Спосіб вилучення бетаїну

Даний винахід відноситься до способу сепарації для вилучення бетаїну і, зокрема, до способу сепарації шляхом фракціонування розчину, що містить бетаїн і сахарозу, із використанням сполучення нанофільтрації і хроматографії. У звичайному утіленні винаходу, бетаїн вилучають з отриманого з цукрового буряка розчину, такого як розчин меляси. Бетаїн - це цінна сполука, яку використовують у кормах для тварин, а також у фармацевтиці та косметиці. Бетаїн накопичується в коренях, насіннях і стеблах великого числа рослин. Його концентрація в цукровому буряку відносно висока, 1,0%-1,5% у розрахунку на суху речовину. Коли цукровий буряк обробляють для вилучення сахарози, бетаїн концентрується в мелясі. Бурякова меляса звичайно містить від 3% до 8% бетаїну, у розрахунку на суху речовину. Бетаїн являє собою амфотерну сполуку, що має формулу: (H3C)3N+-CH2-COOЗ попереднього рівня техніки відоме вилучення бетаїну з бурякової меляси, залишкової меляси чи вінаси шляхом іонного обміну, кристалізацією у вигляді гідрохлориду, екстракцією органічним розчинником чи хроматографією. Хроматографічний спосіб виділення бетаїну з бурякової меляси [описаний у Патенті США 4,359,430 (Suomen Sokeri Oy)]. Цей спосіб являє собою хроматографічний спосіб, у якому мелясу, що містить бетаїн, таку як бурякова меляса, вводять у верхню частину колонки, що містить полістиролсульфонатну катіонообмінну смолу, звичайно у формі лужного металу. Для вилучення бетаїну, сахарози і залишкової меляси з нижньої сторони шару смоли виконують елюювання водою. Інший спосіб вилучення бетаїну з меляси був [описаний у Патенті США 5,127,957 (Heikkila і інші)]. У ньому використовують хроматографічну систему з псевдорухливим шаром, яка має щонайменше три хроматографічні колонки, з'єднані послідовно. Бетаїн і сахарозу вилучають як окремі фракції продукту під час одного циклу в хроматографічній системі з псевдорухливим шаром. Колонки хроматографічної системи звичайно заповнюють сильнокислою катіонообмінною смолою у формі одновалентних іонів, переважно натрію і/чи калію. Ще один спосіб фракціонування меляси розкритий [у Патенті США 6,093,326 (Danisco Finland Оу)]. У цьому способі щонайменше одну фракцію продукту вилучають під час багатостадійної послідовності у двох чи більш контурах хроматографічної системи з псевдорухливим шаром. Одне втілення способу відноситься до способу вилучення сахарози й бетаїну з меляси шляхом вилучення фракції сахарози й фракції бетаїну. Хроматографічна система включає щонайменше два окремих шари насадного матеріалу. Насадний матеріал колонок - це, звичайно, сильнокисла катіонообмінна смола у вигляді гелю у формі одновалентних іонів, переважно натрію і/чи калію. Публікація [WO 96/10650 (Cultor Оу)] відноситься до способу вилучення сахарози і додатково другого компонента, типу бетаїн у, з отриманого з буряка розчину, що містить сахарозу. Спосіб включає здійснення двох послідовних хроматографічних фракціонувань розчину методом псевдорухливого шару з ви ходом однієї чи більш фракцій, збагачених сахарозою, і фракції, збагаченої згаданим другим компонентом. Хроматографічний поділ звичайно виконується за допомогою сильнокислого катіонообмінника у формі калію і/чи натрію. [Патент Німеччини - OS 2 362 211 (Suddeutsche Zucker AG)] розкриває спосіб хроматографічного поділу для поділу меляси на цукрову фракцію і нецукрову фракцію з використанням катіонообмінної смоли у формі Са2+. Спосіб має той недолік, що смола у формі Са 2+ не знаходиться в рівновазі з катіонною композицією рухливої фази. [Патент США 4,333,770 (UOP Inc.)] розкриває спосіб виділення сахарози з водяної суміші джерела цукру, типу меляси, шляхом взаємодії згаданої суміші з адсорбентом, що складається з кам'яновугільного пірополімеру. Цей спосіб погано відокремлює бетаїн від солей. [Патент США 4,405,377 (UOP Inc.)] розкриває спосіб вилучення моносахаридів із вихідної суміші, що містить водяний розчин моносахаридів, за допомогою взаємодії згаданого розчину з адсорбентом, що містить кристалічний алюмосилікат типу цеоліту. Ви хідну суміш розбавляють етанолом перед обробкою адсорбентом. Вихідною сумішшю може бути крохмальна патока, наприклад, типу зернової патоки. Цей спосіб не використовують для вилучення бетаїну. [Патент США 4,405,378 (UOP Inc.)] розкриває спосіб виділення сахарози з водяного розчину, що містить сахарозу, бетаїн і/чи мінеральні солі, шляхом взаємодії згаданого розчину з адсорбентом, що містить порошок активованого вугілля, зв'язаний з органічним полімером (нітрат целюлози, складний ефір целюлози чи їхня суміш). Цей спосіб погано відокремлює бетаїн від солей. [Патент США 6 379 554 (Amalgamated Research Inc.)] розкриває систему, де множина операцій хроматографічного поділу, включаючи першу операцію з псевдорухливим шаром, об'єднана в процес, функцією якого, переважно із застосуванням хроматографії безупинного зсуву, є вилучення фракції, збагаченої малими органічними молекулами, особливо бетаїном і/чи цукром, інвертованим із розчину сахарози, що забезпечує наступне виробництво високочистого продукту са харози. [Патент ЕР 0 411780 (Kampen Willem Нетто)] розкриває спосіб вилучення бетаїну з бурякової барди, отриманої при шумуванні й дистиляції цукрового буряка. Спосіб включає стадії (а) просвітлення барди із застосуванням способу мікрофільтрації з перехресним потоком із використанням неорганічних мембран, що мають розмір пoр у діапазоні 0,1-10мкм, щоб видалити тверді речовини, і (b) хроматографічний поділ просвітленої барди шляхом іонного виключення для відділення бетаїну. Хроматографічний поділ шляхом іонного виключення може бути виконаний із застосуванням придатного матеріалу смоли, такого як смола SM51-Na (IWT), IWT-AM-63 чи DOWEX 50-WX8 (Dow Chemical). Крім бетаїну, у способі можуть бути вилучені інші продукти, такі як етанол, гліцерин, бурштинова кислота, молочна кислота, калію сульфат і L-піроглютамінова кислота. Нанофільтрація - відносно новий керований тиском спосіб мембранної фільтрації для поділу розчинних компонентів вихідного матеріалу, що підлягає нанофільтрації, який займає нішу між зворотним осмосом і ультрафільтрацією. Нанофільтрація звичайно утримує двовалентні солі й органічні молекули з молярною масою більше 300 г/моль. Найбільш важливі нанофільтраційні мембрани - це складні мембрани, виконані шляхом міжфазної полімеризації. Поліефірсульфонні мембрани, сульфовані поліефірсульфонні мембрани, поліефірні мембрани, полісульфонні мембрани, мембрани з ароматичних поліамідів, мембрани з полівінілового спирту та поліпіперазинові мембрани - приклади широко використовуваних нанофільтраційних мембран. Неорганічні і керамічні мембрани можна також використовувати для нанофільтрації. З попереднього рівня техніки відоме застосування нанофільтрації для відділення глюкози від дисахаридів і більш високих сахаридів. Вихідна суміш, що містить глюкозу, може бути, наприклад, гідролізатом крохмалю. Один зі способів відділення глюкози від дисахаридів і більш високих сахаридів за допомогою нанофільтрації був розкритий, [наприклад, у п ублікації WO 99/28490 (Novo Nordisk)]. [Патент США 4,511,654 (UOP Inc.)] відноситься до способу виготовлення сиропу, збагаченого глюкозою чи мальтозою, шляхом обробки вихідної сировини, що містить глюкозу/мальтозу, ферментом, обраним з амілоглюкозидази і β амілази, для одержання частково гідролізованої реакційної суміші, пропускання отриманої частково гідролізованої реакційної суміші через ультрафільтраційну мембрану для одержання концентрату (retentate - утримана речовина) і фільтрату (permeate - речовина, пропущена крізь мембрану), поверненням концентрату на стадію ферментної обробки, і відділенням фільтрату, що містить сироп, збагачений глюкозою чи мальтозою. [Публікація WO 01/14594 А2 (Tate & Lyle Inc)] розкриває спосіб мембранної фільтрації цукрового буряка для виробництва сахарози з пульпи цукрового буряка. Мембранна фільтрація може бути виконана, наприклад, із використанням ультрафільтраційної мембрани чи нанофільтраційної мембрани. В одному втіленні згаданого способу, мембранну фільтрацію проводять із використанням двох послідовних стадій ультрафільтрації, необов'язково сполучених із діафільтрацією, що супроводжуються стадією нанофільтрації. У результаті одержують нанофільтраційний фільтрат і нанофільтраційний концентрат. Нанофільтраційний концентрат містить велику частину сахарози з буряка. У кращому втіленні способу, нанофільтраційний концентрат містить щонайменше приблизно від 89 до 91% по вазі сахарози (у розрахунку на суху речовину). Нанофільтраційний фільтрат, з іншого боку, як повідомляють, містить щонайменше приблизно від 25 до 50% бетаїну, що є присутнім у вихідному матеріалі, який підлягає нанофільтрації. Вільні нанофільтраційні мембрани з приблизно 10% утриманням NaCl, як повідомляють, добре підходять для стадії нанофільтрації. Вищезгадане [посилання WO 01/14594 А2] також пропонує хроматографічний поділ для подальшого очищення концентрату, що містить сахарозу, отриманого від ультрафільтрації / діафільтрації. У такий спосіб одержують очищену фракцію сахарози. Однак у попередньому рівні техніки сполучення хроматографії і нанофільтрації для вилучення бетаїну з отриманих із цукрового буряка розчинів не було розкрито чи запропоноване. В основу даного винаходу поставлена задача запропонувати спосіб вилучення бетаїну з розчину, що містить бетаїн і сахарозу, такого як розчин, отриманий з цукрового буряка, наприклад, розчин меляси. Задача вирішена тим, що запропонований спосіб, який характеризується тим, що заявлено в незалежному пункті формули винаходу. Кра щі утілення винаходу розкриті в залежних пунктах формули винаходу. Винахід базується на сполученні нанофільтрації і хроматографії для вилучення бетаїну. Спосіб відповідно до винаходу забезпечує кращу чистоту і/чи ви хід кінцевого бетаїнового продукту. Крім того, крім бетаїну, інші продукти можуть бути вилучені в даному способі з добрим виходом і/чи чистотою. Поєднуючи нанофільтрацію з хроматографією відповідно до даного винаходу, можна підвищити економічність процесу і/чи ефективність поділу в повному процесі поділу. Наступні малюнки є ілюстрацією винаходу і ніяк не претендують на обмеження обсягу винаходу. Фіг.1 є гра фічним представленням утілення за п.6 формули винаходу. Фіг.2 є гра фічним представленням утілення за п.7 формули винаходу. Фіг.3 є гра фічним представленням утілення за п.8 формули винаходу. Винахід відноситься до способу вилучення бетаїну з розчину, що містить бетаїн і сахарозу, шля хом хроматографічного фракціонування і нанофільтрації згаданого розчину в будь-якій бажаній послідовності і відділення фракції, збагаченої бетаїном, і, при необхідності, фракції, збагаченої сахарозою. Спосіб за винаходом може також включати додаткові стадії хроматографічного фракціонування і/чи нанофільтрації для відділення додаткової фракції чи додаткових фракцій, збагачених бетаїном і, при необхідності, додаткової фракції чи додаткових фракцій, збагачених сахарозою і/чи фракцій інших продуктів і/чи їхніх сумішей. На згаданих додаткових стадіях фракції, отримані при хроматографічному фракціонуванні і/чи нанофільтрації, піддаються подальшому поділу, щоб додатково очистити продукт, збільшити вихід і/чи вилучи ти фракції інших продуктів і/чи їхні суміші. Згадані стадії хроматографічного фракціонування і/чи нанофільтрації можна виконувати послідовно в будь-якій бажаній послідовності. Стадії хроматографічного фракціонування і/чи нанофільтрації можна також виконувати паралельно. Спосіб може також включати комбінацію стадій послідовного та паралельного хроматографічного фракціонування і/чи нанофільтрації. Згаданий розчин, що містить бетаїн і сахарозу, звичайно являє собою розчин, отриманий з цукрового буряка, що містить розчини, отримані на різних стадіях обробки цукрового буряка, і фракції, отримані від хроматографічного фракціонування соків, отриманих із цукрового буряка. Згаданий розчин, отриманий з цукрового буряка, може бути обраний, наприклад, із соку буряка, згущеного соку, кінцевої меляси і маткових розчинів після кристалізації цукру. Особливо придатна сировина для вилучення бетаїну - це меляса з цукрового буряка, яка звичайно містить від 3 до 8% бетаїну в розрахунку на суху речовину. На додаток до бетаїну, бурякова меляса містить, наприклад, сахарозу, солі, амінокислоти й інші неорганічні й органічні компоненти. Крім меляси, і залишкова меляса після процесу децукрування, і вінаса після процесу шумування можуть бути збагачені бетаїном і, природно, також є цілком придатною сировиною. В одному утіленні винаходу, спосіб відповідно до винаходу включає наступні стадії: (a) хроматографічне фракціонування згаданого розчину, що містить бетаїн і сахарозу, і відділення фракції, збагаченої бетаїном і сахарозою, і, при необхідності, залишкової фракції, (b) нанофільтрація згаданої фракції, збагаченої бетаїном і сахарозою, і відділення фракції, збагаченої бетаїном, і, при необхідності, фракції, збагаченої сахарозою. Це втілення винаходу представлене на Фіг.1. Хроматографічне фракціонування на стадії (а) може бути виконане як періодичний процес чи процес із псевдорухливим шаром. Процес із псевдорухливим шаром може бути безупинним чи послідовним. В одному кращому втіленні, хроматографічне фракціонування на стадії (а) виконують як безупинний процес із псевдорухливим шаром, який дає звичайно дві фракції: фракцію, збагачену бетаїном і сахарозою, і залишкову фракцію. На стадії нанофільтрації (b), звичайно одержують фракцію, збагачену сахарозою, у вигляді нанофільтраційного концентрату, і фракцію, збагачену бетаїном, - у вигляді нанофільтраційного фільтрату. У цьому утіленні винаходу, спосіб може додатково включати нанофільтрацію згаданої залишкової фракції, отриманої на стадії (а), і відділення фракції, збагаченої бетаїном, фракції, збагаченої сахарозою, фракції, збагаченої рафінозою, і/чи фракції, збагаченої забарвленими сполуками, у залежності від сполуки залишкової фракції. Таким чином, вихід бетаїн у і/чи са харози може бути збільшений. Згадані забарвлені сполуки звичайно присутні як домішки в розчинах, отриманих із цукрового буряка, і головним чином включають великі молекули, що мають молярну масу від 1000 до мільйонів г/моль. Згадану фракцію, збагачену забарвленими сполуками (небажаними домішками), і згадану фракцію, збагачену рафінозою, звичайно виділяють у вигляді нанофільтраційного концентрату. Процес може далі включати відділення нанофільтраційного фільтрату, який може бути повернутий на хроматографічне фракціонування стадії (а) для використання там у якості елюенту. Згадана фракція, збагачена бетаїном і/чи згадана фракція, збагачена сахарозою, отримані на стадії нанофільтрації (b), можуть бути піддані однієї чи більш додатковим стадіям нанофільтрації і/чи хроматографічного фракціонування, щоб додатково очистити продукт і/чи підвищити ви хід. В іншому утіленні винаходу, спосіб включає наступні стадії: (a) нанофільтрація згаданого розчину, що містить бетаїн і сахарозу, і відділення фракції, збагаченої бетаїном і, при необхідності, фракції, збагаченої сахарозою, (b) хроматографічне фракціонування згаданої фракції, збагаченої бетаїном, і відділення фракції, збагаченої бетаїном, і, при необхідності, залишкової фракції і/чи фракції, збагаченої сахарозою. Це втілення винаходу представлене на Фіг.2. На стадії нанофільтрації (а) згадану фракцію, збагачену бетаїном, звичайно відокремлюють як нанофільтраційний фільтрат, і згадану фракцію, збагачену сахарозою, відокремлюють як нанофільтраційний концентрат. У цьому утіленні винаходу, хроматографічне фракціонування стадії (b) може бути виконане як періодичний процес чи процес із псевдорухливим шаром. У кращому втіленні, хроматографічне фракціонування виконують як процес із псевдорухливим шаром, який може бути безупинним чи послідовним. Це втілення способу відповідно до винаходу може додатково включати нанофільтрацію чи хроматографічне фракціонування згаданої залишкової фракції, отриманої на стадії (b), і відділення фракції, збагаченої бетаїном, фракції, збагаченої сахарозою, фракції, збагаченої рафінозою, і/чи фракції, збагаченої забарвленими сполуками, у залежності від сполуки залишкової фракції. Таким чином, вихід бетаїну і/чи сахарози може бути збільшений. Згадану фракцію, збагачену забарвленими сполуками (небажаними домішками), і згадану фракцію, збагачену рафінозою, звичайно відокремлюють як нанофільтраційний концентрат. Спосіб може додатково включати відділення нанофільтраційного фільтрату, який може бути повернутий на хроматографічне фракціонування на стадії (b) для використання в якості елюенту. Це втілення процесу може додатково включати стадію, де згадану фракцію, збагачену бетаїном, отриману на стадії (b), піддають нанофільтрації і/чи хроматографії, у результаті чого вилучають другу фракцію, збагачену бетаїном, і, при необхідності, додаткову фракцію. Згадана додаткова фракція може включати цукор, амінокислоти і, наприклад, інозитол. Цукор звичайно містить сахарозу, глюкозу, фр уктозу та галактозу. Цукор, амінокислоти й інозитол можна потім відокремити як самостійні продукти. Згадана фракція, збагачена бетаїном, і/чи згадана фракція, збагачена сахарозою, що отримані на стадії нанофільтрації (а), можуть бути піддані однієї чи декільком додатковим стадіям нанофільтрації, щоб додатково очистити виріб і/чи підвищити вихід. У ще одному втіленні винаходу, спосіб включає наступні стадії: (a) хроматографічне фракціонування згаданого розчину, що містить бетаїн і сахарозу, і відділення фракції, збагаченої бетаїном, і, при необхідності, фракції, збагаченої сахарозою, і/чи залишкової фракції, що супроводжується щонайменше однією з наступних стадій: (b) нанофільтрація згаданої залишкової фракції і відділення фракції, збагаченої сахарозою і/чи фракції, збагаченої бетаїном і, при необхідності, однієї чи більш додаткових фракцій, (c) нанофільтрація згаданої фракції, збагаченої сахарозою, і відділення другої фракції, збагаченої сахарозою, і/чи фракції, збагаченої бетаїном, і, при необхідності, однієї чи більш додаткових фракцій, (d) нанофільтрація згаданої фракції, збагаченої бетаїном, і відділення другої фракції, збагаченої бетаїном, і, при необхідності, однієї чи більш додаткових фракцій. Це втілення винаходу представлене на Фіг.3. Хроматографічне фракціонування на стадії (а) може бути виконане як періодичний процес чи процес із псевдорухливим шаром. Процес із псевдорухливим шаром може бути безупинним чи послідовним. У кращому втіленні, хроматографічне фракціонування на стадії (а) виконують як послідовний процес із псевдорухливим шаром, що забезпечує звичайно три фракції: фракцію, збагачену бетаїном, фракцію, збагачену сахарозою, і залишкову фракцію. У цьому втіленні винаходу, залишкова фракція і/чи фракція, збагачена сахарозою, і/чи фракція, збагачена бетаїном, отримані хроматографічним фракціонуванням на стадії (а) можуть бути окремо піддані нанофільтрації. На стадії (b) цього утілення винаходу, згадані одна чи більш додаткових фракцій звичайно включають фракцію, збагачену рафінозою, і/чи фракцію, збагачену забарвленими сполуками. У залежності від сполуки залишкової фракції, вилучають бетаїн і сахарозу, щоб збільшити повний вихід, крім того можна відокремити рафінозу. Згадану фракцію, збагачену рафінозою, і згадану фракцію, збагачену забарвленими сполуками, звичайно відокремлюють у вигляді нанофільтраційного концентрату. Згадану фракцію, збагачену бетаїном, звичайно відокремлюють у вигляді нанофільтраційного фільтрату. Фільтрат, отриманий при нанофільтрації, можна використовувати як елюент при хроматографічному фракціонуванні на стадії (а). Згадані одна чи більш додаткових фракцій, відділених на стадії (с) цього утілення винаходу, звичайно включають фракцію, збагачену інозитолом, фракцію, збагачену амінокислотами, фракцію, збагачену моносахаридами, і/чи фракцію, збагачену рафінозою. Бетаїн, інозитол, амінокислоти, моносахариди і рафіноза можуть бути вилучені у вигляді окремих продуктів. Згадану фракцію, збагачену рафінозою, звичайно відокремлюють як нанофільтраційний концентрат. Згадану фракцію, збагачену бетаїном, звичайно відокремлюють як нанофільтраційний фільтрат. У той же самий час, фракція, збагачена сахарозою, далі очищається від бетаїну, інозитолу, амінокислот, моносахаридів і рафінози. Згадана додаткова фракція, відділена на стадії (d) цього утілення винаходу, може включати фракцію, збагачену цукром, фракцію, збагачену інозитолом, і/чи фракцію, збагачену амінокислотами. Цукор, інозитол і амінокислоти можна вилучити як окремі продукти. У той же самий час, фракція бетаїну додатково очищається від цукру, інозитолу, амінокислот і інших можливих речовин. Правильно вибираючи мембрану чи комбінації мембран, фракцію бетаїну можна очистити й сконцентрувати одночасно, що також зменшує необхідність випарювання на наступній стадії. Згадана залишкова фракція, вилучена, при необхідності, у різних утіленнях винаходу, звичайно містить солі. Джерелом солей є сировина, така як цукровий буряк, і більш ранні стадії обробки сировини. У відповідності зі способом даного винаходу, солі можуть бути ефективно вилучені з бетаїну і/чи са харози. Стадія хроматографічного фракціонування способу за даним винаходом може бути виконана із застосуванням насадного матеріалу колонок, обраного з катіонообмінних смол і аніонообмінних смол. Згадана катіонообмінна смола може бути сильнокислою катіонообмінною смолою чи слабокислою катіонообмінною смолою. Смола може бути у формі одновалентного і/чи двовалентного металу, такого як Na+ і/чи K+, чи Са2+, Ва2+, Mg2+ і/чи Si2+. Смоли можуть мати стироловий чи акриловий каркас. Смоли переважно зшиті з приблизно від 1 до приблизно 20% дивінілбензолу, переважно з приблизно від 3 до приблизно 8% дивінілбензолу. Згадана аніонообмінна смола - це звичайно слабоосновна аніонообмінна смола, що має переважно акриловий каркас. Середній розмір часток смоли - звичайно від 10 до 2000мкм, переважно від 100 до 400мкм. Смоли - це переважно смоли типу гелю. Виробники смол - це, наприклад, Finex, Dow, Bayer і Rohm і Haas. Цеоліти, кам'яновугільні пірополімери й активоване вугілля, зв'язані з полімером, також є корисними як насадкові матеріали для колонок. В операції хроматографічного фракціонування катіони/аніони смоли знаходяться переважно в стійкій рівновазі з катіонами/аніонами рухливої фази системи. Особливо кращим насадковим матеріалом колонок на стадії хроматографічного фракціонування способу за винаходом є сильнокисла катіонообмінна смола у формі одновалентного металу, в основному у формі Na+ і/чи K+. Смола має переважно стиреновий каркас і переважно зшита з дивінілбензолом. Елюент, використовуваний на стадії хроматографічного поділу в описаних вище різних утіленнях винаходу, - це переважно вода, але корисні навіть водяні розчини солей. Крім того, корисними елюентами є спирти типу етанолу та суміші води й спирту тип у суміші води й етанолу. Температура хроматографічного фракціонування залежить, наприклад, від обраної смоли. Температуру при хроматографічному фракціонуванні підтримують звичайно в діапазоні від 50 до 100°С, переважно від 55 до 90°С. У процесі з псевдорухливим шаром хроматографічне фракціонування звичайно проводять із використанням від 3 до 14 колонок, з'єднаних послідовно. Колонки з'єднують тр убопроводами. Швидкість потоку в колонках через площу поперечного переріза колонки становить звичайно 0,5-10м 3/(год×м 2). Колонки заповнюють насадковим матеріалом, обраним, наприклад, із тих, що описані вище. Колонки обладнаються лініями подачі та лініями відводу продукту, щоб вихідний розчин і елюент могли бути подані в колонки, а фракції продукту могли бути вилучені з колонок. Лінії відводу продукту обладнаються діалоговим устаткуванням, щоб якість/кількість виробленого продукту могли контролюватися безпосередньо під час процесу. Перед хроматографічним фракціонуванням вихідний розчин можна піддати однієї чи більш стадіям попередньої обробки, обраним, наприклад, із зм'якшення іонообмінною обробкою чи карбоксилуванням, розведення, згущення, наприклад, випарюванням, регулювання рН і фільтрації. У звичайній операції попередньої обробки вихідний розчин, такий як бурякова меляса, розбавляють водою до концентрації приблизно від 40 до 60% по вазі і фільтрують, використовуючи, наприклад, діатомову землю як допоміжний фільтр. Перед подачею в колонки вихідний розчин і елюент нагрівають до температури фракціонування, вказаної вище (наприклад, до діапазону від 50 до 85°С). При хроматографічному поділі з псевдорухливим шаром (SMB), циркуляцію вихідного розчину в колонках здійснюють за допомогою насосів. Додають елюент, а сахарозу, бетаїн і залишкові фракції, також як інші додаткові фракції продукту, відбирають. В одному прикладі хроматографічного фракціонування згідно зі способом даного винаходу, вміст сахарози в отриманій фракції сахарози може змінитися від приблизно 85% до приблизно 99% у розрахунку на суху речовину, а вміст бетаїну у фракції сахарози може змінитися від приблизно 0,01% до приблизно 10% у розрахунку на суху речовину. Вміст бетаїн у у фракції бетаїну може змінитися від приблизно 20% до приблизно 95% у розрахунку на суху речовину, і вміст сахарози у фракції бетаїну може змінитися від приблизно 5% до приблизно 40%. Вміст сахарози в залишковій фракції меляси може змінитися від приблизно 5% до приблизно 25% у розрахунку на суху речовину, а вміст бетаїну в залишковій фракції меляси може змінитися від приблизно 1% до приблизно 35% у розрахунку на суху речовину. рН залежить від комбінації вихідного розчину й мембрани, використовуваної для нанофільтрації, і стабільності компонентів, що підлягають вилученню. Якщо необхідно, рН вихідного розчину регулюють до бажаної величини перед нанофільтрацією. Нанофільтрацію для вилучення бетаїну звичайно виконують при рН від 1 до 12, переважно від 4 до 12. Нанофільтрацію звичайно виконують при тиску від 10 до 50бар, переважно від 15 до 35бар. Типова температура нанофільтрації - від 5 до 95°С, переважно від 30 до 80°С. Нанофільтрацію для вилучення бетаїну звичайно виконують при температурі від 5 до 95°С, переважно від 30 до 80°С. Нанофільтрацію звичайно виконують при швидкості потоку від 5 до 100л/(м 2×год). Нанофільтраційна мембрана, яку використовують у даному винаході, може бути обрана з полімерних і неорганічних мембран, що мають поріг відсічення (гранична молярна маса молекул речовини, що пропускається) 100-2500г/моль, переважно від 150 до 1000г/моль, найбільше переважно від 150 до 500г/моль. Типові полімерні нанофільтраційні мембрани, корисні в даному винаході, включають, наприклад, поліефірсульфонні мембрани, сульфовані поліефірсульфонні мембрани, поліефірні мембрани, полісульфонні мембрани, мембрани з ароматичних поліамідів, мембрани з полівінілового спирту, поліпіперазинові мембрани і їхні комбінації. Нанофільтраційні мембрани, які використовуються в даному винаході, можуть також бути обрані з мембран на основі ацетату целюлози. Типові неорганічні мембрани включають, наприклад, ZrO2- і Аl2О 3-. Нанофільтраційні мембрани, що є корисними в даному винаході, можуть мати негативний чи позитивний заряд. Мембрани можуть бути іонними, тобто вони можуть містити катіонні чи аніонні групи, але корисні навіть нейтральні мембрани. Нанофільтраційні мембрани можуть бути обрані з гідрофобних і гідрофільних мембран. Одна форма нанофільтраційних мембран - форма плоского листа. Конфігурація мембран може також бути обрана, наприклад, із труб, спіральних мембран і порожнистих волокон. Можна також використовувати мембрани з високим порогом відсічення, типу вібраційних мембран і роторних мембран. Перед процедурою нанофільтрації нанофільтраційні мембрани можуть бути попередньо оброблені лужними миючими засобами чи, наприклад, етанолом. При звичайній операції нанофільтрації, сироп, що підлягає обробці, такий як мелясовий сироп, пропускають через нанофільтраційну мембрану, використовуючи температуру й тиск, що описані вище. При цьому сироп фракціонується на фракцію з низькою молярною масою, що містить бетаїн (фільтрат) і фракцію з високою молярною масою, що містить сахарозу й інші високомолекулярні компоненти розчину меляси (концентрат). Устаткування для нанофільтрації, корисне в даному винаході, включає щонайменше один нанофільтраційний мембранний елемент, що розділяє вихідну сировину на концентрат і фільтрат. Нанофільтраційне устаткування звичайно також включає засоби керування тиском і потоком, такі як насоси й клапани, і засоби виміру та контролю потоку й тиску. Устаткування може також включати декілька нанофільтраційних мембранних елементів у різних комбінаціях, розташованих паралельно чи послідовно. Потік фільтрату змінюється в залежності від тиску. Узагалі, у нормальному робочому діапазоні, чим вище тиск, тим більше потік. Потік також змінюється з температурою. Підвищення робочої температури збільшує потік. Однак при більш високих температурах і при більш високих тисках збільшується ризик руйнування мембран. Для неорганічних мембран можна використовувати більш високі температури й тиски та більш високі діапазони рН, ніж для полімерних мембран. Нанофільтрація відповідно до даного винаходу може виконуватися як періодичний безупинний процес. Процедура нанофільтрації може бути проведена одноразово чи повторена кілька разів. Можна також проводити рециркуляцію фільтрату і/чи концентрату назад у засоби подачі. На додаток до стадій хроматографічного фракціонування і нанофільтрації, що описані вище, спосіб за винаходом може включати інші обробки, обрані зі зм'якшення іонообмінною обробкою чи карбоксилуванням, розведення, концентрування, наприклад, випарюванням, регулювання рН і фільтрації, наприклад, до, після і/чи між стадіями хроматографічного фракціонування і нанофільтрації. Бетаїн, отриманий при хроматографічному поділі і/чи нанофільтрації, як описано вище, може бути сконцентрований випарюванням і потім додатково очищений кристалізацією, іонообміном і/чи іншими звичайними методами очищення. У прикладах, у самому описі й у формулі винаходу використовували наступні визначення: DS означає вміст сухої речовини, вимірюваний титруванням Карла Фішера, вираженим у % по вазі. "Потік" означає кількість (у літрах) розчину, що проникає через нанофільтраційну мембрану протягом однієї години в розрахунку на один квадратний метр поверхні мембрани, л/(м 2·год). "Утримання" означає частину певної сполуки, утриманої мембраною. Чим вище величина утримання, тим менше кількість сполуки, що пройшла через мембрану: Утримання (%)=[(Подача-Фільтрат)/Подача]´100, де "Подача" означає концентрацію сполуки у вихідному розчині (що надана, наприклад, у тіл), а "Фільтрат" означає концентрацію сполуки в пропущеному розчині (що надана, наприклад, у г/л). HPLC означає рідинну хроматографію. SMB означає хроматографію з псевдорухливим шаром. NF означає нанофільтрацію. DVB означає дивінілбензол. У даному винаході, корисні, наприклад, такі мембрани: Desal-5 DK - чотиришарова мембрана, що складається із шару поліестеру, шару полісульфону та ще двох придатних шарів, яка має поріг відсічення від 150 до 300г/моль, пропускну здатність (25°С) 5,4л/(м 2×год×бар) й утримання MgSО4 - 98% (2г/л), виробник Osmonics, Desal-5 DL - чотиришарова мембрана, що складається із шару поліестеру, шару полісульфону та ще двох придатних шарів, що має поріг відсічення від 150 до 300г/моль, пропускну здатність (25°С) 7,6л/(м 2×год×бар), утримання MgSO4 - 96% (2г/л), виробник Osmonics, NTR-7450 - сульфована поліефірсульфонова мембрана, що має поріг відсічення від 500 до 1000г/моль, пропускну здатність (25°С) 9,4л/(м 2×год×бар), утримання NaCl - 51% (5г/л), виробник Nitto Denko, і NF-200 - поліпіперазинова мембрана, що має поріг відсічення 200г/моль, пропускну здатність (25°С) 78л/(м 2×год×бар), утримання NaCl - 70%, виробник Dow Deutschland, TS-80 - виробник Trisep, ATF-60 - виробник PTI Ad vanced Filtration Inc, Desal AG - виробник Osmonics, Desal G10 - тонкоплівкова мембрана з такого матеріалу як ароматичний поліамід/полісульфон, що має поріг відсічення 2500г/моль, пропускну здатність (25°С) 3,4л/(м 2×год×бар), утримання NaCl - 10%, утримання декстрану (1500г/мл) 95%, утримання глюкози 50%, виробник Osmonics, ASP 10 - мембрана, що складається із сульфованого полісульфону на полісульфоні, має пропускну здатність (25°С) 16л/(м 2×год×бар), утримання NaCl - 10%, виробник Advanced Membrane Technology, TS 40 - мембрана, що складається з цілком ароматичного поліаміду, має пропускну здатність (25°С) 5,6л/(м 2×год×бар), виробник TriSep, ASP 20 - мембрана, що складається із сульфованого полісульфону на полісульфоні, має пропускну здатність (25°С) 12,5л/(м 2×год×бар), утримання NaCl - 20%, виробник Ad vanced Membrane Technology, UF-PES-4H - мембрана, що складається з поліефірсульфону на поліпропілені, що має поріг відсічення приблизно 4000г/моль, пропускну здатність (25°С) від 7 до 17л/(м 2×год×бар), виробник Hoechst, NF-PES-10 - поліефірсульфонова мембрана, що має поріг відсічення 1000г/моль, пропускну здатність (25°С) від 5 до 11л/(м 2×год×бар), утримання NaCl - менше 15% (5г/л), виробник Hoechst, NF45 - мембрана, що складається з ароматичного поліаміду, має пропускну здатність (25°С) 4,8л/(м 2×год×бар), утримання NaCl - 45%, виробник Dow Deutschland, SR 1 - виробник Koch, XN-40 - виробник Trisep, MPF-34 - композитна мембрана, що має поріг відсічення 200г/моль й утримання глюкози 95% для 5% розчину глюкози, виробник Koch. Кращі нанофільтраційні мембрани для вилучення бетаїну вибирають із мембран на основі сульфованого полісульфону та поліпіперазинових мембран. Наприклад, конкретні корисні мембрани: нанофільтраційні мембрани Desal-5 DK і Desal-5 DL (виробник Osmonics), нанофільтраційні мембрани NF-45 і NF-200 (виробник Dow Deutschland), нанофільтраційна мембрана SR (виробник Koch) і нанофільтраційна мембрана NTR-7450 (виробник Nitto Denko). Наступні приклади ілюструють винахід. Приклади не припускають будь-якого обмеження винаходу. Приклад 1. Поділ бетаїну і сахарози нанофільтрацією Цей приклад ілюструє поділ бетаїну і сахарози із застосуванням різних нанофільтраційних мембран. Вихідний розчин, використовуваний для нанофільтрації, був розчином, приготовленим із кристалів сахарози та бетаїну, що містить 50% бетаїну і 50% сахарози. Подаваний розчин мав рН9,2 і DS 12,7%. Устаткуванням, використовуваним для нанофільтрації, був DSS Labsta M20-filtr. Нанофільтрацію виконували з використанням фільтрації з повною рециркуляцією (постійна концентрація подаваного розчину). Тиск при нанофільтрації був 30бар, швидкість перехресного потоку приблизно 0,7м/с і температура від 65 до 70°С. Мембрани, використовувані для нанофільтрації, перераховані нижче в Таблиці 1. Таблиця 1 показує вміст бетаїну (%) у фільтраті, визначений на підставі даних хроматографічного аналізу (сума сахарози й бетаїну - 100%). Таблиця 1 Вміст бетаїну у фільтраті, отриманому при нанофільтрації розчину, що містить бетаїн та сахарозу Мембрана Desal-5 DL NF-45 SR 1 NF-200 XN-40 Вміст бетаїну у фільтраті,% у розрахунку на суху речовину 96 94 84 69 89 Результати показують, що нанофільтрація значно підвищує вміст бетаїну в сухій речовині нанофільтраційного фільтрату. Приклад 2: Хроматографічне фракціонування бурякової меляси При фракціонуванні використовували експериментальне хроматографічне устаткування з псевдорухли вим шаром (SMB). Устаткування складалося з 6 колонок, з'єднаних послідовно, насоса подачі, циркуляційних насосів та насоса для елюентної води, а також вхідного отвору та клапанів відбору продукту з потоків процесу. Кожна колонка мала висоту 4,0м і діаметр 0,111м. Колонки були упаковані сильнокислою типу гелю катіонообмінною смолою у формі Na+, середній розмір часток смоли був 0,36мм і вміст дивінілбензолу (DVB) 5,5%. Температура колонок була 80°С, як елюент використовували воду. До хроматографічного поділу бурякова меляса була газована карбонатом натрію (дозування - 1,5% у розрахунку на суху речовину, температура 60°С і час реакції 3год.) і профільтрована на фільтрпресі Seitz із використанням Kenite 300 як допоміжного фільтра (верхній фільтруючий шар 1кг/м 2, об'єм подачі 1,0% у розрахунку на суху речовину). Хроматографічний поділ був проведений послідовно в 9 стадій у такий спосіб (операції a, b і с здійснювали одночасно): Стадія 1: Вихідний розчин накачували в колонку 1, а розріджуючу фракцію елюювали з колонки 6. Стадія 2а: Вихідний розчин накачували в колонку 1, а залишкову фракцію елюювали з колонки 1. Стадія 2b: Воду подавали в колонку 2, а залишкову фракцію елюювали з колонки 4. Стадія 2с: Воду подавали в колонку 5, а розріджуючу фракцію, елюювали з колонки 6. Стадія 3а: Вихідний розчин подавали в колонку 1, а залишкову фракцію елюювали з колонки 1. Стадія 3b: Воду подавали в колонку 2, а залишкову фракцію елюювали з колонки 4. Стадія 3с: Воду подавали в колонку 5, а фракцію сахарози елюювали з колонки 6. Стадія 4: Вихідний розчин подавали в колонку 1, а фракцію сахарози елюювали з колонки 6. Стадія 5: Воду подавали в колонку 1, а багату бетаїном фракцію сахарози для нанофільтрації елюювали з колонки 6. Стадія 6а: Воду подавали в колонку 1, а залишкову фракцію елюювали з колонки 2. Стадія 6b: Воду подавали в колонку 3, а залишкову фракцію елюювали з колонки 5. Стадія 6с: Воду подавали в колонку 6, а фракцію бетаїну елюювали з колонки 6. Стадія 7: Воду подавали в колонку 1, а фракцію бетаїну елюювали з колонки 6. Стадія 8а: Воду подавали в колонку 1, а залишкову фракцію елюювали з колонки 3. Стадія 8b: Воду подавали в колонку 4, а залишкову фракцію елюювали з колонки 6. Стадія 9: Циркуляція у всі х колонках. Об'єми та швидкості потоку на різних стадіях показані в Таблиці 2. Таблиця 2 Обсяги (л) і шв идкості потоку (л/год) на стадіях 1-9 Подача Залишок Розбав лення Сахароза Сахароза до NF Бетаїн Циркуляція Шв идкість потоку 1 2а 2b 2с 3а 3b 3с 4 5 6а 6b 3,0 1,3 6,5 4,3 1,3 1,2 6,5 7,7 9,3 9,3 3,0 3,0 12,6 4,3 6,9 40,0 30,0 27,7 69,2 30,0 35,5 58,2 40,0 55,0 55,0 55,0 6с 4,0 23,7 7 8а 8b 9 9,1 9,1 12,2 9,3 55,0 55,0 55,0 55,0 Стадії 1-9 повторювали (від 5 до 7 разів) поки не досягали стійкої рівноваги. Процес продовжували в стані рівноваги. Фракції були зібрані і проаналізовані з використанням рідинної хроматографії HPLC (смола у формі Na+, 0,8мл/хв., 0,002Μ Na2SO4 , 85°С). Сполуки вихідного розчину і зібраних фракцій показані в Таблиці 3. Таблиця 3 Концентрація та склад в ихідного розчину й зібраних фракцій Подача Концентрація, г/100мл Сахароза, % на DS Бетаїн, % на DS Інші, % на DS Загальний залишок Розв едення Сахароза 68,4 63,1 5,9 31,0 4,9 8,6 0,2 91,2 15,6 49,5 0,0 50,5 32,9 94,2 0,0 5,8 Сахароза до NF 11,3 83,7 14,2 2,1 Бетаїн 3,2 0,1 95,6 4,4 Приклад 3. Нанофільтрація багатої бетаїном фракції сахарози, одержаної при хроматографічному поділі Багата бетаїном фракція сахарози, що містить 80,9% сахарози і 14,5% бетаїну, що одержана в Прикладі 2, була піддана нанофільтрації. Нанофільтрацію виконували з використанням того самого устаткування, що й у Прикладі 1. Вихідний розчин для нанофільтрації мав DS 15,6г/100мл, температура нанофільтрації була 70°С, і тиск нанофільтрації був 28бар. Нанофільтраційними мембранами були DesaI-5 DL і Desal-5 DK. Вміст бетаїну в нанофільтраційному фільтраті, отриманому при нанофільтрації з Desal-5 DL, був 65,4%, а вміст сахарози у фільтраті був 31,1% у розрахунку на суху речовину. При використанні як нанофільтраційної мембрани Desal-5 DK вміст бетаїну в отриманому нанофільтраційному фільтраті був 61,2%, а вміст сахарози у фільтраті був 31,3% у розрахунку на суху речовину. Приклад 4: Нанофільтрація багатої сахарозою фракції бетаїну, отриманої при хроматографічному поділі Бурякова меляса була піддана хроматографічному фракціонуванню, як описано в Прикладі 2, і була відібрана багата сахарозою фракція бетаїну, що містить 17,9% сахарози в розрахунку на суху речовину і 76,6% бетаїну в розрахунку на суху речовину. Отриманий у такий спосіб розчин був попередньо оброблений так, щоб довести концентрацію розчину до 17,3г/100мл, після чого він був підданий нанофільтрації. Нанофільтрацію проводили з використанням того самого устаткування, що й у Прикладі 1. Вихідний розчин для нанофільтрації мав у розрахунку на суху речовину 15,3г/100мл, температура нанофільтрації була 70°С, і тиск нанофільтрації був 48бар. Нанофільтраційними мембранами були Desal-5 DL і Desal-5 DK. Вміст бетаїну в нанофільтраційному фільтраті, отриманому при нанофільтрації з Desal-5 DL був 79,2%, а вміст сахарози був 1,5% у розрахунку на суху речовину. При використанні Desal-5 DK як нанофільтраційної мембрани, вміст бетаїну в отриманому нанофільтраційному фільтраті був 81,3%, а вміст сахарози у фільтраті був 1,3% у розрахунку на суху речовину. Фракція бетаїну, отримана при хроматографічному поділі, була в такий спосіб очищена нанофільтрацією з одержанням нанофільтраційного фільтрату, що містив тільки незначну кількість сахарози. У той самий час, сахароза була відділена від фракції бетаїну, концентруючись у нанофільтраційному концентраті. Приклад 5: Хроматографічне фракціонування бурякової меляси При фракціонуванні використовували експериментальне хроматографічне устаткування з псевдорухли вим шаром. Устаткування складалося з трьох колонок, з'єднаних послідовно, насоса подачі, циркуляційних насосів і насоса для елюентної води, а також вхідного отвору та клапанів відбору продукту з потоків процесу. Колонки мали повну довжину 11,1м (колонки 1, 2 і 3 мали довжину 4,35м, 2,70м і 4,05м, відповідно) і діаметр колонки становив 0,20м. Колонки були упаковані сильнокислою типу гелю катіонообмінною смолою у формі Na+, середній розмір часток смоли був 0,41мм і вміст дивінілбензолу (DVB) 6,5%. Температура колонок була 80°С, як елюент використовували воду. Перед хроматографічним поділом подаваний сироп був відфільтрований за допомогою фільтрпреса Seitz із використанням Kenite 300 як допоміжного фільтра (верхній фільтруючий шар 1кг/м 2, об'єм подачі 1,0% у розрахунку на суху речовину). Хроматографічний поділ був проведений послідовно в 7 стадій у такий спосіб (операції a, b і с здійснювали одночасно): Стадія 1а: Вихідний розчин подавали в колонку 1, а залишкову фракцію елюювали з колонки 2. Стадія 1b: Воду подавали в колонку 3, а фракцію бетаїну елюювали з колонки 3. Стадія 2: Вихідний розчин подавали в колонку 1, а фракцію бетаїну елюювали з колонки 3. Стадія 3: Циркуляція у всі х колонках. Стадія 4а: Воду подавали в колонку 1, а залишкову фракцію елюювали з колонки 1. Стадія 4b: Воду подавали в колонку 2, а залишкову фракцію елюювали з колонки 3. Стадія 5: Воду подавали в колонку 1, а залишкову фракцію елюювали з колонки 3. Стадія 6: Воду подавали до у колонка 1, а фракцію, що містить сахарозу і бетаїн, елюювали з колонки 3. Стадія 7: Воду подавали в колонку 3, а залишкову фракцію елюювали з колонки 2. Об'єми та швидкості потоку на різних стадіях показані в Таблиці 4. Таблиця 4 Обсяги та шв идкості потоку на стадіях 1-7 Подача Залишок Бетаїн Сахароза + бетаїн до NF Циркуляція Шв идкість потоку 1а 3,0 3,0 75,0 1b 32,0 140,0 2 20,0 20,0 100,0 3 22,0 115,0 4а 18,0 115,0 4b 18,0 115,0 5 22,0 115,0 6 6,0 115,0 7 18,0 115,0 Стадії від 1 до 7 повторювали (від 5 до 7 разів) поки не досягали рівноваги. Процес продовжували в стані рівноваги. Фракції були зібрані і проаналізовані з використанням рідинної хроматографії HPLC (смола у формі Na+, 0,8мл/хв., 0,002Μ Na2SO4 , 85°С). Сполуки вихідної сировини і вилучених фракцій показані в Таблиці 5. Таблиця 5 Концентрації та сполуки в ихідної сиров ини та в илучених фракцій Концентрація, г/100мл Сахароза, % на DS Бетаїн, % на DS Інші, % на DS Подача 50,2 17,1 48,6 34,3 Сахароза+бетаїн до NF 6,7 54,3 6,0 39,7 Залишок 4,5 42,0 0,3 50,7 Бетаїн 14,4 0,9 85,9 13,2 Приклад 6. Нанофільтрація фракції, що містить сахарозу і бетаїн, отриманої при хроматографічному фракціонуванні Фракція, що містить 45,9% сахарози і 5,1% бетаїну, отримана при хроматографічному фракціонуванні, виконаному відповідно до Приклада 5, була піддана нанофільтрації. Нанофільтрацію виконували на тому самому устатк уванні, що й у Прикладі 1. Умови нанофільтрації були такі: рН10,1, температура 70°С, швидкість перехресного потоку приблизно 0,5м/с. Нанофільтраційною мембраною була мембрана Desal-5 DL. Нанофільтрацію виконували з використанням методу діафільтрації. Вона припинялася, коли приблизно 50% вихідних сухих речовин проходило через мембрану. Об'єм подачі був 5 літрів, а кінцевий об'єм концентрату був 3,6 лі три. Сполуки вихідного розчину й отриманого нанофільтрацією фільтрату показані у Таблиці 6. Утримання наведене в Таблиці 7. Таблиця 6 Подача (в ихідний розчин) та склад фільтрату при нано фільтрації NF Подача Desal-5 DL(1) Подача Desal-5 DL(2) на DS% 13,3 8,71 20,36 2,33 Рафіноза 0,7 0,0 1,4 0,0 Сахароза 45,9 18,0 55,1 14,3 % на DS Глюко- Інозиза тол 2,0 0,3 4,7 0,4 0,7 0,2 3,4 0,3 % на DS Бетаїн 5,1 9,4 2,2 7,1 Амінокислоти 21,9 39,4 14,7 39,8 Na K 3,65 3,20 1,22 4,27 4,57 5,14 1,46 4,91 Са СІ NO3 SO4 0,02 0,18 0,17 0,12 0,01 0,39 0,35 0,03 0,03