo tanto, en conformidad con la presente invención la disolución de cultivo que se ha de tratar se mantiene a no menos de 50ºC durante la etapa de separación de los microbios a fin de prevenir el crecimiento de diversos gérmenes. Incidentalmente, cuando la temperatura de la disolución de cultivo que se ha de tratar es más de 90ºC, surge un inconveniente tal que la disolución de cultivo que se ha de tratar experimenta un abrupto aumento en el grado de coloración de la misma.
\vskip1.000000\baselineskip
La estructura de la membrana cerámica (membrana
porosa) no está particularmente restringida. La membrana cerámica
puede tener indistintamente una estructura de capa sencilla o una
estructura de dos capas que tenga una capa de partícula fina y una
capa de soporte. En el caso de la estructura de dos capas, la capa
de partícula fina puede tener un diámetro de poro medio
habitualmente de 0,1 a 1 \mum, preferiblemente de 0,1 a 0,5
\mum. Como materiales de la membrana cerámica se pueden
ejemplificar sílice, alúmina, sílice-alúmina,
mullita, zirconia, carbón, cordierita, carburo de silicio o
similares. La estructura de la membrana orgánica no está
particularmente restringida. Sin embargo, se requiere que la
membrana orgánica esté hecha de un material capaz de mostrar una
resistencia al calor suficiente a una temperatura de 50 a 90ºC según
se describe más adelante. Como materiales de membrana orgánica de
este tipo, se pueden ejemplificar poliolefinas, sulfonas de poliéter
o similares.
En el procedimiento de filtración de flujo
transversal, se puede usar una instalación tal que comprenda un
depósito de circulación, una bomba, un elemento de separación
provisto en el mismo de una membrana filtrante y un reservorio de
filtrado. Esos elementos cooperan para constituir un recorrido de
circulación para la disolución de cultivo que se ha de tratar.
Preferiblemente, se dispone un intercambiador de calor en medio del
recorrido de circulación.
El procedimiento de filtración de flujo
transversal es principalmente un procedimiento de filtración en el
que se hace que fluya el líquido que se ha de filtrar sobre una
superficie de un filtro de membrana en la dirección paralela a la
misma, filtrando de este modo el líquido al tiempo que se minimiza
la deposición de una capa de torta filtrante sobre el filtro de
membrana por la fuerza de cizalladura del flujo paralelo. Por
consiguiente, el líquido que se ha de filtrar (disolución bruta) se
alimenta desde un extremo del recorrido de circulación rodeado por
el filtro de membrana y se filtra al tiempo que fluye a través del
mismo. Se descarga el filtrado por filtro de membrana en la
dirección perpendicular al recorrido de circulación mientras un
líquido concentrado en microbios se descarga por el otro extremo
del recorrido de circulación.
La filtración de flujo transversal se puede
llevar a cabo en una operación por lotes. En la presente invención,
el procedimiento de filtración de flujo transversal comprende una
serie de operaciones que incluyen (A) concentración de los
microbios y filtración, (B) filtración con adición de agua, (C)
concentración de microbios y filtración adicionales, (D) lavado con
agua y (E) regeneración. Especialmente, en la realización preferida
de la presente invención, se pueden llevar a cabo la concentración
y la filtración adicionales (C).
La concentración de microbios y filtración (A)
se pueden llevar a cabo como sigue. En la etapa de separación de
los microbios (aparato de filtración de flujo transversal) según se
muestra en la Fig. 1, después de que se ha alimentado a un depósito
de circulación 1 una cantidad predeterminada de una disolución de
cultivo que contiene eritritol, se hace funcionar una bomba 2 para
iniciar la circulación de una disolución de cultivo haciéndola
pasar por una membrana filtrante 3 y un intercambiador de calor 6 y
haciéndola volver al depósito de circulación 1. La disolución
purificada (filtrado) que ha pasado por la membrana filtrante 3, se
recibe en un reservorio de filtrado 5. Cuando la concentración de
microbios en la disolución de cultivo circulada alcanza un valor
predeterminado, se terminan la concentración de microbios y la
filtración. Incidentalmente, la disolución de cultivo que contiene
eritritol se puede calentar hasta el intervalo de temperatura
anteriormente mencionado, si es necesario, antes de su alimentación
al depósito de circulación 1, o la disolución de cultivo que se
circula se puede mantener dentro del intervalo de temperatura usando
el intercambiador de calor 6 (esas condiciones de calentamiento o
temperatura también se pueden aplicar comúnmente a la filtración con
adición de agua (B) y a la concentración y filtración adicionales
(C) que se describen más adelante).
En la filtración con adición de agua (B), se
puede llevar a cabo la misma operación de circulación que se ha
descrito anteriormente añadiendo continuamente agua a la disolución
concentrada en el depósito de circulación 1 al tiempo que se
mantiene un nivel constante de disolución concentrada. La disolución
purificada (filtrado) que se ha hecho pasar por la membrana
filtrante 3 se recibe en el reservorio de filtrado 5.
Incidentalmente, el agua que se ha de añadir se puede calentar
hasta el intervalo de temperatura anteriormente mencionado, si se
requiere, antes de su alimentación al depósito de circulación 1.
La concentración y filtración adicionales (C) se
pueden llevar a cabo para lograr el denominado exprimido. En esta
operación, después de que se detiene la adición de agua al depósito
1 (en la filtración con adición de agua (B)), se repite la misma
operación de circulación según se ha descrito anteriormente. La
disolución purificada (filtrado) que se ha hecho pasar por la
membrana filtrante 3, se recibe en el reservorio de filtrado 5.
El lavado con agua (D) y la regeneración (E) se
pueden llevar a cabo mediante procedimientos ordinarios. Como
regeneradores, se pueden usar, por ejemplo, una disolución acuosa
que contenga aproximadamente 0,5% en peso de NaOH y aproximadamente
0,2% en peso de NaClO. Las operaciones (D) y (E) se pueden llevar a
cabo a una temperatura habitualmente de aproximadamente 50 a
aproximadamente 70ºC.
Las anteriormente mencionadas concentración de
microbios y filtración (A), filtración con adición de agua (B) y
concentración y filtración adicionales (C) se pueden llevar a cabo
habitualmente bajo unas condiciones tales que la velocidad del
flujo de recirculación sea de 1 a 10 m/s y la diferencia de presión
a través de la membrana sea de 0,1 a 10 kg/cm^{2}. En la
concentración de microbios y filtración (A) y en la filtración con
adición de agua (B), el caudal de la disolución que penetra por la
membrana filtrante puede ser habitualmente de 100 a 200
litros/m^{2}-hora. En la concentración y
filtración adicionales (C) el caudal de la disolución que penetra
por la membrana filtrante se disminuye gradualmente. En la presente
invención, se prefiere que cuando el caudal de penetración alcanza
aproximadamente 50 litros/m^{2}-hora, se detiene
la concentración y filtración adicionales, y se inician el lavado
con agua (D) y la regeneración (E). Esto es, según el descubrimiento
de los inventores de la presente, en el caso en que la disolución
de cultivo que contiene eritritol se someta excesivamente a la
concentración y filtración adicionales por fuera del intervalo
anteriormente especificado, la obstrucción de la membrana filtrante
3 tiende a acelerarse abruptamente, afectando de este modo
adversamente a la operación que sucede a la etapa de separación de
los microbios.
En la presente invención, el pH de la disolución
de cultivo que contiene eritritol que se ha de tratar en la etapa
de separación de los microbios anterior, se ajusta preferiblemente
de 3,5 a 5,5. Específicamente, cuando el pH de la disolución de
cultivo que contiene eritritol que se obtiene de la etapa de cultivo
precedente se controla en el intervalo cerca del punto isoeléctrico
de la misma, las proteínas en la disolución de cultivo se
precipitan en flóculos, facilitando adicionalmente de este modo la
retirada de las proteínas. El pH de la disolución de cultivo se
puede ajustar usando, por ejemplo, una disolución acuosa que
contenga un álcali apropiado tal como hidróxido sódico o
similar.
La etapa de ablandamiento se lleva a cabo a fin
de mantener una buena eficacia de separación en la siguiente etapa
de separación cromatográfica. Como resinas de intercambio iónico, se
pueden ejemplificar resinas de intercambio catiónico fuertemente
ácidas de tipo ácido sulfónico o resinas de intercambio catiónico
débilmente ácidas de tipo ácido carboxílico, de las que ambas se
usan en forma de tipo Na. La disolución purificada se hace pasar
por una torre o columna rellena de resina para sustituir iones Ca o
iones Mg en la misma con iones Na, retirando de este modo los iones
Ca o Mg de la misma. Las resinas de intercambio catiónico que se han
convertido de tipo Na a tipos Ca y/o Mg, se pueden regenerar para
convertir de nuevo esas resinas a tipo Na, y usarse repetidamente.
En el caso de las resinas de tipo ácido sulfónico, se pueden
regenerar las resinas usando una disolución acuosa de NaCl. En el
caso de las resinas de tipo ácido carboxílico, se pueden convertir
en primer lugar las resinas en resinas de tipo H usando ácidos
fuertes tales como HCl o H_{2}SO_{4}, y regenerarlas luego a
resinas de tipo Na usando una disolución acuosa de NaOH. Entre esos
procedimientos, se prefiere el procedimiento que usa resinas de
intercambio catiónico débilmente ácidas de tipo ácido carboxílico
(tipo Na).
En la presente invención, según el
descubrimiento de los inventores de la presente, se prefiere que la
etapa de ablandamiento anterior se lleve a cabo al tiempo que se
mantiene la temperatura de la disolución purificada de 50 a 90ºC.
Las razones para ello son como sigue.
La disolución purificada que se obtiene de la
etapa de separación de los microbios, todavía contiene diversas
impurezas que sirven como fuentes de nutrientes para diversos
gérmenes, dando como resultado el crecimiento de diversos gérmenes.
Por consiguiente, si se inhibe el crecimiento de diversos gérmenes
en una amplitud suficiente en un momento inicial del procedimiento,
se puede prevenir eficazmente no solamente la inclusión de impurezas
en el eritritol cristalino sino también la presencia de otros
inconvenientes, por ejemplo, el atasco de la columna de resina en
el etapa de separación cromatográfica o fallo del intercambiador de
calor al quemar y pegarse a la superficie de sus tubos o placas, de
modo que llega a ser posible producir eritritol cristalino de alta
pureza de manera industrialmente ventajosa.
La disolución purificada que se ha de tratar en
la etapa de ablandamiento, se puede mantener a una temperatura de
50 a 90ºC por un medio de calentamiento dispuesto en la
anteriormente mencionada torre o columna rellena de resina, o por
el precalentamiento de la disolución purificada antes de la
alimentación a la etapa de ablandamiento. Cuando la temperatura de
la disolución purificada es menos de 50ºC, no se puede prevenir
suficientemente la inclusión de diversos gérmenes en la disolución
purificada ni el crecimiento de diversos gérmenes. Por otra parte,
cuando la temperatura de la disolución purificada es más de 90ºC,
surgen inconvenientes tales como coloración de la disolución de
cultivo tratada o deterioro de la resina usada.
La etapa de concentración que se lleva a cabo
antes de la etapa de separación cromatográfica, apunta a aumentar
la eficacia de la separación cromatográfica. La disolución de
cultivo purificada se concentra hasta que el contenido de sólidos
disueltos en la misma alcanza habitualmente del 30 al 70% en peso,
preferiblemente del 35 al 45% en peso.
Incidentalmente, en general, como concentradores
que se usan para concentrar una disolución acuosa que contiene
sustancias orgánicas, se conocen, por ejemplo, un evaporador del
tipo de doble pared que se calienta mediante vapor que fluye por la
pared exterior del recipiente, un evaporador del tipo de circulación
forzada provisto de una bomba de circulación para aumentar el
caudal del fluido que se hace pasar por el conducto calefactor, un
evaporador del tipo de película ascendente o descendente
perteneciente a un evaporador vertical de tubo largo, o
similares.
\newpage
El concentrador que se usa en la etapa de
concentración, no está particularmente restringido siempre que se
use cualquiera de los sistemas de calentamiento anteriormente
mencionados. Según el descubrimiento de los inventores de la
presente, se prefieren los evaporadores de tipo de circulación
forzada o evaporadores de tipo película, y son más preferidos los
evaporadores de tipo película. En general, entre ellos son todavía
más preferidos los evaporadores de tipo de película descendente. Las
razones para ello son como sigue.
Dado que la disolución purificada que se obtiene
de la etapa de separación de los microbios contiene diversas
impurezas según se ha descrito anteriormente, la disolución tiende a
contener componentes coloreados, especialmente aquellos que se
producen por reacción de Mailard entre glucosa y aminoácido. La
producción de componentes coloreados de este tipo se fomenta con el
tiempo de calentamiento. Asimismo, dado que la disolución de cultivo
contiene proteínas solubles, se produce un fenómeno de formación de
espuma tras la concentración, de modo que no es necesariamente
fácil llevar a cabo una concentración estable de la disolución
purificada. En tal caso, generalmente es difícil satisfacer las
condiciones de transferencia de calor para que inhiban la presencia
del fenómeno de formación de espuma, especialmente tras la
concentración, usando el evaporador de doble pared. Por otra parte,
los evaporadores de tipo de circulación forzada o los evaporadores
de tipo película pueden prevenir la presencia del fenómeno de
formación de espuma tras la concentración sobre un amplio intervalo
de condiciones de transferencia de calor.
El evaporador de tipo de película descendente
anteriormente mencionado está dividido en una sección de evaporador
y una sección de formación de película descendente desde el punto de
vista de la estructura funcional del mismo. La sección de formación
de película descendente puede ser o bien (1) de tipo placa o (2) de
tipo carcasa y tubo. En la etapa de concentración, la presión de
operación es preferiblemente 9,3 a 40 kPa, y la temperatura del
fluido es preferiblemente 45 a 80ºC. Cuando la presión de operación
es menos de 9,3 kPa, tiende a generarse formación violenta de
espuma, provocando de este modo una pérdida debida al arrastre e
incapacitación adicional de la operación estable del evaporador.
Además, la operación a baja presión tiende a hacer que disminuya la
temperatura del fluido, de modo que se podría provocar la
contaminación por diversos gérmenes. Por otra parte, cuando la
presión de operación es más de 40 kPa, la temperatura del fluido
aumenta de modo que hay tendencia a que se fomente
desventajosamente la coloración de la disolución.
La etapa de separación cromatográfica comprende
hacer pasar la disolución purificada por una torre de separación
rellena de resinas de intercambio catiónico fuertemente ácidas de
tipo metal alcalino o de tipo amonio, que eluyen componentes
absorbidos en las resinas con agua para descargar un efluente que
contiene los componentes eluidos, y que separan una fracción
compuesta principalmente de eritritol del efluente. La fracción
obtenida que se compone principalmente de eritritol puede contener
habitualmente eritritol en una cantidad de 3 a 30% en peso.
En la etapa de separación cromatográfica
anteriormente mencionada (en la torre de separación), los
respectivos componentes absorbidos en las resinas de intercambio
catiónico como agente de separación se pueden eluir de la siguiente
manera. Esto es, después de las sales, se eluyen en primer lugar
componentes coloreados y polisacáridos de alto peso molecular (que
se denominarán en adelante meramente como "primeras
impurezas"), se eluyen luego oligosacáridos tales como di- o más
sacáridos y subproductos distintos de glicerol (que se denominarán
en adelante meramente como "segundas impurezas") y finalmente
se eluyen eritritol y glicerol (véase publicación de patente
japonesa (KOKOKU) Nº 7-34748(1995)). Por
consiguiente, en la etapa de separación cromatográfica, después de
que se eluyen las impurezas primeras y segundas, (que se denominarán
en adelante meramente como "impurezas"), se eluye luego la
fracción de eritritol (compuesta de eritritol y glicerol) y se
recupera. A continuación, la fracción recuperada se somete a
tratamiento de cristalización, obteniendo de este modo eritritol
cristalino de alta pureza.
Al mismo tiempo, en general, es difícil separar
completamente la fracción de eritritol y la fracción de impurezas
una de la otra. Por lo tanto, después de que se retira la fracción
de eritritol eluida junto con la fracción de impureza (que se
denominarán en adelante meramente como "fracción solapada"), se
recupera la fracción de eritritol exenta de impurezas.
Sin embargo, la cantidad de fracción solapada se
aumenta cuando la pureza de la fracción de eritritol recuperada
llega a ser más alta, de modo que se rebaja el porcentaje de
recuperación del eritritol cristalino de alta pureza deseado.
En conformidad con la presente invención, se
adopta preferiblemente la siguiente etapa de separación
cromatográfica mejorada a fin de obtener eritritol cristalino de
alta pureza en un porcentaje de recuperación alto y reducir la
carga aplicada a la etapa de concentración después de la etapa de
separación cromatográfica.
Esto es, en el procedimiento según la presente
invención, las siguientes operaciones de la separación
cromatográfica se llevan a cabo preferiblemente usando una torre de
separación rellena con resinas de intercambio catiónico fuertemente
ácidas de tipo metal alcalino o de tipo amonio:
- (1)
- Alimentar una cantidad predeterminada de disolución purificada a lo alto de la torre de separación.
- (2)
- Circular agua retirada del fondo de la torre de separación a lo alto de la misma, desarrollando de este modo los respectivos componentes absorbidos por las resinas y moviendo las fracciones de impurezas hacia la zona del fondo de la torre de separación.
\newpage
- (3)
- Alimentar agua a lo alto de la torre de separación, retirando de este modo la fracción de impureza del fondo de la torre de separación.
- (4)
- Retirar la fracción solapada compuesta de la fracción de eritritol y las fracciones de impurezas del fondo de la torre de separación y circular la fracción solapada a lo alto de la torre de separación, moviendo de este modo la fracción de eritritol hacia la zona del fondo de la torre de separación.
- (5)
- Alimentar agua a la torre de separación en una porción apropiada en la que no existe fracción solapada, retirando y recuperando de este modo la fracción de eritritol del fondo de la torre de separación.
En la etapa de separación cromatográfica
anteriormente mencionada, se puede usar la torre de separación
rellena con resinas de intercambio catiónico fuertemente ácidas de
tipo metal alcalino o de tipo amonio. Una torre de separación de
este tipo se hace rellenando una papilla acuosa de resinas en una
columna. La cantidad de resinas que se rellenan (longitud de la
torre de separación) se puede determinar apropiadamente de tal
manera que la torre de separación tenga la buena capacidad de
separación que se requiere para tratar la disolución. La torre de
separación puede tener preferiblemente una estructura dividida que
está compuesta de múltiples secciones según se muestra en la Fig. 3
y se describe con detalle más adelante, desde el punto de vista de
operatividad de la misma, aunque las que tienen una estructura
integrada también son utilizables.
La separación cromatográfica se puede llevar a
cabo según las siguientes operaciones que se ilustran en la Fig. 2.
Incidentalmente, la Fig. 2 muestra operaciones después de una
operación final (quinta operación) de la etapa de separación
cromatográfica previa. Además, las operaciones respectivas que se
muestran en la Fig. 2 se representan con respecto al estado
inmediatamente después de la terminación de cada operación.
- (1)
- Una cantidad predeterminada de la disolución purificada (F) se alimenta a lo alto de una torre de separación (la primera operación de la Fig. 2), retirando de este modo eritritol residual (P) que queda en una cuarta torre después de la operación final (quinta operación de la Fig. 2) de la etapa de separación cromatográfica previa.
- (2)
- Se retira agua del fondo de la torre de separación y se circula a lo alto de la misma, desarrollando de este modo los respectivos componentes absorbidos en las resinas y moviendo la fracción de impureza hacia la zona del fondo de la torre de separación (la segunda operación de la Fig. 2). Tras llevar a cabo esta operación, la torre de separación se mantiene en estado de sistema cerrado, y se circula agua como eluyente por la torre de separación mediante la operación de una bomba. Específicamente, el agua en la zona del fondo de la torre de separación se circula sucesivamente a lo alto de la misma, desarrollando de este modo los respectivos componentes absorbidos en las resinas y moviendo la fracción de impureza hacia la zona del fondo de la torre de separación.
- La segunda operación de la Fig. 2 muestra un estado tal que la fracción de eritritol (a) se transfiere desde la segunda torre a la tercera torre, la primera fracción de impureza (c) se transfiere a la cuarta torre, y la segunda fracción que contiene impureza (b) se mueve a una posición entre la fracción de eritritol (a) y la primera fracción de impureza (c). Incidentalmente, después de alcanzar el estado anterior, el agua que se retira del fondo de la torre de separación contiene impurezas y, por lo tanto, ya no es utilizable más como eluyente.
- (3)
- Se alimenta agua (W) a lo alto de la torre de separación, retirando de este modo la fracción de impureza (R) del fondo de la torre de separación (la tercera operación de la Fig. 2). La fracción de impureza retirada se trata apropiadamente. La tercera operación de la Fig. 2 muestra un estado tal que la fracción de impureza se retira del fondo de la torre de separación. La expresión "fracción de impureza" en la presente invención, significa una fracción tal que contiene impurezas pero que está sustancialmente exenta de fracción de eritritol, y, por lo tanto, no incluye la fracción solapada (L) (véase la Fig. 2) compuesta de ambas, fracción de eritritol y fracción de impureza. La fracción solapada (L) se trata en la siguiente cuarta operación.
- (4)
- La fracción solapada (fracción "L" en la Fig. 2) compuesta de fracción de eritritol y fracción de impureza se retira del fondo de la torre de separación y se circula a lo alto de la misma, moviendo de este modo la fracción de eritritol hacia la zona del fondo de la torre de separación. Tras llevar a cabo esta operación, la torre de separación se mantiene en el estado de un sistema cerrado, y la fracción solapada (L) se retira del fondo de la torre de separación y se circula a lo alto de la misma mediante la operación de una bomba.
- (5)
- Se alimenta agua (W) a la torre de separación en una posición apropiada en la que no existe fracción solapada, retirando y recuperando de este modo la fracción de eritritol del fondo de la torre de separación. La quinta operación de la Fig. 2 muestra un estado tal que se alimenta agua a lo alto de la segunda torre y la mayor parte de la fracción de eritritol (a) se retira del fondo de la torre de separación. El eritritol residual que queda en la cuarta torre se puede recuperar llevando a cabo la primera operación de la siguiente etapa de separación cromatográfica en la que la disolución purificada (F) se alimenta de nuevo a lo alto de la torre de separación. Adicionalmente, el eritritol contenido en la fracción transferida (circulada) a lo alto de la torre de separación en la cuarta operación anterior, se separa y se recupera de la fracción de impureza junto con eritritol en la disolución purificada (F).
La primera característica de la separación
cromatográfica anteriormente mencionada reside en que después de
que la fracción de impureza que está sustancialmente exenta de la
fracción de eritritol (a) se retira del fondo de la torre de
separación, la fracción solapada compuesta de la fracción de
impureza y la fracción de eritritol (a) (que habitualmente se
retira sucesivamente y se trata apropiadamente a fin de potenciar la
pureza de eritritol) se transfieren (se circulan) a lo alto de la
torre de separación, aumentando de este modo el porcentaje de
recuperación de eritritol sin disminuir la pureza del mismo.
Asimismo, la segunda característica de la
separación cromatográfica anteriormente mencionada reside en que la
cantidad de agua que se alimenta a la torre de separación desde
fuera del sistema está limitada al nivel más bajo posible,
reduciendo de este modo la carga aplicada a la etapa de
concentración sucesiva que se describe con detalle más adelante.
Por lo tanto, en la etapa de separación cromatográfica, (1) se usa
agua en la torre de separación como eluyente (la segunda
operación); (2) según se describe anteriormente, la fracción
solapada compuesta de la fracción de impureza y la fracción de
eritritol, se transfiere (se circula) a lo alto de la torre de
separación, transfiriendo de este modo la fracción de eritritol
hacia la zona del fondo de la torre de separación (la cuarta
operación); y (3) se reduce la cantidad de agua que se alimenta a la
torre de separación en la quinta operación, haciendo de este modo
que una parte de la fracción de eritritol permanezca en la torre de
separación, y se retira y se recupera la fracción de eritritol
residual de la torre de separación cuando la disolución purificada
se alimenta nuevamente a la misma en la siguiente etapa de
separación cromatográfica (quinta operación).
Se puede llevar a cabo la etapa de tratamiento
con carbón activado y/o la etapa de desalación a fin de retirar
componentes coloreados, componentes de olor, sales y similares de la
disolución de cultivo. El orden de estas etapas se puede
seleccionar opcionalmente. El carbón activado que se usa puede estar
en cualquier forma, es decir, indistintamente en forma de polvo o
partículas. En la etapa de desalación, se puede usar una columna de
intercambio de cationes, una columna de intercambio de aniones y una
torre de lecho mixto que contiene ambas resinas de intercambio de
cationes y aniones.
Se puede llevar a cabo la etapa de concentración
inmediatamente antes de la etapa de cristalización a fin de
potenciar la eficacia de la sucesiva etapa de cristalización. La
etapa de cristalización se puede continuar hasta que el contenido
de sólidos disueltos en la disolución alcance habitualmente 30 a 70%
en peso, preferiblemente 40 a 60% en peso. En una etapa de
concentración de este tipo, se usan preferiblemente el mismo
evaporador y condiciones operativas que las de la etapa de
concentración antes de la etapa de separación cromatográfica, por
las mismas razones que se han descrito anteriormente.
En la presente invención, como disoluciones
acuosas que contienen eritritol (disoluciones brutas que se han de
cristalizar), se pueden usar (1) la fracción de eritritol que se
recupera de la etapa de separación cromatográfica del procedimiento
anteriormente mencionado, (2) el líquido madre de cristalización que
se recupera de la etapa de separación de cristales del
procedimiento anteriormente mencionado, o similares.
En la etapa de cristalización del procedimiento
según la presente invención, la concentración de eritritol en la
disolución bruta que se ha de tratar se ajusta de 30 a 60% en peso
al comienzo de la cristalización; la disolución se enfría a una
velocidad de enfriamiento de no más de 20ºC/hora; se añaden
cristales de semilla de eritritol a la disolución bruta en el curso
del enfriamiento para la cristalización; y después se enfría la
disolución a una temperatura de no más de 20ºC, y luego se separa el
eritritol cristalino de la papilla resultante que contiene eritritol
cristalino.
En la etapa de cristalización del procedimiento
según la presente invención, se prefiere que después de que la
temperatura de la disolución alcanza 70 a 60ºC en el curso del
enfriamiento, se reduce la velocidad de enfriamiento de la
disolución, específicamente a no más de 10ºC/hora, y la disolución
se enfría adicionalmente hasta una temperatura de no más de 20ºC,
preferiblemente no más de 15ºC. Adicionalmente, en conformidad con
la presente invención, se prefiere que en un momento en que la
temperatura de la disolución acuosa que contiene eritritol en el
depósito de cristalización es más baja que la temperatura a la que
se satura la solubilidad del eritritol y la diferencia entre esas
temperaturas es no más de 15ºC, se añaden cristales de semilla de
eritritol a la disolución acuosa que contiene eritritol en el
depósito de cristalización. Más preferiblemente, los cristales de
semilla de eritritol se añaden en el momento en que la temperatura
de la disolución acuosa que contiene eritritol en el depósito de
cristalización es de 1 a 5ºC más baja que la temperatura a la que
se satura la solubilidad del eritritol. La cantidad de cristales de
semilla que se añaden no está particularmente restringida, pero
preferiblemente es no más de 0,1% en peso, más preferiblemente 0,001
a 0,05% en peso referido al peso de eritritol que se cristaliza en
el depósito de cristalización.
El aparato que se usa en la etapa de separación
de cristales no está particularmente restringido. Sin embargo,
según el descubrimiento de los inventores de la presente, se
prefiere usar un separador centrífugo que tenga una estructura tal
que la papilla que se ha de tratar se disperse en la dirección de
una circunferencia de una superficie filtrante y luego se haga
incidir contra la superficie filtrante. Las razones para ello son
como sigue.
En el caso en que se use el separador centrífugo
de tipo cesta más típico, la papilla que contiene eritritol
cristalino que se suministra desde una boquilla de conducto sencillo
se divide en fases sólida y líquida antes de que la papilla se
distribuya sobre la superficie filtrante entera, dando como
resultado una distribución irregular del eritritol cristalino en el
separador centrífugo y que falle la operación del aparato. Esos
problemas se pueden evitar usando el separador centrífugo que tiene
la estructura anteriormente mencionada.
El separador centrífugo que se muestra en la
Fig. 4 está constituido esencialmente por un elemento filtrante
rotatorio de forma cilíndrica que se amplia gradualmente de diámetro
a lo largo de la dirección axial del mismo, un tornillo que tiene
un contorno aproximadamente conformado con la periferia interior del
elemento filtrante y dispuesto coaxialmente dentro del elemento
filtrante y un conducto de alimentación de papilla montado hacia el
lado de diámetro pequeño del elemento filtrante.
Más específicamente, el separador centrífugo que
se muestra en la Fig. 4 comprende como componentes principales, una
cesta 11 y un tornillo 12 soportados ambos sobre un árbol de
transmisión 10, una envoltura 13 que se dispone rodeando la
periferia exterior de la cesta 11, y un conducto de alimentación de
papilla 14 insertado en el tornillo 12. El árbol de transmisión 10
tiene una estructura de eje doble concéntrico. El eje exterior del
árbol de transmisión 10 es arrastrado por un motor 16 por una cinta
en V 15, y un eje interior del árbol de transmisión 10 es
arrastrado por un reductor de velocidad síncrono 17 a una velocidad
de rotación más baja que la del eje exterior. Como resultado, la
cesta 11 montada sobre el eje exterior se hace rotar a una velocidad
más alta que el tornillo 12 montado sobre el eje interior.
Según se muestra en la Fig. 5, el cesto 11 tiene
una forma tronco cónica con diámetro ensanchado hacia su extremo, y
está provisto de una pared periférica del mismo con un gran número
de agujeros 18 que permiten que la disolución se separe para pasar
a través de los mismos. Adicionalmente, se dispone una tela metálica
19 para recoger componentes sólidos sobre la superficie periférica
interior del cesto 11. El tornillo 12 tiene un contorno tal que se
conforma aproximadamente con la superficie periférica interior del
cesto 11, y está provisto en el mismo de un espacio de recepción de
la papilla definido por una superficie lateral interior inclinada
del mismo con diámetro ensanchado hacia la porción del casquillo
(base) del mismo. Sobre una pared del lado del casquillo del
tornillo 12, se proporciona una pluralidad de orificios 20 por los
que se dispersa la papilla. El tornillo 12 también está provisto de
una superficie periférica exterior del mismo con paletas
helicoidales. El cesto 11 y la tela metálica 19 constituyen el
elemento filtrante del separador centrífugo.
La papilla que se recibe en el reservorio 21 que
se muestra en la Fig. 4 se alimenta por el conducto de alimentación
de papilla 14 hacia el extremo 10a del árbol de transmisión 10, y se
introduce en un espacio interior (es decir, el espacio que recibe
la papilla) del tornillo 12. En este momento, la papilla se dispersa
a lo largo de la superficie periférica interior inclinada del
tornillo 12 por la rotación del tornillo 12, según se muestra en la
Fig. 5. Como resultado, se permite que la papilla pase por los
respectivos orificios 20, se dispersa en la dirección de la
circunferencia de la tela metálica 19 se hace girar a alta velocidad
junto con el cesto 11, y se hace incidir contra la tela metálica
19. La dispersión de la papilla en la dirección de la circunferencia
de la tela metálica 19 también se acelera por la incidencia de la
papilla contra el extremo 10a del árbol de transmisión 10. Más
específicamente, la papilla se dispersa en la dirección de la
circunferencia de la tela metálica 19 por la incidencia contra el
extremo 10a, y se permite que pase por los orificios 20 y que
incida contra la tela metálica 19 por la acción de la fuerza
centrífuga. Adicionalmente, la papilla suministrada sobre la tela
metálica 19 es obligada a fluir hacia el extremo de la tela metálica
19 por la acción tanto de la forma inclinada de la misma, es decir,
una forma tal que el diámetro se ensancha hacia el extremo, como
por la su fuerza de rotación. El movimiento deslizante de la papilla
hacia el extremo de la tela metálica 19, también se acelera por la
acción rascadora de las paletas helicoidales, acción que está
provocada por la diferencia entre las velocidades de rotación de las
paletas helicoidales.
El eritritol cristalino así separado se
pulveriza y se lava con agua que se alimenta por un conducto de
alimentación de agua de lavado 22 y luego por los pequeños agujeros
24 formados a través de la pared periférica del tornillo 12.
Después de esto, el eritritol cristalino se descarga por el tornillo
12 desde el extremo del diámetro mayor del cesto 11 al exterior del
sistema. Por otra parte, un filtrado separado del eritritol
cristalino y el agua de lavado residual se hacen fluir por los
agujeros 18 a la envoltura 13, y se descarga luego por el conducto
de drenaje 23 al exterior del sistema.
Usando el separador centrífugo que tiene la
estructura anteriormente mencionada, llega a ser posible filtrar la
papilla al tiempo que se dispersa la papilla en la dirección de la
circunferencia de la superficie filtrante. Por consiguiente, se
puede prevenir que la papilla que contiene eritritol cristalino se
divida en fases sólida y líquida antes de que la papilla se
distribuya sobre la superficie filtrante entera, de modo que es
posible llevar a cabo suavemente la separación centrífuga de la
papilla sin distribución irregular del eritritol cristalino.
En el separador centrífugo que se muestra en las
Figs. 4 y 5, la dispersión de la papilla en la dirección de la
circunferencia de la superficie filtrante y la incidencia de la
papilla contra la superficie filtrante, se pueden lograr usando
ambos efectos, (a) el efecto de la superficie de la pared interior
inclinada del tornillo 12 y (b) el efecto de la incidencia de la
papilla contra el extremo 10a del árbol de transmisión 10, en
combinación con la acción de la fuerza centrífuga. Sin embargo, se
puede lograr la condición similar usando indistintamente (a) o (b).
Alternativamente, también se pueden adoptar unos medios tales que se
ajusta un elemento con forma de anillo que tiene un gran número de
orificios o una boquilla rotatoria al extremo del conducto de
alimentación de la papilla que se inserta en el lado de diámetro
más pequeño, y la papilla se dispersa por los orificios del
elemento en forma de anillo o por la boquilla rotatoria en la
dirección de la circunferencia de la superficie filtrante, e incide
contra la superficie filtrante.
Los separadores centrífugos que tienen una
estructura de este tipo en que la papilla se dispersa en la
dirección de la circunferencia de la superficie filtrante y luego
incide contra la superficie filtrante, están fácilmente disponibles
comercialmente, por ejemplo, "CONTAVEX" o "PUSHER" (nombre
comercial, fabricado por SUMITOMO HEAVY MACHINERY INDUSTRY CO.,
LTD.).
Al mismo tiempo, la etapa de separación de
cristales se puede llevar a cabo habitualmente a una fuerza
centrífuga tan alta como sea posible a fin de reducir el contenido
de agua del cristal obtenido. Sin embargo, según el descubrimiento
de los inventores de la presente, dado que el eritritol tiene una
dureza relativamente grande, la operación con una fuerza centrífuga
excesiva puede dar como resultado la fractura del eritritol
cristalino debido a la incidencia contra la superficie de la pared
interior del separador centrífugo. Por esta razón, en conformidad
con la presente invención, se prefiere que después de la etapa de
separación de cristales que se lleve a cabo bajo una fuerza
centrífuga de 50 a 500 G habitualmente, el eritritol cristalino
obtenido se lave por pulverización con agua que se usa en una
cantidad de 0,1 a 1 parte en peso referida a una parte en peso de
eritritol cristalino y se mantenga a una temperatura de 5 a
20ºC.
Cuando la fuerza centrífuga es menos de 50 G, el
contenido de agua del eritritol cristalino obtenido puede llegar a
ser demasiado grande, dando como resultado no solamente un aumento
de la carga en la posterior etapa de secado, sino también el
deterioro de la calidad del producto cristalino obtenido debido a la
retirada insuficiente del líquido madre del mismo. Por otra parte,
cuando la fuerza centrífuga es más de 500 G, el eritritol cristalino
se puede fracturar tras la incidencia contra la superficie de la
pared interior del separador centrífugo. Por consiguiente, la
fuerza centrífuga que se usa en la etapa de separación de cristales
es preferiblemente de 100 a 300 G.
La cantidad y temperatura del agua de lavado que
se usa para el lavado por pulverización se puede determinar de modo
que se pueda lograr un efecto de lavado suficiente sin pérdida por
disolución de eritritol cristalino incluso cuando se use la fuerza
centrífuga relativamente pequeña anteriormente mencionada.
Específicamente, cuando la cantidad de agua de lavado que se usa es
menos de 0,1 parte en peso referida a una parte en peso de
eritritol cristalino, el efecto de lavado puede ser insatisfactorio,
fracasando de este modo en obtener eritritol cristalino de alta
pureza. Por otra parte, cuando la cantidad de agua de lavado que se
usa es más de 1 parte en peso o cuando la temperatura del agua de
lavado es más de 20ºC, la pérdida por disolución de eritritol
cristalino puede llegar a ser grande, haciendo de este modo que el
procedimiento se vuelva antieconómico. La cantidad de agua de
lavado que se usa es preferiblemente 0,2 a 0,5 partes en peso
referidas a una parte en peso del eritritol cristalino, y la
temperatura del agua de lavado es preferiblemente 10 a 20ºC.
La etapa de secado del procedimiento según la
presente invención, se lleva a cabo a fin de retirar agua del
eritritol cristalino que se recupera de la etapa de cristalización
precedente. En la etapa de secado, habitualmente, se puede usar
adecuadamente un secador del tipo de lecho fluidizado.
Adicionalmente, se lleva a cabo la etapa de tamizado a fin retirar
las partículas de tamaño grande del eritritol cristalino. En la
etapa de tamizado, se puede usar adecuadamente un dispositivo de
tamices vibradores que tienen un tamaño de malla habitualmente de
1,000 o 1,190 mm.
La presente invención se describirá ahora con
más detalle con referencia a los siguientes ejemplos, pero la
presente invención no se restringe a estos ejemplos y son posibles
diversas modificaciones dentro del alcance de la invención.
Se añadió Moniliella tomentosa var.
pollinis a un medio de cultivo (disolución de cultivo) que
contenía anhídrido de glucosa cristalino de 300 g/litro (calculada
como glucosa) y extractos de levadura de 10 g/litro. Se sometió el
medio de cultivo a cultivo con agitación a 35ºC durante 48 horas,
obteniendo de este modo un medio de cultivo de semilla (A). Se
añadieron 1,2 litros del medio de cultivo de semilla (A) obtenido a
600 litros de un medio de cultivo que contenía anhídrido de glucosa
cristalino de 300 g/litro (calculada como glucosa) y líquido de
maíz macerado de 37 g/litro. Se llevó a cabo el cultivo a 35ºC y 1,0
kg/cm^{2}G durante 48 horas mientras se pasó aire a través del
mismo a un caudal de alimentación de 300 litros/min y agitando a 300
rpm., obteniendo de este modo un medio de cultivo de semilla (B). A
continuación, se añadieron 600 litros del medio de cultivo de
semilla (B) obtenido a 30 m^{3} de un medio de cultivo que
contenía anhídrido de glucosa cristalino de 400 g/litro (calculada
como glucosa) y líquido de maíz macerado de 15 g/litro. Se llevó a
cabo el cultivo a 35ºC y 1,0 kg/cm^{2}G durante 90 horas mientras
se pasó aire a través del mismo a un caudal de alimentación de 15
m^{3}/min y agitando a 100 rpm., y se detuvo el cultivo cuando se
determinó que la glucosa se había consumido completamente.
Inmediatamente después de someterse a esterilización por calor, el
medio de cultivo se trató mediante el procedimiento de filtración
de flujo transversal usando una membrana cerámica, separando de
este modo los microbios del mismo bajo las siguientes
condiciones.
Esto es, en primer lugar, como procedimiento de
concentración de microbios y separación, una disolución de cultivo
que contiene eritritol calentada a aproximadamente 70ºC se alimentó
al depósito de circulación 1 que se usa en la etapa de separación
de los microbios (es decir, en el aparato de filtración de flujo
transversal según se muestra en la Fig. 1), y después de esto se
hizo funcionar la bomba 2 para iniciar la circulación de la
disolución de cultivo por lo que la disolución se hizo pasar por la
membrana filtrante 3 y el intercambiador de calor 6 y se hizo
volver al depósito de circulación 1. La disolución purificada
(filtrado) que se hizo pasar por la membrana filtrante 3 se recibió
en un reservorio de filtrado 5. En el procedimiento anterior, la
temperatura y la velocidad de flujo de la disolución de cultivo
circulada se ajustaron a aproximadamente 70ºC y 5 m/s,
respectivamente, y la diferencia de presión a través de la membrana
se ajustó a 1 kg/cm^{2}. Como resultado, el caudal medio de
penetración de disolución fue de 130
litros/m^{2}-hora.
A continuación, como procedimiento de filtración
con adición de agua, cuando la cantidad de disolución purificada en
el reservorio de filtrado 5 alcanzó 24 m^{3}, se alimentó
continuamente agua a 6 m^{3} de la disolución concentrada en el
depósito de circulación 1 mientras se mantenía un nivel constante de
la disolución concentrada. Mientras se alimentaba continuamente
agua al depósito de circulación 1, se llevó a cabo la circulación de
la misma manera que se describe anteriormente, y la disolución
purificada (filtrado) se recibió en el reservorio de filtrado 5.
Incidentalmente, el agua que se había de alimentar se precalentó a
aproximadamente 70ºC antes de alimentarla al depósito de
circulación 1, si fuera necesario. La cantidad total de agua
alimentada fue 18 m^{3}, y la cantidad total de la disolución
purificada (filtrado) recibida en el reservorio de filtrado 5 fue 18
m^{3}.
A continuación, como procedimiento de
concentración y filtración adicionales, se continuó la circulación
de la disolución de cultivo de la misma manera que se describe
anteriormente incluso después de detener la alimentación de agua,
recibiendo de este modo la disolución purificada (filtrado) en el
reservorio de filtrado 5. Cuando el caudal de penetración se redujo
a aproximadamente 50 litros/m^{2}-hora, se detuvo
el procedimiento de concentración y filtración adicionales, y se
lavó el aparato de filtración de flujo transversal con agua y se
regeneró para la sucesiva etapa de separación de los microbios. La
cantidad total de disolución purificada (filtrado) recibida en el
reservorio de filtrado 5 en el procedimiento de concentración y
filtración adicionales fue 2 m^{3}.
La cantidad total de disoluciones purificadas
(filtrados) obtenidas en los procedimientos respectivos
anteriormente mencionados fue 44 m^{3}, y la disolución
purificada contenía 121 g/litro de eritritol y 0,3 g/litro de
glicerol.
A continuación, 44 m^{3} de la disolución
purificada obtenida se hicieron pasar por una torre rellena con
resinas de intercambio catiónico débilmente ácidas de tipo ácido
carboxílico de tipo Na (nombre comercial: DIAION
WK-20 producidas por MITSUBISHI CHEMICAL CORP.) para
sustituir componentes duros tales como Ca y Mg con iones Na. En
este momento, la temperatura de la disolución purificada se mantuvo
a 70ºC.
A continuación, se concentró la disolución
purificada hasta que el contenido de sólidos disueltos en la misma
alcanzó 40% en peso (concentración primaria). Como evaporador, se
usó un evaporador de cuádruple efecto provisto de carcasa y tubo en
una sección de formación de película descendente del mismo. La
presión de operación se ajustó de 9,9 a 29,3 kPa, y la temperatura
del fluido se ajustó de 46 a 70ºC. En este momento, no se observó
fenómeno de formación de espuma cuando se concentró la disolución
bajo presión reducida, y se pudo llevar a cabo la concentración de
modo estable.
A continuación, 1,44 m^{3} de la disolución
concentrada obtenida mantenida a 70ºC, se alimentaron a lo alto de
una torre de separación que tenía un tamaño de 2.000 mm (diámetro) x
7.000 mm (altura) y rellena con resinas de tipo Na de resinas de
intercambio catiónico fuertemente ácidas de tipo ácido
divinilbenceno poliestireno sulfónico reticulado (nombre comercial:
DIAION UBK-550, producidas por MITSUBISHI CHEMICAL
CORP.). La temperatura de la torre de separación se mantuvo a 70ºC,
y la disolución concentrada se alimentó a un caudal de 11,6
m^{3}/hora.
Sucesivamente, se alimentó agua a lo alto de la
torre de separación al mismo caudal que el de la disolución
concentrada, y el efluente de la torre de separación se dividió en
dos fracciones, fracciones frontal y posterior, fijando un límite
entre ellas en una posición en la que el volumen del lecho de
efluente es 0,54. Las cantidades de fracciones frontal y posterior
fueron 4,8 m^{3} y 3,4 m^{3}, respectivamente. Se recuperaron
eritritol y glicerol como fracción posterior. La operación anterior
se repitió 10 veces, obteniendo de este modo 34 m^{3} de la
fracción posterior en total. La fracción posterior obtenida tenía
una composición tal que la concentración de eritritol fue 96,5
g/litro, la concentración de glicerol fue 0,2 g/litro y la
concentración de las otras sustancias fue 2,0 g/litro.
A continuación, la fracción posterior se trató
sucesivamente haciéndola pasar por una torre rellena con resinas de
intercambio catiónico fuertemente ácidas de tipo H (nombre
comercial: DIAION SK 1B, producidas por MITSUBISHI CHEMICAL CORP.),
una torre rellena con resinas de intercambio aniónico débilmente
básicas de tipo OH (nombre comercial: DIAION WA30, producidas por
MITSUBISHI CHEMICAL CORP.), y una torre de lecho mixto rellena con
ambas resinas de intercambio catiónico fuertemente ácidas de tipo H
y resinas de intercambio aniónico débilmente básicas de tipo OH
anteriormente mencionadas (nombre comercial: DIAION PA408,
producidas por MITSUBISHI CHEMICAL CORP.). Incidentalmente, la
fracción posterior se mezcló preliminarmente con 8 m^{3} del
líquido madre de cristalización que contenía agua de lavado
descargado de la etapa de separación de cristales (separador
centrífugo) según se describe con detalle más adelante, antes de
alimentar a la torre rellena con las resinas de intercambio
catiónico fuertemente ácidas de tipo H. Al reciclar el líquido madre
de cristalización previamente mezclado con la fracción, es posible
recuperar el eritritol contenido en el mismo. La disolución así
tratada se mezcló luego con 3,4 kg de carbón activado en polvo, y
la mezcla se agitó durante 30 minutos y se filtró para retirar el
carbón activado de la misma, obteniendo de este modo un
filtrado.
El filtrado así obtenido se concentró a 70ºC
bajo presión reducida hasta que el contenido de sólidos disueltos
en la misma alcanzó 53% en peso (concentración de eritritol: 48,0%
en peso) (concentración secundaria). Como evaporador, se usó un
evaporador de cuádruple efecto provisto de carcasa y tubo en una
sección de formación de película descendente. La presión de
operación se ajustó de 9,9 a 29,3 kPa, y la temperatura del fluido
fue de 46 a 70ºC. En la etapa de concentración, no se observó
fenómeno de formación de espuma cuando se concentró la disolución
bajo presión reducida, y se pudo llevar a cabo la concentración de
modo estable.
A continuación, la disolución concentrada que
tenía una temperatura de 70ºC se enfrió gradualmente a 15ºC a una
velocidad de enfriamiento de 7,5ºC/hora. Cuando la temperatura de la
disolución concentrada alcanzó 42ºC (diferencia de la temperatura
de saturación (45ºC): -3ºC) en el curso del enfriamiento, se
añadieron 380 g de cristales de semilla de eritritol (porcentaje en
peso referido al eritritol cristalino obtenido: 0,01% en peso) a la
disolución concentrada para que crezca eritritol cristalino,
obteniendo de este modo una papilla que contiene eritritol
cristalino.
Usando un separador centrífugo (nombre
comercial: "CONTAVEX", fabricado por SUMITOMO HEAVY MACHINERY
INDUSTRY CO., LTD.), se centrifugó la papilla obtenida que contenía
eritritol cristalino al tiempo que se aplicó una fuerza de 167 G
sobre la misma y al tiempo que se lavó con agua que se mantenía a
15ºC en una cantidad de 0,2 partes en peso referidas a una parte en
peso de eritritol cristalino húmedo, separando de este modo el
eritritol cristalino de la papilla. Más específicamente, la papilla
que contenía eritritol cristalino se dispersó en la dirección de la
circunferencia de la superficie filtrante y luego se hizo incidir
contra la superficie filtrante, filtrando de este modo el eritritol
cristalino al tiempo que se lavó por pulverización con agua. Como
resultado, se obtuvieron 3,5 toneladas de eritritol cristalino. El
eritritol cristalino obtenido tuvo una pureza de 99,9% y un
contenido de agua de 2,47% en peso. El líquido madre de
cristalización que contenía agua de lavado se circuló a un depósito
y se almacenó temporalmente en el mismo para recuperar
posteriormente eritritol del mismo. Después de esto, se secó el
eritritol cristalino obtenido.
Se midió el tamaño medio de partícula del
eritritol cristalino obtenido, y se determinó que era 750 \mum.
Como resultado de comparar el tamaño medio de partícula medido con
el de antes de someterlo a la separación centrífuga
(750 \mum), se confirmó que no se había generado fractura de cristales. El eritritol cristalino obtenido tuvo principalmente una estructura de cristales sencillos.
(750 \mum), se confirmó que no se había generado fractura de cristales. El eritritol cristalino obtenido tuvo principalmente una estructura de cristales sencillos.
Se midieron las respectivas disoluciones
purificadas que se recuperaron de la etapa de separación de los
microbios, la etapa de ablandamiento, la etapa de concentración
antes de la separación cromatográfica (concentración primaria) y la
etapa de concentración inmediatamente antes de la etapa de
cristalización (concentración secundaria), para determinar las
absorbancias de las mismas. Los resultados se muestran en la Tabla
1. Incidentalmente, la medición de absorbancias se llevó a cabo
mediante un espectrofotómetro "UVIDEC-340"
(fabricado por NIHON BUNKO CO., LTD.) usando una celdilla de cuarzo
de 1 cm y una longitud de onda de 720 nm ó 420 nm.
Las disoluciones purificadas que se recuperaron
de la etapa de separación de los microbios y la etapa de
ablandamiento se sometieron a una prueba de cultivo. Los resultados
se muestran en la Tabla 1. Incidentalmente, en la prueba de
cultivo, se colocó una disolución de prueba muestreada bajo
condiciones estériles en una incubadora que se mantuvo a 25ºC, y se
dejó en reposo durante un día y una noche. Se observó visualmente la
disolución de prueba para determinar el crecimiento de diversos
gérmenes en la disolución de prueba.
Adicionalmente, también se midieron el contenido
de agua del eritritol cristalino y la eficacia de lavado. Los
resultados se muestran en la Tabla 2. Incidentalmente, en la Tabla
2, se midieron los contenidos de azúcares y
azúcares-alcoholes mediante cromatografía líquida de
alto rendimiento, y las partes en peso en cantidad de agua de
lavado significan partes en peso referidas a una parte en peso de
eritritol cristalino húmedo.
Ejemplo de referencia
1
Se llevó a cabo el mismo procedimiento que se
define en el Ejemplo 1 excepto que se usó un separador centrífugo
en lugar del aparato de filtración de flujo transversal y la
separación de los microbios se llevó a cabo al tiempo que se aplicó
una fuerza centrífuga de 8.000 G a la disolución de cultivo,
obteniendo de este modo eritritol cristalino. Un material
sobrenadante que se recuperó de la etapa de separación de los
microbios (separador centrífugo) se sometió a una medición de
absorbancia y una prueba de cultivo de la misma manera que en el
Ejemplo 1. Los resultados se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo de referencia
2
Se llevó a cabo el mismo procedimiento que se
define en el Ejemplo 1 excepto que la temperatura de la etapa de
separación de los microbios se cambió de 70ºC a 25ºC, obteniendo de
este modo eritritol cristalino. Un material sobrenadante que se
recuperó de la etapa de separación de los microbios (separador
centrífugo) se sometió a una medición de absorbancia y una prueba
de cultivo de la misma manera que en el Ejemplo 1. Los resultados
se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo de referencia
3
Se llevó a cabo el mismo procedimiento que se
define en el Ejemplo 1 excepto que la temperatura de la etapa de
ablandamiento se cambió de 70ºC a 25ºC, obteniendo de este modo
eritritol cristalino. En este caso se aumentó gradualmente la
pérdida de presión de la bomba de alimentación para alimentar la
disolución de cultivo que se ha de tratar, a la torre rellena de
resina que se usa en la etapa de ablandamiento. Se confirmó que el
aumento en la pérdida de presión de la bomba estaba provocado por la
contaminación bacteriana de la disolución de cultivo. Una
disolución purificada que se recuperó de la etapa de ablandamiento
se sometió a una medición de absorbancia y una prueba de cultivo de
la misma manera que en el Ejemplo 1. Los resultados se muestran en
la Tabla 1.
Ejemplo de referencia
4
Se llevó a cabo el mismo procedimiento que se
define en el Ejemplo 1 excepto que la temperatura de la etapa de
ablandamiento se cambió de 70ºC a 45ºC, obteniendo de este modo
eritritol cristalino. Una disolución purificada que se recuperó de
la etapa de ablandamiento se sometió a una medición de absorbancia y
una prueba de cultivo de la misma manera que en el Ejemplo 1. Los
resultados se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo de referencia
5
Se llevó a cabo el mismo procedimiento que se
define en el Ejemplo 1 excepto que la temperatura de la etapa de
ablandamiento se cambió de 70ºC a 95ºC, obteniendo de este modo
eritritol cristalino. Una disolución purificada que se recuperó de
la etapa de ablandamiento se sometió a una medición de absorbancia y
una prueba de cultivo de la misma manera que en el Ejemplo 1. Los
resultados se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo de referencia
6
Se llevó a cabo el mismo procedimiento que se
define en el Ejemplo 1 excepto que la etapa de concentración antes
de la separación cromatográfica (concentración primaria) y la etapa
de concentración inmediatamente antes de la etapa de cristalización
(concentración secundaria) se llevaron a cabo a una presión de
operación de 4,0 kPa y una temperatura de fluido de 30ºC,
obteniendo de este modo eritritol cristalino. En estas dos etapas
de concentración, se observaron fenómenos violentos de formación de
espuma. Una disolución purificada que se recuperó de cada etapa de
concentración se sometió a una medición de absorbancia de la misma
manera que en el Ejemplo 1. Los resultados se muestran en la Tabla
1.
Ejemplo de referencia
7
Se llevó a cabo el mismo procedimiento que se
define en el Ejemplo 1 excepto que la etapa de concentración antes
de la separación cromatográfica (concentración primaria) y la etapa
de concentración inmediatamente antes de la etapa de cristalización
(concentración secundaria) se llevaron a cabo a una presión de
operación de 80,0 kPa y una temperatura de fluido de 93ºC,
obteniendo de este modo eritritol cristalino. Aunque no se
observaron fenómenos de formación de espuma en ninguna de estas
etapas de concentración, la disolución después de cada etapa de
concentración estuvo notablemente más coloreada en comparación con
la del Ejemplo 1. Una disolución purificada que se recuperó de cada
etapa de concentración se sometió a una medición de absorbancia de
la misma manera que en el Ejemplo 1. Los resultados se muestran en
la Tabla 1.
Ejemplo 2 a 3 y ejemplos de
referencia 8 a
11
Se llevó a cabo el mismo procedimiento que se
define en el Ejemplo 1 excepto que las condiciones usadas en la
etapa de separación de cristales se cambiaron a las que se muestran
en la Tabla 2, obteniendo de este modo eritritol cristalino. Los
resultados de las mediciones de contenido de agua y eficacia de
lavado de los cristales obtenidos, etc., se muestran en la Tabla
2.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 1
(continuación)
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\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
Tabla 2
(continuación)
\vskip1.000000\baselineskip
Se llevó a cabo el mismo procedimiento que se
define en el Ejemplo 1 excepto que el procedimiento de la etapa de
separación cromatográfica se cambió como sigue, obteniendo de este
modo eritritol cristalino.
Esto es, la etapa de cultivo, la etapa de
separación de los microbios, la etapa de ablandamiento y la etapa
de concentración (concentración primaria) se llevaron a cabo de la
misma manera que en el Ejemplo 1. Después de esto, la etapa de
separación cromatográfica según se muestra en la Fig. 3, es decir la
etapa que usa la torre de separación que comprende cuatro torres
conectadas en serie teniendo cada una un tamaño de 2.000 mm
(diámetro) x 1.750 mm (altura) que estaba rellena con 22 m^{3} de
resinas de intercambio catiónico fuertemente ácidas de tipo ácido
divinilbenceno poliestireno sulfónico reticulado de tipo Na (nombre
comercial: DIAION UBK-550, producidas por
MITSUBISHI CHEMICAL CORP.), se llevó a cabo de la siguiente
manera.
En primer lugar la disolución concentrada
anteriormente mencionada, que se mantuvo a 70ºC, se alimentó a lo
alto de la torre de separación. La temperatura de la torre de
separación se mantuvo a 70ºC, y la velocidad de alimentación de la
disolución concentrada se ajustó a 11,9 m^{3}/hora. La disolución
concentrada se dividió en cinco fracciones, y se hizo pasar
sucesivamente por la torre de separación en las siguientes cinco
momentos para reciclar la fracción solapada compuesta de una
fracción de impureza y una fracción de eritritol.
Primera
operación
Se abrieron las válvulas 81 y 84, y 1,5 m^{3}
de disolución concentrada almacenados en un depósito 75 se
alimentaron a lo alto de la primera torre 71 haciendo funcionar una
bomba 91, recuperando de este modo 1,5 m^{3} de una fracción de
producto (1) compuesta principalmente de eritritol del fondo de la
cuarta torre 74. Incidentalmente, la fracción de producto así
obtenida fue una fracción tal que contenía los componentes eluidos
de la resina moviendo la disolución residual en la torre hacia la
zona del fondo de la misma cuando se llevó a cabo la primera
operación después de la quinta operación del ciclo precedente.
Después de la terminación de la primera operación, se cerraron las
válvulas 81 y 84 (la operación de cierre de válvulas se realizó de
modo similar después de la terminación de cada una de las
operaciones subsiguientes).
Segunda
operación
Se abrieron las válvulas 87 y 82, y se hizo
funcionar una bomba 92 para retirar 6,4 m^{3} de agua del fondo
de la cuarta torre 74 y circular el agua retirada a lo alto de la
primera torre 71.
Tercera
operación
Se abrieron las válvulas 82 y 86, y se hizo
funcionar la bomba 92 para alimentar 5,0 m^{3} de agua en un
depósito 76 a lo alto de la primera torre 71 y retirar 5,0 m^{3}
de una fracción de residuo del fondo de la cuarta torre 74. La
fracción de residuo contenía diversas sales, componentes coloreados
e impurezas.
Cuarta
operación
1,0 m^{3} de la fracción solapada que contenía
la fracción de eritritol y la fracción de impureza se retiró del
fondo de la cuarta torre 74 y se circuló a lo alto de la primera
torre 71.
Quinta
operación
Se abrieron las válvulas 83 y 85, y se hizo
funcionar la bomba 92 para alimentar 3,5 m^{3} de agua en el
depósito 76 a lo alto de la segunda torre 72 y recuperar 3,5 m^{3}
de una fracción de producto (2) compuesta principalmente de
eritritol del fondo de la cuarta torre 74. La cantidad total de
fracciones de producto (1) y (2) fue 5,0 m^{3}.
Se repitieron 7 veces como un ciclo las series
de operaciones primera a quinta anteriormente mencionadas en las
que la quinta operación del ciclo precedente se continúa con la
primera operación del ciclo sucesivo, obteniendo de este modo 35,0
m^{3} de la fracción compuesta principalmente de eritritol. La
fracción de eritritol obtenida tenía una composición tal que la
concentración de eritritol fue 97,2 g/litro, la concentración de
glicerol fue 0,2 g/litro y la concentración de las otras sustancias
fue 1,1 g/litro.
A continuación, el efluente que se recuperó de
la etapa de separación cromatográfica anterior se trató haciéndolo
pasar sucesivamente por la torre rellena con resinas de intercambio
catiónico fuertemente ácidas de tipo H, la torre rellena con
resinas de intercambio aniónico débilmente básicas de tipo OH y la
torre de lecho mixto rellena con ambas resinas de intercambio
catiónico fuertemente ácidas de tipo H y resinas de intercambio
aniónico fuertemente básicas de tipo OH anteriormente mencionadas,
de la misma manera que en el Ejemplo 1.
Adicionalmente, el efluente se sometió
sucesivamente a la etapa de concentración (concentración
secundaria), la etapa de cristalización y la etapa de separación de
cristales, de la misma manera que en el Ejemplo 1, obteniendo de
este modo 3,5 toneladas de eritritol cristalino. El eritritol
cristalino obtenido tuvo una pureza de 99,9% y un contenido de agua
de 2,47% en peso. Se recuperó el líquido madre de cristalización que
contenía el agua de lavado y se almacenó temporalmente en el
depósito para recuperar eritritol del mismo.
Después de esto, se secó el eritritol cristalino
obtenido y se midió para determinar el tamaño medio de partícula
del mismo. Como resultado de la medición el tamaño medio de
partícula fue 750 \mum. Comparando el tamaño medio de partícula
medido con el de antes de la separación centrífuga, se confirmó que
no se había generado fractura del eritritol cristalino. El
eritritol cristalino obtenido tuvo principalmente una estructura de
cristales sencillos.
En las operaciones anteriormente mencionadas, la
fracción de eritritol que se recuperó de la etapa de separación
cromatográfica se midió con respecto al porcentaje de recuperación,
porcentaje de retirada de impureza, porcentaje de decoloración y
porcentaje de desalación de eritritol. Los resultados se muestran en
la Tabla 3. Incidentalmente, el porcentaje de recuperación y el
porcentaje de retirada de impureza de eritritol se calcularon a
partir de valores medidos por cromatografía líquida de alta
resolución. Asimismo, el porcentaje de decoloración y el porcentaje
de desalación de eritritol se calcularon a partir de valores
obtenidos por mediciones de absorbancia (A420) y conductividad
eléctrica del mismo.
\vskip1.000000\baselineskip
Se llevó a cabo el mismo procedimiento que se
define en el Ejemplo 4 excepto que el cultivo se llevó a cabo de la
siguiente manera, obteniendo de este modo eritritol cristalino de
alta pureza.
Esto es, usando cepa de Trichosporonoides
megachiliensis SN-G42 como microorganismos
productores de eritritol, el medio de cultivo de semilla (B) se
obtuvo de la misma que en el Ejemplo 4. Después de esto, se
añadieron 600 litros del medio de cultivo de semilla (B) obtenido a
una disolución de cultivo que contenía glucosa purificada de 400
g/litro (calculada como glucosa) y líquido de maíz macerado de 8
g/litro, y se llevó a cabo el cultivo a 35ºC y 1,0 kg/cm^{2}G
durante 90 horas mientras se pasó aire a través del mismo a un
caudal de alimentación de 15 m^{3}/min y agitando a 120 rpm. La
cantidad de efluente que se recuperó de la etapa de separación
cromatográfica (fracción compuesta principalmente de eritritol) fue
35,0 m^{3}. El efluente tuvo una composición tal que la
concentración de eritritol fue 97,2 g/litro, la concentración de
glicerol fue 0,2 g/litro y la concentración de sustancias
desconocidas fue 1,1 g/litro.
El efluente se sometió a las respectivas etapas
de la misma manera que en el Ejemplo 4, obteniendo de este modo 3,5
toneladas de eritritol cristalino de tenían una pureza de 99,9%. La
fracción de eritritol que se recuperó de la etapa de separación
cromatográfica se midió con respecto al porcentaje de recuperación,
porcentaje de retirada de impureza, porcentaje de decoloración y
porcentaje de desalación de eritritol de la misma manera que en el
Ejemplo 4. Los resultados se muestran en la Tabla 3.
Ejemplo de referencia
12
Se llevó a cabo el mismo procedimiento que se
define en el Ejemplo 4 excepto que las operaciones de la etapa de
separación cromatográfica del Ejemplo 4 se cambiaron como sigue,
obteniendo de este modo eritritol cristalino. Esto es, la fracción
solapada que contenía ambas, fracción de eritritol y fracción de
impureza, no se circuló a lo alto de la primera torre, sino que se
descargó junto con la fracción de residuo llevando a cabo la
separación cromatográfica siguiente que incluye una serie de
operaciones de la primera a la cuarta como un ciclo. Los resultados
se muestran en la Tabla 3.
\vskip1.000000\baselineskip
Primera operación: Igual que la
primera operación del Ejemplo
4
Se abrieron las válvulas 81 y 84, y 1,5 m^{3}
de disolución concentrada almacenados en el depósito 75 se
alimentaron a lo alto de la primera torre 71 haciendo funcionar una
bomba 91, recuperando de este modo 1,5 m^{3} de la fracción de
producto (1) compuesta principalmente de eritritol del fondo de la
cuarta torre 74. Incidentalmente, la fracción de producto así
obtenida fue una fracción tal que contenía los componentes eluidos
de la resina moviendo la disolución residual en la torre hacia la
zona del fondo de la misma cuando se llevó a cabo la primera
operación después de la cuarta operación del ciclo precedente.
\vskip1.000000\baselineskip
Segunda operación: Igual que la
segunda operación del Ejemplo
4
Se abrieron las válvulas 82 y 87, y se hizo
funcionar la bomba 92 para retirar 6,4 m^{3} de agua del fondo de
la cuarta torre 74 y circular el agua retirada a lo alto de la
primera torre 71.
\vskip1.000000\baselineskip
Tercera operación: Igual que la
tercera operación del Ejemplo 4 excepto que se cambió la cantidad de
agua
alimentada
Se abrieron las válvulas 82 y 86, y se hizo
funcionar la bomba 92 para alimentar 6,0 m^{3} de agua en el
depósito 76 a lo alto de la primera torre 71 y retirar 6,0 m^{3}
de una fracción de residuo del fondo de la cuarta torre 74. La
fracción de residuo contenía diversas sales, componentes coloreados
e impurezas.
\vskip1.000000\baselineskip
Cuarta operación: Correspondiente a
la quinta operación del Ejemplo
4
Se abrieron las válvulas 83 y 85, y se hizo
funcionar la bomba 92 para alimentar 3,5 m^{3} de agua a lo alto
de la segunda torre 72 y recuperar 3,5 m^{3} de la fracción de
producto (2) compuesta principalmente de eritritol del fondo de la
cuarta torre 74. La cantidad total de fracciones de producto (1) y
(2) recuperadas fue 5,0 m^{3}.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo de referencia
13
Se llevó a cabo el mismo procedimiento que se
define en el Ejemplo 4 excepto que las operaciones de la etapa de
separación cromatográfica del Ejemplo 4 se cambiaron como sigue,
obteniendo de este modo eritritol cristalino. Esto es, la fracción
solapada que contenía ambas, fracción de eritritol y fracción de
impureza, no se circuló a lo alto de la primera torre, sino que se
recuperó junto con la fracción de producto llevando a cabo la
separación cromatográfica siguiente que incluye una serie de
operaciones de la primera a la cuarta como un ciclo. Los resultados
se muestran en la Tabla 3.
\vskip1.000000\baselineskip
Primera operación: Igual que la
primera operación del Ejemplo
4
Se abrieron las válvulas 84 y 82, y 1,5 m^{3}
de la disolución concentrada almacenados en el depósito 75 se
alimentaron a lo alto de la primera torre 71 haciendo funcionar la
bomba 91, recuperando de este modo 1,5 m^{3} de la fracción de
producto (1) compuesta principalmente de eritritol del fondo de la
cuarta torre 74. Incidentalmente, la fracción de producto así
obtenida fue una fracción tal que contenía los componentes eluidos
de la resina moviendo la disolución residual en la torre hacia la
zona del fondo de la misma cuando se llevó a cabo la primera
operación después de la cuarta operación del ciclo precedente.
\vskip1.000000\baselineskip
Segunda operación: Igual que la
segunda operación del Ejemplo
4
Se abrieron las válvulas 82 y 87, y se hizo
funcionar la bomba 92 para retirar 6,4 m^{3} de agua del fondo de
la cuarta torre 74 y circular el agua retirada a lo alto de la
primera torre 71.
\vskip1.000000\baselineskip
Tercera operación: Igual que la
tercera operación del Ejemplo
4
Se abrieron las válvulas 82 y 86, y se hizo
funcionar la bomba 92 para alimentar 5,0 m^{3} de agua en el
depósito 76 a lo alto de la primera torre 71 y retirar 5,0 m^{3}
de una fracción de residuo del fondo de la cuarta torre 74. La
fracción de residuo contenía diversas sales, componentes coloreados
e impurezas.
Cuarta operación: Casi igual que la
quinta operación del Ejemplo 4 excepto que se cambió la cantidad de
agua
alimentada
Se abrieron las válvulas 83 y 85, y se hizo
funcionar la bomba 92 para alimentar 4,5 m^{3} de agua en el
depósito 76 a lo alto de la segunda torre 72 y recuperar 4,5 m^{3}
de la fracción de producto (2) compuesta principalmente de
eritritol del fondo de la cuarta torre 74. La cantidad total de
fracciones de producto (1) y (2) recuperadas fue 6,0 m^{3}.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo de referencia
14
Se llevó a cabo el mismo procedimiento que se
define en el Ejemplo 4 excepto que las operaciones de la etapa de
separación cromatográfica del Ejemplo 4 se cambiaron como sigue,
obteniendo de este modo eritritol cristalino. Esto es, la fracción
solapada que contenía ambas, fracción de eritritol y fracción de
impureza, no se circuló a lo alto de la primera torre, sino que una
parte de la fracción solapada se recuperó junto con la fracción de
producto y la parte restante de la misma se descargó junto con la
fracción de residuo llevando a cabo la separación cromatográfica
siguiente que incluye una serie de operaciones de la primera a la
cuarta como un ciclo. Los resultados se muestran en la Tabla 3.
Primera operación: Igual que la
primera operación del Ejemplo
4
Se abrieron las válvulas 84 y 82, y 1,5 m^{3}
de la disolución concentrada almacenados en el depósito 75 se
alimentaron a lo alto de la primera torre 71 haciendo funcionar la
bomba 91, recuperando de este modo 1,5 m^{3} de la fracción de
producto (1) compuesta principalmente de eritritol del fondo de la
cuarta torre 74. Incidentalmente, la fracción de producto así
obtenida fue una fracción tal que contenía los componentes eluidos
de la resina moviendo la disolución residual en la torre hacia la
zona del fondo de la misma cuando se llevó a cabo la primera
operación después de la cuarta operación del ciclo precedente.
Segunda operación: Igual que la
segunda operación del Ejemplo
4
Se abrieron las válvulas 82 y 87, y se hizo
funcionar la bomba 92 para retirar 6,4 m^{3} de agua del fondo de
la cuarta torre 74 y circular el agua retirada a lo alto de la
primera torre 71.
Tercera operación: Igual que la
tercera operación del Ejemplo 4 excepto que se cambió la cantidad de
agua
alimentada
Se abrieron las válvulas 82 y 86, y se hizo
funcionar la bomba 92 para alimentar 5,5 m^{3} de agua en el
depósito 76 a lo alto de la primera torre 71 y retirar 5,5 m^{3}
de una fracción de residuo del fondo de la cuarta torre 74. La
fracción de residuo contenía diversas sales, componentes coloreados
e impurezas.
Cuarta operación: Casi igual que la
quinta operación del Ejemplo 4 excepto que se cambió la cantidad de
agua
alimentada
Se abrieron las válvulas 83 y 85, y se hizo
funcionar la bomba 92 para alimentar 4,0 m^{3} de agua en el
depósito 76 a lo alto de la segunda torre 72 y recuperar 4,0 m^{3}
de la fracción de producto (2) compuesta principalmente de
eritritol del fondo de la cuarta torre 74. La cantidad total de
fracciones de producto (1) y (2) recuperadas fue 5,5 m^{3}.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 3
(continuación)
\vskip1.000000\baselineskip
Se llevó a cabo el mismo procedimiento que se
define en el Ejemplo 1 excepto que cuando la temperatura de la
disolución concentrada en la etapa de cristalización alcanzó 44ºC
(diferencia de la temperatura de saturación (45ºC): -1ºC) en el
curso del enfriamiento, se añadieron 640 g de cristales de semilla
de eritritol (porcentaje en peso referido al eritritol cristalino
obtenido: 0,02% en peso) a la disolución concentrada, obteniendo de
este modo eritritol cristalino. Se confirmó que el tamaño medio de
partícula y la forma del eritritol cristalino obtenido eran iguales
que los del Ejemplo 1.
Ejemplo de referencia
15
Se llevó a cabo el mismo procedimiento que se
define en el Ejemplo 1 excepto que la velocidad de enfriamiento
usada para enfriar gradualmente la disolución de concentración a
15ºC, se cambió a 25,0ºC/hora, obteniendo de este modo eritritol
cristalino. Se confirmó que el tamaño medio de partícula del
eritritol cristalino obtenido era igual que el del Ejemplo 1,
aunque el eritritol cristalino estaba presente en la forma de
cristales coagulados.
Ejemplo de referencia
16
Se llevó a cabo el mismo procedimiento que se
define en el Ejemplo 1 excepto que se usó un separador centrífugo
de tipo de cesto vertical y la papilla que contenía eritritol
cristalino se alimentó al mismo por una boquilla de conducto
sencillo, obteniendo de este modo eritritol cristalino. La fuerza
centrífuga usada fue 167 G. En este Ejemplo de referencia, la
papilla que contenía eritritol cristalino que se alimentó por la
boquilla de conducto sencillo se dividió en fases líquida y sólida
antes de ser distribuida por la superficie filtrante entera, dando
como resultado una distribución irregular de la papilla en el
separador centrífugo y falló el funcionamiento del aparato.
Claims (11)
1. Un procedimiento para producir eritritol
cristalino de alta pureza que comprende una etapa de cristalización
que somete una disolución acuosa que contiene eritritol como
disolución bruta a cristalización y una etapa de separación de
cristales que separa eritritol cristalino de una papilla que
contiene eritritol cristalino, obtenido en la etapa de
cristalización, en el que
se ajusta la concentración de eritritol de dicha
disolución acuosa que contiene eritritol de 30 a 60% en peso al
comienzo de la etapa de cristalización;
se enfría dicha disolución acuosa que contiene
eritritol a una velocidad de enfriamiento de no más de
20ºC/hora;
se añaden cristales de semilla de eritritol a
dicha disolución acuosa que contiene eritritol en el curso del
enfriamiento; y
después de enfriar a no más de 20ºC, el
eritritol cristalino producido se separa de dicha papilla,
que comprende adicionalmente una etapa de
separación de los microbios que separa microbios de una disolución
de cultivo que contiene eritritol como disolución bruta y una etapa
de separación cromatográfica que somete una disolución purificada
que se recupera de dicha etapa de separación de los microbios a
separación cromatográfica seguida de dicha etapa de
cristalización,
siendo dicha disolución acuosa que contiene
eritritol que se ha de tratar en dicha etapa de cristalización una
fracción de eritritol que se recupera de dicha etapa de separación
cromatográfica, y
en el que dicha etapa de separación de los
microbios se lleva a cabo mediante un procedimiento de filtración
de flujo transversal que usa una membrana cerámica o una membrana
orgánica, y la temperatura de dicha disolución que se ha de tratar
en la etapa de separación de los microbios es de 50 a 90ºC.
2. Un procedimiento para producir eritritol
cristalino de alta pureza que comprende una etapa de cristalización
que somete una disolución acuosa que contiene eritritol como
disolución bruta a cristalización y una etapa de separación de
cristales que separa eritritol cristalino de una papilla que
contiene eritritol cristalino que se obtiene en la etapa de
cristalización, en el que
se ajusta la concentración de eritritol de dicha
disolución acuosa que contiene eritritol de 30 a 60% en peso al
comienzo de la etapa de cristalización;
se enfría dicha disolución acuosa que contiene
eritritol a una velocidad de enfriamiento de no más de
20ºC/hora;
se añaden cristales de semilla de eritritol a
dicha disolución acuosa que contiene eritritol en el curso del
enfriamiento; y
después de enfriar a no más de 20ºC, el
eritritol cristalino producido se separa de dicha papilla,
en el que dicha etapa de separación de cristales
se lleva a cabo mediante separación centrífuga usando una fuerza
centrífuga de 6,7 \cdot 10^{3} a 6,7 \cdot 10^{4} Pa, y el
eritritol cristalino húmedo separado mediante dicha separación
centrífuga se lava por pulverización con agua a una temperatura de
no más de 20ºC, siendo la cantidad de agua usada en el lavado por
pulverización 0,1 a 1 parte en peso referida a una parte en peso de
dicho eritritol cristalino húmedo.
3. Un procedimiento según la reivindicación 1,
que comprende adicionalmente una etapa de ablandamiento que trata
dicha disolución purificada con una resina de intercambio iónico al
tiempo que se mantiene la temperatura de dicha disolución
purificada de 50 a 90ºC, llevándose a cabo dicha etapa de
ablandamiento entre la etapa de separación de los microbios y dicha
etapa de separación cromatográfica.
4. Un procedimiento según la reivindicación 3,
en el que dicha resina de intercambio iónico que se usa en dicha
etapa de ablandamiento es una resina de intercambio catiónico
fuertemente ácida de tipo ácido sulfónico de tipo Na o una resina
de intercambio catiónico débilmente ácida de tipo ácido carboxílico
de tipo Na.
5. Un procedimiento según la reivindicación 1,
que comprende adicionalmente una etapa de concentración a una
presión de operación 9,3 \cdot 10^{3} a 4,0 \cdot 10^{4}
kPa, y a una temperatura de fluido de 45 a 80ºC,
llevándose a cabo dicha etapa de concentración
(1) entre dicha etapa de separación de los microbios y dicha etapa
de separación cromatográfica o (2) entre dicha etapa de separación
cromatográfica y dicha etapa de cristalización.
6. Un procedimiento según la reivindicación 5,
en el que dicha etapa de concentración se lleva a cabo mediante
calentamiento por vapor del tipo película delgada o del tipo de
circulación forzada.
7. Un procedimiento según la reivindicación 1,
en el que dicha etapa de separación cromatográfica se lleva a cabo
mediante una torre de separación rellena con resina de intercambio
catiónico fuertemente ácida de tipo de metal alcalino o de tipo de
amonio que se usa en dicha etapa de separación cromatográfica, y que
comprende las etapas de:
- (1)
- alimentar una cantidad predeterminada de dicha disolución purificada a lo alto de dicha torre de separación;
- (2)
- circular agua retirada del fondo de dicha torre de separación a lo alto de la misma, desarrollando de este modo los componentes absorbidos por dicha resina y moviendo la fracción de impureza hacia la zona del fondo de dicha torre de separación;
- (3)
- alimentar agua a lo alto de dicha torre de separación para retirar dicha fracción de impureza del fondo de dicha torre de separación;
- (4)
- retirar una fracción solapada que contiene ambas, fracción de impureza y fracción de eritritol, del fondo de dicha torre de separación y circular dicha fracción solapada a lo alto de dicha torre de separación, moviendo de este modo dicha fracción de impureza hacia la zona del fondo de dicha torre de separación; y
- (5)
- alimentar agua a dicha torre de separación en una posición en la que no está presente fracción solapada, retirando de este modo del fondo de dicha torre de separación y recuperando dicha fracción de eritritol.
8. Un procedimiento según la reivindicación 1,
en el que dicha disolución acuosa que contiene eritritol es un
líquido madre de cristalización que se recupera de dicha etapa de
cristalización.
9. Un procedimiento según la reivindicación 1,
en el que se añaden cristales de semilla de eritritol a dicha
disolución acuosa que contiene eritritol en un depósito de
cristalización en dicha etapa de cristalización, a una temperatura
que es más baja que la temperatura a la que se satura la solubilidad
de dicha disolución, y siendo la diferencia entre ambas temperaturas
no más de 15ºC.
10. Un procedimiento según la reivindicación 9,
en el que la cantidad que se añade de dichos cristales de semilla
de eritritol es no más de 0,1% en peso referida al peso de eritritol
cristalizado en dicho depósito de cristalización.
11. Un procedimiento según la reivindicación 1,
en el que se usa en dicha etapa de separación de cristales, un
separador centrífugo en el que se dispersa una papilla en la
dirección de la circunferencia de la superficie filtrante y se hace
incidir contra la superficie filtrante.
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