Brevet FR2135169A1 — publié le 19721215

La présente invention concerne un procédé pour la purification et la clarification des jus sucrés, elle a en outre pour objet les produits obtenus par ce procédé, ainsi que ceux en dérivant. 5 Un procédé de l'art antérieur pour la purification et la clarification du jus sucré obtenu par extraction de la canne à sucre ou des betteraves à sucre, comprend les étapes consistant à mélanger le jus sucré avec de la chaux et à ajouter ensuite du gaz carbonique pour précipiter, 10 sous la forme de carbonate de calcium, le calcium introduit. Certaines des substances contaminantes sont précipitées en même temps que le carbonate de calcium sous la forme de sels de calcium isolubies ou faiblement solubles tandis que d'autres contaminants, particulièrement les •J 5 protéines et les pectines, sont co-précipitées par action physique. La purification et clarification qui suit comprend une filtration, une précipitation additionnelle et une filtration additionnelle. On a utilisé de nombreuses 20 modificationsde ce procédé de purification et de clarification. Ainsi, une partie de la boue ou bouillie formée pendant l'étape de précipitation peut être recyclée afin de réduire la consommation en chaux. La chaux peut aussi être utilisée à différents stables ou étapes et des appareils spéciaux 25 peuvent être utilisés. De plus, la filtration peut être remplacée par des opérations de décantation ou de centrifugation. Les jus préparés à partir de la canne à sucre sont purifiés et clarifiés par des méthodes similaires, mais on a aussi mis au point d'autres méthodes. Ainsi, l'addition 30 de chaux peut être suivie par un traitement de décantation ou de centrifugation et de l'anhydride sulfureux ou de l'acide phosphorique peut être ajouté au lieu de gaz carbonique. Dans certains cas, le jus sucré, obtenu à partir de betteraves à sucre ou à partir de canne à sucre, est 35 soumis à un traitement tïéchange d'ions faisant suite aux étapes précitées de purification et de clarification. Pendant un tel traitement d'échange d'ions, les substances contaminantes 72 13997 2 2135169 restantes sont éliminées. Tous ces procédés présentent l'inconvénient qu'une partie des protéines de haut poids moléculaire, des pectines, etc est transformée en composés à bas poids moléculaire 5 en raison du traitement chimique, et que ces composés restent dans le jus purifié et clarifié. Un autre inconvénient consiste en ce que lgferécipité formé contient de grandes quantités de substances inorganiques qui empêchent une utilisation économique des protéines interressantes 10 contenues dans ledit précipité. Ainsi, jusqu'à présent, lesprécipité formés ont été seulement utilisés comme fertilisants. Même dans ce but, le précipité n'est pas tout à fait acceptable, en raison de la nature biodégratable de ce produit. 15 Enfin, de grandes quantités de produits chimiques doivent être utilisés pour précipiter les protéines, les pectines, etc. Le but de la présente invention consiste donc à pouvoir disposer d'un procédé plus efficace pour la purification 20 et la clarification des jus sucrés. Un autre but de l'invention consiste à séparer des jus sucrés, des protéines, des pectines, etc, qui ne soient pas contaminées par des produits chimiques indésirables. Encore un autre objet de l'invention consiste à 25 réduire la consommation ou les dépenses en agents de précipitation. Le procédé de la présente invention comprend les étapes suivantes: 1.- Séparation mécanique des substances contaminantes 30 insolubles du jus, par exemple par égouttage, filtraiion ou centrifugation; 2.- Soumission du jus ainsi traité à une ultrafiltration avec une membrane semi-perméable permettant le passage des molécules d'eau et de sucre et empêchant le passage des 35 composés à haut poids moléculaire; 3.- Addition d'eau au concentré et soumission du concentré dilué à une nouvelle ultrafiltration retirer de celui-ci Sfei 72 13997 3 2135169 le sucre restant; 4.- Répétition éventuelle de l'étape 3- ; 5.- Mélande des produits ayant traversé les membranes dans les étapes 2.,3. et 4. et purification desdits produits 5 rassemblés par un traitement choisi parmi les suivants: traitement chimique, filtration, traitement cféchange d'ions , électrodialyse, osmose inversée et combinaisons de deux ou plus de tels traitements. Lorsqu'on traite le jus sucré de cette manière, les 10 substances intéressantes , comme les protéines, les pectines, etc, sont séparées avant que le jus ne soit soumis à la purification et clarification chimiques Ainsi, ces substances organiques ne sont pas tranformées en composés insolubles et les substances organiques séparées ne scnb pas 15 contaminées par des réactifs chimiques. Par conséquent, le produit séparé possède de nombreuses applications, par exemple comme fourrage. En raison de l'enlèvement préliminaire des protéines, des pectines, etc, la quantité d'agents de précipitation requise pour obtenir une purification 20 et une clarification efficaces est réduite d'unemanière significative. Finalement, puisque le traitement chimique des protéinœ, des pectines, etc est éliminé, le jus sucré préparé est d'une pureté plus élevée que dans les procédés de l'art antérieur. Un autre avantage 25 du procédé consiste en ce que les colloïdes et les cires qui sont présents dans le jus de canne à sucre et qui peuvent interférer avec la purification finale du jus par osmose inversée, sont éliminés du jus par les étapes cfultrafiltration. Ainsi, le jus purifié préparé 30 par le procédé de l'invention peut être soumis à une purification finale par osmose inversée avant qu'il soit concentré par évaporation, et le sucre est séparé par cristallisation et recristallisation. Dans le cas du sucre de canne à sucre, il est important que la température 35 de celui-ci ne soit pas élevée au dessus de 75CP0 avant 1'ultrafiltration., parce que le jus traité thermiquement peut former,sur les surfaces des membranes, des revêtements 72 13997 4 2135169 cireux et réduire en conséquence la capacité de filtration. Le concentré des étapes 3 et 4 est de préférence séché, soit seul, soit en mélange avec d'autres substances organiques. Le produit ainsi Obtenu est approprié comme 5 fourrage ou comme adjuvent de fourrage. Dans un mode de réalisation préféré du procédé de l'invention, le pH du jus sucré est ajusté à une valeur de 6-11,5 avant la première ultrafiltration par addition de CaCOH)^ ou de CaCO^. En raison de ce traitement, les 10 phosphates contenus dans le jus sucré sont précipités et sont retirés en même temps que le concentré. Lorsqu'on traite le jus de canne à sucre, la valeur du pH est de préférence ajustée à 6-8,5, tandis que dans le cas du jus de betteraves à sucre, la valeur du 15 pH peut aller jusqu'à 11,5- Le procédé de l'invention sera maintenant décrit plus en détail, à titre non limitatif, en référence au dessin ci-joint qui montre un schéma synoptique d'un mode de réalisation préféré du procédé de l'invention. 20 Le jus brut , préparé à partir de betteraves à sucre ou de canne à sucre, est envoyé, par une canalisation 1, à un dispositif 2 de séparation mécanique des substances contaminantes insolubles du jus. Les substances séparées sont emmenées hors du dispositif 2 par la canalisation 25 3»sous forme de boue. Le jus soumis à ce traitement initial est envoyé, par une canalisation 4, à un récipient 5 dans lequel le pH est ajusté à la valeur voulue par addition d'un acide ou d'une base. Le jus passe du récipient 5 à un premier appareil 30 d'ultrafiltration 7, en empruntant une canalisation 6. Le concentré formé par l'appareil d'ultrafiltration 7 est envoyé dans une canalisation 8, dans laquelle on ajoute de l'eau audit jus, cette canalisation alimentant le second appareil d'ultrafiltration 9- Le concentré formé 35 dans ce second appareil d'ultrafiltration est envoyé à un appareil de séchage 10 dans lequel l'eau est évaporée de façon à ce qufi.1 soit formé un produit sec riche en protéines „ 72 13997 5 2135169 Les produits ayant traversé les membranes du premier appareil d'ultrafiltration 7 et du second appareil d'ultrafiltration 9 sont réunis et soumis à une purification et clarification classiques dans un appareil 11. 5 Le jus purifié et clarifié s'écoulant hors de l'appareil 11 est d'une pureté plus élevée que le jus obtenu par la purification et la clarification chimiques classiques„ EXEMPLE 1. 10 Un jus de betterave à sucre duquel les particules solides ont été éliminées par égouttage est soumis à une ultrafiltration dans un appareil comprenant une membrance semi-perméable préparée à partir d'une solution présentant la composition suivante: 15 Cellulose: 20 $ Formamide : 39,5$ Acétone: 40,0$ Méthylcellulose: 0,5$ La membrane est préparée en appliquant une mince 20 couche de cette solution sur une bande d'acier et en séchant ce film pendant une durée de 10 secondes avant de la faire passer à travers un bain de glace fondante. L'ultrafiltration est effectuée sous une pression de 20 atmosphères et le concentré ainsi préparé est ensuite 25 dilué avec une quantité d'eau correspondant à 10$ de la quantité de jus traité. Ce processus est répété deux fois. Le concentré obtenu de cette manière possède une pureté de 57,0%. Les produits ayant traversé les membranes semi-perméables sont réunis , l'ensemble 30 possédant une pureté de 93,6%, qui est à comparer avec la pureté de 89,4$ de la substance initiale. A la suite d'un traitement subséquent d'échange d'ions, la pureté du produit ayaafc traversé la membrane atteint 96,7$. Dans une seconde opération, dans laquelle ce produit 35 est soumis à un traitement chimique au moyen de 0,3$ de CaO et de gaz carbonique, la pureté atteint 95,8$. L'éluat obtenu par le traitement d'échange d'ions contient 72 13997 6 2135169 de grandes quantités d'acide organique et est approprié comme matière première pour la production de l'acide citrique par exemple. La "bouillie obtenue sous la forme de précipité , à la suite du traitement chimique, est traitée 5 avec une solution de pour libérer les acides organiques qui ont été utilisés, de la même manière que l'éluat obtenu par le traitement d'échange d'ions. La purification et la clarification du jus brut au moyen de 1,0% de CaO et de gaz carbonique permet 10 d'obtenir un jus ayant une pureté de 92,8%. Le coefficient de filtration du jus qui a été soumis à une ultrafiltration et à un traitement chimique subséquent est de 0,5» valeur à comparer avec le coefficient de 3,8 pour un jus obtenu par le processus classique 15 de purification et de clarification. La couleur du jus qui a été soumis à 1'ultrafiltration et au traitement d'échange d'ions est de 1,0° St, tandis que la couleur du jus soumis à 1'ultrafiltration et au traitement chimique subséquent est de 4,0° St. La couleur 20 du jus soumis au processus classique de purification et de clarification est de 8,7° St. Ainsi qu'il apparaît à l'examen des résultats ' ~" numériques ci-dessus, le jus obtenu par 1'ultrafiltration est plus pur et plus facile à filtrer que le jus obtenu 25 par la méthode classique. De plus, ce traitement permet une utilisation économique des protéines. On peut effectuer un traitement d'électrodialyse au lieu du traitement d'échange d'ions pour obtenir une purification complémentaire à la suite de 1'ultrafiltration. , 30 EXEMPLE 2. TJn jus de canne à sucre ayant été soumis à un prétraitement mécanique pour séparer les substances contaminantes insolubles, est soumis ensuite à une ultrafiltration dans une unité à ultrafiltration double présentant une aire totale 2 35 de la surface des membranes de 0,36m . Les membranes utilisées sont des membranes en acétate de cellulose. 2 La capacité moyenne de filtration de cet appareil est de 485 l/m x24h„ COPV c 72 13997 ? 2135169 Pendant la première ultrafiltration, le volume du concentré est réduit à 4-6% de sa valeur initiale. De l'eau est ajoutée de façon à compenser l'eau retirée pendant la première étape d'ultrafiltration, c'est-à-dire à la vitesse 5 de 3-500 l/m x 24 h. En ajoutantde l'eau en une quantité de 10 à 15% du volume initial du jus, la concentration du sucre dans le concentré peut être réduite en dessous de 1% exprimé sur la base de la quantité totale du sucre présent dans le jus utilisé comme matière première. 10 Des résultats typiques obtenus sont les suivants: Volume de concentré: 3% du volume initial du jus Teneur en sucre du concentré : 3 » 5% Teneur totale du concentré en matières sèches: 15-20% 15 pH du produit ayant traversé la membrane: 5,4 Indice de coloration moyenne du filtrat: 4° St. Température d'ultrafiltra-20 tion: 25-35°C Pression d'ultrafiltration: 2-15 atmosphère Turbidité du filtrat: 0,0. Les produits réunis ayant traversé les membranes 25 sont traités au moyen d'une solution de Ca(0H)2, de façon à obtenir un pH d'environ 7 et ils sont ensuite chauffés à une température d'environ 100°C. Le précité formé est séparé par filtration et le jus purifié est évaporé, sans purification complémentaire, pour former un sucre 30 cristallisé qui est ensuite soumis à une recristallisation. EXEMPLE 3. On prétraite, comme expliqué dans l'exemple 2, un jus de canne à sucre. Le pH est ensuite ajusté à environ 7 et !le jus est alors soumis à 1 ' ultrafiltration décrite 35 dans l'exemple 2. Des résultats typiques obtenus sont les suivants: 72 13997 2135169 Vitesse de 1'ultrafiltration: 500 l/m x 24 h Volume de concentré: 3% du volume initial du jus Teneur en sucre du concentré: 3»0% Teneur totale du concentré 5 en matière sèches: 15-20% pH de filtrat : 7}1 Ihdice de coloration du filtrat:6° St. Température d'ultrafiltration: 25-35°C 10 Pression d'ultrafiltration: 2-15 atmosphères Turbidité du filtrat: 0,0. Le jus clarifié ainsi obtenu est utilisé pour la production de sucre blanc, sans purification ultérieure. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée 15 aux modes d'exécution décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. 20 72 13997 9 213 S169 REVENDICATIONS. 1 - Procédé pour la purification et la clarification d'un jus sucré, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: (1) - Séparation mécanique des substances contaminantes 5 insolubles du jus. (2) - Soumission du jus ainsi traité à une ultrafiltration au moins d'une membrane semi-perméable permettant le passage de l'eau et des molécules de sucre et empêchant le passage des composés à haut poids moléculaire. 10 (3) - Addition d'eau au concentré et soumission du concentré à une nouvelle' ultrafiltration pour retirer de celui-ci le sucre restant. (4) - Répétition éventuelle de l'étape 3 (5)'- Réunion des produits des étapes 2, 3 et 4 ayant traversé 15 une membrane perméable et purification desdits produits réunis. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajuste la valeur du pH du jus à 6-11, 5 avant la première ultrafiltration, par addition de 20 Ca(0H)2, CaO ou CaCO,. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le concentré des étapes 3 et 4 précitées est séché. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, avant séchage, ledit concentré est mélangé avec d'autres 25 substances organiques. 5 - Produits obtenus, notamment jus sucré purifié et composés à poids moléculaire élevé, par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4-