(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填剤（分離剤）として平均粒径３００〜５００μｍ且つ均一係数１．２以下の塩形強酸性陽イオン交換樹脂が充填された複数の単位充填塔を接続して無端直列の循環流路を形成し、且つ、各単位充填塔にはそれぞれ原液供給口、溶離水供給口、該充填剤に対して親和性の強い成分（強親和性成分）の画分抜き出し口、該充填剤に対して親和性の弱い成分（弱親和性成分）の画分抜き出し口を備えた擬似移動層式クロマト分離装置を用いて煎糖前の甜菜糖液（原液）の脱塩を行う脱塩工程において、単位充填塔数の半数以上の循環ポンプを用い、原液供給量／溶離水供給量の容量比を１／２．５〜１／３．５とし、強親和性成分の画分抜き出し量／弱親和性成分の画分抜き出し量の容量比を０．５／１〜１．２／１とし、循環系内における最も流速の遅い部分での循環流量を充填剤量に対して１時間当たり２５〜８０容量％として、前記甜菜糖液の脱塩を行うことを特徴とする脱塩方法。
【請求項２】
前記各単位充填塔内の単位充填層高が、０．８〜３メートルであることを特徴とする請求項１に記載の脱塩方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、煎糖前の甜菜糖液の脱塩方法に関するものである。ここで、「煎糖前の甜菜糖液」とは、第１回目の煎糖前の甜菜糖液は勿論のこと、煎糖後の残液（即ち、糖蜜）を更に煎糖する場合の煎糖前の甜菜糖液（糖蜜等）をも意味し、本発明による脱塩工程の後段で煎糖工程の前に必要に応じてイオン交換工程や濃縮工程を行う場合を含み、また、必ずしも後に煎糖工程を行う場合のみに限られるものではない。
【０００２】
【従来の技術】
従来の甜菜からの蔗糖（甜菜糖）の精製方法には種々の方法があり、代表的には次のような方法があり、それぞれ得失がある。
【０００３】
第１の方法としては、甜菜の裁断、抽出、炭酸飽充（抽出して得た原汁に石灰乳を加え、二酸化炭素を吹き込んで炭酸カルシウムの沈澱を生成する際、この沈澱に不純物を吸着させて除去する凝集沈澱）、濾過、軟化（ナトリウム形陽イオン交換樹脂によるＣａ、Ｍｇ等の硬度成分の除去）、濃縮、煎糖（濃縮液からの蔗糖結晶の晶出）からなる方法がある。この方法では、軟化は行うが脱塩を行わない点で簡略であるが、煎糖の対象である蔗糖含有濃縮液の蔗糖純度が不充分で、煎糖時の蔗糖結晶の晶出が悪く、糖蜜の量が多くなるという欠点がある。
【０００４】
第２の方法として、上記第１の方法と同様に甜菜の裁断、抽出、炭酸飽充、濾過を行った後に、イオン交換処理による軟化・脱塩（Ｃａ、Ｍｇ等の硬度成分及びそれ以外の塩成分の除去）を行い、濃縮、煎糖するという方法がある。この方法におけるイオン交換処理としては、強酸性陽イオン交換樹脂、弱塩基性陰イオン交換樹脂、強塩基性陰イオン交換樹脂、弱酸性陽イオン交換樹脂の４種のイオン交換樹脂をこの順番で用いる方法が最も優れている。この方法は、上記第１の方法の欠点は無いが、イオン交換処理の対象である蔗糖含有濾液中の塩類が多いためイオン交換樹脂単位量当たりの処理量が少なく、イオン交換樹脂の再生が頻繁に行われ、多量の再生剤を使うことと再生廃液の処理にも色々と手間がかかる欠点がある。また、上記のように塩類が多いので、イオン交換処理の第１段階では陽イオン交換樹脂の水素イオン形（Ｈ形）による蔗糖の分解を避けるために、上記の蔗糖含有濾液を一旦１０℃以下に冷却して上記Ｈ形陽イオン交換樹脂で処理（冷脱塩）し、イオン交換処理の第２段階では仕上げ（脱塩、脱色、脱臭等の仕上げ）のために温度を５０〜５５℃に上げなければならず、煩雑さとエネルギーコストが大きいという欠点もある。
【０００５】
また、最近提案された第３の方法として、上記二法と同様に抽出後、炭酸飽充を行わず、濾過、軟化、濃縮、クロマト分離（イオン排除法）により脱塩を行い、濃縮、煎糖を行う方法がある（特表平９−５０６５１３号公報）。この方法は、上記第２の方法の欠点は無いが、クロマト分離装置の詰まりや圧力損失の増大を避けるために濾過が必須であり（この特許文献中には濾過の詳細は記載されていない）、炭酸飽充等の凝集沈澱工程が無いので、植物由来の粘りの強いガム質と呼ばれる物質やコロイド物質の除去ができず、濾過が難しく、濾過工程に大きなコストが掛かること、また、濾過で除去できないコロイド物質によりクロマト分離での圧力損失が大きくなり、甚だしい場合にはクロマト分離装置で通液不能になること、更には、クロマト分離操作での圧力損失を下げるためにはクロマト分離の対象である原液（クロマト原液）の供給速度を低減せざるをえないこと、脱塩が不充分であるため上記の第２の方法ほど高品質の蔗糖結晶が得られないことなどの欠点がある。
【０００６】
このようなイオン交換処理やクロマト分離による煎糖前の甜菜糖液の脱塩は、その後の煎糖によって晶出される蔗糖結晶の品質向上を狙って行われる。また、煎糖後の糖蜜に対してイオン交換やクロマト分離による脱塩、濃縮、煎糖を繰り返して蔗糖を可能な限り回収することも行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記第２の方法の様な従来のイオン交換法による脱塩に用いるイオン交換樹脂は、或る時点で再生工程が必要となる。この再生薬品、その後の洗浄工程に用いる洗浄水（溶離水）は、脱塩処理コストを押し上げる問題がある。また、この再生・洗浄工程の際に排出される再生廃液の処理も、色々と手間がかかり、製品コストの上昇にも繋がる。一方、上記第３の方法の様に脱塩をクロマト分離で行う場合、高い分離性能を発揮させるために処理量が限られており、そのため装置を大きくせざるを得ず、その建設コストが高くつく問題がある。また、クロマト分離では、目的成分である蔗糖が溶離水で希釈され、後段の濃縮工程の運転コストを増大させる問題もある。さらにまた、分離に伴う目的成分（蔗糖）の損失も問題となる。
【０００８】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、煎糖前の甜菜糖液の脱塩を効率的に行う脱塩方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記問題を解決するために、擬似移動層式クロマト分離による煎糖前の甜菜糖液の脱塩について種々検討している内に、高い分離性能を維持し且つ回収目的成分である蔗糖の損失を極力抑えると共に溶離水使用量を極力抑えつつ、蔗糖濃度が極力高い状態で蔗糖画分を得ることができ、然も、処理量を従来の擬似移動層式クロマト分離で一般的であった量のほぼ倍量以上に高めることができる運転条件を見いだした。
【００１０】
即ち、本発明者等は、充填剤（分離剤）として平均粒径３００〜５００μｍ且つ均一係数１．２以下の塩形強酸性陽イオン交換樹脂を用い且つ単位充填塔数の半数以上の循環ポンプを用いた擬似移動層式クロマト分離装置で煎糖前の甜菜糖液の脱塩を行うに当たって、原液を溶離水供給量に対して１／２．５〜１／３．５の容量比で供給すること、親和性の弱い成分の画分抜き出し量に対する親和性の強い成分の画分抜き出し量の容量比を０．５／１〜１．２／１の範囲に設定して両画分の抜き出しを行うこと、循環系内の最も遅い流速の部分での循環流量を充填剤（分離剤）量に対して１時間当たり２５〜８０容量％に設定して循環を行うことによって、目的成分である蔗糖の損失を０．７％以下、且つ、処理量（全充填剤量に対する１時間当たりの処理量）を７容量％以上、目的成分の希釈率（クロマト分離された蔗糖画分の蔗糖濃度をクロマト分離に供した甜菜糖液の蔗糖濃度で割った値）を２倍未満とすることができることを知見し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明は、充填剤（分離剤）として平均粒径３００〜５００μｍ且つ均一係数１．２以下の塩形強酸性陽イオン交換樹脂が充填された複数の単位充填塔を接続して無端直列の循環流路を形成し、且つ、各単位充填塔にはそれぞれ原液供給口、溶離水供給口、該充填剤に対して親和性の強い成分（以下、「強親和性成分」と言う）の画分抜き出し口、該充填剤に対して親和性の弱い成分（以下、「弱親和性成分」と言う）の画分抜き出し口を備えた擬似移動層式クロマト分離装置を用いて煎糖前の甜菜糖液（原液）の脱塩を行う脱塩工程において、単位充填塔数の半数以上の循環ポンプを用い、原液供給量／溶離水供給量の容量比を１／２．５〜１／３．５とし、強親和性成分の画分抜き出し量／弱親和性成分の画分抜き出し量の容量比を０．５／１〜１．２／１とし、循環系内における最も流速の遅い部分での循環流量を充填剤量に対して１時間当たり２５〜８０容量％として、前記甜菜糖液の脱塩を行うことを特徴とする脱塩方法を提供するものである。
【００１２】
以下、本発明を更に詳細に説明する。弱親和性成分の画分抜き出し量に対する強親和性成分の画分抜き出し量の容量比を０．５／１〜１．２／１とすることにより、溶離水使用量を減らし且つ蔗糖回収を高回収率で行うことができることを見出した。即ち、クロマト分離によれば、分離物（原液）が溶離水で希釈されることは自明の理であり、後段に控える蔗糖画分の濃縮工程への負荷を考えると、希釈率は低ければ低いほど良いが、その一方で、低い希釈率では分離精度（塩類等の非糖分の分離の程度）を犠牲にしなければならない。本発明者等は、溶離水使用量を極力減らす方向で鋭意検討し、上記の適切な両画分抜き出し量の容量比を見出すに至った。この両画分抜き出し量容量比を採ることにより、上記の希釈率と分離精度との矛盾を解決することができる。即ち、分離性能を高く維持しつつ、原液供給量／溶離水供給量の容量比＝１／２．５〜１／３．５で表されるレベルに溶離水使用量を減らすことができるのである。
【００１３】
また、高負荷（大処理量）運転を行おうとすると、循環系内における循環流量を上げなければならないが、高濃度且つ高粘度で供給されることの多い甜菜糖液（原液）のクロマト分離処理においては、増大できる循環流量には限界があり、この増大は分離性能にも悪影響する。だからと言って、循環流量を従来通り小さくしたのでは、分離は良好でも所定の処理量を確保するためには装置の規模を大きくしなければならない。この循環流量に最も影響するのは、循環系内における最も流速の遅い部分（通常は親和性の弱い成分の画分の抜き出し位置の直ぐ下流の部分で、この抜き出し位置の断続的な切り換えと共に「最も流速の遅い部分」はシフトする）での循環流量である。上記の原液供給量／溶離水供給量容量比及び両画分抜き出し量容量比で循環系内における最も流速の遅い部分での循環流量を充填剤量に対して１時間当たり２５容量％以上に設定することにより、分離性能、処理量、溶離水使用量、希釈率のバランスを至適に取ることができることを見出した。また、圧力損失、装置の耐圧性、分離性能の観点からは、循環系内における最も流速の遅い部分での循環流量は、充填剤量に対して１時間当たり８０容量％以下であることが必要である。
【００１４】
また、本発明者等は、このような本発明の脱塩方法を行うに当たって、一般的な擬似移動層式クロマト分離装置について、系内圧力損失を極力抑え且つ所定の分離性能を維持する観点から、設計上の必要条件を併せて見出した。即ち、循環ポンプを少なくとも単位充填塔数の半数以上設けることが必要で、また、充填剤としては、平均粒径３００〜５００μｍ且つ均一係数１．２以下のナトリウム形、カリウム形等の塩形強酸性陽イオン交換樹脂を用いることが必要である。そして、このような装置の循環系内での各時点での最も流速の遅い部分での循環流量を充填剤量に対して１時間当たり２５〜８０容量％にすることで、蔗糖製造コストに見合う煎糖前の甜菜糖液の効率的脱塩処理を可能とする。同様の観点から、各単位充填塔内の単位充填層高は、０．８〜３メートルの範囲にあることが好ましい。
【００１５】
擬似移動層式クロマト分離装置において循環ポンプ台数を減らすことは、装置建設コスト削減のためには好ましいことであるが、余り少なくすると循環ポンプ出口での圧力損失が増大し、望ましい循環流量で装置での通液ができなくなる場合も生じかねず、また、高い液圧を出すために循環ポンプや単位充填塔等も耐圧仕様にせねばならず、逆に装置建設コストが割高になる。このような観点から、循環ポンプ台数を単位充填塔数の半数以上設ければ、望ましい通液流量範囲で循環流が流れなくなる様なことはない。
【００１６】
また、充填剤（分離剤）としては、高分離性能を確保し、蔗糖の転化を防止する点からナトリウム形やカリウム形等の塩形強酸性陽イオン交換樹脂を用いる。Ｈ形の強酸性陽イオン交換樹脂を用いると、循環系内の循環液が酸性となり、また、蔗糖の転化が生じ、転化糖は煎糖で晶出しないことから、そのまま糖分ロスとなるので不都合である。ナトリウム形等の塩形の強酸性陽イオン交換樹脂を用いた場合にしても、陽イオン交換樹脂のイオン形は、クロマト分離の運転の進行に伴って、供給される原液（煎糖前の甜菜糖液）中に含まれる各種イオン（原液が軟化処理後の液なので、殆どが一価イオン）と平衡なイオン形組成に到達する方向に変化する。
【００１７】
循環系内の所望の循環流量を確保する上で、充填剤としての上記陽イオン交換樹脂の平均粒径と均一係数が関係し、例えば、陽イオン交換樹脂の均一係数が１．２を越えたり、その平均粒径３００μｍ以下だと（例えば、ローム・アンド・ハース社製強酸性陽イオン交換樹脂アンバーライトＣＧ−６０００のナトリウム形）、分離精度は良好としても、圧力損失が大きくなって、目標とする処理量を確保するだけの原液（煎糖前の甜菜糖液）量を流すことが難しく、目標とする処理量を確保するためには装置を耐圧仕様や大型化することになる。また、その平均粒径が５００μｍを越えると、分離精度が悪くなり、不都合である。一方、平均粒径３００〜５００μｍ且つ均一係数１．２以下の塩形強酸性陽イオン交換樹脂（例えば、ローム・アンド・ハース社製強酸性陽イオン交換樹脂アンバーライトＣＲ−１３２０のナトリウム形）を用いると、所定の分離精度を維持しつつ、圧力損失も小さく、効率的なクロマト分離を実施できる。
【００１８】
原液供給量／溶離水供給量の容量比を１／２．５〜１／３．５とし、強親和性成分の画分抜き出し量／弱親和性成分の画分抜き出し量の容量比を０．５／１〜１．２／１とし、循環系内における最も流速の遅い部分での循環流量を充填剤量に対して１時間当たり２５〜８０容量％とする条件でクロマト分離装置を運転しても、単位充填層高が３メートルを越えると、分離精度は向上するが、充填樹脂の自重で下方の樹脂が押し潰される傾向が生じ、通液に伴う各単位充填塔内の圧力損失が増大して所望の系内循環流量を確保するのが難しくなると共に、単位充填塔や循環ポンプ等を耐圧仕様にしなければならず、装置にかかるコストの増大を招き易い。また、単位充填層高を０．８メートル未満とすると、通液に伴う各単位充填塔内の圧力損失は小さくなるが、所望の蔗糖純度を確保するために必然的に単位充填塔（単位充填層）数を増やすことになり、循環ポンプ台数、各供給口数、各抜き出し口数も増やすことになって、装置の複雑化と建設コスト高を招き易い。なお、所望の蔗糖純度を確保するためには、全単位充填塔内の単位充填層高の合計は、８〜２４ｍが好ましく、１０〜２０ｍが更に好ましく、上記のような全単位充填塔内の単位充填層高の所望の合計から単位充填塔（単位充填層）の数を決めることができる。
【００１９】
なお、本発明におけるクロマト分離操作温度は、細菌類の発生を防止するため及び循環液（特に、蔗糖含有液部分）の粘性を低く保つために６０〜９０℃とするのが好ましく、７５〜８５℃とするのがより好ましい。この温度が高すぎると、充填剤である陽イオン交換樹脂が分解する恐れが有る。また、クロマト分離操作を行う際、循環系内の循環液のｐＨ値が下がると蔗糖の一部が転化して果糖と葡萄糖になり易く、ｐＨ値が高くなりすぎると蔗糖の異性化が生じ易いので、溶離水のｐＨを８〜１１とするのも好ましい。
【００２０】
本発明の方法により脱塩することができる原液（煎糖前の甜菜糖液）としては、例えば、上述の従来の甜菜糖の精製方法である上記第１の方法の軟化後の甜菜糖液、第２の方法の炭酸飽充、濾過後の甜菜糖液、第３の方法のクロマト分離工程に供する甜菜糖液などを挙げることができる。また、本出願人は上記の第１〜３の方法の欠点を解消する「蔗糖の精製方法」を提案しているが（特開平１０−４２８９９号公報）、この方法のクロマト分離工程に供する甜菜糖液を本発明の方法により脱塩するのが好ましい。なお、結晶状の蔗糖を得る場合は、上記第１〜３の方法について述べた様に、クロマト分離により得られる蔗糖画分を濃縮し、或いは、必要に応じて特開平１０−４２８９９号公報に提案される方法の様に該蔗糖画分をイオン交換処理してから濃縮し、煎糖を行うのは当然のことであるが、液糖としての蔗糖液を得る場合は、該蔗糖画分をそのまま又はイオン交換処理や適当な蔗糖濃度調整を行って製品とすることもできる。
【００２１】
本出願人が提案した上記の蔗糖の精製方法において、甜菜から蔗糖を精製する場合の代表例を簡単且つ具体的に説明する。甜菜を裁断し、抽出して得られる蔗糖含有甜菜抽出液（原汁）に石灰乳を加え、二酸化炭素を吹き込んで炭酸カルシウムの沈澱を生成し、この沈澱に不純物を吸着させて除去する所謂炭酸飽充により粘性の高い物質などを上記甜菜抽出液から除去する。次いで、濾過後、得られる蔗糖含有濾液をナトリウム形やカリウム形の陽イオン交換樹脂により軟化する。この軟化は、濃縮器での硬度成分の析出と濃縮器の伝熱効率の低下を防ぐため、並びに、クロマト分離工程で充填剤（分離剤）として陽イオン交換樹脂を用いる場合にそのイオン形が分離効率の悪い二価イオン形になるのを防止するするために、主としてカルシウムである硬度成分を除去することを目的とする。次いで、クロマト分離の効率を上げるために、蔗糖含有軟化処理液を固形分濃度が、例えば、６０〜７０重量％になるまで濃縮する。こうして得られる蔗糖含有濃縮液を本発明の方法によるクロマト分離工程に供する。分画された蔗糖画分は、イオン交換処理する。次いで、イオン交換処理された蔗糖液を濃縮し、次に煎糖により高純度の蔗糖結晶を高回収率で得ることができる。この方法における上記イオン交換処理は、上記クロマト分離工程で約８０重量％前後の塩類が除去されるが、残りの約２０重量％前後の塩類を除去しようとするもので、イオン交換処理の態様としては、強酸性陽イオン交換樹脂→弱塩基性陰イオン交換樹脂→強塩基性陰イオン交換樹脂→弱酸性陽イオン交換樹脂のシリーズ通液、中塩基性陰イオン交換樹脂→弱酸性陽イオン交換樹脂のシリーズ通液や強塩基性陰イオン交換樹脂→弱酸性陽イオン交換樹脂のシリーズ通液等の種々の態様を用いることができる（特開平１０−４２８９９号）。
【００２２】
本発明の方法に用いる擬似移動層式クロマト分離装置としては、２成分分離擬似移動層式クロマト分離装置を用いることができる。この装置は、原料液に含まれる成分を二つの画分に分けるための装置であり、例えば、原料液供給口と溶離液供給口及びエクストラクト抜き出し口とラフィネート抜き出し口が一定時間毎に下流方向に移動するものである。特公昭４２−１５６８１号公報に開示されている代表的な２成分分離擬似移動層式クロマト分離装置を用いることができるが、このような擬似移動層式クロマト分離装置を種々に改変した装置類、例えば、特開平２−４９１５９号公報（供給・抜き出しの工程と循環のみの工程よりなる擬似移動層式クロマト分離方法を行う装置）、特開平８−１４１３１１号公報、特開平４−３３４５０３公報、特開平４−３６７７０１号公報等に開示される装置を用いることもでき、本発明では、これらの各種の装置を含めて「擬似移動層式クロマト分離装置」と言う。
【００２３】
次に、本発明の方法に用いることができる擬似移動層式クロマト分離装置の代表例の一般的且つ簡単な説明をすると、原料（本発明の場合は、原液である「煎糖前の甜菜糖液」）中に含まれる２以上の成分中の特定成分に対して選択的収着能力を有する固体収着剤（分離剤、即ち、充填剤）が充填されている複数の単位充填塔を無端直列に連結した系と、該系内の循環流体を一方向に循環させる手段と、これらの単位充填塔のいずれかを選択して原料を供給する原料供給手段と、他のいずれかの単位充填塔を選択して溶離剤（本発明の場合は、溶離水）を供給する溶離剤供給手段と、いずれかの単位充填塔を選択してラフィネート（本発明の場合は、塩類を主とする非蔗糖画分の液）を上記系外に抜き出す第１の流体抜き出し手段と、他のいずれかの単位充填塔を選択してエクストラクト（本発明の場合は、蔗糖画分の液）を上記系外に抜き出す第２の流体抜き出し手段と、循環系内の流体の流量の制御と共に、上記系内における上記流体の供給及び抜き出しの位置の関係を相互に維持して、これらの位置を系内の流体流れ方向の下流側に順次移行させる切り換え制御手段とを備えたものである。各単位充填塔は、それぞれ１単位充填層を有するのが通常であるが、１単位充填塔が仕切られた２以上の単位充填層を有し、必要に応じて各単位充填層に上記のような原料供給手段、溶離剤供給手段、第１の流体抜き出し手段、第２の流体抜き出し手段が設けられている構成であっても良い。
【００２４】
次に、このような擬似移動層式クロマト分離装置を用いた２成分分離擬似移動層式クロマト分離法の一例の一般的且つ簡単な説明を行う。上記のように無端に連結された単位充填塔群（単位充填層群）を溶離剤（本発明の場合は、溶離水）供給位置から見て循環流の下流側に向かって第１区画、第２区画、第３区画、第４区画に区画して考え、第１区画の最前列に位置する単位充填塔（単位充填層）の入口の循環流に対して溶離剤を供給弁を介して供給すると共に、第１区画の最後列に位置する単位充填塔（単位充填層）の出口の循環流から被収着成分の含有量の多いエクストラクト（本発明の場合は、蔗糖画分の液）を抜き出し弁を介して抜き出し、第３区画の最前列に位置する単位充填塔（単位充填層）の入口の循環流に対して原料を供給弁を介して供給すると共に、第３区画の最後列に位置する単位充填塔（単位充填層）の出口の循環流から被収着成分の少ないラフィネート（本発明の場合は、塩類を主とする非蔗糖画分の液）を抜き出し弁を介して抜き出し、これらの溶離剤の供給位置、エクストラクトの抜き出し位置、原料の供給位置、ラフィネートの抜き出し位置を、上記原料中の成分の収着剤に対する収着領域の移行に伴って一つずつ下流側に繰り下げるように操作する。
【００２５】
本発明では、蔗糖画分の蔗糖純度と蔗糖回収率を高い値に保つために、エクストラクト（強親和性成分画分、即ち、蔗糖画分）抜き出し口から原液の供給口までの第２区画における循環流量（Ｕ２）と固定相（充填剤）の見かけ移動速度（Ｕｓ）の比Ｕ２／Ｕｓは０．３５〜０．４５であることが好ましい。その理由は、次の通りである。比Ｕ２／Ｕｓが０．３５より低い場合、一部の蔗糖が溶離水供給口からエクストラクト抜き出し口までの第１区画を経由してラフィネート（弱親和性成分の画分、即ち、塩類等の非蔗糖画分）抜き出し口から溶離水供給口までの第４区画に蔗糖が回り込み、蔗糖画分の蔗糖回収率が下がる傾向を生じる。従って、比Ｕ２／Ｕｓが０．３５より低い条件のまま、蔗糖回収率を上げるためには多くの溶離水が必要となる。比Ｕ２／Ｕｓが０．４５を越える場合は、蔗糖画分での非糖分混入率（後に説明）は下がるが、一部の蔗糖が原液供給口からラフィネート画分抜き出し口までの第３区画を経由して、ラフィネート抜き出し口から抜き出されるため、蔗糖画分の蔗糖回収率が下がる傾向を生じる。なお、Ｕ２＝［最低流速部分での循環流量（Ｕ４）×全充填剤量］＋［溶離水供給流量］−［蔗糖画分抜き出し量］であり、最低流速部分は第４区画に相当する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明するが、以下の実施の形態に限定されないことは当然である。
【００２７】
図１は、本発明の方法を実施するのに使用することができる擬似移動層式クロマト分離装置の構成の一例の概要を示す図である。図１において、１〜１０は単位充填塔、１Ａ〜１０Ａはラフィネートの抜き出し弁、１Ｃ〜１０Ｃはエクストラクトの抜き出し弁、１Ｄ〜１０Ｄは溶離水供給弁、１Ｆ〜１０Ｆは原液供給弁、Ａはラフィネート（塩類を主とする非蔗糖画分の液）、Ｃはエクストラクト（蔗糖画分の液）、Ｄは溶離水、Ｆは原液（煎糖前の甜菜糖液）、１２はラフィネート抜き出し配管、１４はエクストラクト抜き出し配管、１５は原液供給ポンプ、１６は溶離水供給ポンプ、１Ｐ〜５Ｐは循環ポンプ、２０と２１は連結配管、３０は原液供給配管、３１は溶離水供給配管を表す。
【００２８】
単位充填塔１〜１０のそれぞれの末端を、次の単位充填塔の頂部に連結配管２０、２１で無端連結し、各単位充填塔の下流側の連結配管にラフィネートの抜き出し弁１Ａ〜１０Ａ及びエクストラクトの抜き出し弁１Ｃ〜１０Ｃを連結すると共に、各単位充填塔の上流側の連結配管に原液供給ポンプ１５によって供給される原液用の原液供給配管３０から分岐した原液供給弁１Ｆ〜１０Ｆ付き分岐配管と溶離水供給ポンプ１６によって供給される溶離水用の溶離水供給配管３１から分岐した溶離水供給弁１Ｄ〜１０Ｄ付き分岐配管とを連結し、更に、各ラフィネート抜き出し弁１Ａ〜１０Ａをラフィネート抜き出し配管１２に接続し、各エクストラクト抜き出し弁１Ｃ〜１０Ｃをエクストラクト抜き出し配管１４に接続し、単位充填塔２と３、４と５、６と７、８と９との間の連結配管２０にそれぞれ循環ポンプ１Ｐ〜４Ｐを連結すると共に単位充填塔１０の末端から単位充填塔１の頂部への連結配管２１の途中に循環ポンプ５Ｐを連結する。図１の装置では、５台の循環ポンプ１Ｐ〜５Ｐが設けられており、これらが図示しない制御装置により制御され、循環流量を流量シーケンスプログラムに従って設定値に制御できるようになっている。循環ポンプの設置箇所や設置台数が図１の態様に限定されないことは言うまでもない。また、各供給弁及び各抜き出し弁も図示しない制御装置により所定の弁開閉シーケンスプログラムに従って開閉が制御されるようになっている。図１では単位充填塔の数は１０本であるが、これに限定されるものではない。
【００２９】
次に、図１に示すような擬似移動層式クロマト分離装置の運転操作について説明する。第１段として、例えば、原液供給弁６Ｆを開いて単位充填塔６の塔頂から原液を供給すると共に、溶離水供給弁１Ｄを開いて単位充填塔１の頂部から溶離水を供給し、エクストラクト抜き出し弁２Ｃを開いて単位充填塔２の底部から蔗糖を多く含むエクストラクトを抜き出し、ラフィネート抜き出し弁９Ａを開いて単位充填塔９の底部から塩類等の非蔗糖化合物を多く含むラフィネートを抜き出しつつ、循環ポンプ１Ｐ〜５Ｐにより循環系内の液を循環させる。
【００３０】
従って、この場合、溶離水供給口からエクストラクト抜き出し口までの第１区画は単位充填塔が２本、エクストラクト抜き出し口から原液供給口までの第２区画は単位充填塔が３本、原液供給口からラフィネート抜き出し口までの第３区画は単位充填塔が４本、ラフィネート抜き出し口から溶離水供給口までの第４区画は単位充填塔が１本である。但し、本発明がこの態様に限定されないことは言うまでもない。
【００３１】
予め定めた一定時間の経過後、第２段として、上記第１段で開いた溶離水供給弁１Ｄを閉じ且つ溶離水供給弁２Ｄを開き、同様にしてエクストラクト抜き出し弁の開いている所を２Ｃから３Ｃへ切り換え、原液供給弁の開いている所を６Ｆから７Ｆへ切り換え、ラフィネート抜き出し弁の開いている所を９Ａから１０Ａへ切り換える。
【００３２】
以下、同様にして、各段毎に（上記の様な一定時間毎に）、開とする弁を１単位充填塔ずつ順次循環液の流れ方向の下流側に移行させる操作を行って、第３段〜第１０段のクロマト分離を行う。このような弁の切り換えにより、見掛け上は、循環流の流れ方向と反対方向に充填剤を移動させるかの如き操作を行っていることになる。このような第１段〜第１０段のクロマト分離を繰り返して行い、装置の連続運転を行う。
【００３３】
上述した操作は、装置が連続的に運転されている状態について述べたが、装置立ち上げのためには、上述の連続的な運転に先立って、原液を装置系内に供給して、分離剤（充填剤、収着剤）に対する親和性の弱い成分から強い成分に順次に分かれた収着帯域を形成させる操作のみを単独に行う前工程を行ってもよい。
【００３４】
【実施例】
以下、比較例と対比して、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明が実施例に限定されるもので無いことは言うまでもない。なお、以下の実施例と比較例では、図１に示されるような構成の擬似移動層式クロマト分離装置を用い、また、「非糖分混入率」とは、原液に含まれていた塩類等の非糖分の全量に対する蔗糖画分に混入してきた非糖分の量の割合を示すものである。また、単位充填塔での循環流液の圧力損失は、所定の運転条件を満足する様な循環ポンプ圧を掛けているのであるから、「単位充填塔の頂部の平均液圧」で間接的に見ることができ、これが高いと圧力損失が大きいと考えてよい。
【００３５】
実施例１
本実施例でクロマト分離に供した原液としての煎糖前の甜菜糖液は、甜菜糖工場において、甜菜の裁断、抽出、炭酸飽充、濾過、軟化の工程を経て得られた蔗糖含有軟化処理液で、蔗糖濃度（Ｂｘ：ブリックス濃度）６５で、その固形分当たりの組成は蔗糖濃度９３％、塩類等の非糖分濃度４％、その他の有機成分（他の糖類、ベタイン、アミノ酸等）の濃度３％であった。なお、固形分当たりの組成は、ナトリウム形イオン交換カラムと示差屈折率計を用いた高速液体クロマトグラフィーの面積百分率によって示したものである。
【００３６】
本実施例で用いた擬似移動層式クロマト分離装置の仕様は、次の通りであった。
＜装置の仕様＞
各単位充填層：直径１０８ｍｍ×高さ１６００ｍｍ
単位充填層数：１０
全充填剤量：１５０リットル
循環ポンプ台数：５
充填剤（分離剤）：アンバーライトＣＲ−１３２０のナトリウム形（ローム・アンド・ハース社製ゲル型強酸性カチオン交換樹脂、均一係数：１．１、平均粒径：３３０μｍ）
【００３７】
この装置の運転条件は、次の通りであった。
＜運転条件＞
運転温度：８０℃
原液供給量：１２リットル／時間
溶離水供給量：４０リットル／時間
蔗糖画分抜き出し量：２２リットル／時間
非蔗糖画分抜き出し量：３０リットル／時間
固定相（充填剤）の見掛け移動速度：１６．５リットル／時間
循環流量（最低流速部分）：０．６リットル／リットル−充填剤／時間
単位充填塔の頂部の平均液圧：３．０ｋｇ／ｃｍ2
【００３８】
分離の結果は、次の通りであった。
＜分離結果＞
蔗糖画分：蔗糖回収率：９９．４％
非糖分混入率：２０％
蔗糖濃度（Ｂｘ）：３８
【００３９】
比較例１
実施例１で用いたと同じ仕様の擬似移動層方式クロマト分離装置を用いて、実施例１と同じ原液のクロマト分離を、下記の装置運転条件で行った。
＜運転条件＞
運転温度：８０℃
原液供給量：１２リットル／時間
溶離水供給量：７２リットル／時間
蔗糖画分抜き出し量：３４リットル／時間
非蔗糖画分抜き出し量：５０リットル／時間
固定相（充填剤）の見掛け移動速度：１６．５リットル／時間
循環流量（最低流速部分）：０．３４リットル／リットル−充填剤／時間
単位充填塔の頂部の平均液圧：３．０ｋｇ／ｃｍ2
【００４０】
分離の結果は、次の通りであった。
＜分離結果＞
0003783756.tif 000002
【００４１】
この比較例は、脱塩率を上げるために原液供給量に対する溶離水供給量を増やした場合で（原液供給量／溶離水供給量容量比＝１／６）、非糖分混入率（大体、脱塩率を逆に示す）は実施例１と比べて幾らか小さくなり、クロマト分離後にイオン交換処理により更に脱塩を行う場合はそのイオン交換処理への負荷は幾らか小さくなり、その分だけイオン交換樹脂の再生のための再生剤使用量は低減できるが、目的画分である蔗糖画分の蔗糖濃度は実施例１と比べて遙かに低くなり、煎糖の準備のための濃縮に多大なエネルギーコストを必要とするため、この比較例の運転条件は適切なものではない。
【００４２】
比較例２
実施例１で用いたと同じ仕様の擬似移動層方式クロマト分離装置を用いて、実施例１と同じ原液のクロマト分離を、下記の装置運転条件で行った。
＜運転条件＞
運転温度：８０℃
原液供給量：１２リットル／時間
溶離水供給量：４０リットル／時間
蔗糖画分抜き出し量：１７リットル／時間
非蔗糖画分抜き出し量：３５リットル／時間
固定相（充填剤）の見掛け移動速度：１６．５リットル／時間
循環流量（最低流速部分）：０．３４リットル／リットル−充填剤／時間
単位充填塔の頂部の平均液圧：３．５ｋｇ／ｃｍ2
【００４３】
分離の結果は、次の通りであった。
＜分離結果＞
0003783756.tif 000003
【００４４】
この比較例は、脱塩率と回収蔗糖純度を上げるために分離剤に対して親和性の強い成分の画分（蔗糖画分）抜き出し量／分離剤に対して親和性の弱い成分の画分（塩類等で富化された非蔗糖画分）抜き出し量の容量比を０．４８６／１とした場合であるが、回収すべき蔗糖が非蔗糖画分に多量に混入し、蔗糖の損失が大きくなってしまう。濃縮コストの削減分、および、クロマト分離後にイオン交換処理により更に脱塩を行う場合はそのイオン交換処理工程への負荷の減少によるイオン交換樹脂の再生のための再生剤使用量の減少に伴うコスト削減分を遙かに上回る蔗糖損失となるので、この比較例の運転条件は適切なものではない。
【００４５】
比較例３
実施例１で用いたと同じ仕様の擬似移動層方式クロマト分離装置を用いて、実施例１と同じ原液のクロマト分離を、下記の装置運転条件で行った。
＜運転条件＞
運転温度：８０℃
原液供給量：３リットル／時間
溶離水供給量：１０リットル／時間
蔗糖画分抜き出し量：５．５リットル／時間
非蔗糖画分抜き出し量：７．５リットル／時間
固定相（充填剤）の見掛け移動速度：４．１３リットル／時間
循環流量（最低流速部分）：０．０８５リットル／リットル−充填剤／時間
単位充填塔の頂部の平均液圧：２．０ｋｇ／ｃｍ2
【００４６】
分離の結果は、次の通りであった。
＜分離結果＞
0003783756.tif 000004
【００４７】
この比較例は、循環系内における最も流速の遅い部分での循環流量を充填剤量に対して１時間当たり８．５容量％とした場合で、従来のクロマト分離装置の一般的な処理量で運転した場合（例えば、特表平９−５０６５１３号公報の実施例の運転条件に類似する）に相当する。この比較例では、単位充填塔内の液の圧力も低く運転が円滑に行え、また、分離精度も良いので、クロマト分離後にイオン交換処理により更に脱塩を行う場合はそのイオン交換処理工程への負荷が小さく、イオン交換樹脂の再生のための再生剤使用量の少なくて良く、さらに、溶離水使用量も少なく、蔗糖画分の蔗糖濃度も高いので、濃縮コストも低減できる。しかし、この比較例では、時間当たりの充填剤量に対する処理量が、実施例１の１／４と遙かに少ないので、甜菜糖工場が必要とする処理量を達成するには、それだけ大きな装置を必要とし、結果的に製品コストが割高となってしまう。
【００４８】
比較例４
実施例１で用いたと同じ仕様の擬似移動層方式クロマト分離装置を用いて、実施例１と同じ原液のクロマト分離を、下記の装置運転条件で行った。
＜運転条件＞
運転温度：８０℃
原液供給量：１２リットル／時間
溶離水供給量：２８リットル／時間
蔗糖画分抜き出し量：１７リットル／時間
非蔗糖画分抜き出し量：２３リットル／時間
固定相（充填剤）の見かけ移動速度：１６．５リットル／時間
循環流量（最低流速部分）：０．３４リットル／リットル−充填剤／時間
単位充填塔頂部平均液圧：３ｋｇ／ｃｍ２
【００４９】
分離の結果は、次の通りであった。
＜分離結果＞
0003783756.tif 000005
【００５０】
この比較例は、溶離水量を減らすために原液供給量に対する溶離水供給量を減らした場合で（原液供給量／溶離水供給量容量比＝１／２．３３）、蔗糖画分での蔗糖の回収率が大幅に下がり、非糖分混入率が上がって、クロマト分離後にイオン交換処理により更に脱塩を行う場合はそのイオン交換処理工程への負荷が大きく、イオン交換樹脂の再生のための再生剤使用量が多くなるので、この比較例の運転条件は適切なものではない。
【００５１】
比較例５
実施例１で用いたと同じ仕様の擬似移動層方式クロマト分離装置を用いて、実施例１と同じ原液のクロマト分離を、下記の装置運転条件で行った。
【００５２】
＜運転条件＞
運転温度：８０℃
原液供給量：１２リットル／時間
溶離水供給量：４０リットル／時間
蔗糖画分抜き出し量：２９リットル／時間
非蔗糖画分抜き出し量：２３リットル／時間
固定相（充填剤）の見かけ移動速度：１６．５リットル／時間
循環流量（最低流速部分）：０．３４リットル／リットル−充填剤／時間
単位充填塔頂部平均液圧：３ｋｇ／ｃｍ２
【００５３】
分離の結果は、次の通りであった。
＜分離結果＞
0003783756.tif 000006
【００５４】
この比較例は、蔗糖画分の蔗糖回収率を上げるために強親和性の画分（蔗糖画分）抜き出し量／弱親和性成分の画分（塩類等で富化された非蔗糖画分）抜き出し量の容量比を１．２６／１とした場合であるが、蔗糖の回収率がそれほど上がらないに拘わらず、非糖分の混入率が大幅に上がって、クロマト分離後にイオン交換処理により更に脱塩を行う場合はそのイオン交換処理工程への負荷が大きく、イオン交換樹脂の再生のための再生剤使用量が多くなるので、この比較例の運転条件は適切なものではない。
【００５５】
比較例６
実施例１で用いたと同じ仕様の擬似移動層方式クロマト分離装置を用いて、実施例１と同じ原液のクロマト分離を、下記の装置運転条件で行った。
【００５６】
＜運転条件＞
運転温度：８０℃
原液供給量：３０リットル／時間
溶離水供給量：１００リットル／時間
蔗糖画分抜き出し量：５５リットル／時間
非蔗糖画分抜き出し量：７５リットル／時間
固定相（充填剤）の見かけ移動速度：４１．３リットル／時間
循環流量（最低流速部分）：０．８５リットル／リットル−充填剤／時間
単位充填塔頂部平均液圧：１０ｋｇ／ｃｍ２
【００５７】
分離の結果は、次の通りであった。
＜分離結果＞
0003783756.tif 000007
【００５８】
この比較例は、処理量を上げるために、循環系内における最も流速の遅い部分での循環流量を充填剤量に対して１時間当たり８５容量％とした場合で、単位充填塔頂部の液圧が高くなってしまい、実装置としては耐圧の点で高価な設備となる。また、この比較例では、充填剤としての陽イオン交換樹脂への分離の負荷が大きくなるため、分離結果も悪く蔗糖画分での蔗糖回収率も下がった。
【００５９】
以上、実施例１と比較例１〜６に示したように、原液としての煎糖前の甜菜糖液の脱塩をクロマト分離で効率良く且つ装置コストを極力抑えて行うには、高流速（高流量）で且つ一般的な装置設計で耐え得る範囲内の単位充填塔内の液圧力で原液を流せる方式でなければならない。本発明者等は、この至極達成困難と考えられていた問題を解決するために擬似移動層式クロマト分離装置の各種運転条件について鋭意検討した結果、工業的に有益な脱塩方法を見出し、併せて、好ましい単位充填層高をも見出したのである。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、充填剤の再生剤を用いないイオン排除法により擬似移動層式クロマト分離方式によって、溶離水の使用量を極力少なく抑えつつ効率良く煎糖前の甜菜糖液の脱塩処理ができ、蔗糖を濃い状態で分離できる。また、本発明によれば、所定の擬似移動層式クロマト分離装置での処理量が従来方法よりも多くなり、これを逆に言えば、所望の高い処理能力を確保しつつ、擬似移動層式クロマト分離装置の容積を小さくできることになる。クロマト分離工程を経て得られる蔗糖画分のイオン交換処理を後段で行う場合は、イオン交換処理装置を小さくすることができ、そのイオン交換樹脂の再生のための再生剤の使用量及び再生廃液（排水）量も減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明方法を実施するに当たって使用することができる擬似移動層式クロマト分離装置の構成の一例の概要を示す図である。
【符号の説明】
１〜１０：単位充填塔
１Ａ〜１０Ａ：ラフィネートの抜き出し弁
１Ｃ〜１０Ｃ：エクストラクトの抜き出し弁
１Ｄ〜１０Ｄ：溶離水供給弁
１Ｆ〜１０Ｆ：原液供給弁
Ａ：ラフィネート（塩類を主とする非蔗糖画分の液）
Ｃ：エクストラクト（蔗糖画分の液）
Ｄ：溶離水
Ｆ：原液（煎糖前の甜菜糖液）
１２：ラフィネート抜き出し配管
１４：エクストラクト抜き出し配管
１５：原液供給ポンプ
１６：溶離水供給ポンプ
１Ｐ〜５Ｐ：循環ポンプ
２０、２１：連結配管
３０：原液供給配管
３１：溶離水供給配管
【図１】
0003783756.tif 000008