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JP2721891B2 - Method for recovering unreacted sugar from reaction mixture containing sucrose fatty acid ester - Google Patents

Method for recovering unreacted sugar from reaction mixture containing sucrose fatty acid ester

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JP2721891B2
JP2721891B2 JP14658788A JP14658788A JP2721891B2 JP 2721891 B2 JP2721891 B2 JP 2721891B2 JP 14658788 A JP14658788 A JP 14658788A JP 14658788 A JP14658788 A JP 14658788A JP 2721891 B2 JP2721891 B2 JP 2721891B2
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fatty acid
reaction mixture
unreacted
molecular weight
sucrose
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修策 松本
由夫 畑川
明彦 中島
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DAIICHI KOGYO SEIYAKU KK
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DAIICHI KOGYO SEIYAKU KK
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本発明は、界面活性剤として有用なショ糖脂肪酸エス
テルの精製に際して、ショ糖脂肪酸エステルを含む反応
混合物より、工業的な規模で未反応の糖と触媒の中和に
より副生する塩及び揮発分の三者を除去する方法に関す
るものである。
The present invention relates to a process for purifying sucrose fatty acid esters useful as surfactants, from a reaction mixture containing sucrose fatty acid esters, on an industrial scale, to unreacted sugars and salts and by-products produced by neutralization of the catalyst by-products. And a method for removing the three.

【従来の技術】[Prior art]

(背景) 現在、界面活性剤として有用なショ糖脂肪酸エステル
(以後《SE》とも略す)は、工業的に、ショ糖とC8〜C
22の高級脂肪酸メチルエステルとを溶媒(ジメチルホル
ムアミドやジメチルスルホキシドなど)中で適当な触媒
下で反応させるか(溶媒法:特公昭35−13102)又は溶
媒を用いずに水を使ってショ糖を脂肪酸石鹸と共に溶融
混合物とした後、触媒の存在下に高級脂肪酸メチルエス
テルと反応させること(水媒法:特公昭51−14485号)
により得られている。しかし、これら二種の合成法のい
づれによっても、その反応混合物中には、目的とするSE
の他、未反応の糖、未反応の脂肪酸メチルエステル、残
留触媒(但し溶媒法の場合)、石鹸、遊離脂肪酸、揮発
分等の夾雑物を含んでおり、これらの夾雑物のうち含量
が規定量を越す不純物は、製品と成る以前に除去されな
ければならない。特に、上記夾雑物のうち、残留溶媒の
除去は近年規制が厳格となって来ていることから、また
未反応糖の除去及び回収は、その量が多いだけに最も重
要である。 (従来技術の問題点) ところで、SEの反応混合物から未反応の糖を除去する
手段としては、通常の溶媒がショ糖を殆ど溶解する能力
を有しないことを利用して、反応混合物に溶媒を加え、
夾雑する未反応糖を沈殿物として除去する方法が従来か
ら一般的に用いられてきた。しかし、小規模な場合はと
もかく、工業的規模でSEの生産に携わる工場において
は、溶媒回収の手数、火災の危険性、作業員に対する労
働衛生上の問題など、溶媒取扱の不便さは目に余るもの
がある。しかし他に有力な手段が存在しないため、未反
応糖の除去には依然として溶媒が使用されており、この
ことは、例えば特公昭42−11568や同昭48−10448に、ブ
チルアルコール、トルエン、メチルエチルケトン、酢酸
エチル等の溶媒が未反応糖の除去を含む精製に有効であ
ると明記されている通りである。今、参考までに溶媒の
取扱いに伴う不利益を列挙すれば以下のようである。 爆発、火災の危険性。 上のに備えた電気装置の防爆化。 上のに備えた製造装置の密閉化。 上のに備えた建物全体の耐火構造化。 上の、、による固定費の上昇。 溶媒の損耗による原価の上昇。 製品SE中に残留する残留溶媒の負効果。 従業員の健康上への悪影響、ひいてはこれによる口
数の増大と原価の上昇。 そこで従来から有機溶媒を利用しない精製法が検討さ
れ、例えば代表的なものとして、 (1)酸性水溶液によるSEの沈殿方法(英国特許809,81
5(1959)) (2)一般の中性塩水溶液によるSEの沈殿法(特公昭42
−8850) などが知られている。 しかし方法(1)のように、例えば塩酸水溶液を反応
混合物中に加えると、成る程SEは直ちに沈澱するが、未
反応のショ糖は容易にグルコースと果糖とに分解、転化
し、たとえ低温(0〜5℃)で行っても分解を避けるこ
とができない。このため未反応糖の回収、再利用が困難
となる。周知のように、SE合成時のショ糖の反応率は低
く、例えば、ジメチルホルムアミド法の場合でも50%を
出ないから(出願人会社発行《シュガーエステル物語
(1984)》35頁参照)、未反応ショ糖の回収なしに本工
業は成り立たない。 また、方法(2)のように、食塩や芒硝などの中性塩
の水溶液を反応混合物中に加えてもSEは直ちに沈澱す
る。この場合、未反応糖の分解こそ起こらないが、SE中
の有用な成分であるモノエステルが水相側に溶解してし
まうため、大きなロスを生じるのみでなく、特に近来需
要の多い高HLBのSEを得たいとき妨げとなる。 さらにより最近の特開昭51−29417によれば、水と
“精製溶媒”(反応溶媒と区別するために、特にそう呼
ぶ)の混合溶媒が軽液層(上層)と重液層(下層)に分
相する性質が利用される。即ち、一般に重液層(下層)
には水が多く含まれているので、親水性の未反応糖、触
媒由来の塩などがこの重液層(下層)に溶解している。
一方軽液層(上層)は、精製溶媒が多く含まれているの
で、SE、脂肪酸、未反応脂肪酸メチルエステル等の極性
の小さいものは、この軽液層に溶解してくる。 ところが、ジメチルスルホキシドなど反応溶媒は、下
層の重液層にも溶解するが、都合の悪いことに上層の軽
液層にも溶解するので、この方法だけで反応溶媒を完全
分離するのは不可能である。その上、微量の反応溶媒の
みならず、未反応糖を除去する目的で、非常に多量の精
製溶媒が必要となる。 (発明の理念) このように、水による混合SEの精製を工業的に可能な
らしめるためには、反応溶媒及び精製溶媒の除去が完全
で、しかも糖及び製品SEのロスを生じない精製方法を開
発することが大前提となる。 次になお考慮しなければならない重要な問題は、精製
溶媒として水を用いることに附随する未反応糖の回収手
段である。けだしこの理念に基づく反応混合物の精製で
は、水に対するSEと未反応ショ糖の溶解度差を利用する
ことが基本となるから、水側に莫大な量の未反応糖が移
行するのは避けられず、この溶解糖の回収なしには本工
業は経済的にも社会的にも成立できない。従って、精製
時水側へ移行した糖を如何に効果的に回収するのも発明
の重要な命題である。
(Background) Currently, sucrose fatty acid esters (hereinafter also abbreviated as “SE”) useful as surfactants are commercially available from sucrose and C 8 -C
Either react with 22 higher fatty acid methyl ester in a solvent (dimethylformamide, dimethylsulfoxide, etc.) under an appropriate catalyst (solvent method: Japanese Patent Publication No. 35-13102) or use sucrose with water without solvent. After forming a melt mixture with fatty acid soap, it is reacted with higher fatty acid methyl ester in the presence of a catalyst (water-based method: Japanese Patent Publication No. 51-14485).
Has been obtained by However, in any of these two synthetic methods, the desired SE is contained in the reaction mixture.
In addition, it contains unreacted sugars, unreacted fatty acid methyl esters, residual catalysts (in the case of the solvent method), soaps, free fatty acids, volatiles, and other impurities, and the content of these impurities is regulated. Excess amounts of impurities must be removed before the product is formed. In particular, among the above contaminants, the removal of the residual solvent has recently become strictly regulated, and the removal and recovery of unreacted sugar is of the utmost importance because of its large amount. (Problems of the prior art) By the way, as a means for removing unreacted sugar from the reaction mixture of SE, a solvent is added to the reaction mixture by utilizing that a normal solvent has little ability to dissolve sucrose. In addition,
Conventionally, a method of removing contaminating unreacted sugar as a precipitate has been generally used. However, aside from the small scale, in factories engaged in the production of SE on an industrial scale, the inconvenience of handling solvents, such as troublesome solvent recovery, fire danger, and occupational health problems for workers, is noticeable. There is something extra. However, since there is no other effective means, the solvent is still used for removing unreacted sugar, which means, for example, in Japanese Patent Publication Nos. 42-11568 and 48-10448, butyl alcohol, toluene, methyl ethyl ketone. And solvents such as ethyl acetate are specified to be effective for purification, including removal of unreacted sugar. Now, for reference, the disadvantages associated with the handling of solvents are listed as follows. Explosion, fire hazard. Explosion-proof electrical equipment provided above. Sealing of the production equipment provided above. The fire-resistant structure of the whole building prepared above. Above, due to rising fixed costs. Cost increase due to solvent wear. Negative effect of residual solvent remaining in product SE. Adverse effects on employees' health, and consequently increase the number of units and the cost. Therefore, a purification method that does not use an organic solvent has been conventionally studied. For example, typical methods include (1) a method of precipitating SE using an acidic aqueous solution (UK Patent 809,81).
5 (1959)) (2) Precipitation method of SE with general neutral salt aqueous solution
−8850). However, as in method (1), for example, when an aqueous solution of hydrochloric acid is added to the reaction mixture, SE is immediately precipitated, but unreacted sucrose is easily decomposed and converted into glucose and fructose. (0-5 ° C.), decomposition cannot be avoided. This makes it difficult to recover and reuse unreacted sugar. As is well known, the reaction rate of sucrose during the synthesis of SE is low. For example, even in the case of the dimethylformamide method, the reaction rate does not reach 50% (see “Sugar Ester Story (1984)”, p. 35, issued by the applicant company). The industry is not feasible without the recovery of reactive sucrose. Also, as in method (2), SE is immediately precipitated even when an aqueous solution of a neutral salt such as salt or sodium sulfate is added to the reaction mixture. In this case, the unreacted sugar does not decompose, but the monoester, which is a useful component in the SE, is dissolved in the aqueous phase, causing not only a large loss but also high HLB, which is particularly popular in recent years. It is an obstacle when you want to get SE. According to a more recent Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 51-29417, a mixed solvent of water and a "purified solvent" (which is particularly called to distinguish it from the reaction solvent) is composed of a light liquid layer (upper layer) and a heavy liquid layer (lower layer). The property of phase separation is used. That is, generally a heavy liquid layer (lower layer)
Contains a large amount of water, and hydrophilic unreacted sugar, catalyst-derived salts, and the like are dissolved in the heavy liquid layer (lower layer).
On the other hand, since the light liquid layer (upper layer) contains a large amount of purified solvent, small polar substances such as SE, fatty acids and unreacted fatty acid methyl esters are dissolved in this light liquid layer. However, reaction solvents such as dimethyl sulfoxide also dissolve in the lower heavy liquid layer, but unfortunately also dissolve in the upper light liquid layer, so it is impossible to completely separate the reaction solvent by this method alone. It is. In addition, a very large amount of a purified solvent is required for removing unreacted sugars as well as a trace amount of a reaction solvent. (Principle of the Invention) As described above, in order to industrially enable the purification of mixed SE using water, a purification method that completely removes the reaction solvent and the purification solvent and that does not cause loss of sugar and product SE is required. Development is a major premise. An important issue that still needs to be considered is the means of recovering unreacted sugar associated with using water as the purification solvent. In purifying the reaction mixture based on this philosophy, it is essential to utilize the difference in solubility between SE and unreacted sucrose in water, so an enormous amount of unreacted sugar migrates to the water side. Without this recovery of dissolved sugars, the industry cannot be established economically or socially. Therefore, it is an important proposition of the invention how to effectively recover the sugar transferred to the water side during purification.

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

このような状況から、従来、無溶媒で、即ち、水以外
の溶剤を使用せずに、不純なSE反応混合物から未反応の
糖その他の不純物を除去できる技術の開発が待望されて
きた。 よって本発明が解決しようとする課題は、全く溶媒を
使用せずに、不純なSE反応混合物中の未反応糖のみなら
ず、残留触媒、触媒から副生する塩、揮発分(反応用の
溶媒の残留分)その他の夾雑物を同時的に除去する技術
を確立することである。
Under such circumstances, development of a technique capable of removing unreacted sugar and other impurities from an impure SE reaction mixture without a solvent, that is, without using a solvent other than water, has long been desired. Therefore, the problem to be solved by the present invention is to use not only a solvent but also unreacted sugar in an impure SE reaction mixture, residual catalyst, salts by-produced from the catalyst, volatile matter (solvent for reaction). To establish a technique for simultaneously removing other contaminants.

【問題点を解決するための手段】[Means for solving the problems]

(概要) 以上の課題を解決せんがため、本発明に係るショ糖脂
肪酸エステルを含む反応混合物より未反応糖の回収方法
は、目的物の糖脂肪酸エステルの他に、未反応のショ
糖、未反応の脂肪酸メチルエステル、触媒、石鹸、脂肪
酸及び揮発分等を含む混合の反応混合物を限外濾過膜及
び逆浸透膜と接触させることを特徴とする。以下、発明
を構成する諸要素につき分説する。 (限外濾過) SEが、水溶液中で一定の条件下で相互に合一して高分
子量のミセル構造の集合体を作ることは、公知(前出
《ショガーエステル物語》102頁参照)の事実である。 ところで、SEにはショ糖の三個の第一級水酸基の酸素
原子のいづれかに、夫々1個〜3個のC8〜C22脂肪酸残
基が結合したモノエステル、ジエステル及びトリエステ
ル等の種類がある。周知の如く、モノエステルは、親水
性がジエステルやトリエステルに比較して大きい代り
に、水中におけるミセル形成の度合いが小さいので、比
較的低分子量の(分子の直径の小さい)SEミセル集合体
を形成する。逆に、ジエステルやトリエステルは、親水
性が比較的小さい代りにミセル形成能が極めて大きいの
で、水中では、極めて大きな分子量の(即ち、分子径の
大きい)SEミセル集合体を形成する。市販のSEでは、モ
ノエステル単品として製造されることは稀であって、通
常はモノエステルの含量が、例えば70%、50%、30%・
・といった混合組成物として製造されている。 本発明者らは、上記課題の解決を目指して研究を重ね
た結果、例えば、モノエステルの含量が70%と多いSE
は、モノエステル含量が50%と少ないSEに比べて、より
低分子量のSE集合体を作るので、その分、集合体の微視
的径が小さいこと、従って、一定の孔径を有する限外濾
過膜に対してモノエステル含有量50%のSEよりも通過し
易く、このため、未反応の糖や触媒からの副生塩(触媒
を酸で中和したとき形成されたもの)、揮発分等と一緒
に膜を通過してしまい易いという望ましくない傾向を有
することを知った。そこで本発明者らは、これに対する
対策として、モノエステル含量の高い不純SEから未反応
の糖、触媒由来の塩、揮発分等を除去したい場合は、分
画分子量の小さい(即ち、孔径の小さい)濾過膜を選定
するのがよいこと、及び逆にモノエステル含量の低いSE
の場合には、分画分子量の大きい(即ち、孔径の大き
い)濾過膜を選定するのが処理速度を早めるため好都合
であることを見出した。 尚、発明者らは、反応混合物に含まれている物質のう
ち、未反応の脂肪酸メチルエステル、石鹸及び脂肪酸の
三者は、SEのミセル構造集合体中に内包された状態で存
在するため、SEとそれらの三者を濾過手段により分離す
るのは事実上不可能であることも、多くの実験結果から
確認した。 かくして、多くの実験から、帰納された結論は、圧力
を駆動源として濾過膜(適当な分画分子量を持つ)を水
と共に通過できる不純物質は、未反応の糖、触媒由来の
塩、揮発分(ジメチルスルホキシドやジメチルホルムア
ミド等、SE合成に際し溶媒として用いられた、極性が強
く、水溶性が大で、かつショ糖と親和性の大きい物質)
の三者であり、一方、高分子量のミセル集合体中に取り
込まれて濾過膜を通過できない物質は、SE、未反応の脂
肪酸メチルエステル、石鹸及び遊離脂肪酸等である。 本発明における限外濾過工程は、これらの事実を巧妙
に利用すると共に、適当な分画分子量を持つ限外濾過膜
の選定によって、未反応の糖、触媒由来の塩及び揮発分
の三者をSE、未反応の脂肪酸メチルエステル、石鹸及び
脂肪酸の四者から分離、除去しようとするものである。 (濾過対象物質の分子量) 適当な分画分子量を持つ限外濾過膜を選定するために
は、対象物質の大略の分子量を知っておく必要がある。
発明と関連するこれら単一物質の分子量は以下の通りで
ある。 ○ショ糖=342 ○未反応の脂肪酸メチルエステル ステアリン酸メチルエステル=290 ○触媒(K2CO3)の中和により発生する塩 乳酸を使う場合→乳酸カリウム=128 酢酸を使う場合→酢酸カリウム=98 ○揮発分 ジメチルスルホキシド=78 ジメチルホルムアミド=73 ○SE(ミセル集合体を作らない単量体として) ショ糖モノステアレート=600 ショ糖ジステアレート=858 ショ糖トリステアレート=1116 なお、ミリステート、パルミテート、アラキネート、
ベヘネートなどの他の脂肪酸エステルについても分子量
に大差はない。 ○石鹸 ステアリン酸ナトリウム=298 ステアリン酸カリウム=314 ○脂肪酸 ステアリン酸=276 ○水 =18 ところで、SEのミセル構造の集合体の見掛け分子量
(以下《SEミセル集合体の分子量》と称す)について
は、実験的に以下のように仮定できる。 実際の水溶液中のSEは、水中にてミセル集合体を形成
しているから、例えば、SEのミセル会合数が10個の場
合、該ミセル集合体の分子量は、モノエステル100%と
して、 ◇モノエステル単量体の分子量(600)×10=6,000 ジエステル100%として、 ◇ジエステル単量体の分子量(850)×10=8,580 トリエステル100%として、 ◇トリエステルの分子量(1,116)×10=11,160 実験のSEは、モノエステル、ジエステル及びトリエス
テルの混合物であるから、SEのミセル集合体の分子量と
しては、その平均分子量を定義すればよい。 (濾過膜の分画分子量) 発明目的に適った膜の選定は、次のようにして行な
う。 先ず、分画分子量が200の限外濾過膜では、本膜へ水
溶液状態の反応混合物を与圧しながら供給して、未反応
糖と触媒(K2CO3)から生じた塩及び揮発分の除去を狙っ
ても、その濾過膜で、分離され得るのは、濾過膜の分画
分子量200よりも低い分子量を持つ水、触媒(K2CO3)から
生じた塩及び揮発分のみである。分画分子量200より大
きい分子量342のショ糖は、全く濾過膜を透過しないか
ら、未反応糖はSEより分離、除去できない。 次に、分画分子量が5,000の濾過膜の場合は、ショ
糖、触媒からの塩及び揮発分は、夫々の分子量が5,000
より小さいので、濾過膜の微孔を容易に通過できる。SE
は、前述の通りミセル集合体を構成し、ミセル会合数を
例えば10個と仮定すると、そのSEミセル集合体の分子量
は6,000以上と推定される。従って、濾過膜の分画分子
量が5,000より大きいと、該ミセル集合体が微孔を通過
できないものと推定されるが、この推定は実験的に確認
されている。 更に、分画分子量1,000の濾過膜の場合についても検
討したが、結果は予想の通りであった。このように、限
外濾過膜の分画分子量を適当に選定することによって、
SE反応混合物中の未反応糖を含む不純物の除去が可能と
なる。 (濾過膜の具備すべき条件) SE反応混合物に含まれる未反応糖と、触媒(K2CO3)か
ら副生した塩と、揮発分との三者をSE、石鹸、未反応の
脂肪酸メチルエステル及び脂肪酸の四者より分離しよう
とする場合、濾過膜の具備すべき条件は、該膜が適当な
分画分子量を有する場合、 物理的な外力に対し、抵抗力があること。 耐熱性を有し、微生物によって分解されないこと。 適当な分画分子量を持ち、処理能力の大きいこと。 耐用年数が長いこと。 経済的な価格提供が入手できること。 等である。 近年の限外濾過膜の製造における技術の進歩には著し
いものがあるから、市販のものでも上の条件を満たして
いるものが見出される。 (限外濾過条件) 本発明の限外濾過工程を実施するのに好ましいSE反応
混合物の組成は、SE15%〜90%、未反応糖2%〜80%、
未反応脂肪酸メチルエステル0.5%〜10%、触媒(K2CO3)
0.05%〜7%、石鹸2%〜60%、脂肪酸0.5%〜10%、
揮発分0.0%〜50%である。 これら反応混合物から未反応糖と触媒(K2CO3)来歴の
塩及び揮発分(ジメチルスルホキシドやジメチルホルム
アミド)の三者を除去するに際して、脂肪酸メチルエス
テルは、炭素数C8〜C22のものであれば飽和、不飽和の
別を問わない。 SE合成に供せられる触媒としては、炭酸カリ(K2CO3)
が代表的であるが、一般のアルコリシス反応に使用され
る触媒、例えば炭酸ナトリウムやナトリウムアルコキシ
ドも利用できる。 石鹸、脂肪酸の種類は、上記の脂肪酸メチルエステル
に対応しておればよい。 揮発分は、前工程のSE合成時に溶媒として使用された
ジメチルスルホキシドやジメチルホルムアミドである。 本工程の実施に際しては、上述のSE反応混合物に、望
ましくは脱イオン水を、 水:反応混合物=5:1〜40:1(重量比) になるように、さらに好ましくは、 水:反応混合物=20:1(重量比) の割合で加えて溶解させる。SEはアルカリ性下において
加水分解を受け易いから、その加水分解を防ぐため、水
の添加に先立って触媒(K2CO3)に酸を加えて中和し、液
のpHを6.2〜8.2、望ましくはpH7.5付近に調整しておく
のが好ましい。この際、中和に用いる酸としては、乳
酸、酢酸の如き有機酸や塩酸、硫酸のような無機酸が利
用される。中和液のpHが8.2を超えるとSEの分解が進
み、またpH6.2未満ではSEのミセル集合体が形成され難
くなるため、濾過時SEが系外へ流れ出て損失をもたら
す。 濾過時の水溶液の温度は、脂肪酸メチルエステルの種
類とは無関係に80℃以下の温度が好ましく、同温度を超
えるとSEが分解する懸念がある。発明者らは、該温度が
特に40〜60℃の温度範囲内に在るとき、最大の濾過速度
が得られることを見出した。即ち、濾過温度を40〜60
℃、最適には約50℃付近に調温することにより、後述の
理由で、未反応糖、触媒(K2CO3)からの塩及び揮発分
(ジメチルスルホキシドやジメチルホルムアミド)の三
者は、水と共に最も効率良く濾過膜を通過する。この理
由は、40〜60℃に於てSEのミセル集合体の分子が巨大化
する結果、ミセル集合体の総数か減少し、未反応糖等の
元来ミセル集合体の形成に関与しない物質がSEの抵抗を
受け難くなり、その分、未反応糖等が通過し易くなるこ
とに因るものと推測される。 公知の如く、SE水溶液は一般に40〜60℃の間で最大の
粘度を示す(上掲書103頁)が、これは、そのミセル集
合体が、当該温度範囲内で最大の分子量を持ち得ること
を示唆するものであり、この事実からも、40〜60℃の範
囲で未反応糖等が最大の通過速度を示す理由を説明でき
る。 かくして、40〜60℃に維持されたSEを含む反応混合物
水溶液を、ポンプにより1〜20kg/cm2Gまで加圧して駆
動源としての圧力をかけ、pH6.2〜8.2の水素イオン濃度
領域で限外濾過膜に接触させる。ここに濾過膜として、
セルロース系のものは物理的に弱いだけでなく、かつ微
生物にも侵され易いので、実用上余り望ましくない。実
用的に好適であるのは、支持層で補強されたポリスルホ
ン製もしくはポリ弗化ビニリデン製の膜である。これら
両種の濾過膜は現在市販されており、耐熱性、耐酸性、
耐アルカリ性に優れ、物理的外力にも強く、しかも微生
物が膜面で増殖することもない。 前述の通り、濾過膜の分画分子量の決定に際しては、
SEの洩れなしに未反応糖等の分離が効率よく行なわれ、
かつ濾過速度も大である範囲のものを選定することが重
要である。発明者らは、検討の結果、SEの洩れが無く、
しかも未反応糖、副生塩及び揮発分の分離性が損なわれ
ず、しかも濾過速度を大であるという希望条件を満たす
膜の分画分子量として、1,000〜100,000の範囲内のもの
が好適であること、及び、とりわけSEの洩れなく、しか
も工業的な規模での処理に適したものとして、分画分子
量5,000の濾過膜が最も好ましいことを発見した。5,000
超過の分画分子量のものでは、僅かではあるがSEの洩れ
が発生し、逆に5,000未満の分画分子量の膜では、濾過
速度が減少する。しかしいづれの場合でも、工業的に採
算に乗らない程の不利益をもたらすものではない。 現在市販の濾過膜のうちで、発明目的に適うものとし
ては、例えば東レエンジニアリング(株)の販売に係る
限界濾過膜のうち、商品名《TERP−E−5》(ポリ弗化
ビニリデン系)、《TERP−HF−10》(ポリスルホン系)
及び《TERP−HF−100》(ポリスルホン系)等がある。 上記濾過膜《TERP−HF−10》(分画分子量=10,000の
限外濾過膜)によると、SE反応混合物の水溶液(pH=7.
5)で、水溶液中の組成が下表−1の場合でも、温度50
℃、駆動圧を5.0kg/cm2Gに高めたときの未反応糖の分
離速度は、有効面積8m2の限界濾過膜(1ユニット当
り)で、4.7kg糖/時に達した。これは工業的に充分な
分離速度である。かつ触媒から副生する塩及揮発分の分
離速度も充分であった。表−1 (反応混合物とその水溶液の組成) ショ糖脂肪酸エステル (ステアレート) 42.0kg 未反応ショ糖 47.0 触媒(K2CO3) 0.5 未反応脂肪酸メチル(ステアレート) 1.5 石鹸(ステアリン酸カリ) 3.0 脂肪酸(ステアリン酸) 1.0 揮発分(ジメチルスルホキシド) 5.0 小 計 100.0kg水 2,000.0kg 水溶液 2,100.0kg このように、限外濾過膜の利用により、SE反応混合物
から、工業的に容易に未反応糖、触媒(K2CO3)からの副
生塩及び揮発分の三者を一括して水と共に除去すること
が可能となり、かくして、水のみで、溶媒を一切使用せ
ずに、未反応糖と触媒(K2CO3)からの副生塩及び揮発分
を除こうとする目的が達成される。 (逆浸透) 以上の限外濾過の実施により、SE合成反応混合物中か
ら目的のSE並びにそのミセル構造体中に包接された未反
応の脂肪酸メチルエステル、石鹸及び脂肪酸の四者以外
の、未反応のショ糖、触媒(K2CO3)からの副生塩及び揮
発分の三者を含む水溶液が得られる。従って、この混合
水溶液中より、選択的にショ糖のみを非溶媒的に分離、
回収することが、発明目的達成上重要な条件となる。 しかるに発明者らは、研究の結果、この目的に逆浸透
法の利用が特に有効であることを見出した。 ここに逆浸透膜の分画分子量として130〜200の範囲の
ものを選ぶと、未反応糖(分子量342)や、隅々前段の
限外濾過処理等で濾液側へ流亡したSE(分子量600以
上)は、共に該膜の微孔を通過することができず、濾取
されるものと推定される。 これに反し、より低分子量の触媒からの副生塩、例え
ば、乳酸カリウム(分子量128)や揮発分、例えばジメ
チルスルホキシド(分子量78)は、問題なく、逆浸透膜
の微細孔を通過するであろう。 以上の推定に基づき多くの実験を重ねた結果、前段の
限外濾過処理を経たショ糖、触媒からの副生塩及び揮発
分並びに、時として少量〜微量のSEを含む水溶液は、温
度40〜60℃で、分画分子量150〜200近辺の逆浸透膜に対
し、駆動源として限外濾過時より大きな圧力を付与され
つつ接触せしめられたとき、水、触媒からの副生塩及び
揮発分の三者は、水と共に逆浸透膜の微細孔を容易に通
過することが分った。この逆浸透操作によって、不純な
ショ糖水溶液(場合により少量のSEを含む)は、水、触
媒からの副生塩及び揮発分等の低分子量の物質から分離
され、濃縮された粗糖水溶液の形となる。そしてここに
得られた粗糖水溶液を再び新鮮な水に溶解させ、再度
(又は再三)同様の逆浸透処理に付することにより、よ
り純度の高いショ糖水溶液が得られる。 以上において、逆浸透膜へ供給する被処理水溶液の温
度は良好な結果を期待するため重要であって、若し本温
度が40℃以下に低下すると、処理能力が著しく低下する
ので、実用的には40℃以上の温度を選ぶのがよい。但し
60℃を超えると、逆浸透膜の耐熱性やSEのミセル構造が
変化する可能性があるので、該上限温度以下の温度で処
理するのが賢明である。なお、上記水溶液のpHも実際上
重要であって、pH6.2〜8.2の領域内がショ糖の品質に影
響する恐れが小さい点で好ましい。 工業的な逆浸透膜は、近年進歩したものが各社から多
数上市されている。これら上市中の膜の中、耐久性、耐
熱性、耐酸、耐アルカリ性、耐菌性及び耐圧性に優れた
ものの例として、ポリエーテル系の逆浸透膜がある。こ
の膜は、例えば、東レエンジニアリング(株)販売に係
る逆浸透膜、商品名《SU−200》等は、前述の分画分子
量200近辺の値を持ち、本発明目的によく適合する。 大体、分画分子量が200近辺の逆浸透膜の場合、供給
される水溶液中の溶質濃度は、上限値として8〜20%、
望ましくは、溶質濃度の上限値として8〜15%程度に押
えることによって、工業的な処理能力を発揮させること
ができる。 濃度が15%を越える溶質濃度の場合、逆浸透膜の微細
孔内を水、触媒からの副生塩及び揮発分が、通過し難く
なり、その分、駆動圧を高めることを余儀なくされるか
ら、結果的に膜面積を広くとらざるを得ず、かつまた、
大動力を必要とすることになるので甚だ不経済である。
これに対し、8〜15%程度の溶質濃度であれば、工業的
なショ糖の分離は充分に可能である。例えば、下表−2
の組成の水溶液の場合、ショ糖の分離速度は、pH7.5,温
度50℃、駆動圧56.0kg/cm2Gのとき、1ユニット当たり
有効面積8m2の前記逆浸透膜《SU−200》で に達し、他社の類似膜においても概ね同様が得られた。
そしてどの場合においても、溶存したSEもショ糖と共に
収率よく回収できた。 以上の逆浸透処理において、反復逆浸透膜処理により
触媒からの副生塩及び揮発分を充分に除去されたショ糖
含有水溶液には、大凡15〜20%程度の糖濃度を保たせる
ことができる。濃度20%以上の糖水溶液を得るのは、技
術的に困難となる以外に、経済性も低下してくる。それ
故、上の糖濃度以上の糖濃度が望まれるならば、通常の
濃縮装置、例えば、多重真空効用缶等を用いて希望の濃
度、例えば50%以上にまで濃縮することができる。そし
て回収されたショ糖は、再びSE合成原料その他の用途に
供される。
(Summary) In order to solve the above problems, the method for recovering unreacted sugar from a reaction mixture containing a sucrose fatty acid ester according to the present invention comprises, in addition to the target sugar fatty acid ester, unreacted sucrose and unreacted sucrose. The method is characterized in that a mixed reaction mixture containing fatty acid methyl ester, catalyst, soap, fatty acid, volatile matter and the like in the reaction is brought into contact with an ultrafiltration membrane and a reverse osmosis membrane. Hereinafter, various elements constituting the invention will be described separately. (Ultrafiltration) It is known that SEs combine with each other under a certain condition in an aqueous solution to form an aggregate having a high molecular weight micelle structure (refer to the above-mentioned “Shogar Ester Story”, p. 102). It is a fact. By the way, in any of the oxygen atoms of three primary hydroxyl groups of sucrose in SE, respectively one to three monoester C 8 -C 22 fatty acid residue is bound to, diesters and type of such triesters There is. As is well known, monoesters have relatively low hydrophilicity compared to diesters and triesters, but have a small degree of micelle formation in water. Form. Conversely, diesters and triesters have an extremely large micelle-forming ability instead of relatively low hydrophilicity, and therefore form an SE micelle aggregate having an extremely large molecular weight (that is, a large molecular diameter) in water. Commercially available SEs are rarely manufactured as monoesters alone, and usually have a monoester content of, for example, 70%, 50%, 30%
・ It is manufactured as a mixed composition. The present inventors have conducted repeated studies aiming at solving the above-mentioned problems, and as a result, for example, SE having a monoester content as high as 70%
Produces a SE aggregate having a lower molecular weight than SE having a monoester content as low as 50%, and accordingly, the microscopic diameter of the aggregate is small, and therefore, ultrafiltration having a constant pore size It is easier to pass through the membrane than SE with a monoester content of 50%, so unreacted sugars and by-product salts from the catalyst (formed when the catalyst is neutralized with an acid), volatiles, etc. Have an undesired tendency to easily pass through the membrane together. Therefore, the present inventors, as a countermeasure against this, when it is desired to remove unreacted saccharides, salts derived from the catalyst, volatile matter, etc. from the impurity SE having a high monoester content, the fraction molecular weight is small (that is, the pore size is small). ) Selection of a filtration membrane, and conversely SE with low monoester content
In this case, it has been found that it is convenient to select a filtration membrane having a large molecular weight cut-off (that is, a large pore size) in order to increase the processing speed. Incidentally, the present inventors, among the substances contained in the reaction mixture, the unreacted fatty acid methyl ester, soap and fatty acid, the three are present in a state encapsulated in the micelle structure aggregate of SE, It was also confirmed from many experimental results that it was virtually impossible to separate SE and the three of them by filtration means. Thus, from many experiments, the inductive conclusion is that the impurities that can pass through the filtration membrane (with the appropriate molecular weight cut-off) with water, driven by pressure, are unreacted sugars, catalyst-derived salts, volatiles (Dimethylsulfoxide, dimethylformamide, and other substances used as solvents in the synthesis of SE, which are strongly polar, have high water solubility, and have high affinity for sucrose)
On the other hand, substances that are incorporated into the high molecular weight micelle aggregate and cannot pass through the filtration membrane include SE, unreacted fatty acid methyl ester, soap and free fatty acid. The ultrafiltration step in the present invention takes advantage of these facts and, by selecting an ultrafiltration membrane having an appropriate molecular weight cutoff, reduces the unreacted sugar, catalyst-derived salts and volatile components. It is intended to separate and remove SE, unreacted fatty acid methyl ester, soap and fatty acid. (Molecular weight of substance to be filtered) In order to select an ultrafiltration membrane having an appropriate molecular weight cut off, it is necessary to know the approximate molecular weight of the substance to be filtered.
The molecular weights of these single substances relevant to the invention are as follows: ○ Sucrose = 342 ○ Unreacted fatty acid methyl ester Stearic acid methyl ester = 290 ○ Salt generated by neutralization of catalyst (K 2 CO 3 ) When using lactic acid → potassium lactate = 128 When using acetic acid → potassium acetate = 98 ○ Volatile dimethyl sulfoxide = 78 Dimethylformamide = 73 ○ SE (as a monomer that does not form micellar aggregates) Sucrose monostearate = 600 Sucrose distearate = 858 Sucrose tristearate = 1116 Palmitate, araquinate,
There is no significant difference in the molecular weight of other fatty acid esters such as behenate. ○ Soap Sodium stearate = 298 Potassium stearate = 314 ○ Fatty acid stearic acid = 276 ○ Water = 18 By the way, the apparent molecular weight of the SE micelle structure aggregate (hereinafter referred to as the “molecular weight of SE micelle aggregate”) The following can be experimentally assumed. Since SE in an actual aqueous solution forms a micelle aggregate in water, for example, when the number of micelle associations of SE is 10, the molecular weight of the micelle aggregate is 100% monoester, Assuming that the molecular weight of the ester monomer (600) x 10 = 6,000 diester 100%, ◇ The molecular weight of the diester monomer (850) x 10 = 8,580 Assuming 100% of the triester, ◇ The molecular weight of the triester (1,116) x 10 = 11,160 Since the SE in the experiment is a mixture of a monoester, a diester and a triester, the average molecular weight of the micelle aggregate of SE may be defined as the molecular weight. (Molecular Weight of Fractionation of Filtration Membrane) Selection of a membrane suitable for the purpose of the invention is performed as follows. First, in an ultrafiltration membrane with a molecular weight cut off of 200, the reaction mixture in the form of an aqueous solution is supplied to the membrane while applying pressure to remove unreacted sugar and salts and volatiles generated from the catalyst (K 2 CO 3 ). In the filtration membrane, only water having a molecular weight lower than the molecular weight cut off of the filtration membrane of 200, salts and volatiles generated from the catalyst (K 2 CO 3 ) can be separated. Since sucrose having a molecular weight of 342 larger than the cut-off molecular weight of 200 does not pass through the filtration membrane, unreacted sugar cannot be separated and removed from SE. Next, in the case of a filtration membrane having a molecular weight cut-off of 5,000, sucrose, salts and volatile components from the catalyst have a molecular weight of 5,000, respectively.
Because they are smaller, they can easily pass through the micropores of the filtration membrane. SE
Constitutes a micelle aggregate as described above, and assuming that the number of micelle associations is, for example, 10, the molecular weight of the SE micelle aggregate is estimated to be 6,000 or more. Therefore, when the molecular weight cut off of the filtration membrane is larger than 5,000, it is presumed that the micelle aggregate cannot pass through the micropores, but this estimation has been experimentally confirmed. Further, the case of a filtration membrane having a molecular weight cut off of 1,000 was also examined, but the results were as expected. Thus, by appropriately selecting the molecular weight cutoff of the ultrafiltration membrane,
It is possible to remove impurities including unreacted sugar in the SE reaction mixture. (Conditions to be provided for the filtration membrane) The unreacted sugar contained in the SE reaction mixture, the salt by-produced from the catalyst (K 2 CO 3 ), and the volatile components are SE, soap, and unreacted fatty acid methyl. In the case of separating the ester and fatty acid from each other, the condition that the filtration membrane should have is that the membrane has resistance to a physical external force when the membrane has an appropriate molecular weight cutoff. It has heat resistance and is not decomposed by microorganisms. It has an appropriate molecular weight cut-off and high processing capacity. Long service life. Affordable pricing is available. And so on. In recent years, there have been remarkable technological advances in the production of ultrafiltration membranes, so that commercially available products satisfying the above conditions are found. (Ultrafiltration conditions) The preferred composition of the SE reaction mixture for performing the ultrafiltration step of the present invention is SE 15% to 90%, unreacted sugar 2% to 80%,
0.5% to 10% unreacted fatty acid methyl ester, the catalyst (K 2 CO 3)
0.05% ~ 7%, soap 2% ~ 60%, fatty acid 0.5% ~ 10%,
The volatile content is 0.0% to 50%. In removing the unreacted sugar and the salt (K 2 CO 3 ) history of salts and volatiles (dimethylsulfoxide and dimethylformamide) from these reaction mixtures, the fatty acid methyl ester has a carbon number of C 8 to C 22 . It does not matter whether it is saturated or unsaturated. Potassium carbonate (K 2 CO 3 ) is used as a catalyst for SE synthesis.
However, catalysts used in general alcoholysis reactions, such as sodium carbonate and sodium alkoxide, can also be used. The types of the soap and the fatty acid may correspond to the above-mentioned fatty acid methyl ester. Volatile components are dimethyl sulfoxide and dimethylformamide used as a solvent during SE synthesis in the previous step. In carrying out this step, the above-mentioned SE reaction mixture is desirably mixed with deionized water such that water: reaction mixture = 5: 1 to 40: 1 (weight ratio), more preferably water: reaction mixture = 20: 1 (weight ratio). Since SE is susceptible to hydrolysis in an alkaline under order to prevent its hydrolysis, prior to addition of water and neutralized by adding an acid to the catalyst (K 2 CO 3), the pH of the solution from 6.2 to 8.2, preferably Is preferably adjusted to around pH 7.5. At this time, as the acid used for neutralization, an organic acid such as lactic acid and acetic acid and an inorganic acid such as hydrochloric acid and sulfuric acid are used. If the pH of the neutralized solution exceeds 8.2, the decomposition of SE proceeds, and if the pH is lower than 6.2, it is difficult to form micelle aggregates of SE, so that the SE flows out of the system during filtration and causes loss. The temperature of the aqueous solution at the time of filtration is preferably 80 ° C. or lower irrespective of the type of the fatty acid methyl ester, and if it exceeds the temperature, there is a concern that SE will decompose. The inventors have found that a maximum filtration rate is obtained, especially when the temperature is in the temperature range of 40-60 ° C. That is, the filtration temperature is 40-60
By adjusting the temperature to about 50 ° C, optimally about 50 ° C, the unreacted sugar, salts and volatiles (dimethylsulfoxide and dimethylformamide) from the catalyst (K 2 CO 3 ) It passes through the filtration membrane most efficiently with water. The reason for this is that, at 40 to 60 ° C., the size of the micelle aggregates of SE becomes large as a result, the total number of micelle aggregates decreases, and substances that do not participate in the formation of micelle aggregates, such as unreacted sugar, originally. This is presumed to be due to the fact that the resistance of SE is less likely to be received, and unreacted sugars and the like easily pass therethrough. As is known, aqueous SE solutions generally exhibit a maximum viscosity between 40 and 60 ° C. (p. 103, supra), indicating that the micellic assembly may have the highest molecular weight within the temperature range. This suggests, and this fact can also explain why unreacted sugars and the like show the maximum passage speed in the range of 40 to 60 ° C. Thus, the reaction mixture aqueous solution containing SE maintained at 40 to 60 ° C. was pressurized to 1 to 20 kg / cm 2 G by a pump to apply pressure as a driving source, and a hydrogen ion concentration region of pH 6.2 to 8.2 was applied. Contact with ultrafiltration membrane. Here as a filtration membrane,
Cellulose-based materials are not only physically weak, but also easily susceptible to microorganisms, and are therefore less desirable in practical use. Practically suitable are polysulfone or polyvinylidene fluoride membranes reinforced with a support layer. Both types of filtration membranes are currently on the market, and are heat resistant, acid resistant,
It has excellent alkali resistance, strong physical external force, and no microorganisms grow on the membrane surface. As described above, when determining the molecular weight cutoff of the filtration membrane,
Separation of unreacted sugars etc. is performed efficiently without leakage of SE,
It is important to select a material having a high filtration rate. As a result of the examination, the inventors found that there was no leakage of SE,
In addition, the separation molecular weight of the membrane that satisfies the desired condition that the unreacted sugar, by-product salts and volatiles are not impaired and that the filtration rate is high is preferably in the range of 1,000 to 100,000. It has been found that a filtration membrane having a molecular weight cut-off of 5,000 is most preferable as it has no SE leakage and is suitable for processing on an industrial scale. 5,000
Excessive molecular weight cut-offs will result in a small but leaky SE, whereas membranes with a molecular weight cut-off of less than 5,000 will have reduced filtration rates. However, in each case, it does not bring disadvantages beyond industrial profitability. Among the commercially available filtration membranes, those suitable for the purpose of the invention include, for example, trade names << TERP-E-5 >> (polyvinylidene fluoride type) among marginal filtration membranes sold by Toray Engineering Co., Ltd. << TERP-HF-10 >> (polysulfone type)
And << TERP-HF-100 >> (polysulfone-based). According to the filtration membrane << TERP-HF-10 >> (ultrafiltration membrane having a molecular weight cut off of 10,000), an aqueous solution of the SE reaction mixture (pH = 7.
5), even when the composition in the aqueous solution is as shown in Table 1 below, the temperature is 50
The separation rate of unreacted saccharide when the driving temperature was increased to 5.0 kg / cm 2 G at 50 ° C. reached 4.7 kg saccharide / hour with a limit filtration membrane (per unit) having an effective area of 8 m 2 . This is an industrially sufficient separation speed. In addition, the rate of separation of salts and volatiles by-produced from the catalyst was sufficient. Table 1 (Composition of reaction mixture and its aqueous solution) sucrose fatty acid ester (stearate) 42.0 kg unreacted sucrose 47.0 catalyst (K 2 CO 3 ) 0.5 unreacted fatty acid methyl (stearate) 1.5 soap (potassium stearate) 3.0 Fatty acid (stearic acid) 1.0 Volatile matter (dimethyl sulfoxide) 5.0 Subtotal 100.0 kg Water 2,000.0.0 kg Aqueous solution 2,100.0 kg Thus, the use of ultrafiltration membranes makes it easy to industrially convert unreacted sugars from SE reaction mixtures By-product salts and volatile components from the catalyst (K 2 CO 3 ) can be removed together with water, so that unreacted sugar and catalyst can be removed using only water and no solvent at all. The purpose of removing by-product salts and volatiles from (K 2 CO 3 ) is achieved. (Reverse osmosis) By performing the above ultrafiltration, from the SE synthesis reaction mixture, unreacted fatty acid methyl ester, soap and fatty acid encapsulated in the micellar structure of the target SE and unreacted fatty acid methyl ester An aqueous solution containing the sucrose of the reaction, by-product salts from the catalyst (K 2 CO 3 ) and volatiles is obtained. Therefore, from this mixed aqueous solution, only sucrose is selectively separated non-solvently.
Recovery is an important condition for achieving the object of the invention. However, as a result of research, the inventors have found that the use of the reverse osmosis method is particularly effective for this purpose. If the molecular weight cut-off of the reverse osmosis membrane is selected from the range of 130 to 200, unreacted sugar (molecular weight 342) or SE that has run off to the filtrate side due to ultrafiltration treatment at the front of every corner (molecular weight 600 or more) ) Cannot pass through the pores of the membrane, and are presumed to be filtered. In contrast, by-product salts from lower molecular weight catalysts, such as potassium lactate (molecular weight 128) and volatiles, such as dimethyl sulfoxide (molecular weight 78), pass through the micropores of the reverse osmosis membrane without problems. Would. As a result of many experiments based on the above estimation, the aqueous solution containing sucrose, by-product salts and volatiles from the catalyst, and sometimes a small amount to a small amount of SE, which had undergone the ultrafiltration treatment at the previous stage, had a temperature of 40 to 40. At 60 ° C., when contacted with a reverse osmosis membrane having a molecular weight cutoff of about 150 to 200 while applying a pressure higher than that during ultrafiltration as a driving source, water, by-product salts from the catalyst and volatile components They found that they easily passed through the micropores of the reverse osmosis membrane together with the water. By this reverse osmosis operation, an impure aqueous sucrose solution (including a small amount of SE in some cases) is separated from water, low-molecular-weight substances such as by-product salts from the catalyst and volatile components, and the concentrated crude aqueous sucrose solution is formed. Becomes Then, the obtained aqueous solution of crude sugar is dissolved in fresh water again and subjected to the same reverse osmosis treatment again (or repeatedly) to obtain an aqueous solution of sucrose with higher purity. In the above, the temperature of the aqueous solution to be supplied to the reverse osmosis membrane is important for expecting good results, and if the temperature is reduced to 40 ° C. or less, the processing capacity is significantly reduced. It is better to choose a temperature of 40 ° C or higher. However
If the temperature exceeds 60 ° C., the heat resistance of the reverse osmosis membrane and the micelle structure of SE may change. Therefore, it is prudent to treat at a temperature lower than the upper limit temperature. In addition, the pH of the aqueous solution is also important in practice, and the pH in the range of 6.2 to 8.2 is preferable because the possibility of affecting the quality of sucrose is small. Many industrial reverse osmosis membranes that have advanced in recent years have been put on the market by various companies. Among these commercially available membranes, there are polyether-based reverse osmosis membranes as examples of those having excellent durability, heat resistance, acid resistance, alkali resistance, bacteria resistance and pressure resistance. This membrane is, for example, a reverse osmosis membrane sold by Toray Engineering Co., Ltd., trade name << SU-200 >>, etc., having a value in the vicinity of the above-mentioned molecular weight cutoff of 200, and is well suited for the purpose of the present invention. Generally, in the case of a reverse osmosis membrane having a molecular weight cutoff of around 200, the solute concentration in the supplied aqueous solution is 8 to 20% as an upper limit,
Desirably, by controlling the upper limit of the solute concentration to about 8 to 15%, industrial processing capacity can be exhibited. If the solute concentration exceeds 15%, water, by-product salts and volatiles from the catalyst will not easily pass through the micropores of the reverse osmosis membrane, and the driving pressure must be increased accordingly. As a result, the membrane area must be widened, and
It is very uneconomical because it requires large power.
On the other hand, if the solute concentration is about 8 to 15%, industrial separation of sucrose is sufficiently possible. For example, Table 2 below
In the case of an aqueous solution having the following composition, the reverse osmosis membrane << SU-200 >> having an effective area of 8 m 2 per unit at a pH of 7.5, a temperature of 50 ° C., and a driving pressure of 56.0 kg / cm 2 G so , And similar results were obtained with similar films from other companies.
In each case, the dissolved SE was recovered together with sucrose in good yield. In the above reverse osmosis treatment, the sucrose-containing aqueous solution from which by-product salts and volatile components have been sufficiently removed from the catalyst by the repeated reverse osmosis membrane treatment can have a sugar concentration of about 15 to 20%. . It is technically difficult to obtain a sugar aqueous solution having a concentration of 20% or more, and the economic efficiency is reduced. Therefore, if a sugar concentration higher than the above sugar concentration is desired, it can be concentrated to a desired concentration, for example, 50% or more, using a usual concentration device, for example, a multiple vacuum effect can. Then, the recovered sucrose is used again for SE synthesis raw materials and other uses.

【作用】[Action]

水溶液中のSEは、一定の条件下で数多くのSE分子が合
一したミセル構造の集合体を形成する。従って、この集
合体を透過させない孔径を有する微孔を持つ限外濾過膜
を強制的に通過させることにより、SE反応混合物中の未
反応糖、触媒由来の塩及び揮発分からなる透過性画分
と、SE、石鹸、未反応の脂肪酸メチルエステル及び脂肪
酸の四者からなる不透過性画分とに物理的に分別され
る。そして上の透過性画分を更に適度の分画分子量を持
つ逆浸透膜と接触させることにより、未反応糖を精製さ
れた状態で回収することができる。
SE in an aqueous solution forms an aggregate having a micellar structure in which many SE molecules are united under certain conditions. Therefore, by forcibly passing through an ultrafiltration membrane having micropores having a pore size that does not allow the aggregate to pass through, the unreacted sugar in the SE reaction mixture, the permeable fraction consisting of catalyst-derived salts and volatiles and , SE, soap, unreacted fatty acid methyl esters and fatty acids. Then, the unreacted sugar can be recovered in a purified state by bringing the upper permeable fraction into contact with a reverse osmosis membrane having an appropriate molecular weight cutoff.

【実施例】【Example】

以下、実施例により発明実施の態様を具体的に説明す
るが、各例示は当然説明用のものであって、発明の技術
的範囲とは直接関係のないものである。 実施例1 ステアリン酸メチルエステル:ショ糖=1:2(モル
比)の混合物に、炭酸カリを対固形物当り3.0重量%、
ジメチルスルホキシドを対固形物に対し4倍(重量比)
を加え、充分に脱水してから反応器中で激しく攪拌しつ
つ、30Torrの真空下で7時間反応させた。次いで、ジメ
チルスルホキシドの大部分を真空下で留去して得た反応
混合物95kgの組成は、下表−3の如くであった。 上の反応混合物を、酢酸でpH7.5になるまで中和後、
中和液に1,360kgの脱イオン水を添加し、50℃で60分間
攪拌、溶解させ、pH7.3の水溶液を得た。 上の水溶液を、東レエンジニアリング(株)製限外濾
過膜《TERP−E−5》(分画分子量5,000)を装置した
膜面積8m2のスパイラル型4"円筒形加圧濾過ユニットへ
以下の条件下に送液した。 温度=53.0℃〜53.5℃、 圧力=6.0kg/cm2Gから7.2kg/cm2 通液7時間後に、濾過膜より排出された濾液中の溶存
ショ糖をロビボンド屈折率計で測ったところ、反応混合
物中に最初含まれていた未反応糖の90.1%が濾液中に溶
出していた。これ反し、SEの洩れは反応混合物中の当初
含まれていた量に対して0.2%に過ぎなかった。また揮
発分であるジメチルスルホキシドの量をガスクロマトグ
ラフィーで測定したところ、反応混合物中に当初含まれ
ていた量の91.2%が濾液中に除去されていた。さらに触
媒から副生した酢酸カリウムは、反応混合物中に最初に
含まれている量の93.2%が除去された。 以上の限外濾過液(SEが濾別された、未反応糖、触媒
からの副生塩、揮発分その他の混合水溶液)に水を加
え、下表−4の組成の液を調製した。 この水溶液(pH7.3)を53℃に加熱し、ポンプ圧56kg/
cm2で前記逆浸透膜《SE−200》を装備した逆浸透ユニッ
ト(4″φ×1m,有効濾過面積8m2)へ下記条件下に供
給した。 膜を透過する水溶液の排出速度=4.9〜2.0l/分 逆浸透膜廻りの循環速度=16.3〜18.5l/分 供給時間=約158分 得られた濃縮液(不透過部)は、夫々、当初含まれて
いた未反応糖の99.5%、触媒からの副生塩の40.2%及び
揮発分39.5%を含んでいた。 一方、膜を透過した液は、殆ど糖を含まず、当初量の
59.7%の触媒からの副生塩及び60.3%の揮発分を夫々含
有していた。結果を総括して下表−5に示す。 実施例−2 前例、表−5記載の濃縮液245.3kg(溶質濃度15.0
%)に新たに水190kgを追加し、該例と同一の条件で、
逆浸透膜に供給してショ糖を分離し、下表−6の結果を
得た。 実施例−3 上例、表−6記載の濃縮液208.5kg(溶質濃度15.0
%)に新たに水380kgを追加し、同例と同一の条件で、
逆浸透膜に給液し、未反応糖を分離した。結果は下表−
7の通りであった。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to examples. However, each example is, of course, for explanation, and is not directly related to the technical scope of the invention. Example 1 To a mixture of stearic acid methyl ester: sucrose = 1: 2 (molar ratio) was added potassium carbonate at 3.0% by weight based on solids.
Dimethyl sulfoxide is 4 times the weight of solids (weight ratio)
Was added, and the mixture was sufficiently dehydrated and reacted under a vacuum of 30 Torr for 7 hours while stirring vigorously in the reactor. Then, the composition of 95 kg of the reaction mixture obtained by distilling off most of dimethyl sulfoxide under vacuum was as shown in Table 3 below. After neutralizing the above reaction mixture to pH 7.5 with acetic acid,
1,360 kg of deionized water was added to the neutralized solution, and the mixture was stirred and dissolved at 50 ° C. for 60 minutes to obtain an aqueous solution having a pH of 7.3. The aqueous solution above, Toray Engineering Co. ultrafiltration membrane "TERP-E-5" following conditions to spiral 4 "cylindrical pressure filter unit of membrane area 8m 2 that device (fractionation molecular weight of 5,000) Temperature = 53.0 ° C to 53.5 ° C, pressure = 6.0 kg / cm 2 G to 7.2 kg / cm 2 G Seven hours after the passage, the dissolved sucrose in the filtrate discharged from the filtration membrane was measured by a Lovibond refractometer. As a result, 90.1% of the unreacted sugar initially contained in the reaction mixture was eluted in the filtrate. Was. In contrast, the leakage of SE was only 0.2% based on the amount initially contained in the reaction mixture. When the amount of dimethyl sulfoxide, which is a volatile component, was measured by gas chromatography, 91.2% of the amount initially contained in the reaction mixture was removed from the filtrate. Further, 93.2% of the amount initially contained in the reaction mixture of potassium acetate by-produced from the catalyst was removed. Water was added to the above ultrafiltrate (an unreacted sugar, by-product salt from the catalyst, volatiles and other mixed aqueous solution from which SE was separated by filtration) to prepare a liquid having a composition shown in Table 4 below. This aqueous solution (pH 7.3) is heated to 53 ° C., and pump pressure 56 kg /
In cm 2 , the solution was supplied to a reverse osmosis unit (4 ″ φ × 1 m, effective filtration area 8 m 2 ) equipped with the reverse osmosis membrane << SE-200 >> under the following conditions: Discharge rate of aqueous solution permeating through the membrane = 4.9 to 2.0 l / min Circulation speed around the reverse osmosis membrane = 16.3 to 18.5 l / min Feeding time = about 158 minutes The resulting concentrated liquid (impermeable part) is 99.5% of the unreacted sugar originally contained, It contained 40.2% of by-product salt from the catalyst and 39.5% of volatile matter.On the other hand, the liquid that passed through the membrane contained almost no sugar, and
It contained 59.7% by-product salts from the catalyst and 60.3% volatiles, respectively. The results are summarized in Table-5 below. Example 2 245.3 kg of the concentrated solution described in Table 5 in the previous example (solute concentration 15.0
%) And 190 kg of water, and under the same conditions as
It was supplied to a reverse osmosis membrane to separate sucrose, and the results in Table 6 below were obtained. Example-3 The above example, 208.5 kg of the concentrate described in Table 6 (solute concentration 15.0 kg)
%), Add 380 kg of water, and under the same conditions as in the same example,
The solution was supplied to the reverse osmosis membrane to separate unreacted sugar. The results are shown in the table below.
7

【発明の効果】【The invention's effect】

以上説明した通り、本発明は、精製用溶媒を使用しな
いで、工業的に、反応溶媒を除去すると共に、反応混合
物中の未反応糖を回収する手段を提供し得たことによっ
て、本工業に技術的革新をもたらす。
As described above, the present invention provides the industry with the ability to industrially remove a reaction solvent and provide a means for recovering unreacted sugar in a reaction mixture without using a purification solvent. Bring technological innovation.

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ショ糖脂肪酸エステルの他に未反応のショ
糖、未反応の脂肪酸メチルエステル、触媒、石鹸、脂肪
酸及び揮発分等を含む粗製の反応混合物を限外濾過膜及
び逆浸透膜と接触させることを特徴とするショ糖脂肪酸
エステルを含む反応混合物より未反応糖を回収する方
法。
1. A crude reaction mixture containing unreacted sucrose, unreacted fatty acid methyl ester, catalyst, soap, fatty acid, volatile matter, etc., in addition to sucrose fatty acid ester, is treated with an ultrafiltration membrane and a reverse osmosis membrane. A method for recovering unreacted sugar from a reaction mixture containing a sucrose fatty acid ester, which is contacted.
【請求項2】限外濾過膜が、ポリスルホン系又はポリ弗
化ビニリデン系の樹脂からなる請求項1記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the ultrafiltration membrane comprises a polysulfone or polyvinylidene fluoride resin.
【請求項3】限外濾過膜の分画分子量が1,000−100,000
である請求項1又は2記載の方法。
3. The molecular weight cut off of the ultrafiltration membrane is 1,000-100,000.
The method according to claim 1 or 2, wherein
【請求項4】反応混合物のpHが6.2〜8.2である請求項1
記載の方法。
4. The method according to claim 1, wherein the pH of the reaction mixture is 6.2 to 8.2.
The described method.
【請求項5】混合の反応混合物水溶液の温度が、40〜60
℃である請求項1記載の方法。
5. The temperature of the aqueous reaction mixture of the mixture is 40-60.
The method of claim 1, wherein the temperature is ° C.
【請求項6】駆動源としての圧力が1.0〜20.0kg/cmGで
ある請求項1記載の方法。
6. The method according to claim 1, wherein the pressure as a driving source is 1.0 to 20.0 kg / cmG.
【請求項7】反応混合物に加えられる水と反応混合物の
重量比が、水:反応混合物=5:1〜40:1である請求項1
記載の方法。
7. The method according to claim 1, wherein the weight ratio of water to the reaction mixture added to the reaction mixture is 5: 1 to 40: 1.
The described method.
【請求項8】ショ糖脂肪酸エステルを含む反応混合物の
組成が、 ショ糖脂肪酸エステル=15〜95% 未反応糖=1〜80% 未反応脂肪酸メチルエステル=0.5〜10% 触媒(K2C03として)=0.05〜7% 石鹸=1〜60% 脂肪酸=0.5〜10% 揮発分=5〜30% である請求項1記載の方法。
8. The composition of the reaction mixture containing sucrose fatty acid ester is as follows: sucrose fatty acid ester = 15-95% unreacted sugar = 1-80% unreacted fatty acid methyl ester = 0.5-10% catalyst (as K2C03) The method according to claim 1, wherein 0.05-7% soap = 1-60% fatty acid = 0.5-10% volatile matter = 5-30%.
【請求項9】反応混合物中の脂肪酸メチルエステル、石
鹸、脂肪酸の各々に主に含まれる脂肪酸残基の炭素数
が、C8〜C22の範囲内にあり、かつそれらの三者が、全
て対応する共通の脂肪酸残基を有する請求項1又は8記
載の方法。
9. The fatty acid residue mainly contained in each of the fatty acid methyl ester, soap and fatty acid in the reaction mixture has a carbon number within the range of C8 to C22, and all three correspond to each other. The method according to claim 1 or 8, wherein the method has a common fatty acid residue.
【請求項10】反応混合物の発揮分が、水、ジメチルス
ルホキシド又はジメチルホルムアミドのいづれかである
請求項1又は8記載の方法。
10. The process according to claim 1, wherein the fraction of the reaction mixture is water, dimethylsulfoxide or dimethylformamide.
【請求項11】逆浸透膜の分画分子量が、150〜200であ
る請求項1記載の方法。
11. The method according to claim 1, wherein the molecular weight cut off of the reverse osmosis membrane is 150 to 200.
【請求項12】逆浸透膜へ供給される被処理液の温度
が、40〜60℃である請求項1記載の方法。
12. The method according to claim 1, wherein the temperature of the liquid to be treated supplied to the reverse osmosis membrane is 40 to 60 ° C.
【請求項13】逆浸透膜へ供給される被処理液のpHが、
6.2〜82の中性領域である請求項1又は12記載の方法。
13. The pH of a liquid to be treated supplied to a reverse osmosis membrane is as follows:
13. A method according to claim 1 or claim 12, wherein the neutral region is 6.2-82.
【請求項14】逆浸透膜が、ポリエーテル系プラスチッ
クスから構成されたものである請求項1又は請求項11か
ら13のいづれかに記載の方法。
14. The method according to claim 1, wherein the reverse osmosis membrane is made of polyether plastics.
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