Proceso para la recuperación de componentes de sacarosa y/o no de sacarosa.

Proceso industrialmente útil para la recuperación de componentes de sacarosa y/o no de sacarosa,

que comprende

- proporcionar una solución de origen de remolacha azucarera y/o caña de azúcar seleccionada entre melaza, zumos y licores de azúcar, en la que dichos zumos de azúcar no se someten a nanofiltración durante el proceso;

- someter a dicha solución a electrodiálisis para eliminar de ella aniones y cationes inorgánicos 10 y orgánicos y ácidos orgánicos;

- someter a la solución electrodializada a una separación cromatográfica para obtener componentes de sacarosa y no de sacarosa en fracciones separadas; y

- recuperar un producto seleccionado entre componentes de sacarosa y no de sacarosa de, como mínimo, una de dichas fracciones.

Proceso para la recuperación de componentes de sacarosa y/o no de sacarosa SECTOR DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un proceso para la recuperación de componentes de sacarosa y/o no de sacarosa de una solución que contiene sacarosa y, más particularmente, se refiere a un proceso en el que se utiliza electrodiálisis. Además, la presente invención se refiere a la utilización de electrodiálisis en la recuperación de componentes de sacarosa y/o no de sacarosa.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La electrodiálisis (ED) , como técnica, se conoce desde los años 1950 y se utiliza ampliamente, por ejemplo, en el desalado de agua y suero y en la industria de la química inorgánica, por ejemplo para recuperar ácidos orgánicos de soluciones. El desalado de soluciones de caña de azúcar o remolacha azucarera mediante ED se estableció en los años 1960 a 80 en diversas publicaciones de patente. La electrodiálisis separa las sales de una solución de azúcar utilizando membranas de intercambio catiónico y aniónico alternativas. Esto se realiza haciendo pasar una corriente continua a través de una pila de membranas, haciendo que los aniones se muevan a través de la membrana de intercambio aniónico y los cationes a través de la membrana de intercambio catiónico. Los cationes no pueden desplazarse a través de la membrana de intercambio aniónico.

El documento US 3 799 806 da a conocer un proceso para la purificación y clarificación de zumos de azúcar, que implica ultrafiltración seguida de purificación con electrodiálisis. El azúcar se separa mediante cristalización del zumo purificado.

El documento US 3 781 174 da a conocer un proceso continuo para producir azúcar refinado a partir de zumo extraído de caña de azúcar. Este proceso comprende eliminar además las impurezas y la materia colorante utilizando una combinación de electrodiálisis en resina de intercambio iónico y membrana de intercambio iónico, concentrar el zumo purificado y cristalizar el zumo concentrado para formar azúcar refinado.

El documento US 4 331 483 da a conocer un proceso para purificar zumo de remolacha, poniendo en contacto al zumo a purificar con, como mínimo, dos intercambiadores de iones formados por un soporte mineral poroso cubierto con una película de polímero reticulado que contiene o que porta grupos de sal de amonio cuaternario para, como mínimo, uno de los intercambiadores de iones y grupos sulfona para, como mínimo, uno de los otros intercambiadores de iones. El intercambio iónico se utiliza para eliminar proteínas, aminoácidos y betaína. Además, el zumo purificado podría ser desmineralizado mediante intercambio iónico o electrodiálisis. El azúcar se separa a continuación mediante cristalización a partir del zumo purificado.

El documento US 4 083 732 da a conocer un método de tratamiento de zumo de azúcar fresco a aproximadamente temperatura ambiente que incluye eliminar impurezas no de azúcar, concentrar el zumo blanco acuoso y frío resultante mediante ósmosis inversa para formar un jarabe que se evapora para formar azúcar blanco directo y melaza comestible. También se da a conocer un método de eliminación de iones del jarabe mediante electrodiálisis para producir melaza comestible.

Por lo tanto, la electrodiálisis es bien conocida como método para desalar jarabe de caña de azúcar o melaza con una concentración relativamente alta. En el caso de jarabe de azúcar o melaza, sin embargo, se ha considerado defectuosa ya que el contenido no de azúcar orgánico se adheriría a y precipitaría sobre la película de intercambio aniónico y dificultaría la limpieza de la película. Un método para la reducción del ensuciamiento mediante laprecipitación de calcio y silicio antes de la electrodiálisis se da a conocer en el documento US 4 492 601. Éste describe un proceso para clarificar y desalar jarabe de caña de azúcar o melaza, en el que impurezas oxiácidas inorgánicas y ácidas orgánicas se eliminan de soluciones de caña de azúcar o melaza sin refinar mediante las etapas de (1) mezclar con la solución de jarabe de caña de azúcar o melaza sin refinar un cloruro soluble en agua de un ión de metal alcalinotérreo que reacciona con aniones y radicales oxiácidos inorgánicos y con ácidos orgánicos para formar un precipitado insoluble en agua de dichos aniones y radicales oxiácidos y ácidos orgánicos, (2) separar dicho precipitado de dicha solución, (3) diluir la solución sin precipitado, y (4) someter a dicha solución diluida a una electrodiálisis utilizando una película de intercambio catiónico y una película neutra dispuestas de manera alterna.

Sin embargo, la ED no se ha utilizado habitualmente hasta finales de los 1990 en la industria azucarera, debido a los elevados costes de inversión y debido a problemas de ensuciamiento causados por productos aniónicos eliminados mediante ED a partir de melaza. Se han patentado diversos exhaustivos métodos de pretratamiento para superar el problema de ensuciamiento, por ejemplo los documentos US 4 711 722 y JP 58-082124.

El desarrollo de membranas de intercambio aniónico resistentes al ensuciamiento y resistentes a alta temperatura y el diseño de pilas de electrodiálisis ha facilitado la utilización económica de ED en la industria azucarera. Eurodia Industrie S.A. ha establecido tecnología de ED comercialmente viable para el desalado de melaza de caña, jarabe de remolacha azucarera y azúcar líquido. Lutin describe la electrodiálisis como una tecnología de purificación en la industria azucarera especialmente para sustituir parcialmente resinas de intercambio iónico para la desmineralización y purificación de jarabes de azúcar (Zuckerindustrie [Industria azucarera] 125, No 12, págs. 982984, 2000 de Lutin) . Debe observarse que la tecnología de intercambio iónico no da a conocer un resultado idéntico a ED y que la regeneración de resinas de intercambio iónico implica necesariamente la utilización de ácidos y bases fuertes mientras que las resinas de ED se limpian fácilmente ocasionalmente mediante un lavado ácido seguido de un lavado alcalino con menos productos químicos que en el intercambio iónico.

Además, se ha sospechado que los cationes de metales alcalinos son altamente melazagénicos al mantener al azúcar en la melaza e impidiendo que éste sea recuperado como azúcar cristalino. Elmidaoui y otros (Elsevier, Desalination 148, 2002, págs. 143-148) describen la eliminación de iones melazagénicos especialmente Na+, K+ y Ca2+ para jarabes de remolacha azucarera mediante electrodiálisis, utilizando una membrana de intercambio aniónico.

Sin embargo, ninguna de las técnicas anteriores mencionadas da a conocer un proceso en el que se utilice separación cromatográfica.

La separación cromatográfica se ha utilizado en la industria azucarera, por ejemplo para recuperar sacarosa, betaína y/o rafinosa de soluciones de azúcar, tales como melaza. Los documentos US 5 795 398 y 6 224 776 describen procesos de la técnica anterior para dicha recuperación.

El artículo "New technologies in the sugar industr y " (Nuevas tecnologías en la industria azucarera) de Matild Eszterle (Cukoripar liv, vol 54, (2001) No 1, págs. 4-10) da a conocer técnicas de separación utilizadas en la industria azucarera que incluyen cromatografía y electrodiálisis. Estas técnicas se dan a conocer como alternativas para la purificación de zumos de azúcar. Este artículo no da a conocer ninguna combinación específica de estas técnicas y solamente pretende dar a conocer un método que reduciría la cantidad de etapas de cristalización que consumen energía.

El documento US 6 406 547 da a conocer un proceso para producir azúcar a partir de remolacha que comprende múltiples etapas, incluyendo dos etapas de ultrafiltración diferentes. En este proceso el permeado de la segunda ultrafiltración se nanofiltra. La fracción retenida de nanofiltración puede utilizarse en operaciones de evaporación y cristalización para producir cristales de azúcar blanco. El proceso puede incluir opcionalmente etapas de intercambio iónico y/o purificación por electrodiálisis, antes de o después de la etapa de nanofiltración. Los jarabes de reciclado pueden tratarse con un separador cromatográfico para eliminar rafinosa de la solución de azúcar.

El documento US 6 406 548 da a conocer un proceso similar al documento US 6 406 547, pero el azúcar se produce a partir de caña en lugar de remolacha.

Kishihara S. y otros, dan a conocer en su artículo "Continuous... [Seguir leyendo]

1. Proceso industrialmente útil para la recuperación de componentes de sacarosa y/o no de sacarosa, que comprende

- proporcionar una solución de origen de remolacha azucarera y/o caña de azúcar seleccionada entre melaza, zumos y licores de azúcar, en la que dichos zumos de azúcar no se someten a nanofiltración durante el proceso;

- someter a dicha solución a electrodiálisis para eliminar de ella aniones y cationes inorgánicos y orgánicos y ácidos orgánicos;

- someter a la solución electrodializada a una separación cromatográfica para obtener componentes de sacarosa y no de sacarosa en fracciones separadas; y

- recuperar un producto seleccionado entre componentes de sacarosa y no de sacarosa de, como mínimo, una de dichas fracciones.

2. Proceso, según la reivindicación 1, en el que dicha electrodiálisis viene seguida por, como mínimo, una cristalización antes de dicha separación cromatográfica, proporcionando dicha cristalización sacarosa cristalizada y solución electrodializada.

3. Proceso, según la reivindicación 1 ó 2, en el que dicha solución de origen de remolacha azucarera y/o caña de azúcar comprende melaza.

4. Proceso, según la reivindicación 3, en el que dicha melaza contiene menos de 70% de sacarosa en la sustancia seca.

5. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho zumo de azúcar se selecciona entre zumo sin refinar, zumo espeso y zumo ligero, y dicho licor es licor madre.

6. Proceso, según la reivindicación 1, en el que dicha electrodiálisis comprende introducir dicha solución a través de membranas de intercambio aniónico y catiónico, que funcionan .

4. 100º C, preferentement.

5. 65º C.

7. Proceso, según la reivindicación 1, en el que la solución sometida a electrodiálisis tiene un pH de 7-9 al entrar y un pH de 4-7 al salir de la electrodiálisis.

8. Proceso, según la reivindicación 7, en el que dicha electrodiálisis elimina el 60% o más de los aniones y cationes inorgánicos y orgánicos y ácidos orgánicos contenidos inicialmente en dicha solución.

9. Proceso, según la reivindicación 7, en el que dicha electrodiálisis elimina el 75% o más de los aniones y cationes inorgánicos y orgánicos y ácidos orgánicos contenidos inicialmente en dicha solución.

10. Proceso, según la reivindicación 7, en el que dicha electrodiálisis elimina el 90% o más de los aniones y cationes inorgánicos y orgánicos y ácidos orgánicos contenidos inicialmente en dicha solución.

11. Proceso, según la reivindicación 2, en el que dicha cristalización o cristalizaciones se seleccionan entre cristalización por ebullición evaporativa y cristalización por enfriamiento y combinaciones de las mismas.

12. Proceso, según la reivindicación 2, en el que dicha solución de origen de remolacha azucarera y/o caña de azúcar comprende melaza de remolacha y dicha sacarosa cristalizada se refina para proporcionar azúcar blanco y melaza electrodializada secundaria.

13. Proceso, según la reivindicación 1, en el que dicha solución electrodializada se somete a un tratamiento seleccionado entre dilución, filtración, ablandamiento y combinaciones de los mismos antes de someterla a dicha separación cromatográfica.

14. Proceso, según la reivindicación 1, en el que dicha separación cromatográfica comprende una separación seleccionada entre separación discontinua, separación en lecho móvil simulado continua y separación en lecho móvil simulado secuencial.

15. Proceso, según la reivindicación 1, en el que dichos componentes no de sacarosa se seleccionan entre betaína, rafinosa, azúcar invertido, aminoácidos, inositol y combinaciones de los mismos.

16. Proceso, según la reivindicación 1, en el que dicha solución de origen de remolacha azucarera y/o caña de azúcar es melaza de remolacha y se somete a electrodiálisis, cristalización y separación cromatográfica, en ese

orden, y un producto seleccionado entre componentes de sacarosa y no de sacarosa se recupera o recuperan después de dicha separación cromatográfica.

17. Proceso, según la reivindicación 16, en el que la solución sometida a cristalización después de dicha electrodiálisis tiene un contenido de sacarosa del 65 al 75% de la sustancia seca y que hasta 20% a 50% de dicha sacarosa se recupera en dicha cristalización.

18. Proceso, según la reivindicación 16, en el que una fracción que contiene sacarosa se recupera después de dicha separación cromatográfica y la sacarosa se recupera mediante cristalización a partir de dicha fracción.

19. Proceso, según la reivindicación 18, en el que el rendimiento total de sacarosa recuperada de dicha solución de alimentación de melaza mejora significativamente en comparación con el rendimiento de una separación cromatográfica similar y cristalización sin electrodiálisis.

20. Proceso, según la reivindicación 18, en el que la pureza de sacarosa de dicha fracción es del 92% al 95%.

21. Proceso, según la reivindicación 16, en el que una fracción que contiene un componente no de sacarosa seleccionado entre betaína y rafinosa se recupera después de dicha separación cromatográfica y la pureza de dicha fracción de dicho componente no de sacarosa recuperado a partir de dicha solución de alimentación mejora en comparación con la pureza de una fracción similar de una separación cromatográfica sin electrodiálisis.

22. Proceso, según la reivindicación 21, en el que dicho componente no de sacarosa comprende rafinosa y la pureza de dicha fracción de rafinosa es del 40% al 70%, preferentemente del 55% al 65% de la sustancia seca.

23 Proceso, según la reivindicación 21, en el que dicho componente no de sacarosa comprende betaína y la pureza de dicha fracción de betaína es del 65% al 75% de la sustancia seca.

24. Proceso, según la reivindicación 16, en el que la cantidad de sólidos secos sometida a separación cromatográfica se reduce significativamente en comparación con la cantidad sometida a separación cromatográfica en un proceso similar sin electrodiálisis y cristalización precedentes.

25. Proceso, según la reivindicación 1, en el que el componente de sacarosa recuperado se procesa adicionalmente a azúcar en polvo, azúcar decorativo, azúcar granulado, azúcar glasé, azúcar para mermelada, azúcar en terrones, azúcar líquido, azúcar gelificante, o cristales de azúcar coloreado.

26. Utilización de electrodiálisis para mejorar la eficiencia de separación cromatográfica en la recuperación industrial de componentes de sacarosa y/o no de sacarosa de origen de remolacha azucarera y/o caña de azúcar.

27. Utilización, según la reivindicación 26, en la que dicha separación cromatográfica se selecciona entre separación discontinua y separación continua.

28. Utilización, según la reivindicación 27, en la que dicha separación continua se selecciona entre un método en lecho móvil simulado y un método en lecho móvil simulado secuencial.

29. Utilización, según la reivindicación 28, en la que dicho método en lecho móvil simulado se lleva a cabo en un proceso, en el que el proceso de separación comprende, como mínimo, dos perfiles de separación en el mismo bucle.

30. Utilización, según la reivindicación 26 ó 27, en la que el rendimiento total de sacarosa en un proceso de recuperación de sacarosa aumenta pretratando una solución de origen de remolacha azucarera y/o caña de azúcar mediante electrodiálisis antes de someterla a separación cromatográfica, en comparación con un proceso similar sin electrodiálisis.

31. Utilización, según la reivindicación 26 ó 27, en la que dicha electrodiálisis viene seguida por cristalización de sacarosa antes de dicha separación cromatográfica.

32. Utilización, según la reivindicación 26 ó 27, en la que la pureza de fracción de componentes no de sacarosa seleccionados entre betaína y rafinosa aumenta mejorando la resolución de sacarosa y dichos componentes en dicha separación cromatográfica, en comparación con un proceso similar sin electrodiálisis.

33. Utilización, según la reivindicación 26 ó 27, en la que el volumen de solución introducida en una etapa de separación cromatográfica en un proceso dado se reduce significativamente pretratando dicha solución de alimentación con electrodiálisis y cristalización.

34. Utilización, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 26 a 33, en la que dicha solución de origen de remolacha azucarera y/o caña de azúcar comprende melaza de remolacha.