分离方法

专利名称：分离方法
技术领域：
本发明涉及色谱分离领域，尤其涉及通过模拟移动床和批处理法对包含甜菜碱的溶液进行色谱分离。本发明方法的目的为改善分离系统的分离效率而同时基本上保持或者甚至改善甜菜碱或其它的产品的产率和/或纯度，其通过以有新颖性和创造性的方式将包含分离曲线(separation profile)的部分的级分返回分离系统以降低新鲜洗脱液的体积而实现。
背景技术：
近年来用于从基于包含甜菜碱的植物的溶液中分离甜菜碱和其它的组分的色谱分离系统得到了发展以改善这些系统的分离能力和分离效率。然而，由于SMB系统的复杂性，之前SMB色谱分离系统尤其是具有洗脱液与进料的比率通常相当高的缺点。在SMB色谱系统中已经应用了多种使洗出液级分循环返回分离系统的配置。US 4 109 075 (CPC国际公司)公开了一种用于分离糖类的方法，例如从淀粉转化产物通过批处理色谱方法分离糖类的方法，其中收集到至少三种不同的分子量不同的糖的级分。然后将第一种糖的级分(分子量最高的级分)用于洗脱下一组进料，随后用水洗脱。 该专利中叙述该操作模式使得洗脱用水的量最小，并得到富含低级糖DPl至DP4中的任何一种的级分。US专利4 267 054(Sanmatsu Kogyo公司)公开了一种用于从多组分混合物中分离两种组分(诸如葡萄糖和果糖)的批处理色谱分离方法，其中将来自分离柱的洗出液收集为四个级分(a)、(b)、(c)和(d)。级分(a)和(c)为产物级分，级分(b)为包含相对大量的目标产物的混合的级分，且级分(d)包含级分(c)尾部和级分(a)头部的洗脱液级分 (用于下个操作循环中)。通过将级分(b)和(d)加入分离柱的顶部而使它们回到分离系统中。US专利4 402 832 (U0P公司)公开了用于在SMB色谱系统中从提余液组分(诸如葡萄糖)中分离提取组分(诸如果糖)的方法，其中将稀释的提取级分和不纯的提余液级分返回至同一柱中，从该柱将它们收集。在该专利中叙述了与其之前的工艺方法相比，该方法所节省的从产物流中回收洗脱液所需的能量相当可观。此外，在该专利中叙述了通过分离单元的液体循环速度降低了，这使得各柱能填充得更紧密。还叙述了这又可最小化通过吸附床的沟流及最小化空体积。US专利4 487 198 (Hayashibara)公开了一种用于从分离糖淀粉溶液中分离麦芽糖的双阶段批处理方法，其中来自第一阶段中分离柱的洗出液被收集为五个级分A、B、C、D 和E。级分A为糊精级分，级分C为麦芽糖级分且级分E为葡萄糖级分。级分B为包含带有麦芽糖杂质的糊精的后坡级分，且级分D为包含带有葡萄糖杂质的麦芽糖的前坡级分。在第二个阶段，级分B和D以该次序与新鲜的进料依次进入分离柱，使得级分B在进料前进入且级分D在进料后进入。US 专禾Ij 6 200 390 Bl (Amalgamated Research 公司)公开了一种用于从例如糖蜜中回收甜菜碱和糖类的连续SMB方法。在该方法中，将甜菜碱“阻碍”从所述SMB系统的循环回路中转移，而不打断该系统的正常操作。在实际操作中，将浓集甜菜碱的级分从连续 SMB系统的循环回路中取回，同时将相同体积的水引入该循环回路中。这样该循环回路不被打断的继续进行。US专利6 602 420 B2 (Amalgamated Research公司)公开了一种具有偶联回路的两步骤的色谱分离方法，其包括模拟移动床操作偶联连续置换色谱(连续SMB)。该方法可应用于从蔗糖溶液、诸如糖蜜中回收甜菜碱和/或转化糖，以使得接下来能得到高纯度蔗糖产物。在该专利中叙述了应用替代而不是洗脱使得洗脱液的量减少。在该专利中叙述了典型的糖蜜色谱分离系统使用水的体积相对于每一体积的进料糖蜜(在进料中60%溶解的固体)比率约为6. 0至8. 0，然而应用置换色谱法能使得可用2. 0或更低的水与进料的比率分离有机化合物(诸如甜菜碱)。而且，在该专利中叙述了甜菜碱级分的浓度范围由通常的1至5%的溶解的固体提高至8至15%的溶解的固体。US 5 127 957 (Heikkim等人)公开了一种顺序式SMB方法，该方法具有至少三个柱，用于在同一个周期(一个回路)中从糖蜜中分离甜菜碱、蔗糖和剩余糖蜜。在该方法的一个实施方案中，将一份新的进料溶液加入到部分分离的剩余糖蜜和蔗糖级分之间的柱系列的预选的柱的顶部。US 6 093 326 (Danisco Finland Oy)公开了一种双回路SMB方法，其包括至少两个填料床，用于处理基于甜菜糖蜜的溶液以回收甜菜碱级分和蔗糖级分。US 6 896 811 B2 (Danisco Sweeteners Oy)公开了一种 SMB 方法，用于通过在一个周期(在下一次的进料进入分离系统之前)内将形成的分离曲线经由色谱分离回路循环一次以上或少于一次而将一种溶液分为至少两种级分。由以上描述的现有技术看来，将包含分离曲线的不同部分的级分返回分离柱是已知的。还可看出已知的方法减少了洗脱液的量，节省了从产物流中回收洗脱液所需的能量， 以及得到了更高纯度的目标组分的级分。然而，还需要更多功用的分离方法，其中将包含不同的快速移动和慢速移动组分的分离曲线的各部分作为洗脱液替代物返回所述分离系统的不同位置以减少进一步的浓缩成本并能够回收所需目标级分中的组分，同时基本上保持或甚至改善产物组分的产率和纯度。本发明定义“产物级分”是得自色谱分离过程并包含产物组分的级分。可以有一个或多个级分。“残余物级分”或“残余级分”是主要包含除了可回收的产物组分之外的组分(诸如盐、有色化合物、有机酸、氨基酸等)的级分。可以有一个或多个残余物级分。残余级分的组分还被称为“残余组分”。“再循环级分”是包含不完全分离产物化合物的级分，其纯度比产物级分低，且将其再循环至分离过程中与进料合并。再循环级分通常被用作进料的稀释剂。在将再循环级分返回(各)柱中之前有一个或多个操作；例如，可通过蒸发浓缩(各)再循环级分。可以有一个或多个再循环级分。“蔗糖再循环级分”是指作为蔗糖亚曲线一部分的再循环级分。根据本发明，蔗糖再循环级分尤其为蔗糖亚曲线的前坡部分或后坡部分。“程序”或“分离程序”是在顺序式色谱分离方法中被不断重复的预定的一系列的步骤，包括有利于由进料组分分离得到产物级分或其他级分所需的全部步骤。“步骤”包括一个或多个进料期、洗脱期和循环期。在进料期过程中，将进料溶液引入预定的一个或多个部分填充床(partial packed bed)。在进料期和/或一个或多个其他的时期中，可以取回一个或多个产物级分及一个或多个残余级分。在洗脱期过程中，将洗脱液加入预定的部分填充床。在循环期过程中，基本上未将进料溶液或洗脱液提供给部分填充床且未将产物取回。“SMB”是指模拟移动床系统。在连续SMB系统中，所有液流连续流动。这些液流是进料溶液和洗脱液的提供、 分离曲线的循环和产物的取回。在顺序式SMB系统中，并非全部液流(上述定义的)都连续流动。“进料”是在一个程序期间引入分离柱的进料溶液的量。“亚曲线(subprofile) ”是一个组分的浓度曲线，也被称为组分峰。“分离曲线”是指由存在于进料中的溶解的物质(DS)形成干燥固体的曲线，其基于洗脱液和进料溶液的进料及通过分离柱中填料床的流量，通过完成/重复分离程序而得到。“分离曲线的部分”是指分离曲线的任何部分，其包含该部分中的液体和组分，将其用作洗脱液替代物。其等同于“部分”或“PART”。“部分进料期”是指将所述“部分”作为洗脱液替代物引入分离系统。“峰”是色谱图的部分，其中由组分引起检测器的响应。“保留体积(Rt)，，是通过树脂床洗脱一个组分或分离曲线的某个点所需的流动相体积。一个组分的保留体积可表示为树脂床体积的百分比。根据本发明，保留体积尤其是指进行洗脱使组分峰(诸如甜菜碱峰)的开端通过柱所需的体积。“拖尾”是指正常的高斯峰的不对称因子> 1的现象。拖尾最常由填料上对溶质具有超过正常保留能力的部位引起。根据本发明“空体积”或“死体积”是指进行洗脱使电导率峰(盐)的开端通过柱所需的体积。“BV”意指柱、部分填充床或分离系统的树脂床体积。“峰加宽”是指当通过柱时色谱峰(分离曲线)的分散。“步骤的体积(V)”是指使组分、分离曲线或其部分通过(各)分离柱从分离程序中预定的步骤移动至同一或随后的程序中的另一个预定的步骤的流动相(包括进料、洗脱液和循环)的体积。步骤的体积通过将每一个步骤中转移的流动相的体积(在进料、洗脱和/或循环期内每一个步骤中引入柱的体积)相加而逐步计算。“洗脱液引入位置”是指可引入洗脱液的色谱系统中的任何位置。“DS”意指溶解的干物质含量。等于“溶解的固体含量”。“组分的纯度”是指以DS计的组分含量。“分离能力”是指产物的量(kg)/分离树脂体积(m3)/小时(h)。不包括再循环。发明简述
本发明提供了用于在色谱分离系统中通过将来自该分离的分离曲线的部分作为洗脱液的替代物而使包含甜菜碱的溶液分级的方法。同样重要的是将所述部分及其所含组分直接引入分离系统中的正确的步骤中正确的位置，以使得其中含有的组分全部进入适合的级分中而基本上保持或甚至改善产物级分的纯度、产物组分的收率及分离能力。本发明的目的通过特征在于独立权利要求中所述的内容的方法得以实现。本发明的优选实施方案公开在从属权利要求中。令人惊奇地发现，作为洗脱液替代物且包含不同的快速移动组分和/或慢速移动组分的所述部分不干扰分离系统的分离效率。此外，能降低新鲜洗脱液的溶剂，例如相对于现有技术中使用的洗脱液，降低10%至70%的量。所述方法还使得要取回的(各)级分的固体含量更高，这降低了在接下来的浓缩阶段的能量需求。用于浓缩残余物级分的蒸发的需求可减少5至50%或甚至更多。附图简述

图1和2涉及实施例2中描述的甜菜糖蜜的顺序式SMB分离柱设置，2_曲线模式)。图1显示来自柱2的分离曲线和流出级分。图2显示来自柱4的分离曲线和流出级分。发明详述本发明涉及用于在色谱分离系统中使包含甜菜碱的溶液分级的方法，所述色谱分离系统包括一个或多个包含一个或多个部分填充床的柱，所述方法包括将包含甜菜碱的溶液进料至分离系统，将洗脱液引入分离系统以洗脱包含甜菜碱的溶液的组分以形成分离曲线，和回收甜菜碱产物级分，一个或多个残余级分，并任选地回收一个或多个再循环级分，以及一个或多个其它的产物级分。本发明方法的特征在于在一个或多个部分进料期将分离曲线的一个或多个部分引入分离系统中的一个或多个洗脱液引入位置以替代一部分洗脱液，所述部分包含一种或多种选自甜菜碱、一种或多种其它的产物组分和一种或多种残余组分的组分，通过使用一系列步骤使所述部分及其所含组分在分离系统中向前移动，所述步骤包括一个或多个进料期、循环期和洗脱期，和在同一分离程序或随后的分离程序期间在一个或多个残余级分和/或在一个或多个再循环级分和/或在一个或多个产物级分中取回所述部分的组分，由此所述部分的体积、引入位置和引入步骤基于以下因素确定所述部分的组分的保留体积、所述部分的组分所通过的树脂床的体积、以及所述步骤的体积，所述步骤在同一分离程序或随后的分离程序期间使得所述部分的组分从引入位置移动至组分的预计目标取回位置，同时基本上保持(各)产物级分的纯度和产物组分的收率。本发明的色谱分离系统包括一个或多个分离柱，所述分离柱包含一个或多个部分填充床。所述部分填充床由色谱分离树脂组成，其形成所述系统的树脂床。柱/部分填充床可形成一个或多个回路。在分离过程中，存在于进料中的溶解的物质与洗脱液一起向前移动，并在(各)分离柱的部分填充床中分离，从而形成分离曲线。甜菜碱产物级分、一个或多个残余级分、通常还有一个或多个再循环级分、以及一个或多个其它的产物级分被回收。
在本发明的方法中，将如此形成的分离曲线的一个或多个部分在一个或多个部分进料期内引入一个或多个洗脱液引入位置以替代一部分的洗脱液。可在洗脱期的开始、中间或结尾将所述部分引入以替代洗脱液。在本发明以下的描述中，为方便起见，也将所述分离曲线的一个或多个部分称为 “分离曲线的部分”或“部分”。 可将所述部分引入洗脱液所引入的任何柱或柱的任何部分。所述分离曲线的部分可包含一个或多个选自甜菜碱、一个或多个其它的产物组分和一个或多个残余组分的组分。在本发明的包含甜菜碱的溶液中，所述部分通常包含选自甜菜碱、蔗糖、盐、有机酸及其盐、氨基酸和甘油的组分。所述部分可包含快速移动和/或慢速移动组分。盐代表快速移动组分的一个实例。有机酸和蔗糖的移动通常快于甜菜碱。在糖蜜分离中，所述部分可以是甜菜碱、蔗糖或残余组分的亚曲线的前坡和/或后坡。所述部分通常为甜菜碱亚曲线的前坡和/或后坡的部分和残余物亚曲线的一个或多个不同的前坡的部分。在本发明的方法中，通过使用一系列步骤使所述部分及其所含组分在分离系统中向前移动，所述步骤包括一个或多个进料期、循环期和洗脱期。在顺序式分离系统中，可在一个程序中将源自分离曲线不同部分的所述部分中的若干个用作洗脱液。所述部分的数量可以是1至5，它们可互不相同，且可将它们作为洗脱液引入系统的多个位置，其是作为收集的级分或者作为完整的曲线而转移。同一分离程序或随后的分离程序期间，所述部分的组分的取回可在(各)残余级分、(各)再循环级分和/或(各)产物级分中进行，可直接在其中进行或者在中间阶段之后再进行。在最终取回之前，所述部分的组分在分离系统中的移动可历经若干中间阶段。中间阶段为分离曲线中的非典型的级分或位置，在此将(各)组分再返回分离系统用于最终分离及其取回或者再引入不同的分离系统中。所述部分的残余组分通常在同一分离程序或随后的分离程序期间在一个或多个残余级分的区域被取回，或者，进入再循环级分或在循环期中循环以返回系统从而最终在一个或多个残余级分的区域被取回。所述部分的甜菜碱通常进入待加入的蔗糖再循环级分，以用于稀释进料溶液并增加进料的甜菜碱含量并在最终的甜菜碱级分中被取回。所述部分的体积、引入位置和引入步骤基于以下因素确定所述部分的组分的保留体积、所述部分的组分所通过的树脂床的体积、以及所述步骤的体积，所述步骤在同一分离程序或随后的分离程序期间使得所述部分的组分从引入位置移动至组分的预计目标取回位置，同时基本上保持(各)产物级分的纯度和产物组分的收率。所述部分的体积、引入位置和引入步骤的适当确定是很重要的，以便所述部分的组分在其取回时到达进料中的相似的快速移动组分的区域，或者被保留以与进料中的更快速移动组分一起被洗脱，或者使分离曲线的快速移动组分到达所述部分的慢速移动组分。通过首先确定一个或多个目标级分和它们的体积、以及要从其中取回所述部分的 (各)组分的(各)柱和(各)步骤，来确定所述部分的体积、引入位置和引入步骤。例如， 如果所述部分的主要组分是甜菜碱和/或蔗糖，则所述甜菜碱/蔗糖组分要在另外的产物的一些再循环级分中取回(例如在蔗糖再循环级分中取回甜菜碱)，所述再循环级分从所述方法的预定步骤中的预定柱取回。所述蔗糖再循环级分可以是例如蔗糖亚曲线的前坡部分或后坡部分。然后将这些再循环级分再循环返回进料中以进一步分离并进一步回收甜菜碱/蔗糖。如果所述部分的主要组分是残余化合物，诸如盐，则所述盐组分要在残余物级分的一些区域取回，所述残余物级分要在下一个程序或随后的程序期间从所述方法的预定步骤中的预定柱取回。通过实验确定了每个分离系统中所述部分的组分对所使用的树脂床而言的保留体积。例如在糖蜜的分离中，甜菜碱的保留体积为所使用的树脂床体积的约70% (67%至 73% )，蔗糖的保留体积为用于单价强酸性阳离子交换树脂床(DVB含量为6至6. 5% )的树脂床体积的约至60%。在使用同样树脂的同一糖蜜分离中，电导率峰(盐和大分子) 的前端的保留体积约为树脂床体积的至34%，其等于树脂床的空体积。在计算洗脱体积时还必须考虑峰加宽现象，其中不同的组分从分离柱洗脱。然后基于组分的保留体积(Rt)、所述部分的组分所通过的树脂床的体积(BV)和在所述程序期间将所述部分的组分移动的步骤的体积(V)(逐步计算)，可以计算分离方法中(诸如在顺序式SMB系统中)所述部分的不同的组分(诸如甜菜碱、蔗糖和盐)在一个程序期间、尤其是在随后的1至4个程序期间的移动。当移动通过分离系统的步骤的体积等于组分的保留体积时所讨论的组分开始从分离系统(柱)洗脱。这确定了所考虑的组分的目标取回位置。当目标取回位置已知时，作为洗脱液替代物的所述部分的引入体积、位置和步骤可以逐步逆向计算，使得所述部分的组分基本上在随后的1至4个程序期间最终位于目标级分并在目标级分中被取回。当从目标取回位置至所述部分的引入位置的步骤的体积等于所述部分的组分从引入至取回通过树脂床的体积时即可完成。由目标位置开始，通过将在进料、洗脱和循环期内的每个步骤中引入柱的体积求和，在逐个柱逐步逆向计算步骤的体积。可从柱的入口或出口测定部分的体积，以流速(m3/h)表示。所需组分在所述同一分离程序或随后的分离程序期间被取回。在本发明的一个实施方案中，所需组分在随后的1至4个分离程序期间基本上被取回。色谱分离系统可以是批处理系统或SMB系统，SMB系统可以是连续的或顺序式的。在本发明的一个优选的实施方案中，色谱分离系统是US 6 093 326、US 5 127 957、US 6 224 776和US 6 896 811中描述的顺序式SMB系统。顺序式SMB色谱系统可在系统中包含一个或多个回路。该系统在一个回路中还可包含一个或多个分离曲线。在本发明的一个实施方案中，所述分离曲线在一个周期内循环通过所述系统的树脂床一次以上或少于一次。分离系统的部分填充床中的色谱分离树脂可选自通常用于从包含甜菜碱的溶液分离甜菜碱的那些。尤其有用的树脂为强酸性阳离子交换树脂(SAC)和弱酸性阳离子交换树脂(WAC)，但甚至能使用弱碱性阴离子交换树脂(WBA)和强碱性阴离子交换树脂(SBA)。 阳离子交换树酯(SAC和WAC)可以是单价或二价形式，诸如H+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+或Si2+形式。树脂可以是交联度范围为1至20%的苯乙烯树脂或丙烯酸树脂，例如4至10%的DVB(二乙烯基苯)。树脂的交联度通常影响树脂的保留体积。通常树脂的平均粒度为200 至 450ymo在本发明的一个实施方案中，所述一个或多个部分是甜菜碱亚曲线的前坡部分或后坡部分，所述甜菜碱亚曲线可以是非常稀释的但具有高含量的甜菜碱。本发明的该实施方案包括将所述甜菜碱亚曲线的前坡部分和/或后坡部分返回至所述分离系统以替代部分洗脱水，随后在下一个程序期间在非甜菜碱产物组分的再循环级分、例如在蔗糖再循环级分中取回所述前坡或后坡部分的甜菜碱。将所述再循环级分再循环至进料中以进一步分离甜菜碱。来自前坡和后坡的甜菜碱最终在甜菜碱级分中回收，相比于没有循环所述前坡和后坡，其具有更高的干燥固体浓度且还可具有更高的甜菜碱含量。通常，甜菜碱亚曲线的前和后坡部分的干燥固体浓度为0.2%至8%，且以干燥固体(此)计甜菜碱含量多至80%。通常，通过使用循环的甜菜碱前坡或后坡部分作为洗脱液替代物，蔗糖再循环级分的甜菜碱收率大于60%、优选大于80%、最优选大于85%。顺序式SMB方法分离甜菜糖蜜使用甜菜碱前坡部分和/或后坡部分作为洗脱液替代物通常得到甜菜碱纯度为40至90%的甜菜碱级分、优选60至90% (以DS计)、最优选 80至90% (以DS计)。来自进料的甜菜碱级分的通常的总甜菜碱收率为60至98%、优选为85至98%。通过本发明方法甜菜碱级分的干燥固体浓度增加，且通常增加2至6%。在本发明的另一个实施方案中，所述一个或多个部分可选自残余物亚曲线的前坡部分和后坡部分。在本发明方法的该实施方案中，将所述残余物亚曲线的前坡部分或后坡部分返回至所述分离系统以替代部分洗脱水，其组分被移动至其它的残余组分的区域，随后在同一程序或随后的1至4个程序期间在超过一个残余级分中回收所述前坡部分或后坡部分的残余组分。在本发明的一个实施方案中，可将所述残余物亚曲线的前坡或后坡分为若干亚部分，将所述亚部分作为洗脱液替代物引入分离系统。还可能的是，只将某些所述亚部分作为洗脱液替代物而进入循环，而将它们中的一些从系统中取回。用于洗脱液替代物的亚部分的选择会依据其体积及其引入位置(柱和步骤)和取回位置、在对其在分离中的保留体积的认识的基础上确定。用于洗脱液替代物的亚部分可选自残余级分的更稀释的末端部分、 选自中部或选自浓度最高的部分。所述亚部分的干燥固体浓度可为0.5%至15%。在糖蜜分离的一个实施方案中，将所述残余物亚曲线的前坡分为例如四个亚部分 (亚部分1至4)，由此将亚部分1和3从分离系统取回，且通过将亚部分2和4在预先计算的步骤中间歇性地引入不同的柱中而将它们用作洗脱液替代物。在本发明的另一个实施方案中，所述一个或多个部分可选自蔗糖亚曲线的前坡部分和后坡部分。本发明的该实施方案包括将所述蔗糖亚曲线的前坡部分或后坡部分返回至所述分离系统以替代部分洗脱水，随后在下一个程序期间在再循环级分中取回所述前坡或后坡部分的蔗糖。将所述再循环级分再循环至进料中以进一步分离蔗糖。最终在蔗糖级分中回收蔗糖。在本发明的又一个实施方案中，所述一个或多个部分可包括以下二者(1)甜菜碱亚曲线的一个或多个部分，诸如甜菜碱亚曲线的前坡部分和/或后坡部分和( 残余物亚曲线的一个或多个部分。不同的部分可合并或分别引入不同的洗脱液引入位置以在同一程序或随后的程序期间在适合的级分中取回所述部分的组分。所述部分的体积优选少于再循环级分或残余物级分(要从其中取回所述部分的组分)的体积。在本发明的一个实施方案中，所述部分作为来自其他柱的连续的液流作为完整的分离曲线被引入分离系统。在本发明的另一个实施方案中，将所述部分收集至分离池中，并将其从分离池中返回分离系统中。在分离系统中用作洗脱液替代物的所述部分的总体积是在一个分离程序期间将分离曲线向前推进的所有步骤的体积的1至50%、更有利为5至20%。所述部分通常用于替代5至70%、优选10至30%的洗脱水。替代洗脱液的量优选与省略的洗脱水的量相同。在本发明的典型的实施方案中，所述方法提供以DS计甜菜碱含量为40至98 %、优选60至90%的甜菜碱产物级分。所述方法的甜菜碱收率超过60 %、优选超过70 %、更优选超过80 %、最优选超过 85 %且尤其超过90 %，其基于包含甜菜碱的进料溶液中的甜菜碱计算。在本发明的一个实施方案中，所述方法提供以DS计蔗糖含量为88至98%的蔗糖产物级分，并且蔗糖收率为80至98%，其基于包含蔗糖的进料溶液中的蔗糖计算。所述包含甜菜碱的溶液优选为源自甜菜的溶液，诸如糖蜜溶液或结晶泄出液 (crystallization run-off)或其在本发明的另一个实施方案中，本发明涉及具有以下特征的方法所述部分选自甜菜碱亚曲线的前坡部分和后坡部分以及残余物亚曲线的前坡部分和后坡部分，将所述部分返回分离系统以替代部分洗脱水，在下一个程序期间在再循环回进料中的蔗糖再循环级分中取回所述部分的甜菜碱和/或所述部分的残余组分，随后在随后的分离程序期间在甜菜碱产物级分中回收所述部分的甜菜碱并在残余级分中回收所述部分的残余组分。在本发明的该实施方案中，所述蔗糖再循环级分可选自蔗糖亚曲线的前坡部分和后坡部分。在分离糖蜜的一个实施方案中，所述甜菜碱亚曲线的前坡部分和后坡部分通常甜菜碱纯度高，但干物质含量低。计算作为洗脱液替代物的所述包含甜菜碱的前坡部分和后坡部分的引入位置和体积，使得在分离过程中所述部分中的甜菜碱移动至蔗糖再循环级分。由此将包含慢速移动的甜菜碱的所述部分引入如此的一个位置，使得所述分离曲线的残余组分(盐)经过所述部分的甜菜碱且使得来自所述部分的甜菜碱的新的峰将处于蔗糖再循环级分的收集间隔中。在蔗糖和残余组分(盐)部分重叠时的点收集所述再循环级分。 在该方法中，可以从稀释的包含甜菜碱的甜菜碱亚曲线的前坡部分和后坡部分有效地回收甜菜碱。因此，甜菜碱产物级分的浓度(干物质和甜菜碱)提高，并将所述稀释的包含甜菜碱的前坡部分和后坡部分中的水用作洗脱液。在分离糖蜜的另一个实施方案中，将残余物亚曲线的部分返回分离系统中，使得残余组分(盐)在例如4-柱分离系统的最后一个柱、在蔗糖和甜菜碱部分重叠的级分中被取回，且所述级分在回路中被循环至第一个柱。盐和其它的快速移动组分经过分离曲线中的甜菜碱和/或蔗糖，并最终在随后的1至4个程序期间在几个残余级分的取回位置从系统中被取回。残余级分可以从系统的每一个柱的底部取回。所述包含甜菜碱的溶液还可以是酒糟(vinasse)溶液。所述酒糟可源自甜菜或小麦。所以，与糖蜜分离相关的上述部分的循环还可以应用于酒糟分离。在本发明的方法中，所述分离曲线的一个或多个部分通常在同一分离系统中用作洗脱液替代物。然而，还可能将所述部分作为洗脱液替代物引入其它相似的平行分离系统或引入不同的分离系统。以下实施例阐述本发明，而不以任何方式限制本发明。实施例1甜菜糖蜜的2-回路SMB色谱分离-含残余物的PART本方法设备包括六个串联的柱、进料泵、再循环泵、洗脱水泵、热交换器、流出液体的流量控制装置以及各种工艺物料流的入口和产物阀。所有柱的高度为4米，直径为5. 15 米。SMB系统的总树脂体积为6x83. 3m3 = 500m3。柱1由Ia和Ib部分组成，各2米。柱中填充有Na+形式的强酸性凝胶型阳离子交换树脂(Dow树脂)。树脂的二乙烯基苯含量为 6. 5%，且树脂的平均粒度为0. 35mm。分离前，使用硅藻土作为助滤剂对糖蜜进行预涂(pre-coat)过滤。对稠的糖蜜采用在线稀释。进料组成如下文所述，其中组成百分比以干物质重量计。表 El-I
进料组成蔗糖，计70. 9甜菜碱，计4. 1其它，计25依据US 6 093 3 通过如下文所述的15-步骤的SMB顺序进行分级。分离的目的是分离进料中包含的蔗糖和甜菜碱。进料和洗脱液在80°C使用，且使用离子交换水作为洗脱液。步骤1 以160m3/h的流速将1. 5m3的进料溶液泵入第一个柱中，并从最后一个柱 (柱6)收集再循环级分。步骤2 以160m3/h的流速将5. Om3的进料溶液泵入第一个柱中，并从第四个柱收集甜菜碱级分。与此同时，以161m3/h的流速将4. 9m3的洗脱水泵入第五个柱中，并从最后一个柱收集再循环级分。在步骤1和2中，将5. Im3的来自柱1的一部分的残余级分(PART 1)转移至柱2 以作为洗脱液替代物，且其将在随后的1至3个程序期间在来自柱1、2和5的残余级分中从系统中移除。在参比运行中，从柱1的底部收集残余物R1。步骤3 以160m3/h的流速将3. Om3的进料溶液泵入第一个柱中，并从第四个柱收集残余级分(R4)。与此同时，将3m3的PART 1从柱1转移至柱2。与此同时，以164m3/h的流速将3m3的洗脱水泵入第五个柱中，并从最后一个柱收集再循环级分。步骤4 以94m3/h的流速将5. 6m3的进料泵入第一个柱中，并从该柱收集残余级分 (Rl)。与此同时，以166m3/h的流速将IOm3的洗脱水泵入第二个柱中，并从第四个柱收集残余级分(R4)。与此同时，以222m3/h的流速将12. 7m3的洗脱液泵入第五个柱中，并从最后一个柱收集蔗糖级分。步骤5 以91m3/h的流速将5. 6m3的进料泵入第一个柱中，并从该柱收集残余级分 (Rl)。与此同时，以189m3/h的流速将11. Sm3的洗脱液泵入第二个柱中，并从最后一个柱收集蔗糖级分。步骤6 以140m3/h的流速将8. 8m3的洗脱液泵入第一个柱中，并从最后一个柱收集蔗糖级分。步骤7 在柱回路中循环了 13m3，其由柱1、2和3构成，流速180m3/h。与此同时， 在柱回路中循环了 5. 4m3，其由柱4、5和6构成，流速72m3/h。步骤8 在柱回路中循环了 8.41113，其由柱1、2和3构成，流速180111711。与此同时， 以85m3/h的流速将4m3的洗脱水泵入最后一个柱(柱6)中，并从第五个柱收集甜菜碱级分。在步骤8中，将4. 2m3的来自柱2的一部分的残余级分(PART 2)转移至柱3以作为洗脱液替代物，且其将在随后的1至3个程序期间在来自柱4和6的残余级分中从系统中移除。步骤9 以175m3/h的流速将5. 5m3的洗脱水泵入第三个柱中，并从第二个柱收集残余级分(似)。与此同时，以180m3/h的流速将5. Im3的洗脱液泵入最后一个柱中，并从第五个柱收集残余级分。步骤10 以167m3/h的流速将8. 3m3的洗脱水泵入第一个柱中，并从第二个柱收集残余级分(似)。与此同时，以140m3/h的流速将7. Om3的洗脱液泵入第三个柱中，并从该柱收集甜菜碱级分。与此同时，还以163m3/h的流速将8. Im3的洗脱液泵入最后一个柱中，并从第五个柱收集残余级分(R5)。步骤11 以172m3/h的流速将19. 5m3的洗脱水泵入第一个柱中，并从第二个柱收集甜菜碱级分。与此同时，在柱回路中循环了 20.0!113，其由柱4、5和6构成，流速181111711。步骤12:在柱回路中循环了 7. 5m3，其由柱lb、2和3构成，流速186m3/h。与此同时，在柱回路中循环了 7. Om3，其由柱4、5和6构成，流速172m3/h。在步骤12中，将3m3的来自柱3的一部分的残余级分(PART 3)转移至柱1/下部 (柱lb)以作为洗脱液替代物，且其将在随后的1至3个程序期间从系统中移除。步骤13:在柱回路中循环了 2.0m3，其由柱lb、2和3构成，流速186m3/h。与此同时，以140m3/h的流速将2. Om3的洗脱水泵入第四个柱中，并从第六个柱收集甜菜碱级分。步骤14 以140m3/h的流速将14. 5m3的洗脱水泵入第四个柱中，并从第三个柱收集残余级分(R3)。在步骤14中，将14. 5m3的来自柱6的一部分的残余级分(PART 6)转移至柱Ib以作为洗脱液替代物，且其将在随后的1至3个程序期间，在来自步骤9和10中的柱2和5 的残余级分以及在步骤2中的再循环级分中将其从系统中移除。
步骤15:在柱回路中循环了 21.61113，其由柱1、2和3构成，流速178111711。与此同时，在柱回路中循环了 24. 5m3，其由柱4、5和6构成，流速200m3/h。系统平衡后，从系统中取回以下级分来自柱1、2、3、4和5的残余级分、来自最后一个柱的再循环级分、来自最后一个柱的蔗糖产物级分和来自柱3、4、5和6的甜菜碱产物级分。将再循环级分用于稀释糖蜜至进料浓度。合并的级分的结果(包括HPLC分析)如以下表E1-2中所示。在该测试运行中，将5. Im3的PART 1 (来自柱1的一部分的残余级分) 在步骤2和3中引入第二个柱中。将4. 2m3的PART 2 (来自柱2的一部分的残余级分)在步骤8中引入第三个柱中。将3m3的PART 3 (来自柱3的一部分的残余级分)在步骤12和 13中引入柱1的第二个部分。将14. 5m3的PART 6 (来自柱6的一部分的残余级分)在步骤14中引入第一个柱中。W/F (水比进料，体积/体积)比率由4.5减少至4.0。表 E1-权利要求
1.用于在色谱分离系统中使包含甜菜碱的溶液分级的方法，所述色谱分离系统包括一个或多个包含一个或多个部分填充床的柱，所述方法包括将包含甜菜碱的溶液进料至分离系统，将洗脱液引入分离系统以洗脱包含甜菜碱的溶液的组分以形成分离曲线，和回收甜菜碱产物级分，一个或多个残余级分，并任选地回收一个或多个再循环级分，以及一个或多个其它的产物级分，所述方法的特征在于在一个或多个部分进料期将分离曲线的一个或多个部分引入分离系统中的一个或多个洗脱液引入位置以替代一部分的洗脱液，所述部分包含一种或多种选自甜菜碱、一种或多种其它的产物组分和一种或多种残余组分的组分，通过使用一系列步骤使所述部分及其所含组分在分离系统中向前移动，所述步骤包括一个或多个进料期、循环期和洗脱期，和在同一分离程序或随后的分离程序期间在一个或多个残余级分和/或在一个或多个再循环级分和/或在一个或多个产物级分中取回所述部分的组分，由此所述部分的体积、引入位置和引入步骤基于以下因素确定所述部分的组分的保留体积、所述部分的组分所通过的树脂床的体积、以及所述步骤的体积，所述步骤在同一分离程序或随后的分离程序期间使得所述部分的组分从引入位置移动至组分的预计目标取回位置，同时基本上保持产物级分的纯度和产物组分的收率。
2.权利要求1所要求的方法，其特征在于所述部分的组分基本上在随后的1至4个分离程序期间被取回。
3.权利要求1所要求的方法，其特征在于所述色谱分离系统为批处理系统。
4.权利要求1所要求的方法，其特征在于所述色谱分离系统为顺序式模拟移动床 (SMB)系统。
5.权利要求4所要求的方法，其特征在于所述顺序式SMB色谱系统在系统中包含一个或多个回路。
6.权利要求4所要求的方法，其特征在于所述顺序式SMB色谱系统在一个回路中包含一个或多个分离曲线。
7.权利要求4所要求的方法，其特征在于所述分离曲线在一个周期内循环通过所述系统的树脂床一次以上或少于一次。
8.权利要求1所要求的方法，其特征在于所述一个或多个部分包含选自甜菜碱、蔗糖、 盐、有机酸及其盐、氨基酸和甘油的组分。
9.权利要求1所要求的方法，其特征在于所述一个或多个部分是甜菜碱亚曲线的前坡部分或后坡部分。
10.权利要求9所要求的方法，其特征在于甜菜碱亚曲线的前坡部分和/或后坡部分的甜菜碱含量以DS计多至80%。
11.权利要求9所要求的方法，其特征在于甜菜碱亚曲线的前坡部分和/或后坡部分的干燥固体浓度为0.2%至8%。
12.权利要求1所要求的方法，其特征在于将所述甜菜碱亚曲线的前坡部分和/或后坡部分返回至所述分离系统以替代部分洗脱水，且在下一个程序期间在蔗糖再循环级分中取回所述前坡和/或后坡部分的甜菜碱，其被再循环至进料中并在甜菜碱级分中被回收。
13.权利要求12所要求的方法，其特征在于来自循环的甜菜碱前坡和/或后坡部分的蔗糖再循环级分的甜菜碱收率大于60%、优选大于80%、最优选大于85%。
14.权利要求1所要求的方法，其特征在于所述一个或多个部分为残余物亚曲线的前坡部分或后坡部分。
15.权利要求14所要求的方法，其特征在于所述残余物亚曲线的前坡部分的干燥固体浓度为0. 5%至10%。
16.权利要求14所要求的方法，其特征在于将所述残余物亚曲线的前坡部分或后坡部分返回至所述分离系统以替代部分洗脱水，并在同一程序或随后的1至4个程序期间在超过一个残余级分中取回所述前坡部分或后坡部分的残余组分。
17.权利要求1所要求的方法，其特征在于所述一个或多个部分为蔗糖亚曲线的前坡部分或后坡部分。
18.权利要求1所要求的方法，其特征在于所述部分的体积是在一个分离程序期间将分离曲线向前推进的所有步骤的体积的1至50%。
19.权利要求1所要求的方法，其特征在于所述部分的体积优选少于再循环级分或残余物级分的体积，所述部分的组分要在该再循环级分或残余物级分中被取回。
20.权利要求1所要求的方法，其特征在于将所述部分作为完整的分离曲线引入分离系统。
21.权利要求1所要求的方法，其特征在于将所述部分收集至分离池中，并将其从分离池引入分离系统中。
22.权利要求1所要求的方法，其特征在于所述部分选自甜菜碱亚曲线的前坡部分和后坡部分和残余物亚曲线的前坡部分和后坡部分，将所述部分返回分离系统以替代部分洗脱水，在下一个程序期间在再循环回进料中的蔗糖再循环级分中取回所述部分的甜菜碱和/ 或所述部分的残余组分，随后在随后的分离程序期间在甜菜碱产物级分中回收所述部分的甜菜碱和/或在残余级分中回收所述部分的残余组分。
23.权利要求22所要求的方法，其特征在于所述蔗糖再循环级分选自蔗糖亚曲线的前坡部分和后坡部分。
24.权利要求1所要求的方法，其特征在于所述包含甜菜碱的溶液为源自甜菜的溶液。
25.权利要求1所要求的方法，其特征在于所述包含甜菜碱的溶液为糖蜜溶液或结晶泄出液或其溶液。
26.权利要求1所要求的方法，其特征在于所述包含甜菜碱的溶液为酒糟溶液。
27.权利要求沈所要求的方法，其特征在于所述酒糟源自甜菜或小麦。
28.权利要求1所要求的方法，其特征在于所述部分用于替代5%至70%的洗脱水。
29.权利要求1所要求的方法，其特征在于所述方法提供以DS计甜菜碱含量为40%至 98%的甜菜碱级分。
30.权利要求1所要求的方法，其特征在于所述方法提供60%至98%的甜菜碱收率，其基于包含甜菜碱的进料溶液中的甜菜碱计算。
31.权利要求1所要求的方法，其特征在于所述方法提供以DS计蔗糖含量为88至98%的蔗糖级分。
32.权利要求1所要求的方法，其特征在于所述方法提供80%至98%的蔗糖收率，其基于包含蔗糖的进料溶液中的蔗糖计算。
33.权利要求1所要求的方法，其特征在于将所述分离曲线的一个或多个部分引入同一分离系统中的一个或多个洗脱液引入位置或引入其它相似的平行分离系统或不同的分离系统中的一个或多个洗脱液引入位置。
全文摘要
本发明涉及用于使包含甜菜碱的溶液分级的色谱分离方法，其通过以有新颖性和有创造性的方式将包含分离曲线的部分的级分用作洗脱液的替代物而实现。本发明提供了改善的分离能力和分离效率，而不影响甜菜碱或其他产物的收率或纯度。本发明尤其能应用于顺序式SMB分离系统。
文档编号B01D15/18GK102413891SQ201080017875
公开日2012年4月11日 申请日期2010年2月24日 优先权日2009年2月25日
发明者H·海基莱, J·艾拉克西宁, J·莱万多夫斯基, K·莱霍 申请人:丹尼斯克有限公司