Спосіб виділення бетаїну

1. Спосіб хроматографічного виділення бетаїну з розчину на основі цукрового буряка, який містить бетаїн, поліоли й карбонові кислоти, у якому доводять рН розчину на основі цукрового буряка, який використовують як вихідний розчин, до величини нижче 5,1 і піддають одержаний розчин хроматографічному поділу на слабокислій катіонооб+ мінній смолі в H формі, елююють бетаїн після поліолів і карбонових кислот і збирають фракцію, збагачену бетаїном. 2. Спосіб за п. 1, в якому розчин на основі цукрового буряка є розчином процесу ферментації. 3. Спосіб за п. 2, в якому розчин процесу ферментації – це розчин процесу ферментації лимонної кислоти, дріжджів або етанолу. 4. Спосіб за п. 1, в якому розчин на основі цукрового буряка – це робочий розчин, одержаний із цукрового буряка, який містить бетаїн, карбоксильні кислоти, поліоли й/або PCA. 5. Спосіб за п. 4, в якому робочий розчин, одержаний із цукрового буряка, - це барда, меляса або бетаїнова меляса. 6. Спосіб за п. 1, в якому при хроматографічному поділі використовують щонайменше одну колонку або частину колонки, що містить слабокислу катіо+ нообмінну смолу в H формі. 2 (19) 1 3 95936 4 оцтової кислоти й/або піролідонкарбоксильної кислоти. 25. Спосіб за п. 1, в якому виділяють з розчину фракцію, збагачену лимонною кислотою. 26. Спосіб за п. 25, в якому чистота лимонної кислоти у фракції лимонної кислоти становить вище 20 % у перерахуванні на суху речовину. 27. Спосіб за п. 1, який додатково включає вилучення бетаїну із фракції, що збагачена бетаїном. 28. Спосіб за п. 27, в якому вилучення здійснюють кристалізацією. 29. Спосіб за п. 1, в якому при хроматографічному поділі використовують регулювання pH, щоб регулювати або контролювати коефіцієнт утримання бетаїну. 30. Спосіб за п. 29, в якому елюювання бетаїну затримують зменшенням pH вихідного матеріалу до величини менш ніж pH 5,1. 31. Спосіб за п. 29, в якому бетаїн відокремлюють від інших карбоксильних сполук. 32. Спосіб за п. 31, в якому карбоксильна сполука – це лимонна кислота, молочна кислота й/або піролідонкарбоксильна кислота. 33. Спосіб за п. 29, в якому з розчину виділяють фракцію бетаїну й фракцію лимонної кислоти. 34. Спосіб за п. 29, в якому бетаїн відокремлюють від поліольних сполук. 35 Спосіб за п. 34, в якому поліол – це інозит і/або гліцерин. 36. Спосіб за п. 1, в якому слабокисла катіонооб+ мінна смола в Н формі містить більш ніж 50 % недисоційованої СООН-форми. 37. Спосіб за п. 36, в якому кількість недисоційованої СООН-форми слабокислої катіонообмінної смоли становіть щонайменше 67 %. 38. Спосіб за п. 36, в якому кількість недисоційованої СООН-форми слабокислої катіонообмінної смоли становіть більш ніж 90 %. 39. Спосіб за п. 1, в якому чистота бетаїну у фракції, що збагачена бетаїном, більше ніж 50 % у перерахуванні на суху речовину. 40. Спосіб за п. 1, в якому чистота бетаїну у фракції, що збагачена бетаїном, більше ніж 70 % у перерахуванні на суху речовину. 41. Застосування слабокислої катіонообмінної + смоли в Н формі для хроматографічного виділення бетаїну з розчину на основі цукрового буряка, що містить бетаїн, поліоли й карбонові кислоти, в якому рН розчину на основі цукрового буряка, який використовують як вихідний розчин, доводять до величини нижче 5,1. 42. Застосування за п. 41, в якому бетаїн відокремлюють від інших карбоксильних сполук. Даний винахід відноситься до способу хроматографічного виділення бетаїну на слабокислій + катіонообмінній смолі в Н формі з розчинів на основі цукрового буряка. Придатні розчини на основі цукрового буряка включають, наприклад, розчини, одержані при обробці розчинів, одержаних з буряка, мелясу, розчини із процесу ферментації й барду. Даний винахід також відноситься до способу хроматографічного виділення додаткових сполук, таких як поліоли й/або карбоксильні кислоти, + на слабокислій катіонообмінній смолі в Н формі з розчинів на основі цукрового буряка. Хроматографічний поділ використовували для вилучення бетаїну із природних матеріалів, таких як бурякова меляса, бетаїнова меляса й барда. Смолами, найбільш часто використовуваними у відомих хроматографічних поділах, були сильнокислі катіонообмінники, тобто сульфований полістирол, зшитий з 3,5 - 8 % по вазі дивінілбензолу, причому смола знаходилася в одновалентній або двовалентній формі. Вода, взагалі, була кращим елюентом, але проблема з використанням води полягала в тому, що різні продукти, наприклад, бетаїн, еритритол, інозит, сахароза й маніт мають подібні часи втримання, через що фракції перекривалися. Патент США 4 359 430 описує спосіб вилучення бетаїну з меляси й барди з використанням хроматографічної колонки солі полістиролсульфонатної катіонообмінної смоли й води як елюенту. Сильнокисла катіонообмінна смола перебуває у формі лужного металу. Перша відокремлювана фракція - це непотрібна фракція (відходи), друга фракція містить істотну пропорцію цукру з подаваного розчину, і третя фракція містить переважно бетаїн. Патентна заявка США 2002/0120135 описує спосіб хроматографічного відділення рамнози й арабінози від інших моносахаридів у процесі кристалізації ксилози з використанням слабокислої 2+ катіонообменної смоли в Н/Мg формі. Патентна заявка США 2005/0161401 описує хроматографічний спосіб відділення бетаїну, маніту, гліцерину й інозиту один від одного з використанням слабоосновної аніонообмінної смоли. Патент США 6 770 757 описує процес вилучення бетаїну й додаткових речовин, наприклад, еритритолу, інозиту, маніту, гліцерину й амінокислот з вихідних матеріалів, що містять відповідні сполуки, з використанням слабокислої катіонооб+ мінної смоли в Na формі в хроматографічній системі поділу. Значення рН подаваних розчинів змінюються між рН 6 і рН 11 і значення рН для вихідного потоку, розчину, що виходить з колонці, змінюються від 6.5 до 11. За бетаїном, який елююють із системи після солей, ідуть еритритол, маніт і гліцерин. Інозит елююють останнім як окремий пік. Патент США 5 032 686 описує спосіб вилучення лимонної кислоти із ферментаційних розчинів з використанням сильнокислої катіонообмінної смо+ ли в Н -формі. Перші елюйовані фракції містили сполуки з високою молекулярною вагою, такі як сахароза, мальтоза й ізомальтоза. Наступні фракції містили лимонну кислоту, і останні фракції, міс 5 тили, наприклад, бетаїн і різні органічні кислоти, такі як глюконова кислота й щавлева кислота. Tanaka K. і ін., (Journal of Chromatography 850 (1999), 187-196) розкривають спосіб аналітичної хроматографії з вилученням іонів для поділу карбоксильних кислот на слабокислій катіонообмінній + смолі в Н формі. Коли як елюент використовували воду, форма піка й розділення між карбоксильними кислотами були незадовільні. Щоб поліпшити форму піка, як елюент був перевірений розведений розчин сірчаної кислоти. Крім того, було знайдено, що додавання метанолу до цього елюенту зменшує час утримання карбоксильних кислот, що мають гідрофобну природу. На додаток до вилучення молекул по розміру й вилученню іонів, на порядок елюювання впливали значення рKа й гідрофобна/гідрофільна природа карбоксильних кислот. Бетаїн є присутнім у рослинах, таких як цукровий буряк, у незначних кількостях, і його вилучення у вигляді чистого продукту з екстрактів цукрового буряка й бічних фракцій виробництва цукру або ферментації вимагає ефективних методів збагачення, таких як хроматографічний поділ. Зараз несподівано знайдено, що при використанні сла+ бокислої катіонообмінної смоли в Н формі для хроматографічного поділу сполук шляхом фракціонування, бетаїн може бути виділений з розчинів на основі цукрового буряка, наприклад, розчинів процесу ферментації, барди й інших, одержаних із цукрового буряка розчинів, у вигляді окремої фракції, яку елююють після сполук, які, як раніше було відомо, слід елюювати після бетаїну. Таким чином, порядок елюювання бетаїну на слабокислій катіо+ нообмінній смолі в Н формі відрізняється від раніше відомого порядку елюювання на сильнокислих катіонообмінних смолах або на слабокислій + катіонообмінній смолі в Na формі. Це явище особливо вигідно при фракціонуванні багатокомпонентних розчинів, що містять бетаїн і інші сполуки, які мають подібні або майже подібні часи втримання на інших сепараційних середовищах. Даний винахід відноситься до способу хроматографічного виділення бетаїну з розчинів на основі цукрового буряка на слабокислій катіонооб+ мінній смолі в Н формі. Даний винахід також відноситься до способу хроматографічного виділення додаткових сполук, таких як поліоли, і/або карбоксильні кислоти, з розчинів на основі цукрового буряка на слабокислій катіонообмінній смолі в + Н формі. Далі, даний винахід відноситься до способу хроматографічного відділення бетаїну від інших карбоксильних сполук на слабокислій катіо+ нообмінній смолі в Н формі шляхом збагачення бетаїном відокремлюваної фракції. Крім того, даний винахід відноситься до способу виділення бетаїну з розчинів на основі цукрового буряка в хроматографічній системі поділу, де слабокислу + катіонообмінну смолу в Н формі використовують щонайменше в одній хроматографічній колонці або частині колонки для хроматографічного поділу. Даний винахід також відноситься до способу хроматографічного виділення бетаїну з розчинів на основі цукрового буряка на слабокислій катіо+ нообмінній смолі в Н формі, де рН хроматографі 95936 6 чної системи використовують для регулювання й/або керування коефіцієнтом утримання бетаїну. Далі, даний винахід стосується застосування сла+ бокислої катіонообмінної смоли в Н формі для хроматографічного виділення бетаїну й, при необхідності, також додаткових сполук, таких як поліоли й/або карбоксильні кислоти, з розчинів на основі цукрового буряка. Даний винахід також стосується застосування слабокислої катіонооб+ мінної смоли в Н формі для хроматографічного відділення бетаїну від інших карбоксильних сполук. Наступні фігури є ілюстраціями втілень винаходу й не обмежують обсяг винаходу, визначений формулою винаходу. Фіг. 1 - графічне зображення профілів елюції й рН згідно із Прикладом 1. Фіг. 2 - графічне зображення профілів елюції й рН згідно із Прикладом 2. Фіг. 3 - графічне зображення профілів елюції й рН згідно із Прикладом 3. Фіг. 4 - графічне зображення профілів елюції й рН згідно із Прикладом 4. Фіг. 5 - графічне зображення профілів елюції й рН згідно із Прикладом 5. Фіг. 6 - графічне зображення профілів елюції й рН згідно із Прикладом 6. Має місце постійна потреба у використанні додаткової сировини для вилучення сполук, що мають промислове й/або харчове значення, таких як бетаїн, поліоли й карбоксильні кислоти. Одним з альтернативних рішень для вилучення таких сполук є використання як сировини розчинів на основі цукрового буряка із процесу ферментації, таких, наприклад, як розчини з процесу ферментації лимонної кислоти, дріжджів або етанолу, або барди, такої як барда лимонної кислоти або етанолу. Зараз несподівано знайдено, що при вико+ ристанні слабокислої катіонообмінної смоли в Н формі в якості насадного матеріалу колонки при хроматографічному поділі, бетаїн можна вилучити у кислих умовах у вигляді дуже чистої фракції, наприклад, з розчинів процесу ферментації. Крім того, було знайдено, що кислі розчини процесу ферментації або барда взагалі й барда ферментаційного бульйону лимонної кислоти, зокрема, є придатними розчинами для фракціонування для одержання збагаченої бетаїном фракції шляхом хроматографічного поділу на слабокислій катіоно+ обмінній смолі в Н -формі. Відповідно, не є необхідною попередня обробка розчину для регулювання рН перед хроматографічним поділом. В описаних вище умовах сильнокисла катіоно+ обмінна смола (SAC) у Н формі, наприклад, не залишилася б стійкою. Коли в подаваному розчині присутні солі, функціональна група сильнокислої + катіонообмінної смоли дуже легко змінюється з Н форми на форму металевого катіона навіть у кислому навколишньому середовищі, чого не відбувається зі слабокислою катіонообмінною смолою. За даним винаходом, слабокислу катіонооб+ мінну смолу в Н формі використовують як насадний матеріал колонки в способі хроматографічного виділення бетаїну, при необхідності у вигляді окремої фракції, збагаченої бетаїном, з розчину на 7 основі цукрового буряка. Бетаїн може бути вилучений зі збагаченої фракції, наприклад, кристалізацією. За даним винаходом, слабокислу катіоно+ обмінну смолу в Н формі також використовують у способі хроматографічного виділення додаткових сполук, таких як поліоли й карбоксильні кислоти, на додаток до бетаїну, з розчинів на основі цукрового буряка. Далі, за даним винаходом, слабокис+ лу катіонообмінну смолу в Н формі використовують у способі хроматографічного відділення бетаїну від інших карбоксильних сполук. За даним + винаходом, слабокислу катіонообмінну смолу в Н формі використовують щонайменше на одному хроматографічному етапі поділу, щоб відокремити бетаїн. Крім того, за даним винаходом, слабокислу + катіонообмінну смолу в Н формі використовують щонайменше в одній хроматографічній колонці або в одному парціальному насадному шарі колонки в хроматографічній системі поділу для відділення бетаїну з розчину на основі цукрового буряка. У даному винаході термін слабокисла катіоно+ обмінна смола в Н формі (воднева форма) відноситься до слабокислої катіонообмінної смоли головним чином у недисоційованій СООН формі. Кількість недисоційованої СООН форми в слабокислій катіонообмінній смолі, за винаходом, становить більше 50 %, переважно щонайменше 67 % і більш переважно більше 90 %. Розчин на основі цукрового буряка в даному винаході - це будь-який розчин, гідролізат і/або екстракт, одержані з цукрового буряка. Розчин може бути отриманий при подальшій обробці такого отриманого із цукрового буряка розчину фракціонуванням, наприклад, фракціонуванням лимонної кислоти, дріжджів або етанолу або при обробці одержаних із цукрового буряка розчинів, таких як меляса цукрового буряка, фракції, що містять бетаїн, бетаїнова меляса, матковий сироп від кристалізації бетаїну або барда. Ферментаційні розчини, меляса й барда, звичайно, багаті неорганічними солями й містять звичайно 5-75 % бетаїну в перерахуванні на суху речовину й суміш різного роду додаткових органічних сполук. Додаткові сполуки, які слід відокремити збагаченням одні або разом з окремою фракцією або фракціями способом за даним винаходом, включають поліоли, такі як еритритол, інозит, маніт і гліцерин, і/або карбоксильні кислоти, такі як лимонна кислота, молочна кислота, оцтова кислота, щавлева кислота й піролідонкарбоксильна кислота й/або їхні суміші. У хроматографічному поділі за винаходом сполуки розділяються на фракції, які збагачені цільовою сполукою. Збагачена фракція містить більш високу концентрацію сполуки в перерахуванні на суху речовину, ніж розчин, використовуваний як вихідний розчин. Спосіб за даним винаходом може бути здійснений незалежно, або він може бути об'єднаний чи може включати інші стадії процесу, наприклад, додатковий хроматографічний поділ, кристалізацію, випаровування, іонний обмін, фільтрацію, мембранну фільтрацію й/або будь-який інший відомий етап процесу. Спосіб за винаходом може 95936 8 бути переважно об'єднаний чи включати один або більше вищезгаданих додаткових етапів обробки. Додатковий етап хроматографічного поділу можна виконати з використанням, наприклад, сильнокислої катіонообмінної смоли (SAC), сильноосновної аніонообмінної смоли (SBA) або слабоосновної аніонообмінної смоли (WBA) залежно від сполуки вихідного розчину, одержаного із цукрового буряка й/або від сполук, обраних для поділу. Спосіб за винаходом, переважно, може бути об'єднаний з або включати додатковий етап для вилучення бетаїну. Вилучення бетаїну можна виконати, наприклад, кристалізацією. Спосіб за винаходом може, при необхідності, бути також об'єднаний з або включати додатковий етап для вилучення додаткової сполуки або сполук, таких як поліоли й/або карбоксильні кислоти. Хроматографічна колонка або частина колонки (парціальний насадний шар колонки), використовувані в способі за винаходом, заповнюються + слабокислою катіонообмінною смолою в Н формі, переважно акриловою катіонообмінною смолою, що має карбоксильні функціональні групи. Таку акрилову смолу переважно одержують із метилакрилату, етилакрилату, бутилакрилату, метилметакрилату або акрилонітрилу або акрилових кислот або їхніх сумішей. Смола може бути зшита зшивальним агентом, наприклад дивінілбензолом (DVB). Придатний ступінь перехресного зшивання -1 - 20 %, переважно 3 - 8 %. Середній розмір часток смоли - звичайно 10 - 2000 мкм, переважно 100 400 мкм. Хроматографічний поділ переважно виконують при температурах від 10 до 95°С, більш переважно від 30 до 95°С, найбільше переважно від 65 до 95°С. Відомо, що більш висока температура поділу зменшує в'язкість і поліпшує виконання поділу, але є більш шкідливою для чутливих сполук вихідного розчину. Елюентом, який використовують у хроматографічному поділі за даним винаходом, є переважно вода або вода з відрегульованою рН. Розчин на основі цукрового буряка, що підлягає фракціонуванню, перед хроматографічним поділом можна, при необхідності, попередньо обробити фільтрацією, яку можна виконати із застосуванням прес-фільтра з або без допоміжного фільтруючого матеріалу. Далі, якщо необхідно, рН розчину, який використовують як вихідний розчин, регулюють до значення рН нижче 6, переважно до значення рН нижче 5.1, більш переважно до значення рН між 1,4 і 5,1, і найбільш переважно до значення рН між 3 і 4,5. Коли рН вихідного розчину висока (> 4.2), слабокисла катіонообмінна смола + винаходу частково змінюється з її початкової Н форми в іонну форму й, відповідно, стає збалан+ сованою на певному рівні Н форми. Тип іонної форми залежить від іонів вихідного розчину. У кращому діапазоні рН вихідного розчину, при значенні рН нижче 4,2, слабокисла катіонообмінна смола залишається в її початковій водневій формі, і для багатьох вихідних розчинів ефективний хроматографічний поділ за винаходом можна виконати без регенерації смоли. 9 Вихідний розчин можна відфільтрувати до або після регулювання рН. Перед хроматографічним поділом суху речовину вихідного розчину доводять до відповідного рівня, переважно в діапазоні 20-60 %. Подавальний пристрій використовують для подачі розчину в колонку. Найбільше переважно, щоб температура колонки, вихідного розчину й елюенту була приблизно тією самою, що й температура хроматографічного поділу. Цього досягають попереднім нагріванням вихідного розчину. Вихідний розчин, що періодично додається, елююють у колонці, подаючи в колонку воду, наприклад, демінералізовану воду або конденсатну воду або будь-який інший водяний розчин. Переважно, використовують попередньо нагрітий елюент. Швидкість потоку в колонці регулюють до відповідного рівня. Під час елюювання в межах колонки відбувається сепарація або поділ сполук вихідного розчину через різницю в їхньому молекулярному розмірі й іонній природі й/або гідрофобних/гідрофільних взаємодіях сполук зі смолою і т.д., і, відповідно, найшвидші сполуки виходять із колонки першими. Фракції, збагачені цільовими сполуками, відбирають через певні інтервали. Потік, що виходить з колонки, можна контролювати потоковими контрольно-вимірювальними приладами або аналізувати через певні інтервали. Продукт, яким збагачена фракція, наприклад бетаїн, і, при необхідності, також поліоли, такі як еритритол, маніт, інозит, гліцерин і/або карбоксильні кислоти, такі як лимонна кислота, щавлева кислота, молочна кислота, оцтова кислота й/або піролідонкарбоксильна кислота (PGA) можна вилучити придатними методами, наприклад, кристалізацією. Спосіб за даним винаходом можна виконувати як окремий етап у багатостадійному процесі, коли, наприклад, додатковий хроматографічний поділ, кристалізацію, випаровування і/або фільтрацію використовують щонайменше одного разу як додатковий етап багатостадійного процесу. Крім того, можна встановити послідовно дві або більше хроматографічних колонки, з яких щонайменше одна колонка або частина колонки містять слабо+ кислу катіонообмінну смолу в Н формі, а інша колонка або колонки містять таку саму смолу або інший тип смоли, наприклад, сильнокислу катіонообмінну смолу. Використовувана хроматографічна система може бути або періодичним процесом або системою із псевдорухливим шаром. Система із псевдорухливим шаром може бути як безперервною, так і послідовною. Можна також приєднати дві хроматографічні колонки або частини колонок, що містять слабоки+ слу катіонообмінну смолу в Н формі, одна до одної якими-небудь іншими пристроями, що беруть участь у процесі. Такими пристроями можуть бути, наприклад, пристрої фільтрації, мембранної фільтрації, рН-регулювання або концентрації випаровуванням. Для фахівця в даній галузі є очевидним, що порядок пристроїв, що беруть участь у процесі, можна вибирати й змінювати. В одному із втілень спосіб за винаходом виконують як незалежний процес. У цьому втіленні розчин на основі цукрового буряка подають у ко 95936 10 лонку, яка заповнена слабокислою катіонообмін+ ною смолою в Н формі, і компоненти вихідного розчину елююють елюентом, щоб розділити їх щонайменше на дві фракції, з яких одна збагачена бетаїном. Таким чином, вихідний розчин може бути розділений на фракцію, збагачену бетаїном, і, при необхідності, також на іншу фракцію або інші фракції, збагачені додатковими сполуками. Переважно, бетаїн і, при необхідності, також додаткову сполуку далі вилучають із фракції, що містить дану сполуку. Додаткові сполуки, які виділяють способом даного винаходу, включають поліоли, такі як еритритол, інозит, маніт, гліцерин і/або карбоксильні кислоти, такі як лимонна кислота, молочна кислота, оцтова кислота й піролілкарбоксильна кислота й/або їхні суміші. В іншому втіленні, спосіб за винаходом виконують як окремий етап у багатостадійному процесі, у якому він поєднується щонайменше з одним додатковим етапом процесу. У цьому втіленні, розчин на основі цукрового буряка можна розділити на першій хроматографічній колонці, що містить, наприклад, сильнокислу катіонообмінну смолу, яка зв'язана з другою колонкою, що містить + слабокислу катіонообмінну смолу в Н формі, на фракцію, збагачену бетаїном, і, при необхідності, іншу фракцію або фракції, збагачені додатковою сполукою(ами). Переважно, бетаїн і, при необхідності, також додаткову сполуку далі вилучають із фракції, що містить дану сполуку. Таке компонування додатково підвищує ступінь поділу й збільшує вихід і чистоту продуктів. Вихід бетаїну також підвищують видаленням із процесу побічних продуктів. Ще в одному втіленні спосіб за винаходом включає щонайменше один додатковий етап процесу, у якому спосіб за винаходом є окремим етапом у багатостадійному процесі. Додатковим етапом процесу може бути, наприклад, хроматографічний поділ, кристалізація, випаровування, фільтрація й/або мембранна фільтрація. Загалом, на порядок елюювання різних сполук на слабокислих катіонообмінних смолах, на додаток до молекулярних розмірів і виду іона, як виявилося, впливають гідрофобні/гідрофільні взаємодії сполук зі смолою. Згідно з попередніми дослідженнями, на порядок елюювання різних сполук (наприклад, карбоксильних кислот) на сла+ бокислій катіонообмінній смолі в Н формі впливають величини рKа сполук. Взагалі, чим нижче величина рKа, тим коротше час утримання тієї ж самої сполуки. Однак, порядок елюювання бетаїну (рKа = 1.832) на слабокислій катіонообмінній смолі + в Н формі не додержується винятково цих правил. Несподівано виявилося, що слабокисла каті+ онообмінна смола в Н формі є більш гідрофобною, ніж у формі металевого катіона (наприклад, + + Na , K , і т.д.), і має дуже високу спорідненість до бетаїну, який є гідрофобною молекулою. У способі за винаходом порядок елюювання компонентів, які розділяються, у хроматографічній колонці відрізняється від порядку, установленого більш ранніми методами, що базуються, наприклад, на використанні слабокислої катіонообмінно+ ій смоли в Na формі або сильнокислої катіонооб 11 менної смоли, і цю особливість можна з користю використовувати при відділенні компонентів багатокомпонентної композиції один від одного. За даним винаходом, бетаїн ефективно збагачується й відділяється від солей, еритритолу, інозиту, маніту, гліцерину й карбоксильних кислот при його елююванні (більш високий коефіцієнт утримання) після перерахованих сполук. Крім того, в способі за винаходом інозит, наприклад, відокремлюють від бетаїну й гліцерину при його елююванні перед гліцерином і бетаїном. Несподівано було встановлено, що об'єм утримання й коефіцієнт утримання бетаїну змінюються з рН хроматографічного поділу, особливо з рН вихідного розчину, чим нижче рН, тим вище коефіцієнт утримання. На елююванні бетаїну із хроматографічної колонки поділу позначаються зміни в рН вихідного розчину, у той час як більшість карбоксильних сполук елююються приблизно за однаковий час, незалежно від рН вихідного розчину. Коефіцієнт утримання бетаїну можна контролювати й/або регулювати, регулюючи рН хроматографічного поділу. Регулювання рН хроматографічного поділу можна здійснити зміною рН елюенту й/або вихідного розчину, але переважно виконувати регулюванням рН вихідного розчину до бажаного рівня, до рН нижче рН 6. Наприклад, при зміні рН вихідного розчину від рН 5,1 до рН 1,4, коефіцієнт утримання бетаїну змінюється від 1,3 до 2,9. Зниження рН вихідного розчину на основі цукрового буряка нижче величини рН 5,1 можна використовувати, щоб знизити швидкість елюювання бетаїну, коли при хроматографічному поділі використовують колонку, заповнену слабокислою + катіонообмінною смолою в Н формі. Відповідно, можна досягти більш ефективного збагачення бетаїном фракції бетаїну. Таким чином, регулюючи рН вихідного розчину, можна оптимізувати хроматографічне відділення бетаїну від інших сполук у розчинах на основі цукрового буряка на слабокис+ лій катіонообмінній смолі в Н формі. Регулювання рН вихідного розчину можна також використовувати для того, щоб управляти й/або регулювати хроматографічне відділення бетаїну від інших карбоксильних сполук на слабокислій катіонообмінній + смолі в Н формі. Спосіб за даним винаходом дозволяє збагатити бетаїном із розчину на основі цукрового буряка фракцію бетаїну в 1.5 - 50, переважно в 2 - 5 разів, наприклад, з максимальною чистотою більше 50 % у перерахуванні на суху речовину, переважно більше 70 % у перерахуванні на суху речовину, і більш переважно - більше 85 % у перерахуванні на суху речовину. Спосіб за даним винаходом дозволяє відокремити й, при необхідності, також вилучити бетаїн з гарним виходом і з високою чистотою (80 - 95 % у перерахуванні на суху речовину) з розчинів на основі цукрового буряка, таких як розчин із процесу ферментації й/або барда, які були оброблені відомими способами, що використовують, напри+ клад, слабокислу катіонообмінну смолу в Na формі або сильнокислу катіонообмінну смолу. Наприклад, коли для хроматографічного поділу бетаїну використовують сильнокислу катіонообмінну (SAC) 95936 12 смолу, двома хроматографічними поділами досягають той самий вихід і рівень чистоти, для одержання яких на слабокислій катіонообмінній смолі в + Н формі необхідним є тільки один поділ. Крім того, спосіб за даним винаходом дозволяє також одночасно або окремо збагачувати й вилучати з гарним виходом і чистотою додаткові сполуки, наприклад, поліоли, такі як еритритол, інозит, маніт, гліцерин і/або карбоксильні кислоти, такі як лимонна кислота, молочна кислота й/або піролідонкарбоксильна кислота, з розчинів процесу фракціонування або барди, які також були оброблені відомими методами. В одному втіленні за способом винаходу, використовуючи барду лимонної кислоти як вихідний розчин, можна розділити бетаїн і лимонну кислоту по окремих фракціях. Має місце збагачення відповідних фракцій бетаїном і лимонною кислотою в 1,5 - 20, переважно в 2 - 5 раз. Бетаїн можна перевести у фракцію бетаїну із чистотою більше 60 % у перерахуванні на суху речовину, більш переважно - більше 80 % у перерахуванні на суху речовину, а лимонну кислоту - в окрему фракцію із чистотою більше 20 % у перерахуванні на суху речовину, більш переважно - більше 35 % у перерахуванні на суху речовину, відповідно. Одна з переваг способу даного винаходу полягає в тому, що один елюент, воду, можна ефективно використовувати для поділу бажаних сполук + на слабокислій катіонообмінній смолі в Н формі, а також, при необхідності, на додаткових хроматографічних етапах. Коли як елюент у хроматографічному поділі використовують воду, більш легким є керування, нижче витрати й вище безпека. При поділі, різний порядок елюювання бетаїну й, наприклад, інозиту дає додаткову перевагу в способі за даним винаходом, роблячи можливим на додаток до бетаїну ефективно збагачувати фракції додатковими сполуками, такими як еритритол, інозит, маніт, гліцерин, лимонна кислота, молочна кислота й/або піролідонкарбоксильна кислота. Згідно IUPAC (міжнародний Союз Чистої й Прикладної Хімії), терміни, що відносяться до хроматографічного процесу й теорії хроматографії включають: • Об'єм (час) утримання (VM, tm), що дорівнює об'єму (часу) утримання незатриманої сполуки. • Приведений об'єм (час) утримання (VR', tr') це повний об'єм (час) елюювання мінус об'єм (час) утримання. • Коефіцієнт утримання (k) - це математичне відношення приведеного об'єму (часу) утримання до об'єму (часу) утримання: k = VR'/VM = tr'/tm. Наступні приклади ілюструють даний винахід. Приклади не слід розглядати як такі, що обмежують у будь-якому ступені формулу винаходу. ПРИКЛАД 1 Порівняльний приклад, що показує хроматографічний поділ відтіку бетаїну при використанні + слабокислої катіонообмінної смоли в Na формі (рН 8.9) Відтік бетаїну одержують при хроматографічному поділі бурякової меляси. Він містить кілька сполук, таких як бетаїн, інозит, еритритол, маніт і гліцерин. Як вихідний розчин, він був підданий 13 хроматографічному поділу, який був проведений в лабораторній колонці для хроматографічного поділу як періодичний процес. Колонку діаметром 0.045 м наповнювали акриловою слабокислою катіонообмінною смолою (Finex CA 12 GC), яка виготовлена фірмою Finex Oy, Фінляндія. Смола являла собою смолу на основі етилакрилату. Висота смоли була приблизно 0.70 м. Ступінь зшивання смоли була 6,0 % DVB і середній розмір + частинок смоли був 0.26 мм. Смола була в Na формі. рН смоли після виробничого процесу була високою. Подавальний пристрій розміщували над шаром смоли. Температура колонки, вихідного розчину й елюентної води була приблизно 80°С. Швидкість потоку в колонці регулювали до 4 мл/хв. Вихідний розчин фільтрували через фільтр, використовуючи як допоміжний фільтр діатомову землю. рН вихідного розчину була 8.9. Хроматографічний поділ був виконаний у такий спосіб: Етап 1: Визначали суху речовину вихідного розчину й доводили її до 25 г сухої речовини в 100 г розчину за коефіцієнтом переломлення (RI) розчину. Етап 2: 100 мл попередньо нагрітого вихідного розчину накачували зверху на шар смоли (через подавальний пристрій). Етап 3: Вихідний розчин елюювали вниз у колонці, подаючи попередньо нагріту іонообмінну воду в колонку зверху. Етап 4: 10 мл проби вихідного розчину відбирали через 3-хвилинні інтервали. Визначали концентрацію, провідність (мСм/см) і рН проби. Склад проб аналізували за допомогою HPLC (рідинної 2+ хроматографії високого розділення) (Са -колонка, 0,6 мл/хв, 0.001 Μ Ca(NO3)2, 85°C). Бетаїн елюювали із колонки після солей. Сахароза мала час утримання майже ідентичний часу утримання бетаїну. Об'єм утримання 99 хвилин і час елюювання 168 хвилин дали для бетаїну коефіцієнт утримання 0.7. Еритритол, маніт і гліцерин мали майже однаковий час утримання й елюювалися майже як один пік після піка бетаїну. Інозит елюювался останнім як окремий пік. Порядок елюювання відповідав гідрофобної/гідрофільній природі компонентів. Використовувана смола відокремила бетаїн і інозит від інших основних компонентів, солей, гліцерину, маніту й еритритолу. рН потоку (тобто вихідного розчину) була між 8 і 11. Профіль поділу представлений на Фіг. 1. ПРИКЛАД 2 Хроматографічний поділ барди слабокислою + катіонообмінною смолою в Н формі (рН 3.6) Вихідним розчином, який використовували для поділу, була барда із процесу ферментації лимонної кислоти. Барда, в основному, містила бетаїн, гліцерин, неорганічні солі й органічні кислоти, наприклад, лимонну кислоту й, у невеликій кількості, молочну кислоту, щавлеву кислоту, оцтову кислоту, РСА і цукор. Барда мала приблизно наступний склад (% у перерахуванні на суху речовину): 95936 14 Бетаїн 17,1 Гліцерин 1,8 Лимонна кислота 7,8 Інші речовини - 73,3 рН розчину була 3,6. Розчин фільтрували через фільтр, використовуючи діатомову землю як допоміжний фільтр. Барду використовували як вихідний розчин і його піддавали хроматографічному поділу. Поділ виконували в експериментальній колонці для хроматографічного поділу як періодичний процес. Колонку діаметром 0,09 м наповнювали слабокислою катіонообмінною смолою (Finex CA 16 GC, 8 % DVB, ємність 4,4 екв/л), виготовленою фірмою Finex Oy, Фінляндія. Смола являла собою смолу на основі акрилату, середній розмір частинок смоли у формі натрію був 0,41 мм. Смолу регенерували у водне+ ву (Н ) форму, після чого висота шару смоли становила приблизно 1,7 м. Температура колонки, вихідного розчину й елюентної води була 75°С. Швидкість потоку в колонці регулювали до 3 л/год. Хроматографічний поділ був проведений із повторенням таких етапів: Етап 1: Суху речовину вихідного розчину доводили до 35 г сухої речовини в 100 г розчину за коефіцієнтом переломлення (Rl) розчину. Етап 2: 640 мл попередньо нагрітого вихідного розчину накачували зверху на шар смоли. Етап 3: Вихідний розчин eлюювали вниз у колонці, подаючи попередньо нагріту іонообмінну воду ε колонку зверху. Етап 4: 50 мл проби вихідного розчину відбирали через 5-хвилинні інтервали. Визначали концентрацію, провідність (мСм/см) і рН проб. Склад + проб аналізували за допомогою HPLC (Na колонка, 0,6 мл/хв, 85°С, 0.003 Μ Na2SO4). Елюювання починалося з неорганічних солей і продовжувалося органічними кислотами й альдитами. Бетаїн елюювали з колонки останнім з основних компонентів. рН вихідного потоку змінювалася в межах 1,9 і 4,6. Всього здійснили 5 подач, протягом яких форма іона смоли не була повністю стабілізована. Після цих поділів, 93 % смоли були у водневій формі у верхній частині шару смоли. Смола дуже добре відокремила бетаїн від інших компонентів; об'єм утримання був 75 хвилин, а час елюювання - 278 хвилин. Коефіцієнт утримання бетаїну при цьому поділі був 2,7. Бетаїн міг бути вилучений як високочиста (80 - 95 % у перерахуванні на суху речовину) фракція з гарним виходом (> 90 %). Лимонна кислота була вилучена як фракція із чистотою 20 - 50 % у перерахуванні на суху речовину. Коефіцієнти утримання (k) бетаїну й деяких органічних кислот вихідного розчину представлені в Таблиці 1. Значення рKа, представлені в Таблиці 1, взяті з Довідника по хімії Ланге ( 15-е видання), 1999. Можна помітити, що ці кислоти елюються у відповідності зі значеннями їхніх рKа st (1 ). Несподіваним виключенням є бетаїн, значення рKа якого - 1,832 і який злююється як останній компонент. Профіль поділу представлений на Фіг. 2. 15 95936 16 Таблиця 1 Сполука Щавлева кислота Лимонна кислота Молочна кислота Оцтова кислота Бетаїн Час утримання (хв.) 75 75 75 75 75 k 0,6 0,9 1,5 2,4 2,7 ПРИКЛАД 3 Хроматографічний поділ барди слабокислою + катіонообмінною смолою в Н формі (рН 5.1) Вихідним розчином, який використовували для поділу, була барда із процесу ферментації етанолу. Барда, в основному, містила бетаїн, гліцерин, неорганічні солі й органічні кислоти й мала приблизно наступний склад (% у перерахуванні на суху речовину): Бетаїн - 13,8 Гліцерин - 12,3 Інші речовини - 73,9 рН розчину - 5.1. Розчин фільтрували через фільтр, використовуючи діатомову землю як допоміжний фільтр. Барду використовували як вихідний розчин і його піддавали хроматографічному поділу. Поділ виконували в експериментальній колонці для хроматографічного поділу як періодичний процес. Колонку діаметром 0,09 м заповнювали слабокислою катіонообмінною смолою (Finex CA 16 GC, 8 % DVB, ємність 4,4 екв/л), виготовленою фірмою Finex Oy, Фінляндія. Смола являла собою смолу на основі акрилату, середній розмір частинок смоли у формі натрію був 0,41 мм. Смолу регенерували у водне+ ву (Н ) форму, після чого висота шару смоли становила приблизно 1,7 м. Температура колонки, вихідного розчину й елюентної води була 75°С. Швидкість потоку в колонці регулювали до 3 л/год. Хроматографічний поділ був виконаний із повторенням такої процедури: Етап 1: Суху речовину вихідного розчину доводили до 35 г сухої речовини в 100 г розчину за коефіцієнтом переломлення (Rl) розчину. Етап 2: 0,6 л попередньо нагрітого вихідного розчину накачували зверху на шар смоли. Етап 3: Вихідний розчин елюювали вниз у колонці, подаючи зверху в колонку попередньо нагріту іонообмінну воду, рН якої доводили до 3 - 4 мурашиною кислотою. Етап 4: 50 мл проби вихідного розчину відбирали через 5-хвилинні інтервали. Визначали концентрацію, провідність (мСм/см) і рН проб. Склад + проб аналізували за допомогою HPLC (Na колонка, 0,6 мл/хв, 85°С, 0.003 Μ Na2SO4). Елюювання починали з неорганічних солей і продовжували органічними кислотами й альдитами. Бетаїн елюювали з колонки після інших основних компонентів. Положення піка бетаїну зміщалося назад (тобто ближче до піку інших компонентів) перед досягненням рівноважної іонної форми смоли. Після 53 подач, 67 % смоли у верхній час+ тині шару смоли були в Н формі. На цій стадії об'єм утримання бетаїну був 75 хвилин, а час Час елюювання (хв.) 120 141 186 258 278 st nd rd рKа 1 /2 /3 константа дисоціації при 25 °C 1,271 / 4,272 3,128 / 4,761 / 6,396 3,858 4,756 1,832 елюювання - 180 хвилин. Коефіцієнт утримання бетаїну був 1,3 і максимальна чистота піка бетаїну була більше 75 %. рН вихідного потоку змінювалася між 4,4 і 6,3. Профіль поділу 53-ей подачі представлений на Фіг. 3. ПРИКЛАД 4 Хроматографічний поділ барди слабокислою + катіонообмінною смолою в Н формі (рН 4.2) Вихідний розчин, який використовували для поділу, був бардою із процесу ферментації етанолу. Барда головним чином містила бетаїн, гліцерин, неорганічні солі й органічні кислоти й мала приблизно наступний склад (% у перерахуванні на суху речовину): Бетаїн - 15,8 Гліцерин - 11,5 Інші речовини - 72,7. Барду використовували як вихідний розчин, і його піддавали хроматографічному поділу. Поділ проводили в експериментальній колонці для хроматографічного поділу як періодичного процес. Колонку діаметром 0,09 м наповнювали слабокислою катіонообмінною смолою (Finex CA 16 GC, 8 % DVB, ємність 4,4 екв/л), виготовленою фірмою Finex Oy, Фінляндія. Смола являла собою смолу на основі акрилату, середній розмір частинок смоли у формі натрію був 0,41 мм. Смолу регенерува+ ли у водневу (Н ) форму, після чого висота шару смоли становила приблизно 1,7 м. Температура колонки, вихідного розчину й елюентної води була 75°С. Швидкість потоку в колонці регулювали до 3 л/год. рН вихідного розчину регулювали де 4,2 сірчаною кислотою (H2SO4). Вихідний розчин фільтрували через фільтр, використовуючи діатомову землю як допоміжний фільтр. Хроматографічний поділ проводили в такий спосіб: Етап 1: Суху речовину вихідного розчину доводили до 35 г сухої речовини в 100 г розчину за коефіцієнтом переломлення (RI) розчину. Етап 2: 2 л попередньо нагрітого вихідного розчину накачували зверху на шар смоли. Етап 3: Вихідний розчин елюювали вниз у колонці, подаючи зверху в колонку попередньо нагріту іонообмінну воду, рН якої доводили до 4,2 мурашиною кислотою. Етап 4: 50 мл проби вихідного розчину відбирали через 5-хвилинні інтервали. Визначали концентрацію, провідність (мСм/см) і рН проб. Склад + проб аналізували за допомогою HPLC (Na колонка, 0,6 мл/хв, 85°С, 0.003 Μ Na2SO4). Елюювання починали з неорганічних солей і продовжували органічними кислотами й альдитами. Бетаїн елюювали із колонки після інших осно 17 вних компонентів, але трохи раніше в порівнянні з поділом вихідного розчину з більш низькою рН, який описаний у Прикладі 2. Об'єм утримання був 75 хвилин, час елюювання - 205 хвилин. Коефіцієнт утримання бетаїну при цій рН був 1,7, і для фракції бетаїну була одержана максимальна чистота більше 80 % у перерахуванні на суху речовину. Чистота фракції гліцерину, яку елюювали перед бетаїном, була більше 20 % у перерахуванні на суху речовину. Всього було виконано 20 подач, протягом яких форма іона смоли була стійкою; 89 % смоли були у водневій формі як у верхній, так і в нижній частини шару смоли. рН вихідного потоку була між 4,0 і 6,4. Профіль поділу 20-ой подачі представлений на Фіг. 4. ПРИКЛАД 5 Хроматографічний поділ барди слабокислою + катіонообмінною смолою в Н формі (рН 3.1) Вихідним розчином, який використовували для поділу, була барда із процесу ферментації лимонної кислоти. Барда, головним чином містила бетаїн, гліцерин, неорганічні солі й органічні кислоти й мала приблизно наступний склад (%у перерахуванні на суху речовину): Бетаїн - 19,8 Гліцерин - 3,0 Iнші речовини - 77,2. Барду використовували як вихідний розчин і його піддавали хроматографічному поділу. Поділ виконували в експериментальній колонці для хроматографічного поділу як періодичний процес. Колонку діаметром 0,09 м наповнювали слабокислою катіонообмінною смолою (Finex CA 16 GC, 8 % DVB, ємність 4,4 екв/л). Смола являла собою смолу на основі акрилату, середній розмір частинок смоли у формі натрію був 0,41 мм. Смолу ре+ генерували у водневу (Н ) форму, після чого висота шару смоли становила приблизно 1,6 м. Температура колонки, вихідного розчину й елюентної води була 75°С. Швидкість потоку в колонці регулювали до 3 л/год. рН вихідного розчину була 3,1. Хроматографічний поділ виконували в такий спосіб: Етап 1: Суху речовину вихідного розчину доводили до 35 г сухої речовини в 100 г розчину за коефіцієнтом переломлення (RI) розчину. Етап 2: 1,5 л попередньо нагрітого вихідного розчину накачували зверху на шар смоли. Етап 3: Вихідний розчин елюювали вниз у колонці, подаючи зверху в колонку попередньо нагріту іонообмінну воду, рН якої доводили до 3 - 4 мурашиною кислотою. Етап 4: 50 мл проби вихідного розчину відбирали через 5-хвилинні інтервали. Визначали концентрацію, провідність (мСм/см) і рН проб. Склад + проб аналізували за допомогою HPLC (Na колонка, 0,6 мл/хв, 85°С, 0.003 Μ Na2SO4). Елюювання починали з неорганічних солей і продовжували органічними кислотами й альдитами. Бетаїн елюювали з колонки останнім з основних компонентів. Об'єм утримання для бетаїну був 75 хвилин, час елюювання - 245 хвилин і його коефіцієнт утримання був 2,3. рН потоку (розчину, що виходить) змінювалася в межах 2,4 - 4,3. Всьо 95936 18 го було виконано 54 подачі, протягом яких форма іона смоли була стійка й 99 % смоли були у водневій формі. Смола дуже добре відокремлює бетаїн від інших компонентів, і для фракції бетаїну була одержана максимальна чистота більше 85 % у перерахуванні на суху речовину. Профіль поділу представлений на Фіг. 5. ПРИКЛАД 6 Хроматографічний поділ барди слабокислою + катіонообмінною смолою в Н формі (рН 1.4) Вихідним розчином, який використовували для поділу, була барда із процесу ферментації етанолу. Барда, яка головним чином містила бетаїн, гліцерин, неорганічні солі й органічні кислоти, мала приблизно наступний склад (%у перерахуванні на суху речовину): Бетаїн - 14,0 Гліцерин - 10,6 Інші речовини - 75,4. Барду використовували як вихідний розчин і його піддавали хроматографічному поділу. Поділ виконували в експериментальній колонці для хроматографічного поділу як періодичний процес. Колонку діаметром 0,09 м наповнювали слабокислою катіонообмінною смолою (Finex CA 16 GC, 8 % DVB, ємність 4,4 екв/л). Смола являла собою смолу на основі акрилату, середній розмір частинок смоли у формі натрію був 0,41 мм. Смолу ре+ генерували у водневу (Н ) форму, після чого висота шару смоли становила приблизно 1,6 м. Температура колонки, вихідного розчину й елюентної води була 75°С. Швидкість потоку в колонці регулювали до 3 л/год. рН вихідного розчину доводили сильною сірчаною кислотою (H2SO4) до 1.4, і його фільтрували через фільтр, використовуючи діатомову землю як допоміжний фільтр. Хроматографічний поділ виконували в такий спосіб: Етап 1: Суху речовину вихідного розчину доводили до 35 г сухої речовини в 100 г розчину за коефіцієнтом переломлення (RI) розчину. Етап 2: 0,7 л попередньо нагрітого вихідного розчину накачували зверху на шар смоли. Етап 3: Вихідний розчин елюювали вниз у колонці, подаючи зверху в колонку попередньо нагріту іонообмінну воду, рН якої доводили до 2,2 сильною сірчаною кислотою H2SO4. Етап 4: 50 мл проби вихідного розчину відбирали через 5-хвилинні інтервали. Визначали концентрацію, провідність (мСм/см) і рН проб. Склад + проб аналізували за допомогою HPLC (Na колонка, 0,6 мл/хв, 85°С, 0.003 Μ Na2SO4). Елюювання починали з неорганічних солей і продовжували органічними кислотами й альдитами. Бетаїн елюювали з колонки останнім з основних компонентів. Об'єм утримання для бетаїну був 75 хвилин, час елюювання - 290 хвилин і його коефіцієнт утримання був 2,9. рН потоку (розчину, що виходить) варіювалася між 1,3 і 3,3. Смола дуже добре відокремлює бетаїн від інших компонентів, і для фракції бетаїну була одержана максимальна чистота більше 85 % у перерахуванні на суху речовину. Профіль поділу представлений на Фіг. 6. 19 ПРИКЛАД 7 Кристалізація бетаїну Бетаїн із концентрованої багатої бетаїном фракції кристалізували в такий спосіб. Вихідну рідину, що містить бетаїн, додавали в 400літровий кип'ятильник-кристалізатор. Починали випаровування. Перші окремо зростаючі кристали замічено при концентрації 79 % у перерахуванні на суху речовину, при температурі 99°С. Після дові 95936 20 льної затравки кристалізацію кип'ятінням продовжували протягом 3 годин при температурі приблизно 100°С, при цьому в кип'ятильник-кристалізатор безупинно подавали нову вихідну рідину. Була вивантажена 400-літрова партія маси, одержана кристалізацією з кип'ятінням (87 % по масі в перерахуванні на суху речовину). Масу центрифугували й безводний бетаїновий продукт сушили. 21 95936 22 23 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 95936 Підписне 24 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601