HUT61447A - Method for selective removing sugar from drinks and apparatus for carrying out the method - Google Patents

Description

A találmány tárgya alkoholtartalmú vagy alkoholmentes italokból nem-folyékony anyagok, mint cukor és/vagy savak és/vagy idegen ízt okozó anyagok szelektív eltávolítására szolgáló. . membránéiválasztás-technikai és egyéb műveletek kombinációjával kidolgozott eljárás, melynek során a membránelválasztás-tdOhnikai lépés után az elválasztott anyagot illetve a membránon áthatoló anyagokat eltávolítjuk, majd ezt követően az elválasztás után megmaradó anyagokat legalább részben a membránelválasztási lépéshez visszavezetjük.

Idegen anyagoknak folyadékokból való eltávolítására gyakran használják a hagyományos folyadék-folyadék extrakciós eljárásokat. Ezek az ismert eljárások elsősorban egymással nem keveredő folyadékok közötti anyagátadás megvalósítására alkalmasak. Emiatt az italárúiparban felhasználhatóságuk erősen korlátozott .

A WO 89/10703 sz. szabadalmi leírás alkoholmentes italok cukormentesítésére szolgáló eljárást ismertet. Az eljárás során a cukornak a nyers gyümölcsléből történő kinyerésére ismert eljárásokat, úgy mint reverz ozmózist illetve dialízist alkalmaznak. A membránelválasztás-technikai lépés után az elválasztott anyagöt további eljárások segítségével távolítják el vagy alakítják át. Az eltávolítás vagy átalakítás után visszamaradó anyagokat a folyamatba vagy a végtermékbe visszavezetik.

A membránon átmenő komponensek - pl. cukor - elválasztásához alkalmazott membrántechnikai berendezés természetétől függően ezeknél az ismert eljárásoknál megvalósítható olyan el járás, melynél a membrán retenciós oldaláról a permeációs oldal (szűrlet oldal) felé a membránon áthaladó komponens oldószert, pl. gyümölcslevek esetében vizet, gyakorlatilag ne vigyen magával. Ez különösen a dialízisen alapuló berendezések esetében érvényes. Lehetséges azonban ez kis nyomáson végzett ultraszűrés esetében is, az oldószernek a permeációs oldalról a retenciós oldal felé történő visszadiffundálása miatt. Az eljárás megvalósítására szolgáló számos berendezés esetén hiányzik a membránon átmenő komponenseknek - pl. cukornak - a rendszerből történő eltávolítását, illetve kinyerését biztosító transzportrendszer, ami emiatt az effektus miatt szükséges lenne. Emiatt a dialízisen vagy a kisnyomású ultraszűrésen alapuló membrántechnikai eljárások esetében csak olyan berendezések alkalmazhatók a membránon átmenő komponensek eltávolítására, amelyek bizonyos időszakokban transzportfolyadék, illetve oldószer nélkül a membránon átment komponensek eltávolítását lehetővé teszik, mint például az adszorpciós vagy gyantán történő, kizáráson alapuló eljárások. Ez utóbbiak azonban a szelektivitási spektrum miatt csak korlátozott mértékben alkalmazhatók.

Hátrányos ezeknél az eljárásoknál, hogy az egyébként igen előnyös membrántechnikai eljárások az ismertetett berendezések segítségével nem alkalmazhatók folyamatos üzemben, minthogy ehhez arra lenne szükség, hogy a rendszerből folyamatosan folyadékelvezetés történjék. Annak eléréséhez, hogy egyenletes minőségű terméket (raffinátumot vagy extraktumot) nyerhessünk, egyidejűleg kell alkalmazni folyamatos membránelválasztási el- 4 járásokat, illetve gondoskodni kell a membránon átment komponensek folyamatos elvezetéséről.

A találmány célkitűzése, hogy a fentiekben részletezett hátrányokat kiküszöböljük, és az eljárást, illetve az annak megvalósítására szolgáló berendezést a korábbiakban említettek szerint javítsuk és finomítsuk.

Ezt a célt a találmány segítségével oly módon valósítjuk meg, hogy a membránon átmenő anyagok elválasztását követően_?legalább egy további lépésben a membránon átment anyagok eltávolítása érdekében ₍azokat mosófolyadék segítségével kimosva, extraktum formájában távolítjuk el.

A találmány jobb megértését segíti az alábbi leírás és sematikus ábra, amely az eljárás egy lehetséges megvalósítási módjának kivitelezésére szolgáló berendezést mutat be.

A kiindulási folyadékot illetve nyers levet, amelyből valamelyik komponenst, például a cukort ki akarjuk nyerni, az 1 vezetéken keresztül a 2 membránszeparációs berendezésbe vezetjük. A 2 membránszeparációs berendezés egy vagy többlépcsős dialízisvagy egyéb membránt tartalmaz, amelynél a folyadékok modulonként a membrán két oldalán, illetve többlépcsős berendezés esetén lépcsőnként is ellenáramban áramlanak. A berendezés ennek megfelelően olyan modulokat tartalmaz, amelyek a 3 szűrlet oldali áramlást a bemenő oldali áramlással ellenirányban lehetővé teszik.

Az ábrán az egyszerűség kedvéért nem szemléltettük a be* és kimenő oldali áramoknak a teljesítmény növelése érdekében a • · • · • · · · · • · · · · · · .· ··· _β·. «...

• · · · ·· ·· · *».* ·_φφ·

- 5 gyakorlatban szokásosan alkalmazott keresztirányú áramoltatását .

A.2 membránszeparációs berendezésben a cukor eltávolítására szolgáló eljárás során az alkalmazott elválasztási tartomány a reverz ozmózis és az ultraszűrés határai közé esik, az elválasztási határ 1000 Da körüli. Ebben a tartományban a színező anyagok még visszatartódnak, míg a membránon átmenő komponensek, mint jelen esetben a cukor, a 4 membránon áthaladnak, és a 3 szűrlet oldali áramba kerülnek. Nagyobb molekulájú anyagok, mint pl. extraktanyagok, polifenolok stb. a 2 membránszeparációs berendezés 4 membránján csak nagyon kis mennyiségben haladnak át. Valamivel kisebb szelektivitási követelmények mellett már közönséges Cuprophan dialízis membránok is alkalmazhatók, melyek elválasztási határa 10.000 körüli. Ezek a membránok, mivel nagy mennyiségben forgalmazzák őket, különösen olcsóak. A felhasználás követelményei szerint természetesen más membránok is alkalmazhatóak .

A 3 szűrlet oldali áram az 5 anyageltávolító berendezésbe kerül, a membránon áthaladt komponens szelektív eltávolítása érdekében. Az eltávolítandó anyagok, mint pl. cukor, savak, mellékízeket okozó anyagok, a cukorból képződött alkohol vagy savak, sók elvezetése a 6 elvezető csövön keresztül történik. A 3 szűrletet oldali áramból nyert szűrletet, vagy annak egy részét a kívánt anyagok eltávolítása után az 5 anyageltávolító berendezésből a 8 visszatápláló vezetéken keresztül a 2 membránszeparációs berendezésbe visszavezetjük, előnyösen a betáplált oldathoz képest ellenáramban. A nemkívánt anyagoktól megszaba dított lé, a raffinátum ezután a 2 membránszeparációs berendezést a 7 kivezető csövön hagyja el.

A szelektív 5 anyageltávolító berendezés a bemutatott példában egy 9 nanofiltrációs egysége^ tartalmaz, amelybe a 2· membránszeparációs berendezés szűrletét tápláljuk be, a 3 szűrlet' oldaláramlás kivezető csövön keresztül, és azt a 10 keringtető körvezetékbe visszük. Ehhez a 10 keringető körvezetékhez csatlakozik a 11 mosófolyadék vezeték, amelynek segítségével a membránon áthaladó komponenst, pl. a cukrot, a 9 nanofiltrációs egységből távozó folyadékból extraktumként kimossuk. Az extraktum így az eltávolítani kívánt komponensben, példánkban a cukorban,feldúsul, majd a 6 elvezető csövön keresztül elvezetjük. A 10 keringtető körvezeték keringtetésének elősegítése céljából a berendezés egy 12 keringtető szivattyút is tartalmaz. A 9 nanofiltrációs egység szűrletét a 8 visszatápláló vezetéken keresztül a 2 membránszeparációs berendezés szűrlet oldalára vezetjük vissza.

A találmány szerinti kimosási-extrakciós eljárás a membránon áthaladó komponens eltávolítását vagy kinyerését újabb membrántechnikai eljárások segítségével teszi lehetővé, a szelektív 5 anyageltávolító berendezésben. Ily módon a membrántechnikai eljárások ismert általános előnyei érvényre juthatnak, melyek közül szempontunkból a legfontosabbak a gyors üzembeállítás lehetősége, a csekély energiafogyasztás, illetve az elválasztás fizikai jellege, amely különösen gyümölcslevek esetében élelmiszerjogi szempontból is fontos. A membránfolyamatok segítségével, mint például az ismert dialízis technikával, két egymásban oldó • · dó folyadék közötti anyagátadás valósítható meg. További előnye az eljárásnak, hogy a berendezés hűtött körülmények között is üzemeltethető, így az italok feldolgozásánál a hátrányos hőterhelés elkerülhető.

A 9 nanofiltrációs egység helyett a szelektív 5 anyageltávolító berendezésben más membrántechnikai eljárás is alkalmazható, például reverz ozmózis. A nanofiltrációs egységnek dialízissel vagy ultraszűréssel való kombinációja esetében, 10,000 Da körüli elválasztási határnál, alacsony, pl. 2 bar (0,2 MPa) nyomást alkalmazva, igen érdekes elválasztási ve)íehkőségek adódnak. így pl. lehetséges 150-300 molekulatömeg tartományba eső molekulák (pl. cukrok) elválasztása olyan kiindulási anyagból, amely 20,000-nél is nagyobb molekulatömegű anyagokat (pl. gyümölcslevek) tartalmaznak.

A membránon áthaladó komponenseknek a 9 nanofiltrációs egység 10 keringtető körvezetékében keringő folyadékból való kimosására mosófolyadékként pl. vizet használhatunk. A teljes elválasztási eljárás szelektivitására való tekintettel azonban előnyösen a kiindulási folyadékot vagy más hasonló anyagot alkalmazunk. A kiindulási folyadékhoz hasonló anyagként elsősorban vízzel hígított kiindulási folyadék jöhet számításba. Olyan folyadékot is alkalmazhatunk e célra, amely meghatározott molekulatömeg tartományban a kiindulási folyadékhoz hasonló összetételt mutat, de annál pl. valamiért kedvezőbb, például olcsóbb. Ilyen folyadék lehet például más gyümölcslé vagy kisebb értékű gyümölcslé. Annak érdekében, hogy az egész eljárást bizonyos • · · · · *« • · « · · · 4 ♦ ·· · ·· · • · · « « ·♦·· ·· »« .,

- 8 anyagoknak a 2 membránszeparációs berendezésben történő visszatartása szempontjából szelektívebbé tegyük, olyan mosófolyadékot is választhatunk, amely ezeket az anyagokat a kiindulási folyadékhoz képest többszörös koncentrációban tartalmazza, vagy ilyen anyagokat a mosófolyadékhoz hozzá is adagolhatunk. A találmány szerinti megoldás ilyen típusú alkalmazási lehetőségei közül érdekes például az, amikor az a cél, hogy az eltávolítandó anyagokhoz hasonló molekulatömegű anyagok közül ne túl sok távozzék (például citromsav vagy aszkorbinsav a cukortalanífás során), vagy amikor a glükózhoz és szacharózhoz képest nagy mennyiségben jelenlevő fruktóz szelektív eltávolítására van szükség.

A membránon áthaladó komponensek kimosására alapjában véve bármely ismert eljárást használhatunk. Olyan esetekben, amikor ezt is membrántechnikai eljárások segítségével valósítjuk meg, a berendezésben meglévő, a 9 nanofiltrációs egységhez tartozó 10 keringtető körvezeték a bemutatott példa szerint hasznosítható e célra. A cukormentesítés során a 10 keringtető körvezetékben a folyadék sűrűsége előnyösen 15-40 Bx° (1,039 - 1,111 g/cm^) közötti. A mosófolyadék sűrűsége pl. 5,5 Bx° (1,014 g/cm^), amely a vízzel való hígítás miatt kb. fele anynyi mint a kiindulási anyagé. A mosófolyadék hozzávezetés a 9 nanofiltrációs egység 10 keringtető körvezetékében keringő folyadékmennyiségnek csak egy töredékét teszi ki. Ezen túlmenően a betáplált mosófolyadék mennyisége előnyösen a távozó extraktum mennyiségének felel meg, ez utóbbiba beleértve a membránfolyamat során átment anyagok mennyiségét is. Ezek alapján a membrántolyamat során áthaladt anyagok mennyisége a 9 nanofiltrációs egység 10 keringtető körvezetékében kb. ugyanakkora, mint az extraktumban, és a 9 nanofiltrációs egység elválasztási határának megfelelően a kiindulási folyadék koncentrációjához képest például 1,5-3-szoros lehet. Ezáltal a membránon áthaladó komponensek eltávolítása a szelektív 5 anyageltávolító berendezésben rendkívül hatékonyan történik. Az is bebizonyosodott, hogy a szelektivitás csak kismértékben romlik, ha mosófolyadékként pl. 50 %-ban felhígított kiindulási folyadékot használunk. Az eljárás megvalósítására szolgáló berendezésben azt a feltételt, hogy a mosófolyadék mennyisége kb. az extraktum és az átment komponensek összegének feleljen meg, automatikusan, egészen egyszerűen, az ábrán nem ábrázolt, szintszabályozóval ellátott, a 9 nanofiltrációs egység 10 keringtető körvezetékével összeköttetésben álló kiegyenlítőtartály segítségével biztosítjuk.

A találmány szerinti folyadék-folyadék anyagátadási eljárás előnyösen folyamatos üzemben végezhető, így a termék egyenletes minősége biztosítható. Végterméknek az alkalmazott technológia szerint akár a raffinátum, akár az extraktum, esetleg mindkettő tekinthető.

A találmány szerinti eljárás használható továbbá növényi eredetű tévékből és kivonatokból ízanyagok, gyógyászati,hatóanyagok, káros anyagok eltávolítására illetve kinyerésére.

Claims (16)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás alkoholtartalmú vagy alkoholmentes italokból vagy cukortartalmú oldatokból nem-folyékony anyagok, mint 'cukor és/vagy savak és/vagy idegen ízt okozó anyagok szelektív eltávolítására, membránelválasztás-technikai és egyéb műveletek kombinációjával, melynek során a membránelválasztás-technikai lépés után az elválasztott anyagot illetve a membránon áthatoló anyagokat megfelelő eljárások segítségével eltávolítjuk, majd ezt követően az elválasztás után megmaradó anyagokat legalább részben a membránelválasztási lépéshez visszavezetjük, azzal jellemezve , hogy a membránon áthaladó komponensek elválasztására szolgáló további eljárások közül legalább egy esetben a membránon átkerült komponenseket mosófolyadék segítségével végzett mosás után, extraktum formájában távolítjuk el.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a membránon áthaladó komponensek elválasztására szolgáló további eljárásként további membrántechnikai eljárást alkalmazunk.
3. 3. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elválasztáshoz nanofiltrációs berendezést (9), vagy reverz ozmózist alkalmazunk.
4. 4. A 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy azt dialízissel és/vagy ultraszűréssel kombinálva, kis nyomáson végezzük.

   ··· ·* * 4 « « · •· · · · « * · · · « « ·· ·· ««
5. 5. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy legfeljebb 2 bar (0,2 MPa) nyomást alkalmazunk.
6. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mosófolyadékként a kiindulási folyadékkal azonos folyadékot használunk.
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mosófolyadékként a kiindulási folyadékhoz hasonló folyadékot használunk.'
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy.mosófolyadékként többé vagy kevésbé - például vízzel - felhígított kiindulási folyadékot használunk.
9. 9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mosófolyadékként a kiindulási folyadékhoz bizonyos molekulatömeg tartományban hasonló összetételű folyadékot használunk.
10. 10. A 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mosófolyadékként más gyümölcslevet, vagy kisebb értékű gyümölcslevet használunk.
11. 11. Az 1-10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az alkalmazott mosófolyadékhoz további anyagokat adagolunk, amelyek a membránszeparációs berendezésben (2) illetve a membránon át nem haladó részben visszamaradnak, illetve, hogy olyan folyadékokat alkalmazunk a mosáshoz, amelyek ilyen anyagokat az eredetihez képest nagyobb koncentrációban tartalmaznak .
12. 12. Az 1-11. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a mosási eljáráshoz a membránon áthaladt komponensek eltávolítására szolgáló további membrántechnikai eljárás megvalósítását szolgáló körvezetéket használjuk.
13. 13. A 12. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a mosási eljáráshoz a berendezésben meglévő nanofiltrációs egység (9) keringtető körvezetékét (10) használjuk.
14. 14. A 13. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a keringtető körvezetékben (10) kb. 15-40 °Bx (1,039-0,111 g/cm^) közötti anyagsűrűséget tartunk.
15. 15. Az 1-14. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az eltávozó extraktum és a membránon áthaladó anyagok mennyiségének összegével hozzávetőlegesen megegyező mennyiségű mosófolyadékot táplálunk be.
16. 16. Az 1-14. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy - előnyösen a teljes folyadék-folyadék anyagátadási eljárást - folyamatosan végezzük.