JP2020138119A - Raw material liquid concentration system - Google Patents
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Abstract
【課題】凍結乾燥法を用いる原料液の濃縮システムにおいて、凍結乾燥に適切な前処理工程を配置することによって、原料液中の成分が高度に維持された凍結乾燥濃縮物を得るための、原料液濃縮システムを提供すること。
【解決手段】溶媒b及び溶質を含有する原料液aと、誘導溶液dとを、正浸透膜oを介して接触させ、原料液a中の溶媒bを誘導溶液d中に移動させて、濃縮原料cと希釈誘導溶液eを得る第一の工程と、濃縮原料液cを凍結乾燥処理して更に濃縮する第二の工程とを有し、第一の工程の終了時に、その時点の温度において測定した濃縮原料液cの浸透圧が、1.52MPa(15atm)以上65.9MPa(650atm)以下の範囲となるように、第一の工程を行う、原料液濃縮システム。
【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a freeze-dried concentrate in which components in a raw material liquid are highly maintained by arranging an appropriate pretreatment step for freeze-drying in a raw material liquid concentration system using a freeze-drying method. To provide a liquid concentration system.
SOLUTION: A raw material solution a containing a solvent b and a solute and an induction solution d are brought into contact with each other via a normal osmotic film o, and the solvent b in the raw material solution a is moved into the induction solution d to concentrate. It has a first step of obtaining the raw material c and the dilution induction solution e, and a second step of freeze-drying the concentrated raw material solution c to further concentrate it, and at the end of the first step, at the temperature at that time. A raw material solution concentration system in which the first step is performed so that the measured osmotic pressure of the concentrated raw material solution c is in the range of 1.52 MPa (15 atm) or more and 65.9 MPa (650 atm) or less.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は原料液濃縮システムに関する。詳しくは、正浸透法により原料液から溶媒の一部を分離して原料液を濃縮した後に、凍結乾燥法によって更に原料液を濃縮することにより、原料液中の成分の変質、減少等を抑え、かつ時間的及びエネルギー的に効率よく原料液を濃縮することが可能な原料液濃縮システムに関する。 The present invention relates to a raw material liquid concentration system. Specifically, a part of the solvent is separated from the raw material liquid by the forward osmosis method to concentrate the raw material liquid, and then the raw material liquid is further concentrated by the freeze-drying method to suppress deterioration and decrease of the components in the raw material liquid. The present invention relates to a raw material liquid concentration system capable of efficiently concentrating a raw material liquid in terms of time and energy.
種々の用途において、原料液中に存在する特定の成分(溶質)を濃縮することが目的とされる。伝統的な濃縮方法として、原料液を加熱して溶媒を除去する蒸発法が知られている。しかし、蒸発法では、熱によって、原料液中の成分の品質が変化する、固形成分が崩壊する等の不具合が懸念される。 In various applications, it is an object to concentrate a specific component (solute) existing in a raw material liquid. As a traditional concentration method, an evaporation method in which a raw material liquid is heated to remove a solvent is known. However, in the evaporation method, there is a concern that the quality of the components in the raw material liquid may change due to heat, the solid components may collapse, and the like.
他の濃縮方法として、溶媒を分子レベルで透過させる膜を用いた逆浸透(RO:Reverse Osmosis)法が知られている。RO法は、原料液を、当該原料液の浸透圧より高い所定の圧力に昇圧したうえで、逆浸透(RO)膜モジュールに供給し、RO膜を透過させて、原料液中の溶媒(典型的には水)を除去することにより、原料液を濃縮する方法である。しかしこのRO法は,加圧が必要なため、固形物、高分子量体等を多く含有する原料液に適用すると、RO膜の目詰まりが発生し易い。そのためRO法は、例えば、食品、飲料、医薬品等の原料液への適用には不適切な場合がある。また、RO法では、濃縮された原料液の、溶媒(ろ過された溶媒)の浸透圧が、加圧に用いる高圧ポンプの圧力を超えることはない。そのため、RO法による原料液の濃縮率には、ポンプの能力に応じた限界がある。
なお、このRO法は、原料液から除去される溶媒(水)に着目して、主として海水の淡水化に実用されている。
As another concentration method, a reverse osmosis (RO: Reverse Osmosis) method using a membrane that allows a solvent to permeate at the molecular level is known. In the RO method, the raw material liquid is pressurized to a predetermined pressure higher than the osmotic pressure of the raw material liquid, then supplied to the reverse osmosis (RO) membrane module, permeated through the RO membrane, and the solvent in the raw material liquid (typically). It is a method of concentrating the raw material liquid by removing water). However, since this RO method requires pressurization, clogging of the RO film is likely to occur when applied to a raw material solution containing a large amount of solid matter, high molecular weight substance, or the like. Therefore, the RO method may be inappropriate for application to raw material liquids such as foods, beverages, and pharmaceuticals. Further, in the RO method, the osmotic pressure of the solvent (filtered solvent) of the concentrated raw material liquid does not exceed the pressure of the high-pressure pump used for pressurization. Therefore, there is a limit to the concentration rate of the raw material liquid by the RO method according to the capacity of the pump.
This RO method is mainly used for desalination of seawater, focusing on the solvent (water) removed from the raw material liquid.
これとは別の原料液の濃縮方法として、浸透圧の違いを利用して原料液中の溶媒を分離する正浸透(FO:Forward Osmosis)法が知られている。FO法は、原料液と、原料液よりも浸透圧の高い誘導溶液とを、正浸透(FO)膜を介して接触させることにより、原料液から誘導溶液へと溶媒を拡散させることにより、原料液を濃縮する方法である。FO法は、加圧を必要としないため、固形物、高分子量体等を多く含有する原料液であっても、長時間にわたって所望の濃縮効果を持続できると期待される。 As another method for concentrating the raw material liquid, a forward osmosis (FO: Forward Osmosis) method is known in which the solvent in the raw material liquid is separated by utilizing the difference in osmotic pressure. In the FO method, a raw material solution and an inductive solution having a higher osmotic pressure than the raw material solution are brought into contact with each other through a forward osmosis (FO) membrane to diffuse the solvent from the raw material solution to the inductive solution. This is a method of concentrating the liquid. Since the FO method does not require pressurization, it is expected that the desired concentration effect can be maintained for a long period of time even with a raw material solution containing a large amount of solids, high molecular weight substances and the like.
これら以外の原料液の濃縮方法として、原料液を凍結させた後に、原料液中の溶媒を昇華させることにより、原料液を濃縮する凍結乾燥法が知られている。凍結乾燥法は、高温の加熱等を必要としないため、原料液中の成分の変質、固形分の変形等を抑制しつつ濃縮することが可能である。凍結乾燥処理が施されて成る食品(フリーズドライ食品)には、例えば、ビタミン等の栄養成分、風味等の変化が少ない、常温で長期保存ができる、低水分であるため比較的軽量で輸送性が高い等の利点がある。このような利点のため、凍結乾燥法は、現在、多岐にわたる食品、医薬品等に適用されている。 As a method for concentrating the raw material liquid other than these, a freeze-drying method is known in which the raw material liquid is frozen and then the solvent in the raw material liquid is sublimated to concentrate the raw material liquid. Since the freeze-drying method does not require high-temperature heating or the like, it is possible to concentrate while suppressing alteration of components in the raw material liquid, deformation of solid content, and the like. Foods that have been freeze-dried (freeze-dried foods), for example, have little change in nutritional components such as vitamins, flavor, etc., can be stored for a long time at room temperature, and are relatively lightweight and transportable due to their low moisture content. There are advantages such as high. Because of these advantages, the freeze-drying method is currently applied to a wide variety of foods, pharmaceuticals, and the like.
一方で、凍結乾燥法には、高真空とするための真空ポンプ、昇華のための熱源、原料液から発生する溶媒蒸気を液体又は固体として回収するための冷却ユニット等が必要であり、そのエネルギーコストは大きい。また、事前に原料液を完全に凍結させる必要があることに加え、乾燥時間が凍結体の容量、厚み等が増すと著しく増加する。そのため、原料液の濃縮に凍結乾燥法を適用するには、凍結乾燥に供する前の原料液を、可能な限り濃縮しておくことが求められている。
また、凍結乾燥後の濃縮物の成分の維持率には、原料液中の水分量が関与していることが知られている。例えば非特許文献1には、凍結乾燥時の水分除去率に比例して原料液中の成分が減少することが開示されている。このことからも、成分の維持率がより高い凍結乾燥濃縮物を得るためには、凍結乾燥に供する原料液を可能な限り濃縮しておくことが求められている。
On the other hand, the freeze-drying method requires a vacuum pump for creating a high vacuum, a heat source for sublimation, a cooling unit for recovering solvent vapor generated from the raw material liquid as a liquid or a solid, and the energy thereof. The cost is high. Further, in addition to the need to completely freeze the raw material liquid in advance, the drying time increases remarkably as the volume, thickness and the like of the frozen body increase. Therefore, in order to apply the freeze-drying method to the concentration of the raw material liquid, it is required to concentrate the raw material liquid before being subjected to freeze-drying as much as possible.
Further, it is known that the water content in the raw material liquid is involved in the retention rate of the components of the concentrate after freeze-drying. For example, Non-Patent
このような凍結乾燥の前処理における濃縮工程として、例えば特許文献1には、RO法を二段階で用いる方法が提案されている。また、特許文献2には、凍結乾燥の前処理における他の濃縮工程として、遠心分離法又は限界ろ過法を用いることが提案されている。
As a concentration step in such a freeze-drying pretreatment, for example,
特許文献1に記載されたRO法は、加熱が必須ではないため、熱による成分の変質が少ない方法ではある。しかしながら、RO法では、原料液の加圧を要するため、原料液中に固形物、圧力に敏感な物質等が含まれる場合には、それらが変質する可能性がある。また、RO法の濃縮率には、ポンプの加圧能力による限界があるため、凍結乾燥後の原料液の凍結体をさほど濃縮できない場合がある。これらに加え、RO法には、上述したような問題点がある。
The RO method described in
特許文献2に記載された遠心分離法では、原料液が遠心力によって加圧されるため、成分の変質、固形分の変形等が起こり得る。また、フィルターを用いる遠心分離法の場合には、膜の目詰まり等により、所望の濃縮倍率が得られない場合がある。更に、遠心分離法では、回転に伴う遠心力に耐えるために、装置が大掛かりになることがあり、一度に処理できる原料液の容量が限られる場合がある。
一方の限外ろ過法でも、原料液に圧力がかかるため、成分の変質、固形分の変形、膜の目詰まり等が起こり得る。また、限外ろ過膜の分子分画分子量以下の物質は、その一部又はすべてが膜を透過してしまうため、原料液中の成分組成を保ったまま濃縮することができない。
In the centrifugal separation method described in
On the other hand, even in the ultrafiltration method, since pressure is applied to the raw material liquid, deterioration of components, deformation of solid content, clogging of the film, and the like may occur. Further, a substance having a molecular weight of less than the molecular weight of the ultrafiltration membrane cannot be concentrated while maintaining the component composition in the raw material liquid because a part or all of the substance permeates the membrane.
以上のように、凍結乾燥の前処理における原料液の濃縮方法としては、原料液中の成分の変質、変形、及び流出を可能な限り抑えつつ、所望の濃縮倍率の濃縮物を得ることができ、かつ処理量が大きい方法が求められている。そのような特徴を有する凍結乾燥の前処理方法と、凍結乾燥法とを組み合わせて原料液を濃縮するための効果的なシステムは、未だ確立されていない。
したがって本発明の目的は、凍結乾燥法を用いる原料液の濃縮システムにおいて、凍結乾燥に適切な前処理工程を配置することによって、原料液中の成分が高度に維持された凍結乾燥濃縮物を得るための、原料液濃縮システムを提供することである。
As described above, as a method for concentrating the raw material liquid in the freeze-drying pretreatment, it is possible to obtain a concentrated product having a desired concentration ratio while suppressing deterioration, deformation, and outflow of the components in the raw material liquid as much as possible. Moreover, a method with a large amount of processing is required. An effective system for concentrating the raw material liquid by combining the freeze-drying pretreatment method having such characteristics and the freeze-drying method has not yet been established.
Therefore, an object of the present invention is to obtain a freeze-dried concentrate in which the components in the raw material liquid are highly maintained by arranging a pretreatment step suitable for freeze-drying in a raw material liquid concentration system using a freeze-drying method. It is to provide a raw material liquid concentration system for this purpose.
本発明は以下のとおりである。
《態様1》
溶媒及び溶質を含有する原料液と、誘導溶液とを、正浸透膜を介して接触させ、前記原料液中の溶媒を前記誘導溶液中に移動させて、濃縮原料液及び希釈誘導溶液を得る第一の工程と、
前記濃縮原料液を凍結乾燥処理して更に濃縮する第二の工程とを有し、
前記第一の工程の終了時に、その時点の温度において測定した前記濃縮原料液の浸透圧が、1.52MPa(15atm)以上65.9MPa(650atm)以下の範囲となるように、前記第一の工程を行う、
原料液濃縮システム。
《態様2》
前記溶媒が水である、態様1に記載の濃縮システム。
《態様3》
前記第一の工程がクロスフローろ過によって行われる、態様1又は2に記載の濃縮システム。
《態様4》
前記第一の工程において、前記原料液の温度が5℃以上50℃以下の範囲に調整されている、態様1〜3のいずれか一項に記載の濃縮システム。
《態様5》
前記希釈誘導溶液から前記溶媒を除去して再生誘導溶液を得て、得られた再生誘導溶液を再び誘導溶液として使用する誘導溶液再生工程を更に有する、態様1〜4のいずれか一項に記載の濃縮システム。
《態様6》
前記誘導溶液再生工程における前記希釈誘導溶液からの前記溶媒の除去が蒸発手段によって行われる、態様5に記載の濃縮システム。
《態様7》
前記誘導溶液から前記溶媒を除去して濃縮誘導溶液を得て、得られた濃縮誘導溶液と前記希釈誘導溶液との混合物を誘導溶液として使用する誘導溶液再生工程を更に有する、態様1〜4のいずれか一項に記載の濃縮システム。
《態様8》
前記誘導溶液再生工程における前記誘導溶液からの前記溶媒の除去が蒸発手段によって行われる、態様7に記載の濃縮システム。
《態様9》
前記誘導溶液が無機塩溶液である、態様1〜8のいずれか一項に記載の濃縮システム。
《態様10》
前記正浸透膜が中空糸状の膜である、態様1〜9のいずれか一項に記載の濃縮システム。
《態様11》
前記正浸透膜が、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリケトン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリイミン、及びポリアミドから成る群から選ばれる少なくとも1種を主成分とする薄膜層を有する膜である、態様1〜10のいずれか一項に記載の濃縮システム。
《態様12》
前記第一の工程で得られた濃縮原料液を、前記第一の工程における原料液として使用する循環機構を有する、態様1〜11のいずれか一項に記載の濃縮システム。
《態様13》
前記第一の工程の開始時における前記正浸透膜の初期透過流速が1kg/(m2×hr)以上100kg/(m2×hr)以下である、態様1〜12のいずれか一項に記載の濃縮システム。
《態様14》
前記第一の工程の終了時に、その時点の温度において測定した前記濃縮原料液の浸透圧が、2.03MPa(20atm)以上50.7MPa(500atm)以下の範囲となるように、前記第一の工程を行う、態様1〜13のいずれか一項に記載の濃縮システム。
《態様15》
前記第一の工程の終了時に、その時点の温度において測定した前記濃縮原料液の浸透圧が、2.53MPa(25atm)以上35.5MPa(350atm)以下の範囲となるように、前記第一の工程を行う、態様14に記載の濃縮システム。
The present invention is as follows.
<<
A raw material solution containing a solvent and a solute and an inducing solution are brought into contact with each other via a forward osmosis membrane, and the solvent in the raw material solution is moved into the inducing solution to obtain a concentrated raw material solution and a dilution inducing solution. One step and
It has a second step of freeze-drying the concentrated raw material liquid and further concentrating it.
At the end of the first step, the osmotic pressure of the concentrated raw material solution measured at the temperature at that time is in the range of 1.52 MPa (15 atm) or more and 65.9 MPa (650 atm) or less. Perform the process,
Raw material liquid concentration system.
<<
The concentration system according to
<<
The concentration system according to
<< Aspect 4 >>
The concentration system according to any one of
<< Aspect 5 >>
The item according to any one of
<< Aspect 6 >>
The concentration system according to aspect 5, wherein the removal of the solvent from the dilution induction solution in the induction solution regeneration step is performed by an evaporation means.
<< Aspect 7 >>
<< Aspect 8 >>
The concentration system according to aspect 7, wherein the removal of the solvent from the induction solution in the induction solution regeneration step is performed by an evaporation means.
<< Aspect 9 >>
The concentration system according to any one of
<< Aspect 10 >>
The concentration system according to any one of
<< Aspect 11 >>
The forward osmotic membrane is a membrane having a thin film layer containing at least one selected from the group consisting of polyethersulfone, polysulfone, polyketone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyimine, and polyamide as a main component. The concentration system according to any one of 10.
<< Aspect 12 >>
The concentration system according to any one of
<< Aspect 13 >>
The item according to any one of
<< Aspect 14 >>
At the end of the first step, the osmotic pressure of the concentrated raw material solution measured at the temperature at that time is in the range of 2.03 MPa (20 atm) or more and 50.7 MPa (500 atm) or less. The concentration system according to any one of
<< Aspect 15 >>
At the end of the first step, the osmotic pressure of the concentrated raw material solution measured at the temperature at that time is in the range of 2.53 MPa (25 atm) or more and 35.5 MPa (350 atm) or less. The concentration system according to aspect 14, wherein the step is performed.
本発明の原料液濃縮システムは、正浸透法による原料液の濃縮と、凍結乾燥法による濃縮とを組み合わせたものである。このような本発明の原料液濃縮システムにより、原料液中の成分組成が高度に維持された凍結乾燥濃縮物を高効率で得ることができる。
本発明は、例えば、経口液体(液状食品、飲料等)の濃縮、化学種合成の前駆体溶液の処理、ガス田(シェールガス田を含む)・油田から排出される随伴水の処理、等の用途に好適に適用することができる。上記の経口液体とは、人又は動物が口にするもの全体を意味し、経口で摂取する物、及び口に含んだ後に排出される物の双方を含む。経口摂取物の例としては、例えば、ジュース、清涼飲料等の飲料;各種出汁・調味料・スープ等の流動状の食品;健康補助食品;経口医薬品;及びそれらの原料等が挙げられる。口に含んだ後に排出される物の例としては、例えば、マウスウォッシュ液、うがい薬、及びそれらの原料等が挙げられる。
The raw material liquid concentration system of the present invention is a combination of concentration of the raw material liquid by the forward osmosis method and concentration by the freeze-drying method. By such a raw material liquid concentration system of the present invention, a freeze-dried concentrate in which the component composition in the raw material liquid is highly maintained can be obtained with high efficiency.
The present invention includes, for example, concentration of oral liquids (liquid foods, beverages, etc.), treatment of precursor solutions for chemical species synthesis, treatment of accompanying water discharged from gas fields (including shale gas fields) and oil fields, etc. It can be suitably applied to the application. The above-mentioned oral liquid means the whole thing that a person or an animal eats, and includes both a thing taken orally and a thing excreted after being put in the mouth. Examples of oral ingestions include beverages such as juices and soft drinks; fluid foods such as various soup stocks, seasonings and soups; health supplements; oral medicines; and raw materials thereof. Examples of substances that are discharged after being put in the mouth include mouthwash, mouthwash, and raw materials thereof.
以下、本発明の好ましい実施形態を、非限定的な例として具体的に詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described in detail as non-limiting examples.
<原料液濃縮システム>
本発明の原料液濃縮システムは、
溶媒及び溶質を含有する原料液と、誘導溶液とを、正浸透膜を介して接触させ、前記原料液中の溶媒を前記誘導溶液中に移動させて、濃縮原料液及び希釈誘導溶液を得る第一の工程と、
前記濃縮原料液を凍結乾燥処理して更に濃縮する第二の工程とを有し、
前記第一の工程終了時に、その時点の温度で測定した前記濃縮原料液の浸透圧が、1.52MPa(15atm)以上65.9MPa(650atm)以下の範囲となるように、前記第一の工程を行うことを特徴とする。
<Raw material liquid concentration system>
The raw material liquid concentration system of the present invention
A raw material solution containing a solvent and a solute and an inducing solution are brought into contact with each other via a forward osmosis membrane, and the solvent in the raw material solution is moved into the inducing solution to obtain a concentrated raw material solution and a dilution inducing solution. One step and
It has a second step of freeze-drying the concentrated raw material liquid and further concentrating it.
At the end of the first step, the osmotic pressure of the concentrated raw material solution measured at the temperature at that time is in the range of 1.52 MPa (15 atm) or more and 65.9 MPa (650 atm) or less. It is characterized by performing.
本発明の原料液濃縮システムの概要について、必要に応じて図面を参照しつつ、説明する。 The outline of the raw material liquid concentration system of the present invention will be described with reference to the drawings as necessary.
第一の工程では、原料液と、誘導溶液とを、正浸透膜を介して接触させ、原料液中の溶媒を誘導溶液に移動させることによって、原料液の濃縮を行うとともに、誘導溶液が希釈され、濃縮原料液及び希釈誘導溶液を得る。
第二の工程では、第一の工程で得られた濃縮原料液を凍結乾燥法によって更に濃縮し、水分量が好ましくは5質量%以下にまで減少された生成物(濃縮物)を得る。
In the first step, the raw material solution and the inducing solution are brought into contact with each other through a forward osmosis membrane, and the solvent in the raw material solution is moved to the inducing solution to concentrate the raw material solution and dilute the inducing solution. Then, a concentrated raw material solution and a dilution induction solution are obtained.
In the second step, the concentrated raw material liquid obtained in the first step is further concentrated by a freeze-drying method to obtain a product (concentrate) having a water content preferably reduced to 5% by mass or less.
第一の工程と第二の工程の間に、凍結乾燥法の前段階を行う工程が存在してもよい。
凍結乾燥法の前段階工程としては、例えば、予備凍結工程、殺菌工程等が挙げられる。
第一の工程と第二の工程とは、時間間隔を置かずに連続して行ってもよいし、所定の時間間隔を開けて行ってもよい。例えば、第一の工程で得られた濃縮原料液を一時的に貯蔵し、所定の時間が経過した後に、第二の工程を行ってもよい。しかしながら、第一の工程と第二の工程とを連結させ、時間間隔を置かずに連続して濃縮を行うことが、時間的な効率の点でより好ましい。
Between the first step and the second step, there may be a step of performing a pre-stage of the freeze-drying method.
Examples of the pre-stage step of the freeze-drying method include a preliminary freezing step and a sterilization step.
The first step and the second step may be performed continuously without any time interval, or may be performed with a predetermined time interval. For example, the concentrated raw material liquid obtained in the first step may be temporarily stored, and the second step may be performed after a predetermined time has elapsed. However, it is more preferable from the viewpoint of time efficiency that the first step and the second step are connected and the concentration is continuously performed without any time interval.
第一の工程と第二の工程の間に、第一の工程で得られた濃縮原料液が所定の浸透圧まで濃縮されていることを確認するための浸透圧測定工程が含まれていてもよい。浸透圧測定工程における浸透圧の測定は、第一の工程を行う装置内で行ってもよいし、第一の工程の後に濃縮原料液の一部を抜き取って行ってもよい。 Even if an osmotic pressure measuring step is included between the first step and the second step to confirm that the concentrated raw material liquid obtained in the first step is concentrated to a predetermined osmotic pressure. Good. The osmotic pressure in the osmotic pressure measuring step may be measured in the apparatus in which the first step is performed, or a part of the concentrated raw material liquid may be extracted after the first step.
図1に、第一及び第二の工程を有する本発明の原料液濃縮システムの一例を説明するための概略図を示した。
図1の原料液濃縮システムの第一の工程では、正浸透膜oを有し、正浸透プロセスを行う正浸透膜ユニットを用いる。この正浸透膜ユニットの内部空間は、正浸透膜oによって、原料液側空間R及び誘導溶液側空間Dの2つに分割されている。正浸透膜ユニットの原料液側空間Rに、濃縮対象物である原料液aを導入する。一方、正浸透膜ユニットの誘導溶液側空間Dには、誘導溶液dを導入する。
原料液aは、溶質及び溶媒bを含有する。誘導溶液dは、誘導物質及び溶媒bを含有する。誘導溶液dの浸透圧は原料液aよりも高くなるように設定されている。
FIG. 1 shows a schematic diagram for explaining an example of the raw material liquid concentrating system of the present invention having the first and second steps.
In the first step of the raw material liquid concentration system of FIG. 1, a forward osmosis membrane unit having a forward osmosis membrane o and performing a forward osmosis process is used. The internal space of the forward osmosis membrane unit is divided into two, a raw material liquid side space R and an induction solution side space D, by the forward osmosis membrane o. The raw material liquid a, which is the object to be concentrated, is introduced into the space R on the raw material liquid side of the forward osmosis membrane unit. On the other hand, the induction solution d is introduced into the induction solution side space D of the forward osmosis membrane unit.
The raw material liquid a contains a solute and a solvent b. The inducing solution d contains an inducing substance and a solvent b. The osmotic pressure of the inductive solution d is set to be higher than that of the raw material solution a.
そして、原料液aと、誘導溶液dとを、正浸透膜oを介して接触させると、両溶液の浸透圧差を駆動力として、原料液a中の溶媒bが、正浸透膜oを通過して誘導溶液d側に移動する。これにより、濃縮された原料液である濃縮原料液cと、希釈された誘導溶液である希釈誘導溶液eとが得られる。図1における第一の工程では、原料液aと誘導溶液dとを向流させているが、並流でもよい。
第一の工程における正浸透処理は、全量ろ過方式によってもクロスフローろ過方式によってもよいが、クロスフローろ過方式によることが、ろ過流速及び膜汚染抑制の観点から好ましい。
Then, when the raw material solution a and the induction solution d are brought into contact with each other via the forward osmosis membrane o, the solvent b in the raw material liquid a passes through the forward osmosis membrane o using the osmotic pressure difference between the two solutions as a driving force. Moves to the induction solution d side. As a result, a concentrated raw material solution c, which is a concentrated raw material solution, and a diluted induction solution e, which is a diluted induction solution, can be obtained. In the first step in FIG. 1, the raw material solution a and the induction solution d are countercurrent, but parallel flow may be used.
The forward osmosis treatment in the first step may be performed by a total amount filtration method or a cross-flow filtration method, but the cross-flow filtration method is preferable from the viewpoint of filtration flow velocity and suppression of membrane contamination.
図1の原料液濃縮システムでは、第一の工程によって得られた濃縮原料液cの浸透圧は、「P」の位置で測定される。 In the raw material liquid concentration system of FIG. 1, the osmotic pressure of the concentrated raw material liquid c obtained in the first step is measured at the position of "P".
図1の原料液濃縮システムの第二の工程では、凍結乾燥を行う。
凍結乾燥は、典型的には、チャンバー内における以下の3つの段階を含む:
(A)凍結段階;
(B)一次乾燥段階;及び
(C)二次乾燥段階。
段階(A)は、第一の工程によって得られた濃縮原料液c中の溶媒を凍結する段階である。段階(B)においては、チャンバー圧力を低下させ(例えば、13.3Pa(0.1トール)以下まで)、生成物に熱を加えて、凍結溶媒を昇華させる。段階(C)において、温度を増加させて、結晶水等の結合溶媒も、残留溶媒含有量が所望のレベルに下がるまで、取り除く。このようにして、濃縮原料液cが更に濃縮された、生成物fを得る。ここで、脱溶媒を促進する方法として、前記チャンバー圧力の低下の他に、乾燥された気体を流入させる方法を用いてもよい。
In the second step of the raw material liquid concentration system of FIG. 1, freeze-drying is performed.
Lyophilization typically involves three steps within the chamber:
(A) Freezing stage;
(B) Primary drying stage; and (C) Secondary drying stage.
The step (A) is a step of freezing the solvent in the concentrated raw material liquid c obtained by the first step. In step (B), the chamber pressure is reduced (eg, up to 13.3 Pa (0.1 toll)) and heat is applied to the product to sublimate the frozen solvent. In step (C), the temperature is increased and the binding solvent, such as water of crystallization, is also removed until the residual solvent content drops to the desired level. In this way, the product f in which the concentrated raw material liquid c is further concentrated is obtained. Here, as a method for promoting desolvation, in addition to the decrease in the chamber pressure, a method in which a dried gas is allowed to flow may be used.
図2に、第一及び第二の工程を有する本発明の原料液濃縮システムの別の一例を説明するための概略図を示した。
図2の原料液濃縮システムにおける第一の工程中の正浸透膜ユニット、及び第二の工程は、それぞれ、図1の原料液濃縮システムにおける第一の工程及び第二の工程と同じであってよい。しかしながら、図2の原料液濃縮システムでは、第一の工程で得られた濃縮原料液を、第一の工程における原料液として再使用する循環機構を有している。この実施態様では、例えば、原料液aを第一の工程に1回通して得られた濃縮原料液の浸透圧が、本発明所定の範囲に到達しないときに、当該濃縮原料液の少なくとも一部を第一の工程に複数回通すことにより、所定の浸透圧の濃縮原料液cを得られる利点を有する。
この場合、原料液aを第一の工程に通す回数は任意である。
FIG. 2 shows a schematic diagram for explaining another example of the raw material liquid concentrating system of the present invention having the first and second steps.
The forward osmosis membrane unit and the second step in the first step in the raw material liquid concentrating system of FIG. 2 are the same as the first step and the second step in the raw material liquid concentrating system of FIG. 1, respectively. Good. However, the raw material liquid concentrating system of FIG. 2 has a circulation mechanism for reusing the concentrated raw material liquid obtained in the first step as the raw material liquid in the first step. In this embodiment, for example, when the osmotic pressure of the concentrated raw material liquid obtained by passing the raw material liquid a once in the first step does not reach the predetermined range of the present invention, at least a part of the concentrated raw material liquid. Has an advantage that a concentrated raw material liquid c having a predetermined osmotic pressure can be obtained by passing the above through the first step a plurality of times.
In this case, the number of times the raw material liquid a is passed through the first step is arbitrary.
図3に、第一及び第二の工程を有する本発明の原料液濃縮システムの更に別の一例を説明するための概略図を示した。
図3の原料液濃縮システムにおける第一の工程及び第二の工程は、それぞれ、図1の原料液濃縮システムにおける第一の工程及び第二の工程と同じであってよい。しかしながら、図3の原料液濃縮システムでは、誘導溶液再生工程を更に有している。この誘導溶液再生工程は、第一の工程で得られた希釈誘導溶液eから溶媒bを除去して濃縮し、再生誘導溶液gを得て、得られた再生誘導溶液gを、再び誘導溶液dとして循環使用に供する機能を有していてよい。希釈誘導溶液eからの溶媒bの除去は、公知の濃縮手段、例えば蒸発手段等によって行われてよい。
FIG. 3 shows a schematic diagram for explaining still another example of the raw material liquid concentrating system of the present invention having the first and second steps.
The first step and the second step in the raw material liquid concentrating system of FIG. 3 may be the same as the first step and the second step of the raw material liquid concentrating system of FIG. 1, respectively. However, the raw material liquid concentration system of FIG. 3 further includes an induction solution regeneration step. In this induction solution regeneration step, the solvent b is removed from the dilution induction solution e obtained in the first step and concentrated to obtain a regeneration induction solution g, and the obtained regeneration induction solution g is reconstituted with the induction solution d. It may have a function to be used for circulation. The removal of the solvent b from the dilution induction solution e may be carried out by a known concentration means, for example, an evaporation means or the like.
図4に、第一及び第二の工程を有する本発明の原料液濃縮システムの更に別の一例を説明するための概略図を示した。
図4の原料液濃縮システムにおける第一の工程及び第二の工程は、それぞれ、図1の原料液濃縮システムにおける第一の工程及び第二の工程と同じであってよい。しかしながら、図4の原料液濃縮システムでは、図3の原料液濃縮システムとは別の実施態様の誘導溶液再生工程を有している。図4の原料液濃縮システムにおける誘導溶液再生工程では、先ず、誘導溶液dから溶媒bを除去して濃縮誘導溶液hを得る。そして、ここで得られた濃縮誘導溶液hと、第一の工程で得られた希釈誘導溶液eとを混合して再生誘導溶液gを得て、この再生誘導溶液gを誘導溶液dとして使用する機能を有していてよい。この誘導溶液再生工程において、誘導溶液dからの溶媒bの除去は、公知の濃縮手段、例えば蒸発手段等によって行われてよい。濃縮誘導溶液hと希釈誘導溶液eとの混合は、例えば、図4に示したようなバッファタンク内で行われてよい。
FIG. 4 shows a schematic diagram for explaining still another example of the raw material liquid concentration system of the present invention having the first and second steps.
The first step and the second step in the raw material liquid concentrating system of FIG. 4 may be the same as the first step and the second step of the raw material liquid concentrating system of FIG. 1, respectively. However, the raw material liquid concentrating system of FIG. 4 has an induction solution regeneration step of an embodiment different from that of the raw material liquid concentrating system of FIG. In the induction solution regeneration step in the raw material solution concentration system of FIG. 4, first, the solvent b is removed from the induction solution d to obtain a concentration induction solution h. Then, the concentrated induction solution h obtained here and the dilution induction solution e obtained in the first step are mixed to obtain a regeneration induction solution g, and this regeneration induction solution g is used as the induction solution d. It may have a function. In this induction solution regeneration step, the removal of the solvent b from the induction solution d may be carried out by a known concentration means, for example, an evaporation means or the like. Mixing of the concentration-inducing solution h and the dilution-inducing solution e may be performed, for example, in a buffer tank as shown in FIG.
図5に、第一及び第二の工程を有する本発明の原料液濃縮システムの更に別の一例を説明するための概略図を示した。
図5の原料液濃縮システムにおける第一の工程中の正浸透膜ユニット、及び第二の工程は、それぞれ、図1の原料液濃縮システムにおける第一の工程及び第二の工程と同じであってよい。図5の原料液濃縮システムは、図2に示した循環機構と、図4に示した誘導溶液再生工程とを、重畳的に有する。
図5の原料液濃縮システムにおいて、誘導液再生工程として、図3に示した態様のものを採用してもよい。
FIG. 5 shows a schematic diagram for explaining still another example of the raw material liquid concentrating system of the present invention having the first and second steps.
The forward osmosis membrane unit and the second step in the first step in the raw material liquid concentrating system of FIG. 5 are the same as the first step and the second step in the raw material liquid concentrating system of FIG. 1, respectively. Good. The raw material liquid concentration system of FIG. 5 has the circulation mechanism shown in FIG. 2 and the induction solution regeneration step shown in FIG. 4 in an overlapping manner.
In the raw material liquid concentrating system of FIG. 5, the mode shown in FIG. 3 may be adopted as the induction liquid regeneration step.
《原料液濃縮システムの各要素》
以上、本発明の原料液濃縮システムよる原料液の濃縮の概要を説明した。引き続き、本発明の原料液濃縮システムを構成する各要素について、以下に詳説する。
<< Each element of the raw material liquid concentration system >>
The outline of the concentration of the raw material liquid by the raw material liquid concentration system of the present invention has been described above. Subsequently, each element constituting the raw material liquid concentration system of the present invention will be described in detail below.
〈原料液a〉
原料液aとは、溶質及び溶媒bを含有する流体であり、本発明のシステムによって濃縮されることが予定されている。この原料液aは、流体である限りにおいて、乳化物であってもよい。
<Raw material liquid a>
The raw material liquid a is a fluid containing a solute and a solvent b, and is scheduled to be concentrated by the system of the present invention. The raw material liquid a may be an emulsion as long as it is a fluid.
本発明に適用される原料液aを例示すると、例えば、食品、医薬品原料、海水、ガス田・油田から排出される随伴水等を挙げることができる。本発明の原料液濃縮システムでは、原料液aの組成がほぼそのまま維持されつつ、溶媒が除去された濃縮物が得られる。そのため、本発明の原料液濃縮システムを食品に適用すると、香気成分の損失が少ない濃縮が可能となる。また,本発明のシステムを医薬品又はその原料の濃縮に適用すると、医薬効能を維持した状態で濃縮することが可能となる。
本発明に適用される原料液aとしては、例えば、食品、糖、アミノ酸、ペプチド(オリゴペプチド等)等が好ましい。
Examples of the raw material liquid a applied to the present invention include foods, pharmaceutical raw materials, seawater, accompanying water discharged from gas fields and oil fields, and the like. In the raw material liquid concentration system of the present invention, a concentrate from which the solvent has been removed can be obtained while maintaining the composition of the raw material liquid a substantially as it is. Therefore, when the raw material liquid concentration system of the present invention is applied to foods, it is possible to concentrate with less loss of aroma components. Further, when the system of the present invention is applied to the concentration of a drug or a raw material thereof, it becomes possible to concentrate the drug while maintaining its efficacy.
As the raw material liquid a applied to the present invention, for example, foods, sugars, amino acids, peptides (oligopeptides, etc.) and the like are preferable.
本発明に適用される原料液aとしては、食品が好ましい。
濃縮される食品としては、例えば、コーヒー抽出液、ジュース(例えば、オレンジジュース、トマトジュース等)、アルコール飲料(エタノールを含む液体、例えば、ワイン、ビール等)、乳製品(例えば、乳酸菌飲料、生乳等)、出汁(例えば、昆布出汁、鰹出汁等)、茶抽出液、香料乳化物(例えば、バニラエッセンス、ストロベリーエッセンス等の乳化物)、蜜類(例えば、メープルシロップ、蜂蜜等)、食品油乳化物(例えば、オリーブオイル、菜種油、ひまわり油、紅花、コーン等の乳化物)等を挙げることができる。
Food is preferable as the raw material liquid a applied to the present invention.
Concentrated foods include, for example, coffee extract, juice (eg, orange juice, tomato juice, etc.), alcoholic beverages (liquids containing ethanol, such as wine, beer, etc.), dairy products (eg, lactic acid bacteria beverage, raw milk). Etc.), juice (eg, kelp stock, eel juice, etc.), tea extract, flavored emulsion (eg, emulsion of vanilla essence, strawberry essence, etc.), honeys (eg, maple syrup, honey, etc.), food oil Emulsion (for example, emulsion of olive oil, rapeseed oil, sunflower oil, red flowers, corn, etc.) and the like can be mentioned.
濃縮される糖としては、例えば、単糖類(例えば、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース、リボース、デオキシリボース等)、二糖類(例えば、マルトース、スクロース、ラクトース等)、糖鎖(例えば、グルコース、ガラクトース、マンノース、フコース、キシロース、グルクロン酸、イズロン酸等の他;N−アセチルグルコサミン、N−アセチルガラクトサミン、N−アセチルノイラミン酸等の、糖類誘導体等)等を挙げることができる。 Examples of the sugar to be concentrated include monosaccharides (eg, glucose, fructose, galactose, mannose, ribose, deoxyribose, etc.), disaccharides (eg, maltose, sucrose, lactose, etc.), sugar chains (eg, glucose, galactose, etc.). , Mannose, fucose, xylose, glucuronic acid, isulonic acid, etc .; saccharide derivatives such as N-acetylglucosamine, N-acetylgalactosamine, N-acetylneuraminic acid, etc.) and the like.
濃縮されるアミノ酸としては、例えば、必須アミノ酸(例えば、トリプトファン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、トレオニン、バリン、ロイシン、イソロイシン等)、非必須アミノ酸(例えば、アルギニン、グリシン、アラニン、セリン、チロシン、システイン、アスパラギン、グルタミン、プロリン、アスパラギン酸、グルタミン酸等)、非天然アミノ酸等を挙げることができる。「非天然アミノ酸」とは、同一分子内にアミノ酸骨格を有する、天然に存在しない人工のあらゆる化合物を指し、種々の標識化合物をアミノ酸骨格に結合させることにより作製することができる。「アミノ酸骨格」はアミノ酸中のカルボキシル基、アミノ基、及びこれらを連結している部分を含有する。「標識化合物」は、当業者には公知の色素化合物、蛍光物質、化学/生物発光物質、酵素基質、補酵素、抗原性物質、及びタンパク質結合性物質を指す。
非天然アミノ酸の一例として、例えば、標識化合物と結合したアミノ酸である「標識化アミノ酸」が挙げられる。標識化アミノ酸としては、例えば、側鎖にベンゼン環等の芳香環を含むアミノ酸骨格を有するアミノ酸に標識化合物を結合させたアミノ酸等が挙げられる。また、特定の機能が付与された非天然アミノ酸の例として、例えば、光応答性アミノ酸、光スイッチアミノ酸、蛍光プローブアミノ酸、蛍光標識アミノ酸等が挙げられる。
The amino acids to be concentrated include, for example, essential amino acids (eg, tryptophan, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, valine, leucine, isoleucine, etc.), non-essential amino acids (eg, arginine, glycine, alanine, serine, tyrosine, cysteine, etc.) Asparagine, glutamine, proline, aspartic acid, glutamic acid, etc.), unnatural amino acids and the like can be mentioned. The "unnatural amino acid" refers to any non-naturally occurring artificial compound having an amino acid skeleton in the same molecule, and can be produced by binding various labeled compounds to the amino acid skeleton. The "amino acid skeleton" contains a carboxyl group, an amino group, and a portion connecting these groups in the amino acid. "Labeled compound" refers to dye compounds, fluorescent substances, chemical / bioluminescent substances, enzyme substrates, coenzymes, antigenic substances, and protein binding substances known to those skilled in the art.
As an example of an unnatural amino acid, for example, "labeled amino acid" which is an amino acid bound to a labeled compound can be mentioned. Examples of the labeled amino acid include an amino acid in which a labeled compound is bound to an amino acid having an amino acid skeleton containing an aromatic ring such as a benzene ring in the side chain. In addition, examples of unnatural amino acids to which a specific function is given include, for example, photoresponsive amino acids, optical switch amino acids, fluorescent probe amino acids, and fluorescently labeled amino acids.
濃縮されるオリゴペプチドとしては、例えば、L−アラニル−L−グルタミン、β−アラニル−L−ヒスチジンシクロスポリン、グルタチオン等が挙げられる。ここに、「オリゴペプチド」とは2残基以上50残基未満の任意のアミノ酸が結合した化合物を指す。オリゴペプチドは鎖状であっても、環状であってもよい。 Examples of the oligopeptide to be concentrated include L-alanyl-L-glutamine, β-alanyl-L-histidine cyclosporine, glutathione and the like. Here, the "oligopeptide" refers to a compound to which any amino acid having 2 or more residues and less than 50 residues is bound. The oligopeptide may be chain-like or cyclic.
〈誘導溶液d〉
誘導溶液dは、誘導物質と、溶媒bとを含有し、原料液aよりも高い浸透圧を持ち、かつ、正浸透膜oを著しく変性させない流体である。
<Induction solution d>
The inducing solution d is a fluid that contains an inducing substance and a solvent b, has a higher osmotic pressure than the raw material liquid a, and does not significantly denature the forward osmotic membrane o.
〈誘導物質〉
本発明で使用可能な誘導物質としては、例えば無機塩、糖、アルコール、重合体等を挙げることができる。したがって本発明における誘導溶液は、無機塩、糖、アルコール、重合体等から選択される1種以上を含む溶液であってよい。
無機塩としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、炭酸アンモニウム等を;
糖としては、例えば、ショ糖,果糖,ブドウ糖等の一般的な糖類、及びオリゴ糖,希少糖等の特殊な糖類を;
アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール等のモノアルコール;エチレングルコール、プロピレングリコール等のグリコール等を挙げることができる。
重合体としては、例えば、ポリエチレンオキシド,プロピレンオキシド等の重合体、及びこれらの共重合体等を挙げることができる。
<Inducing substance>
Examples of the inducer that can be used in the present invention include inorganic salts, sugars, alcohols, polymers and the like. Therefore, the induction solution in the present invention may be a solution containing one or more selected from inorganic salts, sugars, alcohols, polymers and the like.
Examples of the inorganic salt include sodium chloride, potassium chloride, magnesium chloride, calcium chloride, sodium sulfate, magnesium sulfate, sodium thiosulfate, sodium sulfite, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium carbonate and the like;
Examples of sugars include general sugars such as sucrose, fructose, and glucose, and special sugars such as oligosaccharides and rare sugars;
Examples of the alcohol include monoalcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol and 2-propanol; and glycols such as ethylene glycol and propylene glycol.
Examples of the polymer include polymers such as polyethylene oxide and propylene oxide, and copolymers thereof.
誘導溶液dにおける誘導物質の濃度は、誘導溶液dの浸透圧が原料液aの浸透圧よりも高くなるように設定される。誘導溶液dの浸透圧は、原料液aの浸透圧より高ければ、その範囲内で変動しても構わない。
二つの液体間の浸透圧差を判断するには、例えば、以下のいずれかの方法によることができる。
(1)二つの液体を混合後、二相分離する場合:二相分離後に、体積が増えた方の液体の浸透圧が高いと判断する、又は、
(2)二つの液体を混合後、二相分離しない場合:正浸透膜oを介して二つの液体を接触させ、一定時間の経過後に体積が大きくなった液体の浸透圧が高いと判断する。このときの一定時間とは、その浸透圧差に依存するが、一般的には数分から数時間の範囲である。
The concentration of the inducing substance in the inducing solution d is set so that the osmotic pressure of the inducing solution d is higher than the osmotic pressure of the raw material liquid a. The osmotic pressure of the inductive solution d may fluctuate within the range as long as it is higher than the osmotic pressure of the raw material solution a.
To determine the osmotic pressure difference between the two liquids, for example, one of the following methods can be used.
(1) When two liquids are mixed and then separated into two phases: After the two phases are separated, it is judged that the osmotic pressure of the liquid with the larger volume is higher, or
(2) When the two liquids are mixed and not separated into two phases: The two liquids are brought into contact with each other through the forward osmosis membrane o, and it is judged that the osmotic pressure of the liquid whose volume has increased after a certain period of time is high. The constant time at this time depends on the osmotic pressure difference, but is generally in the range of several minutes to several hours.
〈原料液aの溶媒〉
原料液aにおける溶媒bは、液体であり、原料液a中の成分を溶解又は分散できるものである限り、あらゆる無機溶媒又は有機溶媒であることができる。溶媒bは、水である場合が多い。本発明における溶媒bは、典型的には水である。
<Solvent of raw material liquid a>
The solvent b in the raw material liquid a can be any inorganic solvent or organic solvent as long as it is a liquid and can dissolve or disperse the components in the raw material liquid a. The solvent b is often water. The solvent b in the present invention is typically water.
(誘導溶液dの溶媒)
誘導溶液dにおける溶媒は、原料液aから分離すべき溶媒bと同種の溶媒とすることが好ましい。例えば原料液aの溶媒が水である場合は、誘導溶液dにおける溶媒も水であることが好ましい。
(Solvent of induction solution d)
The solvent in the inductive solution d is preferably the same type as the solvent b to be separated from the raw material solution a. For example, when the solvent of the raw material solution a is water, it is preferable that the solvent of the induction solution d is also water.
〈濃縮原料液c〉
原料液aが第一の工程を経て濃縮されて得られる濃縮原料液cは、原料液a中の成分を維持し、かつ、溶媒bが優先的に分離されることにより得られる。本発明の原料液濃縮システムでは、原料液aから分離される溶媒bの量を任意に制御することができる。
本発明においては特に、第一の工程終了時の温度において測定した濃縮原料液cの浸透圧が、1.52MPa(15atm)以上65.9MPa(650atm)以下の範囲となるように、第一の工程を行う。第一の工程終了時の温度において測定した濃縮原料液cの浸透圧は、2.03MPa(20atm)以上50.7MPa(500atm)以下の範囲とすることが好ましく、2.53MPa(25atm)以上35.5MPa(350atm)以下の範囲とすることがより好ましい。
<Concentrated raw material liquid c>
The concentrated raw material liquid c obtained by concentrating the raw material liquid a through the first step is obtained by maintaining the components in the raw material liquid a and preferentially separating the solvent b. In the raw material liquid concentrating system of the present invention, the amount of the solvent b separated from the raw material liquid a can be arbitrarily controlled.
In particular, in the present invention, the osmotic pressure of the concentrated raw material liquid c measured at the temperature at the end of the first step is in the range of 1.52 MPa (15 atm) or more and 65.9 MPa (650 atm) or less. Perform the process. The osmotic pressure of the concentrated raw material liquid c measured at the temperature at the end of the first step is preferably in the range of 2.03 MPa (20 atm) or more and 50.7 MPa (500 atm) or less, and is 2.53 MPa (25 atm) or more and 35. It is more preferable that the range is 5.5 MPa (350 atm) or less.
第一の工程終了時の温度において測定した濃縮原料液cの浸透圧が、1.52MPa(15atm)未満であると十分な濃縮効果が得られず、成分の維持が十分になされないことが多い。また、第一の工程終了時の温度において測定した濃縮原料液cの浸透圧が、65.9MPa(650atm)を超える場合は、極端に高い濃度の誘導溶液dが必要となる場合が多く、この場合、理由は定かではないが正浸透膜oを介して誘導溶液dから濃縮原料液cへの誘導物質の移動量が多くなる傾向がある。 If the osmotic pressure of the concentrated raw material liquid c measured at the temperature at the end of the first step is less than 1.52 MPa (15 atm), a sufficient concentration effect cannot be obtained, and the components are often not sufficiently maintained. .. Further, when the osmotic pressure of the concentrated raw material solution c measured at the temperature at the end of the first step exceeds 65.9 MPa (650 atm), an extremely high concentration of the induction solution d is often required. In this case, although the reason is not clear, the amount of the inducer transferred from the inducer solution d to the concentrated raw material solution c tends to increase through the forward osmosis membrane o.
本発明の第一の工程によると、原料液aの浸透圧が誘導溶液dの浸透圧を超えない限り、原料液aの飽和濃度付近まで濃縮することが可能である。その後に後述の第二の工程を経ることにより、原料液aの量が多い場合であっても、凍結乾燥の時間を短縮することができる。このように、原料液aの浸透圧が十分に高くなるまで第一の工程を行うことにより、時間的及びエネルギー的に負荷の大きい凍結乾燥工程を効率化することができる。 According to the first step of the present invention, as long as the osmotic pressure of the raw material solution a does not exceed the osmotic pressure of the induction solution d, it is possible to concentrate to near the saturation concentration of the raw material solution a. After that, by going through the second step described later, the freeze-drying time can be shortened even when the amount of the raw material liquid a is large. As described above, by performing the first step until the osmotic pressure of the raw material liquid a becomes sufficiently high, the freeze-drying step having a large time and energy load can be made more efficient.
本発明の第一の工程は正浸透プロセスである。したがって、原料液成分を高度に維持しつつ、高い濃縮倍率を得ることが可能である。また、誘導物質を変更することにより、任意の濃縮倍率を得られることから、本システムが適用可能な原料液の種類は多様であり、実質的にあらゆる液体の濃縮が可能である。したがって本発明によると、従来技術を適用することが不可能な又は困難な場合でも、高品質の濃縮物を高効率に得ることができる。 The first step of the present invention is a forward osmosis process. Therefore, it is possible to obtain a high concentration ratio while maintaining a high level of raw material liquid components. In addition, since an arbitrary concentration ratio can be obtained by changing the inducer, there are various types of raw material liquids to which this system can be applied, and substantially any liquid can be concentrated. Therefore, according to the present invention, a high quality concentrate can be obtained with high efficiency even when it is impossible or difficult to apply the prior art.
〈第一の工程〉
本発明の原料液濃縮システムの第一の工程では、正浸透プロセスが行われる。
本発明における正浸透プロセスは、例えば、正浸透膜oによって内部空間が原料液側空間R及び誘導溶液側空間Dの2つに分割された正浸透膜ユニットを用いて実施されてよい。
<First step>
In the first step of the raw material liquid concentration system of the present invention, a forward osmosis process is performed.
The forward osmosis process in the present invention may be carried out using, for example, a forward osmosis membrane unit in which the internal space is divided into two, a raw material liquid side space R and an induction solution side space D, by the forward osmosis membrane o.
〈正浸透膜ユニットの正浸透膜o〉
正浸透膜ユニットの正浸透膜oとは、溶媒bは透過させるが、溶質は透過させない、又は透過させ難い機能を有する膜である。
本発明の原料液濃縮システムの第一の工程で用いられる正浸透膜oは、逆浸透膜としての機能も有する膜であってもよい。しかしながら、圧力によって溶媒を除去する逆浸透プロセスと、原料液と誘導溶液との浸透圧の差を利用する正浸透プロセスとは、溶媒除去に活用される駆動力の違いに起因して、適切な膜構造が異なる。
本発明の原料液濃縮システムのように、一連の工程に正浸透プロセスが組み込まれるシステムにおいては、正浸透膜としての機能がより高い膜を使用することが好ましい。
<Forward osmosis membrane o of the forward osmosis membrane unit>
The forward osmosis membrane o of the forward osmosis membrane unit is a membrane having a function of allowing the solvent b to permeate but not allowing the solute to permeate or making it difficult to permeate.
The forward osmosis membrane o used in the first step of the raw material liquid concentration system of the present invention may be a membrane also having a function as a reverse osmosis membrane. However, the reverse osmosis process in which the solvent is removed by pressure and the forward osmosis process in which the difference in osmotic pressure between the raw material solution and the inductive solution is utilized are appropriate due to the difference in the driving force utilized for solvent removal. The membrane structure is different.
In a system in which a forward osmosis process is incorporated into a series of steps, such as the raw material liquid concentration system of the present invention, it is preferable to use a membrane having a higher function as a forward osmosis membrane.
正浸透膜oの形状としては、例えば、中空糸状、平膜状、スパイラル膜状等が挙げられる。
正浸透膜oは、支持層(支持膜)上に分離活性層を有する複合型の膜が好ましい。上記支持膜は、平膜であっても中空糸膜であってもよい。
平膜を支持膜とする場合、支持膜の片面又は両面に分離活性層を有するものであってよい。
中空糸膜を支持膜とする場合、中空糸膜の外表面若しくは内表面、又はこれらの双方の面上に分離活性層を有するものであってよい。
Examples of the shape of the forward osmosis membrane o include a hollow filamentous shape, a flat membrane shape, a spiral membrane shape, and the like.
The forward osmosis membrane o is preferably a composite type membrane having a separation active layer on the support layer (support membrane). The support membrane may be a flat membrane or a hollow fiber membrane.
When the flat membrane is used as a support membrane, it may have a separation active layer on one side or both sides of the support membrane.
When the hollow fiber membrane is used as a support membrane, the hollow fiber membrane may have a separation active layer on the outer surface or the inner surface of the hollow fiber membrane, or both surfaces.
本実施形態における支持膜とは、分離活性層を支持するための膜であり、これ自体は分離対象物に対して実質的に分離性能を示さないことが好ましい。この支持膜としては、公知の微細孔性支持膜、不織布等を含むどのようなものでも使用できる。
本実施形態において好ましい支持膜は、微細孔性中空糸支持膜である。この微細孔中空糸支持膜は、その内表面に、孔径が好ましくは0.001μm以上0.1μm以下、より好ましくは0.005μm以上0.05μm以下の微細孔を有する。一方、微細孔性中空糸支持膜の内表面から膜の深さ方向に外表面までの構造については、透過する流体の透過抵抗を小さくするために、強度を保ち得る限りでできるだけ疎な構造であることが好ましい。この部分の疎な構造は、例えば網状、指状ボイド等、又はそれらの混合構造のいずれかであることが好ましい。
The support membrane in the present embodiment is a membrane for supporting the separation active layer, and it is preferable that the support membrane itself does not substantially exhibit separation performance with respect to the separation target. As the support film, any known microporous support film, non-woven fabric and the like can be used.
The preferred support membrane in this embodiment is a microporous hollow fiber support membrane. The fine pore hollow fiber support membrane has fine pores having a pore diameter of preferably 0.001 μm or more and 0.1 μm or less, more preferably 0.005 μm or more and 0.05 μm or less on the inner surface thereof. On the other hand, regarding the structure from the inner surface of the microporous hollow fiber support membrane to the outer surface in the depth direction of the membrane, in order to reduce the permeation resistance of the permeating fluid, the structure is as sparse as possible while maintaining the strength. It is preferable to have. The sparse structure of this portion is preferably, for example, a net-like structure, a finger-like void, or a mixed structure thereof.
平膜状又は中空糸状の正浸透膜oにおける分離活性層としては、誘導物質の阻止率が高いことから、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、酢酸セルロース等から選ばれる少なくとも1種を主成分とする薄膜層であることが好ましい。より好ましくは、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、及びポリアミドから選ばれる少なくとも1種を主成分とすることであり、特に好ましくはポリアミドの層である。
分離活性層におけるポリアミドは、多官能性酸ハライド及び多官能性芳香族アミンの界面重合により形成されることができる。
As the separation active layer in the flat membrane-like or hollow filament-like forward osmosis membrane o, since the inhibition rate of the inducer is high, for example, polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polyamide, acetic acid. It is preferably a thin film layer containing at least one selected from cellulose and the like as a main component. More preferably, the main component is at least one selected from polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, and polyamide, and a layer of polyamide is particularly preferable.
The polyamide in the separation active layer can be formed by interfacial polymerization of a polyfunctional acid halide and a polyfunctional aromatic amine.
多官能性芳香族酸ハライドとは、一分子中に2個以上の酸ハライド基を有する芳香族酸ハライド化合物である。具体的には、例えば、トリメシン酸ハライド、トリメリット酸ハライド、イソフタル酸ハライド、テレフタル酸ハライド、ピロメリット酸ハライド、ベンゾフェノンテトラカルボン酸ハライド、ビフェニルジカルボン酸ハライド、ナフタレンジカルボン酸ハライド、ピリジンジカルボン酸ハライド、ベンゼンジスルホン酸ハライド等を挙げることができ、これらを単独で、又はこれらの混合物を用いることができる。これらの芳香族酸ハライド化合物におけるハロゲン化物イオンとしては、例えば、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン等を挙げることができる。本発明においては、特にトリメシン酸クロリド単独、又はトリメシン酸クロリドとイソフタル酸クロリドとの混合物、若しくはトリメシン酸クロリドとテレフタル酸クロリドとの混合物が好ましく用いられる。 The polyfunctional aromatic acid halide is an aromatic acid halide compound having two or more acid halide groups in one molecule. Specifically, for example, trimesic acid halide, trimellitic acid halide, isophthalic acid halide, terephthalic acid halide, pyromellitic acid halide, benzophenonetetracarboxylic acid halide, biphenyldicarboxylic acid halide, naphthalenedicarboxylic acid halide, pyridinedicarboxylic acid halide, etc. Examples thereof include benzenedisulfonic acid halide and the like, and these can be used alone or in combination thereof. Examples of the halide ion in these aromatic acid halide compounds include chloride ion, bromide ion, and iodide ion. In the present invention, trimesic acid chloride alone, a mixture of trimesic acid chloride and isophthalic acid chloride, or a mixture of trimesic acid chloride and terephthalic acid chloride is particularly preferably used.
多官能性芳香族アミンとは、一分子中に2個以上のアミノ基を有する芳香族アミノ化合物である。具体的には、例えば、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルアミン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルアミン、3,5−ジアミノ安息香酸、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン、1,3,5−トリアミノベンゼン、1,5−ジアミノナフタレン等を挙げることができ、これらを単独で、又はこれらの混合物を用いることができる。本発明においては、特に、m−フェニレンジアミン及びp−フェニレンジアミンから選ばれる1種以上が好適に用いられる。 The polyfunctional aromatic amine is an aromatic amino compound having two or more amino groups in one molecule. Specifically, for example, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 3,3'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenylamine, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 3 , 3'-diaminodiphenylamine, 3,5-diaminobenzoic acid, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 3,3'-diaminodiphenylsulfone, 3,4'-diaminodiphenylsulfone, 1,3,5-triamino Benzene, 1,5-diaminonaphthalene and the like can be mentioned, and these can be used alone or in admixture thereof. In the present invention, in particular, one or more selected from m-phenylenediamine and p-phenylenediamine are preferably used.
多官能性酸ハライド及び多官能性芳香族アミンの界面重合は、定法に従って実施することができる。 Interfacial polymerization of polyfunctional acid halides and polyfunctional aromatic amines can be carried out according to a conventional method.
本実施形態においては、中空糸状の正浸透膜を用いることが好ましく、特に中空糸状の多孔性支持膜の内表面に重合体薄膜から成る分離活性層を有する複合型中空糸を用いることが好ましい。
正浸透膜ユニットとしては、複数の正浸透膜の糸束が好ましくは適当なハウジング内に収納されて構成される、正浸透膜モジュールの形態にあるものを使用することが好ましい。
In the present embodiment, it is preferable to use a hollow fiber-shaped forward osmosis membrane, and it is particularly preferable to use a composite hollow fiber having a separation active layer made of a polymer thin film on the inner surface of the hollow fiber-shaped porous support membrane.
As the forward osmosis membrane unit, it is preferable to use one in the form of a forward osmosis membrane module in which a plurality of forward osmosis membrane thread bundles are preferably housed in a suitable housing.
正浸透膜oの、溶媒bについての透過流束は、第一の工程開始時における初期透過流速として、1kg/(m2×hr)以上100kg/(m2×hr)であることが好ましい。この初期透過流束が1kg/(m2×hr)未満であれば、溶媒bの分離効率が損なわれる場合があり、100kg/(m2×hr)を超えると、正浸透膜oを介して誘導溶液dから濃縮原料液cへの誘導物質の移動量が多くなる場合がある。
本明細書における溶媒bについての透過流束とは、正浸透膜oを通過する溶媒bの量を、正浸透膜oの単位面積当たり、及び単位時間当たりに割り付けた量を意味しており、下記数式(1)により定義される。
F=L/(M×H) (1)
ここで、Fは溶媒bについての透過流束(kg/(m2×hr))であり、Lは透過した溶媒bの量(kg)であり、Mは正浸透膜oの表面積(m2)であり、Hは時間(hr)である。
溶媒bが水である場合の透過流束は、一般に「透水量」と呼ばれ、例えば、処理液として純水を用い、誘導溶液として3.5重量%食塩水を用いて測定することができる。
The permeation flux of the forward osmosis membrane o with respect to the solvent b is preferably 1 kg / (m 2 × hr) or more and 100 kg / (m 2 × hr) as the initial permeation flow velocity at the start of the first step. If the initial permeation flux is less than 1 kg / (m 2 x hr), the separation efficiency of the solvent b may be impaired, and if it exceeds 100 kg / (m 2 x hr), the solvent b is passed through the forward osmosis membrane o. The amount of the inducing substance transferred from the inducing solution d to the concentrated raw material liquid c may increase.
The permeated flux with respect to the solvent b in the present specification means the amount of the solvent b passing through the forward osmosis membrane o, which is allocated per unit area of the forward osmosis membrane o and per unit time. It is defined by the following formula (1).
F = L / (M × H) (1)
Here, F is the permeated flux (kg / (m 2 × hr)) for the solvent b, L is the amount (kg) of the permeated solvent b, and M is the surface area (m 2 ) of the forward osmosis membrane o. ), And H is the time (hr).
The permeated flux when the solvent b is water is generally called "water permeability", and can be measured using, for example, pure water as the treatment solution and 3.5 wt% saline solution as the induction solution. ..
〈正浸透膜ユニットへの原料溶液a及び誘導溶dの導入〉
正浸透膜ユニットの原料液側空間Rには濃縮対象物である原料液aが導入され、誘導溶液側空間Dには誘導溶液dが導入される。これらの流れの方向は、向流でも並流でもよい。
正浸透膜ユニットの原料液側空間Rに導入される原料液aの流量は任意であるが、典型的な例として、正浸透膜ユニット中の正浸透膜の表面積1m2当たり、1分間当たり、50mL/(m2・分)以上1,500mL/(m2・分)以下の範囲を例示することができ、100mL/(m2・分)以上1,000mL/(m2・分)以下とすることが好ましい。
<Introduction of raw material solution a and inductive solution d into the forward osmosis membrane unit>
The raw material liquid a to be concentrated is introduced into the raw material liquid side space R of the forward osmosis membrane unit, and the induction solution d is introduced into the induction solution side space D. The direction of these flows may be countercurrent or parallel.
The flow rate of the raw material liquid a introduced into the raw material liquid side space R of the forward osmosis membrane unit is arbitrary, but as a typical example, per 1 m 2 of the surface area of the forward osmosis membrane in the forward osmosis membrane unit, per minute. 50mL / (m 2 · min) or more 1,500mL / (m 2 · min) can be exemplified the following range, 100mL / (m 2 · min) or more 1,000mL / (m 2 · min) or less and It is preferable to do so.
正浸透膜ユニットの誘導溶液側空間Dに導入される誘導溶液dの流量は任意であるが、100mL/(m2・分)以上5,000mL/(m2・分)以下の範囲を例示することができ、500mL/(m2・分)以上2,000mL/(m2・分)以下とすることが好ましい。 Although the flow rate of the draw solution d which is introduced into the draw solution side space D of the forward osmosis membrane unit is arbitrary, illustrate 100mL / (m 2 · min) or more 5,000mL / (m 2 · min) the range it can, it is preferable to 500mL / (m 2 · min) or more 2,000mL / (m 2 · min) or less.
〈原料液a及び誘導溶液dの温度〉
第一の工程において、正浸透膜ユニットの原料液側空間Rに導入される原料液aの温度は、特に制限されないが、好ましくは3℃以上60℃以下であり、より好ましくは5℃以上50℃以下である。理由は定かではないが、原料液aの温度が3℃未満では透過流速が遅くなる場合があり、60℃以上では原料液a中の成分の一部が変性する場合が見られる。
正浸透膜ユニットの誘導溶液側空間Dに導入される誘導溶液dの温度は、特に限定されないが,好ましくは5℃以上60℃以下であり、より好ましくは10℃以上50℃以下である。理由は定かではないが、誘導溶液dの温度が5℃未満又は60℃を超える温度のときは、正浸透膜oを介して誘導溶液dから原料液aへ誘導物質が移動する量が多くなる場合が見られる。
<Temperature of raw material solution a and induction solution d>
In the first step, the temperature of the raw material liquid a introduced into the raw material liquid side space R of the forward osmosis membrane unit is not particularly limited, but is preferably 3 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, and more preferably 5 ° C. or higher and 50 ° C. or higher. It is below ° C. Although the reason is not clear, when the temperature of the raw material liquid a is less than 3 ° C., the permeation flow velocity may be slow, and when the temperature is 60 ° C. or higher, some of the components in the raw material liquid a may be denatured.
The temperature of the induction solution d introduced into the induction solution side space D of the forward osmosis membrane unit is not particularly limited, but is preferably 5 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, and more preferably 10 ° C. or higher and 50 ° C. or lower. Although the reason is not clear, when the temperature of the inducing solution d is less than 5 ° C. or higher than 60 ° C., the amount of the inducing substance transferred from the inducing solution d to the raw material liquid a through the forward osmosis membrane o increases. Cases can be seen.
〈濃縮原料液cの浸透圧測定〉
上述したとおり、第一の工程によって得られる濃縮原料cは、第一の工程終了時の温度において測定した浸透圧が1.52MPa(15atm)以上65.9MPa(650atm)以下の範囲となるように調整される。
濃縮原料液cの浸透圧の測定は以下1〜3のいずれかの方法を用いて測定することができる。
1:第一の工程と同様の工程を経て、別に得た濃縮原料液cと同様の溶液を、半透膜を介して所定の濃度の無機塩水溶液と接触させ、30分後の各溶液の容量変化が5%以下となる時の無機塩水溶液の浸透圧を、濃縮原料液cの浸透圧とした。ここで、無機塩水溶液としては代表的に塩化ナトリウム水溶液又は塩化マグネシウム水溶液を用いてよい。無機塩水溶液の浸透圧は公知の浸透圧測定器(例えば、オガワ精機(株)製、OSK 40BU200−240)を用いて測定することができる。測定限界値を超える場合には、例えば、無機塩溶液の重量%濃度による浸透圧の変化を測定し、少なくとも10点以上の点をプロットした後に、二次近似式を作成して算出することができる。
2:第一の工程を経て得た濃縮原料液cの一部を抜き出し、半透膜を介して所定の濃度の無機塩水溶液と接触させ、30分後の各溶液の容量変化が5%以下となる時の無機塩水溶液の浸透圧を、濃縮原料液cの浸透圧としてよい。
3:第一の工程を経て得た濃縮原料液cの一部を抜き出し、公知の浸透圧測定器(例えば、オガワ精機(株)製、OSK 40BU200−240)を用いて測定することができる。
<Osmotic pressure measurement of concentrated raw material liquid c>
As described above, the concentrated raw material c obtained by the first step has an osmotic pressure in the range of 1.52 MPa (15 atm) or more and 65.9 MPa (650 atm) or less measured at the temperature at the end of the first step. Be adjusted.
The osmotic pressure of the concentrated raw material liquid c can be measured by using any of the following
1: A solution similar to the concentrated raw material solution c obtained separately through the same steps as the first step is brought into contact with an aqueous inorganic salt solution having a predetermined concentration via a semipermeable membrane, and 30 minutes later, each solution is prepared. The osmotic pressure of the inorganic salt aqueous solution when the volume change was 5% or less was defined as the osmotic pressure of the concentrated raw material solution c. Here, as the inorganic salt aqueous solution, a sodium chloride aqueous solution or a magnesium chloride aqueous solution may be typically used. The osmotic pressure of the aqueous inorganic salt solution can be measured using a known osmotic pressure measuring device (for example, OSK 40BU200-240 manufactured by Ogawa Seiki Co., Ltd.). When the measurement limit value is exceeded, for example, the change in osmotic pressure due to the weight% concentration of the inorganic salt solution can be measured, at least 10 points or more can be plotted, and then a quadratic approximation formula can be created and calculated. it can.
2: A part of the concentrated raw material solution c obtained in the first step is extracted and brought into contact with an aqueous inorganic salt solution having a predetermined concentration through a semipermeable membrane, and the volume change of each solution after 30 minutes is 5% or less. The osmotic pressure of the aqueous solution of the inorganic salt at that time may be the osmotic pressure of the concentrated raw material solution c.
3: A part of the concentrated raw material liquid c obtained through the first step can be extracted and measured using a known osmotic pressure measuring device (for example, OSK 40BU200-240 manufactured by Ogawa Seiki Co., Ltd.).
〈第二の工程〉
本発明の原料液濃縮システムにおける第二の工程では、第一の工程で得られた濃縮原料液cを凍結乾燥させ、更に濃縮された生成物fを得る。
本システムにおける凍結乾燥には、公知であるいずれの技術を使用してもよく、その典型的なプロセスに関しては前述したとおりである。
<Second step>
In the second step in the raw material liquid concentration system of the present invention, the concentrated raw material liquid c obtained in the first step is freeze-dried to obtain a further concentrated product f.
Any known technique may be used for lyophilization in this system, the typical process of which is as described above.
〈誘導溶液再生工程〉
本実施形態の原料液濃縮システムにおいて任意に採用される誘導溶液再生工程は、以下のいずれかの工程であってよい。
希釈誘導溶液eから溶媒bを除去して、希釈誘導溶液eの濃縮物である再生誘導溶液gを得て、得られた再生誘導溶液gを誘導溶液dとして使用する工程(第一の誘導溶液再生工程、例えば図3の場合)、又は
誘導溶液dから溶媒bを除去して、誘導溶液dの濃縮物である濃縮誘導溶液hを得て、得られた濃縮誘導溶液hと希釈誘導溶液eとを混合して再生誘導溶液gを調製し、得られた再生誘導溶液gを誘導溶液dとして使用する工程(第二の誘導溶液再生工程、例えば図4の場合)。
<Induction solution regeneration process>
The inductive solution regeneration step arbitrarily adopted in the raw material liquid concentration system of the present embodiment may be any of the following steps.
A step of removing the solvent b from the dilution induction solution e to obtain a regeneration induction solution g which is a concentrate of the dilution induction solution e, and using the obtained regeneration induction solution g as the induction solution d (first induction solution). In the regeneration step (for example, in the case of FIG. 3), or by removing the solvent b from the induction solution d to obtain a concentration induction solution h which is a concentrate of the induction solution d, the obtained concentration induction solution h and the dilution induction solution e A step of preparing a regeneration-inducing solution g by mixing with and using the obtained regeneration-inducing solution g as an induction solution d (second induction solution regeneration step, for example, in the case of FIG. 4).
第一の誘導溶液再生工程における希釈誘導溶液eからの溶媒bの除去、及び第二の誘導溶液再生工程における誘導溶液dからの溶媒bの除去は、それぞれ、例えば、蒸発手段によって行われてよい。蒸発手段としては、例えば、蒸留プロセス、正浸透プロセス、膜蒸留プロセス等を用いることができる。
蒸留プロセスとは、希釈誘導溶液e又は誘導溶液dを所定の温度に調整した後、蒸留塔に送入し、塔頂部から溶媒bを得るとともに、塔底部からは、溶媒bが除去されて濃縮された希釈誘導溶液である再生誘導溶液g、又は溶媒bが除去されて濃縮された誘導溶液である濃縮誘導溶液hを得る工程である。
The removal of the solvent b from the dilution induction solution e in the first induction solution regeneration step and the removal of the solvent b from the induction solution d in the second induction solution regeneration step may be performed, for example, by means of evaporation. .. As the evaporation means, for example, a distillation process, a forward osmosis process, a membrane distillation process or the like can be used.
In the distillation process, the dilution induction solution e or the induction solution d is adjusted to a predetermined temperature and then fed into a distillation tower to obtain a solvent b from the top of the column, and the solvent b is removed from the bottom of the column to concentrate. This is a step of obtaining a concentrated induction solution h, which is a concentrated induction solution from which the regeneration-inducing solution g, which is the diluted induction solution, or the solvent b has been removed.
正浸透プロセスとは、希釈誘導溶液e又は誘導溶液dを正浸透膜と接触するように流通させて、希釈誘導溶液e又は誘導溶液dに含有される溶媒bが正浸透膜を通過して除去されるように構成することにより、溶媒bと、再生誘導溶液g又は濃縮誘導溶液hとに分離する工程である。
膜蒸留プロセスでは、半透膜によって液相部と気相部とに分割された分離室を有する膜ユニットを用いる。膜蒸留用の膜ユニットの液相部に希釈誘導溶液e又は誘導溶液dを導入し、気相部を減圧とすることにより、希釈誘導溶液e又は誘導溶液dに含有される溶媒bが、液相部から半透膜を通過して減圧の気相部に移動する。これによって希釈誘導溶液e又は誘導溶液dから溶媒bを除去して、再生誘導溶液g又は濃縮誘導溶液hを得ることができる。
In the forward osmosis process, the dilution induction solution e or the induction solution d is circulated so as to be in contact with the forward osmosis membrane, and the solvent b contained in the dilution induction solution e or the induction solution d is removed through the forward osmosis membrane. This is a step of separating the solvent b from the regeneration-inducing solution g or the concentration-inducing solution h.
In the membrane distillation process, a membrane unit having a separation chamber divided into a liquid phase portion and a gas phase portion by a semipermeable membrane is used. By introducing the dilution induction solution e or the induction solution d into the liquid phase portion of the membrane unit for membrane distillation and reducing the pressure in the gas phase portion, the solvent b contained in the dilution induction solution e or the induction solution d becomes a liquid. It moves from the phase part through the semitransparent film to the gas phase part under reduced pressure. Thereby, the solvent b can be removed from the dilution induction solution e or the induction solution d to obtain the regeneration induction solution g or the concentration induction solution h.
希釈誘導溶液の再生プロセスとしては、設備サイズが小さい点で、正浸透膜を用いる正浸透プロセス、又は半透膜を用いる膜蒸留プロセスが好ましく、希釈誘導溶液e又は誘導溶液dから溶媒bへの誘導物質の移動を抑制できる点で、半透膜を用いる膜蒸留プロセスであることがより好ましい。
以下、膜蒸留プロセスに使用される要素について説明する。
As the regeneration process of the dilution induction solution, a forward osmosis process using a forward osmosis membrane or a membrane distillation process using a semipermeable membrane is preferable because the equipment size is small, and the dilution induction solution e or the induction solution d is transferred to the solvent b. A membrane distillation process using a semipermeable membrane is more preferable because it can suppress the movement of the inducer.
The elements used in the membrane distillation process will be described below.
〈膜蒸留プロセスの半透膜〉
膜蒸留プロセスに用いる半透膜の形状としては、例えば、中空糸状、平膜状、スパイラル膜状等が挙げられる。
平膜状の半透膜は、例えば、単一の層から構成されるものであってもよいし、支持層と、該支持層上の分離活性層とを有するものであってもよい。中空糸状の半透膜は、例えば、単一の層から構成される中空糸であってもよいし、中空糸状の支持層と、該支持層の外表面若しくは内表面、又はこれらの双方の面上の分離活性層とを有するものであってもよい。
半透膜における支持層及び分離活性層の素材は、それぞれ、第一の工程における正浸透膜oについて上記に例示した素材から選択される任意のものから構成されていてよい。
<Semipermeable membrane of membrane distillation process>
Examples of the shape of the semipermeable membrane used in the membrane distillation process include a hollow filament shape, a flat membrane shape, and a spiral membrane shape.
The flat membrane-like semipermeable membrane may be composed of, for example, a single layer, or may have a support layer and a separation active layer on the support layer. The hollow fiber-like semipermeable membrane may be, for example, a hollow fiber composed of a single layer, a hollow fiber-like support layer, an outer surface or an inner surface of the support layer, or both surfaces thereof. It may have the above separation active layer.
The material of the support layer and the separation active layer in the semipermeable membrane may be composed of any material selected from the materials exemplified above for the forward osmosis membrane o in the first step, respectively.
半透膜の、溶媒bについての透過流束は、1kg/(m2×hr)以上200kg/(m2×hr)以下であることが好ましい。この透過流束が1kg/(m2×hr)未満であれば、溶媒bの効率的な分離が損なわれる場合があり、200kg/(m2×hr)を超えると、誘導溶液dから半透膜を通過して溶媒bへ移動する誘導物質の量が多くなる場合がある。
この透過流束は、第一の工程における正浸透膜oの、溶媒bについての透過流束と同様に定義される。
The permeation flux of the semipermeable membrane with respect to the solvent b is preferably 1 kg / (m 2 × hr) or more and 200 kg / (m 2 × hr) or less. If this permeated flux is less than 1 kg / (m 2 x hr), the efficient separation of solvent b may be impaired, and if it exceeds 200 kg / (m 2 x hr), it is semipermeable from the inductive solution d. The amount of inducer that passes through the membrane and moves to solvent b may increase.
This permeation flux is defined in the same way as the permeation flux for the solvent b of the forward osmosis membrane o in the first step.
〈膜蒸留プロセスに導入される希釈誘導溶液e又は誘導溶液dの温度〉
希釈誘導溶液e又は誘導溶液dは、液相部に導入される前に、20℃以上90℃以下の範囲に温度調整されていることが好ましい。この温度が20℃未満であれば、膜蒸留による溶媒bの分離の効率が損なわれる場合があり、90℃を超えると、希釈誘導溶液e又は誘導溶液流dに含まれる誘導物質が、半透膜を通過して溶媒bへ移動する量が増大する場合がある。
希釈誘導溶液e又は誘導溶液流dを加熱するための熱源として、例えば熱交換器を用いることができ、又は産業プロセス等の排熱を用いることができる。熱源として排熱を利用すると、溶媒bの分離のために新たに消費されるエネルギー量を削減することができるため、好ましい。
<Temperature of dilution induction solution e or induction solution d introduced into the membrane distillation process>
It is preferable that the temperature of the dilution induction solution e or the induction solution d is adjusted in the range of 20 ° C. or higher and 90 ° C. or lower before being introduced into the liquid phase portion. If this temperature is less than 20 ° C., the efficiency of separation of the solvent b by membrane distillation may be impaired, and if it exceeds 90 ° C., the inducer contained in the dilution induction solution e or the induction solution flow d becomes semipermeable. The amount transferred to the solvent b through the membrane may increase.
As a heat source for heating the dilution induction solution e or the induction solution flow d, for example, a heat exchanger can be used, or exhaust heat from an industrial process or the like can be used. Utilizing exhaust heat as a heat source is preferable because the amount of energy newly consumed for separating the solvent b can be reduced.
〈膜蒸留プロセスにおける気相部〉
膜蒸留プロセスに用いる膜蒸留用の膜ユニットの気相部は、所定の圧力まで減圧されていることが好ましい。気相部の圧力は、装置のスケール、誘導溶液流dの濃度、所望の溶媒bの生成速度等に応じて適宜に設定されてよいが、例えば、0.1kPa以上80kPa以下とすることが好ましく、1kPa以上50kPa以下とすることがより好ましい。
膜蒸留用の膜ユニットの気相部を減圧するための減圧装置としては、例えば、ダイアフラム真空ポンプ、ドライポンプ、油回転真空ポンプ、エジェクタ、アスピレーター等が挙げられる。
<Phase part in membrane distillation process>
The gas phase portion of the membrane unit for membrane distillation used in the membrane distillation process is preferably depressurized to a predetermined pressure. The pressure of the gas phase portion may be appropriately set according to the scale of the apparatus, the concentration of the induced solution flow d, the production rate of the desired solvent b, etc., but is preferably 0.1 kPa or more and 80 kPa or less, for example. More preferably, it is 1 kPa or more and 50 kPa or less.
Examples of the decompression device for depressurizing the gas phase portion of the membrane unit for membrane distillation include a diaphragm vacuum pump, a dry pump, an oil rotary vacuum pump, an ejector, and an aspirator.
〈誘導溶液再生工程で得られる製品〉
第一の誘導溶液再生工程によると、希釈誘導溶液eから溶媒bが分離されて、濃縮された希釈誘導溶液である再生誘導溶液gとなり、膜蒸留用の膜ユニットから排出される。得られた再生誘導溶液gは、必要に応じて希釈誘導溶液eと混合されて所定の濃度に調整されたうえで、誘導溶液dとして再利用することができる。再生誘導溶液gの再利用の際、冷却装置を用いて再生誘導溶液gの温度を調整してもよい。
第二の誘導溶液再生工程によると、誘導溶液dから溶媒bが分離されて、濃縮された誘導溶液である濃縮誘導溶液fとなり、膜蒸留用の膜ユニットから排出される。得られた濃縮誘導溶液hは、希釈誘導溶液eと混合されて所定の濃度に調整されて再生誘導溶液gとなり、これをそのまま誘導溶液dとして再利用することができる。濃縮誘導溶液hの再利用の際、冷却装置を用いて濃縮誘導溶液hの温度を調整してもよい。
上記における冷却装置としては、例えば、チラー、熱交換器等を用いることができる。
誘導溶液再生工程によって誘導溶液dから分離された溶媒bは、必要に応じて再利用してよい。
<Products obtained in the induction solution regeneration process>
According to the first induction solution regeneration step, the solvent b is separated from the dilution induction solution e to become the regeneration induction solution g which is a concentrated dilution induction solution, and is discharged from the membrane unit for membrane distillation. The obtained regeneration-inducing solution g can be reused as the inducing solution d after being mixed with the dilution-inducing solution e as necessary and adjusted to a predetermined concentration. When reusing the regeneration-inducing solution g, the temperature of the regeneration-inducing solution g may be adjusted by using a cooling device.
According to the second induction solution regeneration step, the solvent b is separated from the induction solution d to become a concentrated induction solution f, which is a concentrated induction solution, and is discharged from the membrane unit for membrane distillation. The obtained concentration-inducing solution h is mixed with the dilution-inducing solution e and adjusted to a predetermined concentration to become a regeneration-inducing solution g, which can be reused as it is as an inducing solution d. When reusing the concentration-inducing solution h, the temperature of the concentration-inducing solution h may be adjusted by using a cooling device.
As the cooling device in the above, for example, a chiller, a heat exchanger, or the like can be used.
The solvent b separated from the induction solution d by the induction solution regeneration step may be reused if necessary.
〈本発明の原料液濃縮システムの成分維持性〉
上記のような本発明の原料液濃縮システムによると、原料液に含有される成分の組成が実質的に維持された高濃度の濃縮物を効率的に得ることができる。
得られた濃縮物中の成分の分析は、原料液及びその濃縮物に含まれる成分の種類に応じて適宜に選択されてよい。例えば、ICP−MS(誘導結合高周波プラズマ質量分析)、核磁気共鳴分光(NMR)法、ガスクロマトグラフィー質量分析(GC/MS)法、比色法、蛍光法、高速液体クロマトグラフ(HPLC)等の各種の公知の分析方法を用いることができる。
<Component retention of the raw material liquid concentration system of the present invention>
According to the raw material liquid concentration system of the present invention as described above, it is possible to efficiently obtain a high-concentration concentrate in which the composition of the components contained in the raw material liquid is substantially maintained.
The analysis of the components in the obtained concentrate may be appropriately selected depending on the type of the raw material liquid and the components contained in the concentrate. For example, ICP-MS (inductively coupled high frequency plasma mass spectrometry), nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), gas chromatography mass spectrometry (GC / MS), colorimetric method, fluorescence method, high performance liquid chromatography (HPLC), etc. Various known analytical methods can be used.
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
以下の実施例は、図4に示した構成の原料液濃縮システムを使用して実施した。
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
The following examples were carried out using the raw material liquid concentration system having the configuration shown in FIG.
《原料液濃縮システムの作製》
〈正浸透膜oを有する正浸透膜ユニットの作製〉
(1)中空糸状支持膜モジュールの作製
ポリエーテルスルホン(BASF社製、商品名「Ultrason」)をN−メチル−2−ピロリドン(和光純薬(株)製)に溶解して、20質量%の中空糸紡糸原液を調製した。二重紡口を装備した湿式中空糸紡糸機に上記の原液を充填し、水を満たした凝固槽中に押し出し、相分離により中空糸を形成した。得られた中空糸は、巻き取り機に巻き取った。得られた中空糸の外径は1.0mm、内径は0.7mm、内表面の微細孔の径は0.05μm、透水性能は1,020kg/(m2×hr)/100kPaであった。
この中空糸を支持層として用いた。
上記中空糸状の支持層1,750本を束ねた糸束を、5.5cm径、50cm長の円筒状プラスチックハウジングに充填し、両端部を接着剤で固定することにより、図1に示した構造を有する、有効膜内表面積1.65m2の中空糸状支持層のモジュールを作製した。
<< Preparation of raw material liquid concentration system >>
<Preparation of a forward osmosis membrane unit having a forward osmosis membrane o>
(1) Preparation of Hollow Fiber Support Membrane Module Polyether sulfone (manufactured by BASF, trade name "Ultrason") is dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to obtain 20% by mass. A hollow fiber spinning stock solution was prepared. A wet hollow yarn spinning machine equipped with a double spinner was filled with the above stock solution and extruded into a coagulation tank filled with water to form hollow yarn by phase separation. The obtained hollow yarn was wound on a winder. The outer diameter of the obtained hollow yarn was 1.0 mm, the inner diameter was 0.7 mm, the diameter of the fine pores on the inner surface was 0.05 μm, and the water permeability was 1,020 kg / (m 2 × hr) / 100 kPa.
This hollow yarn was used as a support layer.
The structure shown in FIG. 1 is formed by filling a cylindrical plastic housing having a diameter of 5.5 cm and a length of 50 cm with a bundle of 1,750 hollow thread-shaped support layers and fixing both ends with an adhesive. A module of a hollow filamentous support layer having an effective inner surface area of 1.65 m 2 was prepared.
(2)正浸透膜ユニットの作製
10L容器に、m−フェニレンジアミン100g及びラウリル硫酸ナトリウム8gを入れ、更に純水4,892gを加えて溶解し、界面重合に用いる第1溶液を5kg調製した。
別の10L容器に、トリメシン酸クロリド8gを入れ、n−ヘキサン3,992gを加えて溶解し、界面重合に用いる第2溶液4kgを調製した。
上記で製造した中空糸状支持層のモジュールのコア側(中空糸の内側)に第1溶液を充填し、30分静置した後に液を抜いて、中空糸の内側に第1溶液の薄い液膜を形成した。この状態で、第2溶液をコア側に1.75L/分の流量で3分間送液し、界面重合を行った。重合温度は25℃とした。
次いで、中空糸状支持膜モジュールのコア側に50℃の窒素を30分流してn−ヘキサンを蒸散除去した。更に、シェル側及びコア側の双方を純水にて洗浄することにより、中空糸状の正浸透膜oを有するモジュールである正浸透膜ユニットを作製した。
(2) Preparation of Forward Osmosis Membrane Unit 100 g of m-phenylenediamine and 8 g of sodium lauryl sulfate were placed in a 10 L container, and 4,892 g of pure water was further added and dissolved to prepare 5 kg of a first solution used for interfacial polymerization.
8 g of trimesic acid chloride was placed in another 10 L container, and 3,992 g of n-hexane was added and dissolved to prepare 4 kg of a second solution used for interfacial polymerization.
The core side (inside of the hollow fiber) of the module of the hollow fiber-like support layer manufactured above is filled with the first solution, allowed to stand for 30 minutes, then drained, and a thin film of the first solution is formed inside the hollow fiber. Was formed. In this state, the second solution was sent to the core side at a flow rate of 1.75 L / min for 3 minutes to perform interfacial polymerization. The polymerization temperature was 25 ° C.
Next, nitrogen at 50 ° C. was flowed through the core side of the hollow filamentous support membrane module for 30 minutes to evaporate and remove n-hexane. Further, by washing both the shell side and the core side with pure water, a forward osmosis membrane unit which is a module having a hollow thread-like forward osmosis membrane o was produced.
この正浸透膜ユニットの透水量は、処理液として純水を用い、誘導溶液として3.5質量%食塩水を用いた場合、10.12kg/(m2×hr)であった。 The water permeation amount of this forward osmosis membrane unit was 10.12 kg / (m 2 × hr) when pure water was used as the treatment solution and 3.5 mass% saline solution was used as the induction solution.
〈凍結乾燥チャンバー〉
第二の工程における凍結乾燥チャンバーとしては東京理科器械(株)製の角型ドライチャンバー(DRC−1000)を用い、同社製の凍結乾燥機(FDU−2110)と連結して第二の工程を行った。
<Freeze-drying chamber>
As the freeze-drying chamber in the second step, a square dry chamber (DRC-1000) manufactured by Tokyo Science Instruments Co., Ltd. is used, and the second step is performed by connecting with the freeze-drying machine (FDU-2110) manufactured by the same company. went.
〈希釈誘導溶液再生手段〉
(膜蒸留ユニットの作製)
誘導溶液再生工程における希釈誘導溶液濃縮手段としては、以下のように作製した膜蒸留ユニットを使用した。
平均一次粒径0.016μm、比表面積110m2/gの疎水性シリカ(日本アエロジル(株)製、AEROSIL−R972)23質量部とフタル酸時オクチル(DOP)31質量部とフタル酸時ブチル(DBP)6質量部とをヘンシェルミキサーで混合し、これに重量平均分子量が310,000のポリフッ化ビニリデン(SOLVAY社製、Solef(登録商標)6010)40質量部を添加し、再度ヘンシェルミキサーで混合した。この混合物を2軸混練押し出し機で混合し、ペレット化した。
得られたペレットを、2軸混練押し出し機により240℃にて溶融混練し、中空糸状に押出して中空繊維を得た。このとき、押出機先端のヘッド内の押出口に、中空糸成形用紡口を装着し、その押出面にある溶融物押出用円環穴から上記溶融物を押し出して押出物を得ると同時に、溶融物押出用円環穴の内側にある中空部形成流体吐出用の円形穴から窒素ガスを吐出させ、押出物の中空部内に流通させることにより、中空糸状の押出物を得た。得られた中空糸状押出物は、空走距離20cmにて水浴(40℃)中に導入し、20m/分の速度で巻き取った。
<Dilution induction solution regeneration means>
(Preparation of membrane distillation unit)
As the diluting inducing solution concentrating means in the inducing solution regeneration step, a membrane distillation unit prepared as follows was used.
23 parts by mass of hydrophobic silica (AEROSIL-R972, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) with an average primary particle size of 0.016 μm and a specific surface area of 110 m 2 / g, 31 parts by mass of octyl (DOP) when phthalate, and butyl when phthalate ( 6 parts by mass of DBP) was mixed with a Henschel mixer, 40 parts by mass of vinylidene polyvinylfluoride (SOLVAY, Solef® 6010) having a weight average molecular weight of 310,000 was added thereto, and mixed again with a Henschel mixer. did. This mixture was mixed with a twin-screw kneading extruder and pelletized.
The obtained pellets were melt-kneaded at 240 ° C. by a twin-screw kneading extruder and extruded into hollow threads to obtain hollow fibers. At this time, a hollow fiber forming spun is attached to the extrusion port in the head at the tip of the extruder, and the melt is extruded from the melt extrusion annular hole on the extrusion surface to obtain an extrusion, and at the same time, the extrusion product is obtained. Hollow fiber-shaped extruded product was obtained by discharging nitrogen gas from a circular hole for discharging a hollow portion-forming fluid inside the annular hole for extruding a melt and circulating it in the hollow portion of the extruded product. The obtained hollow thread-like extruded product was introduced into a water bath (40 ° C.) at a free running distance of 20 cm and wound at a speed of 20 m / min.
得られた中空糸状押出物を、連続的に一対の第一の無限軌道式ベルト引き取り機で20m/分の速度で引き取り、空間温度40℃に制御した第一の加熱槽(0.8m長)を経由させた。その後、第一の無限軌道式ベルト引き取り機と同様の第二の無限軌道式ベルト引き取り機で40m/分の速度で引き取り、2.0倍に延伸した。次いで、空間温度80℃に制御した第二の加熱槽(0.8m長)を経由させた後に、20℃の冷却水槽の水面にて、周期的に曲げつつ冷却した。その後、第三の無限軌道式ベルト引き取り機で30m/分の速度で引き取り、1.5倍まで延伸糸を収縮させた後、周長約3mのカセで巻き取った。冷却水槽の水面における周期的な折り曲げは、一対の、周長が約0.20mであり、かつ4山の凹凸ロールを用い、170rpmの回転速度で中空糸を連続的に挟むことにより行った。 The obtained hollow filamentous extruded product was continuously picked up by a pair of first endless track type belt pickers at a speed of 20 m / min, and the space temperature was controlled to 40 ° C. in the first heating tank (0.8 m length). Was passed through. After that, it was picked up at a speed of 40 m / min by a second track-type belt picker similar to the first track-type belt picker, and stretched 2.0 times. Then, after passing through a second heating tank (0.8 m long) in which the space temperature was controlled to 80 ° C., the mixture was cooled while being periodically bent on the water surface of the cooling water tank at 20 ° C. Then, it was picked up at a speed of 30 m / min by a third endless track type belt picker, the drawn yarn was contracted to 1.5 times, and then wound up with a skein having a circumference of about 3 m. Periodic bending on the water surface of the cooling water tank was performed by continuously sandwiching hollow yarns at a rotation speed of 170 rpm using a pair of uneven rolls having a circumference of about 0.20 m and four ridges.
巻き取った中空糸状押出物を塩化メチレン中に浸漬して、中空糸状押出物中のDOP及びDBPを抽出除去した後、乾燥させた。次いで、50質量%エタノール水溶液中に浸漬した後、5質量%水酸化ナトリウム水溶液中に40℃にて1時間浸漬して、中空糸状押出物中のシリカを抽出除去した。その後、水洗し、乾燥して中空糸を得た。得られた中空糸の外径は1.25mm、内径は0.68mm、内表面の微細孔の径は0.1μmであった。この中空糸を膜蒸留用の半透膜として用いた。上記中空糸から成る半透膜4,700本を、13cm径、75cm長の円筒状プラスチックハウジングに充填し、両端部を接着剤で固定することにより、有効膜内表面積7.5m2の膜蒸留ユニットを作製した。 The wound hollow filamentous extrusion was immersed in methylene chloride to extract and remove DOP and DBP in the hollow filamentous extrusion, and then dried. Then, after immersing in a 50 mass% ethanol aqueous solution, the silica in the hollow filamentous extruded product was extracted and removed by immersing in a 5 mass% sodium hydroxide aqueous solution at 40 ° C. for 1 hour. Then, it was washed with water and dried to obtain a hollow yarn. The outer diameter of the obtained hollow yarn was 1.25 mm, the inner diameter was 0.68 mm, and the diameter of the fine pores on the inner surface was 0.1 μm. This hollow fiber was used as a semipermeable membrane for membrane distillation. By filling a cylindrical plastic housing having a diameter of 13 cm and a length of 75 cm with 4,700 semipermeable membranes made of the above hollow fibers and fixing both ends with an adhesive, membrane distillation with an effective inner surface area of 7.5 m 2 is performed. The unit was made.
この膜蒸留ユニットの透水量は、処理液として3.5質量%食塩水を用いた場合、20.02kg/(m2×hr)であった。 The water permeability of this membrane distillation unit was 20.02 kg / (m 2 × hr) when 3.5 mass% saline solution was used as the treatment liquid.
〈茶抽出液の濃縮液〉
茶抽出液としては、緑茶の茶葉の抽出液を用いた。
溶媒bとしては水を使用した。
<Concentrated tea extract>
As the tea extract, an extract of green tea leaves was used.
Water was used as the solvent b.
《GC/MS測定条件》
以下の実施例及び比較例の成分分析におけるガスクロマトグラフィー質量分析(GC/MS)の測定は、以下の条件で行った。
GC装置:Agilent社製、型番「7890A」
MS装置:日本電子(株)製、型番「JMS Q−1000」
カラム:Agilent社製、品名「J&W DB−5」、30m×0.25mmI.D.×液相厚0.25μm)
カラム昇温条件 :40℃にて2分保持した後、10℃/分で190℃まで昇温、その後30℃/分で250℃まで昇温し、250℃にて6分保持して終了
キャリアガス:ヘリウム
キャリアガス流量:1mL/min
注入口温度:250℃
インターフェース温度:280℃
スプリット比:スプリットレス
イオン源温度:230℃
イオン化法:電子イオン化法
イオン化電圧:70eV
測定質量範囲:10〜500
<< GC / MS measurement conditions >>
The measurement of gas chromatography-mass spectrometry (GC / MS) in the component analysis of the following examples and comparative examples was performed under the following conditions.
GC device: Made by Agilent, model number "7890A"
MS device: JEOL Ltd., model number "JMS Q-1000"
Column: Made by Agilent, product name "J & W DB-5", 30 m x 0.25 mm I. D. × Liquid phase thickness 0.25 μm)
Column temperature rise condition: After holding at 40 ° C for 2 minutes, raise the temperature to 190 ° C at 10 ° C / min, then raise the temperature to 250 ° C at 30 ° C / min, hold at 250 ° C for 6 minutes, and finish the carrier. Gas: Helium Carrier gas flow rate: 1 mL / min
Injection port temperature: 250 ° C
Interface temperature: 280 ° C
Split ratio: Splitless Ion source temperature: 230 ° C
Ionization method: Electron ionization method Ionization voltage: 70 eV
Measurement mass range: 10 to 500
《実施例1〜6及び比較例1〜6》
実施例1〜6及び比較例1〜6では、コーヒー抽出液の濃縮を行った。
原料液aとしてのコーヒー抽出液は、以下のように調製した。
ドリップ式コーヒーフィルター付きの容量1.2LのSUS304製密閉容器を十分に予熱した後、コーヒー豆粉砕物((株)ドトールコーヒー製)70gを入れ、85℃の湯100mLを入れて1分間蒸らした後、85℃の湯900mLを加えて10分間コーヒー成分を抽出した。得られた抽出液の0.5Lを、密閉系のままフィルターでろ過しながら容量1LのPTFE製タンクに移送して25℃まで冷却することにより、コーヒー抽出液を得た。この操作を繰り返し、8Lのコーヒー抽出液を得た。
<< Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 >>
In Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6, the coffee extract was concentrated.
The coffee extract as the raw material liquid a was prepared as follows.
After sufficiently preheating a 1.2-liter SUS304 closed container with a drip-type coffee filter, 70 g of crushed coffee beans (manufactured by Doutor Coffee Co., Ltd.) was added, and 100 mL of hot water at 85 ° C was added and steamed for 1 minute. After that, 900 mL of hot water at 85 ° C. was added to extract the coffee component for 10 minutes. A coffee extract was obtained by transferring 0.5 L of the obtained extract to a PTFE tank having a capacity of 1 L while filtering it with a filter in a closed system and cooling it to 25 ° C. This operation was repeated to obtain 8 L of coffee extract.
〈実施例1〉
実施例1では、図5に示した構成の原料液濃縮システムを使用して上記のコーヒー抽出液の濃縮を行った。循環機構は、必要に応じて使用した。
<Example 1>
In Example 1, the above coffee extract was concentrated using the raw material liquid concentration system having the configuration shown in FIG. The circulation mechanism was used as needed.
(1)第一の工程
図5に示した原料液濃縮システムにおける、第一の工程の正浸透膜ユニットに、原料液a(コーヒー抽出液)を流速2L/分で、誘導溶液dを流速は7L/分で、それぞれ流した。このとき、原料液aの温度が25℃に保ち、クロスフロー方式でろ過が行われるように設定した。
誘導溶液dとしては、誘導物質として塩化マグネシウム20質量%を含有する水溶液を使用した。
第一の工程の実施時間は、必要に応じて循環機構を用いて循環させながら原料液aを濃縮したときに、所定の浸透圧を示す濃度まで原料液aの全量(8L)を濃縮するのに要した時間とし、ただし最長で12時間とした。12時間以内に所定の濃度まで濃縮できなかった場合は、開始後12時間で第一の工程を終了し、その時点の濃縮原料液cをそのまま第二の工程に供した。正浸透膜ユニットを1回通過させただけで所定の濃度まで濃縮できた場合は、循環機構を使用しなかった。
第一の工程を経て得られた濃縮原料液cの一部を抜き出し、市販の浸透圧測定器(オガワ精機(株)製、OSK 40BU200−240)を用いて、濃縮原料液cの浸透圧を測定した。
(1) First step In the raw material solution concentrating system shown in FIG. 5, the raw material solution a (coffee extract) is applied to the forward osmosis membrane unit of the first step at a flow velocity of 2 L / min, and the induction solution d is applied to the flow velocity. Each flow was performed at 7 L / min. At this time, the temperature of the raw material liquid a was maintained at 25 ° C., and filtration was set to be performed by a cross-flow method.
As the inducing solution d, an aqueous solution containing 20% by mass of magnesium chloride was used as the inducing substance.
In the implementation time of the first step, when the raw material liquid a is concentrated while circulating using a circulation mechanism as necessary, the entire amount (8 L) of the raw material liquid a is concentrated to a concentration showing a predetermined osmotic pressure. However, the maximum time was 12 hours. When the concentration could not be concentrated to a predetermined concentration within 12 hours, the first step was completed 12 hours after the start, and the concentrated raw material liquid c at that time was directly applied to the second step. If the concentration could be concentrated to a predetermined concentration by passing the forward osmosis membrane unit only once, the circulation mechanism was not used.
A part of the concentrated raw material liquid c obtained through the first step is extracted, and the osmotic pressure of the concentrated raw material liquid c is measured using a commercially available osmotic pressure measuring instrument (OSK 40BU200-240 manufactured by Ogawa Seiki Co., Ltd.). It was measured.
(2)第二の工程
図4に示した原料液濃縮システムにおける第二の工程では、第一の工程で得られた濃縮原料液cを凍結乾燥チャンバー内に導入し、−40℃で予備凍結した後、凍結乾燥機にて10Pa以下に減圧して凍結乾燥した。凍結乾燥機は1台のみを使用し、一度に最大で2Lまでの濃縮原料液cの凍結乾燥を行った。例えば、実施例1の場合、濃縮原料液cの全容量は3,920mLであったため、これらを2,000mLと1,920mLの2回に分けて凍結乾燥させた。
濃縮原料液cの容量が2Lを超過した場合、2回目以降の液については、前回分の凍結乾燥が終わった後に、同じ機器を用いて凍結乾燥を行い、得られた凍結乾燥物の全量を合わせて生成物fとした。
その後、得られた生成物fの水分量が3質量%以下であることを、カールフィッシャー水分測定システム(メトローム社製、MATi10)にて確認した。
(2) Second Step In the second step in the raw material liquid concentration system shown in FIG. 4, the concentrated raw material liquid c obtained in the first step is introduced into the freeze-drying chamber and pre-frozen at −40 ° C. After that, the pressure was reduced to 10 Pa or less in a freeze-dryer and freeze-dried. Only one freeze-dryer was used, and the concentrated raw material liquid c was freeze-dried up to 2 L at a time. For example, in the case of Example 1, the total volume of the concentrated raw material liquid c was 3,920 mL, so these were freeze-dried in two portions of 2,000 mL and 1,920 mL.
When the volume of the concentrated raw material liquid c exceeds 2 L, the second and subsequent liquids are freeze-dried using the same equipment after the previous freeze-drying is completed, and the total amount of the obtained freeze-dried product is measured. Together, it was the product f.
Then, it was confirmed by the Carl Fisher moisture measurement system (manufactured by Metrohm, MATi10) that the water content of the obtained product f was 3% by mass or less.
(第二の工程の処理回数の評価)
もともと8Lであった原料液aの全量を第一及び第二の工程によって処理するために要した第二の工程の実施回数を数え、以下の基準で評価した。評価結果は、表1に示した。
A:8Lの原料液aを処理するために要した第二の工程の回数が1回又は2回。第一の工程による原料液aの濃縮の効率が極めて高かった場合である。
B:8Lの原料液aを処理するために要した第二の工程の回数が3回。第一の工程による原料液aの濃縮の効率が高かった場合である。
C:8Lの原料液aを処理するために要した第二の工程の回数が4回以上。第一の工程による原料液aの濃縮の効率が不足していた場合である。
(Evaluation of the number of processes in the second process)
The number of times the second step was performed to process the entire amount of the raw material liquid a, which was originally 8 L, by the first and second steps was counted and evaluated according to the following criteria. The evaluation results are shown in Table 1.
A: The number of second steps required to process 8 L of the raw material liquid a is once or twice. This is the case where the efficiency of concentration of the raw material liquid a by the first step is extremely high.
B: The number of second steps required to process 8 L of the raw material liquid a is 3 times. This is the case where the efficiency of concentration of the raw material liquid a by the first step is high.
C: The number of second steps required to process the 8 L raw material liquid a is 4 or more. This is a case where the efficiency of concentration of the raw material liquid a by the first step is insufficient.
(3)誘導溶液再生工程
誘導溶液の誘導濃度を一定に保つための、誘導溶液再生工程には、上記で作製した膜蒸留ユニットを用いた。
誘導溶液再生工程の膜蒸留ユニットに、希釈誘導溶液eを流速4L/分にて流し、膜蒸留ユニットの気相部の圧力が絶対圧で10kPaになるように真空ポンプで調節して、膜蒸留を行い、濃縮誘導溶液hを得た。
第一の工程で得られた希釈誘導溶液eと、膜蒸留で得られた濃縮誘導溶液hとを、バッファタンク中で混合して誘導溶液dを調製(再生)し、第一の工程で循環使用した。
(3) Induction Solution Regeneration Step In the induction solution regeneration step for keeping the induction concentration of the induction solution constant, the membrane distillation unit prepared above was used.
The dilution induction solution e is flowed through the membrane distillation unit in the induction solution regeneration step at a flow rate of 4 L / min, and the pressure at the gas phase of the membrane distillation unit is adjusted by a vacuum pump so that the absolute pressure is 10 kPa, and the membrane distillation is performed. Was carried out to obtain a concentrated induction solution h.
The dilution induction solution e obtained in the first step and the concentration induction solution h obtained by membrane distillation are mixed in a buffer tank to prepare (regenerate) the induction solution d, which is circulated in the first step. used.
(コーヒー抽出液の濃縮物の成分評価)
得られた生成物(凍結乾燥物)1mgに水を1ml加えて得られた溶液を試料として用いた。試料1mLを容量20mLのヘッドスペースボトルに入れ、窒素パージして、80℃にて1時間加熱した後、気相部分について15分間の固相マイクロ抽出(SPME)を行ったうえで、GC/MS分析に供した。
上記の気相部分に存在する全有機成分を香気成分として、その定量を行い、香気成分の維持率(質量%)を調べ、成分減少率に換算して、以下の基準で評価した。評価結果は、表1に示した。
A:比較例1(後述)で得られた生成物の成分減少率を100%としたときに、成分減少率が80%以下であった場合。
B:比較例1で得られた生成物の成分減少率を100%としたときに、成分減少率が80%を超え90%未満であった場合。
C:比較例1で得られた生成物の成分減少率を100%としたときに、成分減少率が90%以上であった場合。
(Evaluation of the concentrate of coffee extract)
A solution obtained by adding 1 ml of water to 1 mg of the obtained product (lyophilized product) was used as a sample. 1 mL of the sample is placed in a headspace bottle having a capacity of 20 mL, purged with nitrogen, heated at 80 ° C. for 1 hour, and then solid-phase microextraction (SPME) is performed for 15 minutes on the gas phase portion, and then GC / MS is performed. Used for analysis.
All organic components present in the gas phase portion were used as aroma components, and their quantification was performed. The retention rate (mass%) of the aroma components was examined, converted into a component reduction rate, and evaluated according to the following criteria. The evaluation results are shown in Table 1.
A: When the component reduction rate of the product obtained in Comparative Example 1 (described later) is 100% and the component reduction rate is 80% or less.
B: When the component reduction rate of the product obtained in Comparative Example 1 is 100%, and the component reduction rate is more than 80% and less than 90%.
C: When the component reduction rate of the product obtained in Comparative Example 1 is 100% and the component reduction rate is 90% or more.
〈実施例2〜6〉
第一の工程において、使用した誘導溶液d中の誘導物質の種類及び濃度、並びに第一の工程による濃縮時の温度を、それぞれ表1に記載のとおりとした他は、実施例1と同様にして、コーヒー抽出液の濃縮を行い、各種の評価を行った。評価結果は表1に示した。
<Examples 2 to 6>
The same as in Example 1 except that the type and concentration of the inducing substance in the inducing solution d used in the first step and the temperature at the time of concentration in the first step were as shown in Table 1, respectively. The coffee extract was concentrated and various evaluations were performed. The evaluation results are shown in Table 1.
〈比較例1〜6〉
比較例1では、第一の工程を行わずに、原料液aとしてのコーヒー抽出液を、直接第二の工程の凍結乾燥に供した。
比較例2では、第一の工程の代わりに蒸留塔を用い、100℃にて蒸留操作を行った。
比較例3では、第一の工程の代わりに減圧システムを組み込んだ蒸留塔を用い、50℃、10.7〜13.3kPa(80〜100Torr)にて減圧蒸留を行った。
比較例4では、第一の工程の代わりに逆浸透膜法を用いた。逆浸透膜には日東電工(株)製の品番「NTR−759HR」)を用い、3.0MPaの操作圧力にて原料液aを濃縮した。
比較例5では、第一の工程の代わりに限外ろ過法を用いた。限外ろ過膜としては、Hydrosart(登録商標)/Sartocon Slice Casset(排除限界分子量:10K、膜面積:0.1m2、材質:再生セルロース膜、Sartorius AG社製)を膜ホルダー(Sartcon Slice Holder、Sartorius AG社製)に装着して用い、ポンプ(リキポート NE1.300、KNE社製)を用いて膜間差圧(TMP)約0.05MPaの条件下で、クロスフロー式ろ過法による処理を行った。
比較例6においては、実施例2と同様に第一の工程を行った後に、得られた濃縮原料液aを深さ10cmのポリ容器に入れ、湿度30%RH、25℃に調節された高温恒湿室中に3週間静置し、自然乾燥させた。
得られた生成物について、実施例1と同様にして評価を行った結果を、表1に示した。
<Comparative Examples 1 to 6>
In Comparative Example 1, the coffee extract as the raw material liquid a was directly subjected to freeze-drying in the second step without performing the first step.
In Comparative Example 2, a distillation column was used instead of the first step, and the distillation operation was performed at 100 ° C.
In Comparative Example 3, vacuum distillation was performed at 50 ° C. and 10.7 to 13.3 kPa (80 to 100 Torr) using a distillation column incorporating a vacuum reduction system instead of the first step.
In Comparative Example 4, the reverse osmosis membrane method was used instead of the first step. A product number "NTR-759HR" manufactured by Nitto Denko Corporation was used as the reverse osmosis membrane, and the raw material liquid a was concentrated at an operating pressure of 3.0 MPa.
In Comparative Example 5, an ultrafiltration method was used instead of the first step. As the ultrafiltration membrane, a Hydrosart (registered trademark) / Sartorius License Casset (exclusion limit molecular weight: 10 K, membrane area: 0.1 m 2 , material: regenerated cellulose membrane, manufactured by Sartorius AG) is used as a membrane holder (Sartcon Slice Holder). Used by mounting on Sartorius AG), and treated by cross-flow filtration method under the condition of intermembrane differential pressure (TMP) of about 0.05 MPa using pumps (Rikiport NE1.300, manufactured by KNE). It was.
In Comparative Example 6, after performing the first step in the same manner as in Example 2, the obtained concentrated raw material liquid a was placed in a plastic container having a depth of 10 cm, and the humidity was adjusted to 30% RH and a high temperature of 25 ° C. It was allowed to stand in a constant humidity room for 3 weeks and allowed to air dry.
The results of evaluation of the obtained products in the same manner as in Example 1 are shown in Table 1.
《実施例7及び比較例7〜11》
実施例1〜6及び比較例1〜6では、L−アラニル−L−グルタミン水溶液の濃縮を行った。
原料液aとしてのL−アラニル−L−グルタミン水溶液は、以下のように調製した。
市販のL−アラニル−L−グルタミン(白色粉末状態、ナカライテスク(株)製)100gを25℃のイオン交換水1Lに溶解させて、100g/LのL−アラニル−L−グルタミン水溶液を得た。同様の操作を繰り返し、8LのL−アラニル−L−グルタミン水溶液を得た。
<< Example 7 and Comparative Examples 7 to 11 >>
In Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6, the L-alanyl-L-glutamine aqueous solution was concentrated.
The L-alanyl-L-glutamine aqueous solution as the raw material liquid a was prepared as follows.
100 g of commercially available L-alanyl-L-glutamine (white powder state, manufactured by Nacalai Tesque, Inc.) was dissolved in 1 L of ion-exchanged water at 25 ° C. to obtain a 100 g / L L-alanyl-L-glutamine aqueous solution. .. The same operation was repeated to obtain 8 L of L-alanyl-L-glutamine aqueous solution.
〈実施例7〉
原料液aとして、コーヒー抽出液の代わりに上記のL−アラニル−L−グルタミン水溶液を使用し、誘導溶液dとして塩化マグネシウム35質量%を含有する水溶液を使用した他は、実施例1と同様にして、原料液aの濃縮を行い、各種の評価を行った。L−アラニル−L−グルタミン水溶液濃縮物の成分評価は、下記の方法によった。その他の評価は、実施例1と同様に行った。評価結果は表2に示した。
<Example 7>
The same as in Example 1 except that the above-mentioned L-alanyl-L-glutamine aqueous solution was used as the raw material solution a instead of the coffee extract and the aqueous solution containing 35% by mass of magnesium chloride was used as the induction solution d. Then, the raw material liquid a was concentrated and various evaluations were performed. The component evaluation of the L-alanyl-L-glutamine aqueous solution concentrate was carried out by the following method. Other evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 2.
(L−アラニル−L−グルタミン水溶液の濃縮物の成分評価)
得られた生成物(凍結乾燥物)の全量を、イオン交換水8Lに溶解させて希釈して得られた希釈液を試料として、1H−NMRによる分析を行った。1H−NMRの測定条件は以下のとおりである。
測定装置:ブルカー・バイオスピン(株)社製、「AVANCE500」(500MHz)
試料量:10μL
溶媒:DEUTERIUM OXIDE+0.1%TMSP(euriso−top社製)700μL
内部標準物質:3−(トリメチルシリル)−1−プロパンスルホン酸ナトリウム(DSS、東京化成工業(株)製)、0.004mol/L
得られた1H−NMRスペクトルにおいて、0ppm付近のDSSのメチル基のピーク面積に対する、1.52ppm付近のアラニルグルタミンのメチル基のピーク面積の比を定量して、アラニルグルタミンの濃度を求め、濃縮前の原料液aからの成分減少率を算出し、以下の基準で評価した。
A:比較例7(後述)で得られた生成物の成分減少率を100%としたときに、成分減少率が80%以下であった場合。
B:比較例7で得られた生成物の成分減少率を100%としたときに、成分減少率が80%を超え90%未満であった場合。
C:比較例7で得られた生成物の成分減少率を100%とした時に、成分減少率が90%以上であった場合。
(Evaluation of components of concentrate of L-alanyl-L-glutamine aqueous solution)
The entire amount of the obtained product (lyophilized product) was dissolved in 8 L of ion-exchanged water and diluted, and the obtained diluted solution was used as a sample for analysis by 1 H-NMR. 1 The measurement conditions of 1 H-NMR are as follows.
Measuring device: "AVANCE500" (500MHz) manufactured by Bruker Biospin Co., Ltd.
Sample volume: 10 μL
Solvent: DEUTERIUM OXIDE + 0.1% TMSP (manufactured by euriso-top) 700 μL
Internal standard substance: 3- (trimethylsilyl) -1-sodium propanesulfonate (DSS, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 0.004 mol / L
In the obtained 1 H-NMR spectrum, the ratio of the peak area of the methyl group of alanyl glutamine around 1.52 ppm to the peak area of the methyl group of DSS near 0 ppm was quantified to determine the concentration of alanyl glutamine. , The component reduction rate from the raw material liquid a before concentration was calculated and evaluated according to the following criteria.
A: When the component reduction rate of the product obtained in Comparative Example 7 (described later) is 100% and the component reduction rate is 80% or less.
B: When the component reduction rate of the product obtained in Comparative Example 7 is 100%, and the component reduction rate is more than 80% and less than 90%.
C: When the component reduction rate of the product obtained in Comparative Example 7 is 100% and the component reduction rate is 90% or more.
〈比較例7〜11〉
比較例7では、第一の工程を行わずに、原料液aとしてのL−アラニル−L−グルタミン水溶液を、直接第二の工程の凍結乾燥に供した。
比較例8〜11では、本発明所定の第一の工程の代わりに、蒸留法、減圧蒸留法、逆浸透法、及び限外ろ過法をそれぞれ行った後、第二の工程に供した。これらの比較例における蒸留法、減圧蒸留法、逆浸透法、及び限外ろ過法の条件は、それぞれ、比較例2〜5におけるのと同様である。
得られた生成物について、実施例7と同様にして評価を行った結果を、表2に示した。
<Comparative Examples 7 to 11>
In Comparative Example 7, the L-alanyl-L-glutamine aqueous solution as the raw material liquid a was directly subjected to freeze-drying in the second step without performing the first step.
In Comparative Examples 8 to 11, instead of the first step prescribed in the present invention, a distillation method, a vacuum distillation method, a reverse osmosis method, and an ultrafiltration method were performed, respectively, and then subjected to the second step. The conditions of the distillation method, the vacuum distillation method, the reverse osmosis method, and the ultrafiltration method in these comparative examples are the same as those in the comparative examples 2 to 5, respectively.
The results of evaluation of the obtained products in the same manner as in Example 7 are shown in Table 2.
《実施例8及び9、並びに比較例12〜16》
実施例8及び9、並びに比較例12〜16では、茶抽出液の濃縮を行った。
原料液aとしての茶抽出液としては、緑茶の茶葉をお湯で抽出した液を用いた。
<< Examples 8 and 9 and Comparative Examples 12 to 16 >>
In Examples 8 and 9 and Comparative Examples 12 to 16, the tea extract was concentrated.
As the tea extract as the raw material liquid a, a liquid obtained by extracting tea leaves of green tea with hot water was used.
〈実施例8及び9〉
原料液aとして、コーヒー抽出液の代わりに上記の茶抽出液を使用し、誘導溶液dとして塩化マグネシウムを25質量%(実施例8)又は35質量%(実施例9)を含有する水溶液を使用した他は、実施例1と同様にして、原料液aの濃縮を行い、各種の評価を行った。茶抽出液濃縮物の成分評価は、下記の方法によった。その他の評価は、実施例1と同様に行った。評価結果は表3に示した。
<Examples 8 and 9>
As the raw material solution a, the above tea extract is used instead of the coffee extract, and as the induction solution d, an aqueous solution containing 25% by mass (Example 8) or 35% by mass (Example 9) of magnesium chloride is used. In addition to the above, the raw material liquid a was concentrated and various evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The components of the tea extract concentrate were evaluated by the following method. Other evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 3.
(茶抽出液の濃縮物の成分評価)
得られた濃縮物(凍結乾燥物)を水に溶解させた希釈液を試料としてGC/MS分析に供し、トータルイオンクロマトグラムのピーク面積から、各風味成分の濃度をβ−イオノン濃度に対する相対値として求めた。具体的には、以下の操作によった。
得られた濃縮物1mgを1mLのイオン交換水に溶解させた希釈液をヘッドスペース用の20mLスクリューバイヤルにとり、セプタム付きスクリューキャップにより密閉して、80℃において15分間加熱した。次いで、SIGMA−ALDRIC製のSPME Fiber(膜厚65μm、コーティング層:ポリジメチルシロキサン−ジビニルベンゼン)を、キャップのセプタムを介してバイヤル中に差し込み、80℃において15分間揮発成分を捕集した。捕集した揮発成分を、SPME FiberからGC/MSに導入し、GC/MS分析を行って定量し、得られた値を成分減少率に換算して、以下の基準で評価した。評価結果は、表3に示した。
A:比較例12(後述)で得られた生成物の成分減少率を100%としたときに、成分減少率が80%以下であった場合。
B:比較例12で得られた生成物の成分減少率を100%としたときに、成分減少率が80%を超え90%未満であった場合。
C:比較例12で得られた生成物の成分減少率を100%とした時に、成分減少率が90%以上であった場合。
(Evaluation of the components of the concentrate of tea extract)
A diluted solution obtained by dissolving the obtained concentrate (lyophilized product) in water was used as a sample for GC / MS analysis, and the concentration of each flavor component was measured relative to the β-ionone concentration from the peak area of the total ion chromatogram. Asked as. Specifically, the following operation was performed.
A diluent prepared by dissolving 1 mg of the obtained concentrate in 1 mL of ion-exchanged water was placed in a 20 mL screw vial for headspace, sealed with a screw cap with a septum, and heated at 80 ° C. for 15 minutes. Next, SPME Fiber (thickness 65 μm, coating layer: polydimethylsiloxane-divinylbenzene) manufactured by SIGMA-ALDRIC was inserted into the vial through the septum of the cap, and the volatile components were collected at 80 ° C. for 15 minutes. The collected volatile components were introduced into GC / MS from SPME Fiber, quantified by performing GC / MS analysis, and the obtained values were converted into component reduction rates and evaluated according to the following criteria. The evaluation results are shown in Table 3.
A: When the component reduction rate of the product obtained in Comparative Example 12 (described later) is 100% and the component reduction rate is 80% or less.
B: When the component reduction rate of the product obtained in Comparative Example 12 is 100%, and the component reduction rate is more than 80% and less than 90%.
C: When the component reduction rate of the product obtained in Comparative Example 12 is 100% and the component reduction rate is 90% or more.
〈比較例12〜16〉
比較例12では、第一の工程を行わずに、原料液aとしての茶抽出液を、直接第二の工程の凍結乾燥に供した。
比較例13〜16では、本発明所定の第一の工程の代わりに、蒸留法、減圧蒸留法、逆浸透法、及び限外ろ過法をそれぞれ行った後、第二の工程に供した。これらの比較例における蒸留法、減圧蒸留法、逆浸透法、及び限外ろ過法の条件は、それぞれ、比較例2〜5におけるのと同様である。
得られた生成物について、実施例8及び9と同様にして評価を行った結果を、表3に示した。
<Comparative Examples 12 to 16>
In Comparative Example 12, the tea extract as the raw material liquid a was directly subjected to freeze-drying in the second step without performing the first step.
In Comparative Examples 13 to 16, instead of the first step prescribed in the present invention, a distillation method, a vacuum distillation method, a reverse osmosis method, and an ultrafiltration method were performed, respectively, and then subjected to the second step. The conditions of the distillation method, the vacuum distillation method, the reverse osmosis method, and the ultrafiltration method in these comparative examples are the same as those in the comparative examples 2 to 5, respectively.
The results of evaluation of the obtained products in the same manner as in Examples 8 and 9 are shown in Table 3.
表1〜3を参照すると、比較例1〜16で得られた濃縮生成物の成分維持性が「B」評価又は「C」評価であったのに対して、実施例1〜9における成分維持性はいずれも「A」評価であり、本発明の濃縮方法によって、原料液の成分組成を維持したまま高効率の濃縮を行えることが検証された。 Referring to Tables 1 to 3, the component retention of the concentrated products obtained in Comparative Examples 1 to 16 was evaluated as "B" or "C", whereas the component retention in Examples 1 to 9 was performed. All of the properties were evaluated as "A", and it was verified that the concentration method of the present invention can concentrate with high efficiency while maintaining the component composition of the raw material liquid.
第一の工程を行わず、原料液を直接凍結乾燥に供した比較例1、7、及び12においては、8Lの原料液を凍結乾燥するために4回の処理回数を必要とした。
これらの比較例における成分維持率を基準として、各実施例及び比較例の濃縮効率を比較した。
第一の工程に蒸留法を採用した比較例2、8、及び13においては、成分の変質及び減少が著しく、例えばコーヒー抽出液の濃縮を行った比較例2においては、凍結乾燥のみを経た比較例1の場合と比べた成分減少率が197%に達した(評価「C」)。おそらく、蒸留時の加熱の影響と思われる。
In Comparative Examples 1, 7, and 12 in which the raw material liquid was directly freeze-dried without performing the first step, four treatments were required to freeze-dry the 8 L raw material liquid.
The concentration efficiencies of each Example and Comparative Example were compared based on the component retention rate in these Comparative Examples.
In Comparative Examples 2, 8 and 13 in which the distillation method was adopted in the first step, the deterioration and decrease of the components were remarkable. For example, in Comparative Example 2 in which the coffee extract was concentrated, the comparison was performed only by freeze-drying. The component reduction rate as compared with the case of Example 1 reached 197% (evaluation "C"). Probably the effect of heating during distillation.
第一の工程に減圧蒸留法を採用した比較例3、9、及び14においては、成分の変質及び減少があった。例えばコーヒー抽出液の濃縮を行った比較例3においては、凍結乾燥のみを経た比較例1の場合と比べた成分減少率が188%に達した(評価「C」)。おそらく、成分の変質は減圧蒸留時の加熱に起因し、成分の現象は排気に起因するものと思われる。
第一の工程に逆浸透法を採用した比較例4、10、及び14においては、逆浸透膜の目詰まりが頻繁に見られ、透水量の低下が著しかった。例えばコーヒー抽出液の濃縮を行った比較例4においては、濃縮初期の透水量は 26.2kg/(m2×hr)であったが、透水量は経時的に著しく低下し、8Lのコーヒー抽出液の濃縮を行った後には、0.1kg/(m2×hr)まで減少し、濃縮操作による逆浸透膜の目詰まりが大きいことが確認された。12時間の運転後に得られた濃縮原料液cの量は6Lであり、凍結乾燥処理は3回を要した。凍結乾燥のみを経た比較例1の場合と比べた成分減少率は92%であった(評価「C」)。
In Comparative Examples 3, 9, and 14 in which the vacuum distillation method was adopted in the first step, there was alteration and reduction of the components. For example, in Comparative Example 3 in which the coffee extract was concentrated, the component reduction rate reached 188% as compared with the case of Comparative Example 1 in which only freeze-drying was performed (evaluation "C"). Presumably, the alteration of the components is due to heating during vacuum distillation, and the phenomenon of the components is due to exhaust.
In Comparative Examples 4, 10 and 14 in which the reverse osmosis method was adopted in the first step, clogging of the reverse osmosis membrane was frequently observed, and the amount of water permeation was significantly reduced. For example, in Comparative Example 4 in which the coffee extract was concentrated, the water permeability at the initial stage of concentration was 26.2 kg / (m 2 × hr), but the water permeability decreased significantly with time, and 8 L of coffee was extracted. After the liquid was concentrated, it decreased to 0.1 kg / (m 2 × hr), and it was confirmed that the reverse osmosis membrane was largely clogged by the concentration operation. The amount of the concentrated raw material liquid c obtained after the operation for 12 hours was 6 L, and the freeze-drying treatment required 3 times. The component reduction rate as compared with the case of Comparative Example 1 that had undergone only freeze-drying was 92% (evaluation "C").
第一の工程に限外ろ過法を採用した比較例5、11、及び12においては、限外ろ過膜の目詰まりが頻繁に見られ、透水量の低下が著しかった。例えばコーヒー抽出液の濃縮を行った比較例5においては、濃縮初期の透水量は 120kg/(m2×hr)であったが、透水量は経時的に著しく低下し、8Lのコーヒー抽出液の濃縮を行った後には、10kg/(m2×hr)であり、濃縮操作による限外ろ過膜の目詰まりが大きいことが確認された。12時間の運転後、得られた濃縮原料液cの量は2Lであった。しかし、濃縮生成物cの浸透圧は低かった。また、凍結乾燥のみを経た比較例1の場合と比べて、成分の減少が著しく、濃縮後にはほとんど観測されない成分もあった。限外ろ過法によって、原料液a中の成分の多くが流出してしまったためと考えられる。 In Comparative Examples 5, 11 and 12 in which the ultrafiltration method was adopted in the first step, clogging of the ultrafiltration membrane was frequently observed, and the amount of water permeation was significantly reduced. For example, in Comparative Example 5 in which the coffee extract was concentrated, the water permeability at the initial stage of concentration was 120 kg / (m 2 × hr), but the water permeability decreased significantly with time, and 8 L of the coffee extract. After the concentration, the weight was 10 kg / (m 2 × hr), and it was confirmed that the ultrafiltration membrane was largely clogged by the concentration operation. After 12 hours of operation, the amount of concentrated raw material liquid c obtained was 2 L. However, the osmotic pressure of the concentrated product c was low. In addition, as compared with the case of Comparative Example 1 which had undergone only freeze-drying, the number of components was significantly reduced, and some components were hardly observed after concentration. It is probable that most of the components in the raw material liquid a have flowed out by the ultrafiltration method.
比較例16は、第一の工程に正浸透法を採用したが、第二の工程の代わりに自然乾燥法を採用してコーヒー抽出液の濃縮を行った比較例である。
比較例16では、第一の工程で得られた約3,900mLの濃縮生成物cを自然乾燥させたが、3週間後であっても生成物の水分量は23質量%を示した。第二の工程の代わりに自然乾燥法を採用すると、水分量3質量%以下の完全乾燥に至らないだけでなく、凍結乾燥のみを経た比較例1の場合と比べて、成分の減少が著しく、濃縮後にはほとんど観測されない成分もあった。
Comparative Example 16 is a comparative example in which the forward osmosis method was adopted in the first step, but the natural drying method was adopted instead of the second step to concentrate the coffee extract.
In Comparative Example 16, about 3,900 mL of the concentrated product c obtained in the first step was air-dried, and the water content of the product was 23% by mass even after 3 weeks. When the natural drying method is adopted instead of the second step, not only the complete drying with a water content of 3% by mass or less is not achieved, but also the components are significantly reduced as compared with the case of Comparative Example 1 which has undergone only freeze-drying. Some components were rarely observed after concentration.
これらの比較例に対して、本発明所定の第一及び第二の工程を採用した実施例1〜9においては、第一の工程によって所定の浸透圧の浸透圧まで濃縮することが可能であり、それによって第二の工程を経る容量が減容され、第二の工程の処理回数を減らすことが可能であった。また、得られた生成物の成分減少率も低く抑えられることが確認された。 In contrast to these comparative examples, in Examples 1 to 9 in which the first and second steps prescribed in the present invention are adopted, it is possible to concentrate to a predetermined osmotic pressure by the first step. As a result, the capacity of the second step was reduced, and the number of processes in the second step could be reduced. It was also confirmed that the component reduction rate of the obtained product was suppressed to a low level.
a 原料液
b 溶媒
c 濃縮原料液
d 誘導溶液
e 希釈誘導溶液
f 生成物
g 再生誘導溶液
h 濃縮誘導溶液
o 正浸透膜
D 誘導溶液側空間
P 浸透圧測定位置
R 原料液側空間
a Raw material solution b Solvent c Concentrated raw material solution d Induction solution e Dilution inducing solution f Product g Regeneration inducing solution h Concentration inducing solution o Forward osmosis membrane D Induction solution side space P Omission pressure measurement position R Raw material solution side space
Claims (15)
前記濃縮原料液を凍結乾燥処理して更に濃縮する第二の工程とを有し、
前記第一の工程の終了時に、その時点の温度において測定した前記濃縮原料液の浸透圧が、1.52MPa(15atm)以上65.9MPa(650atm)以下の範囲となるように、前記第一の工程を行う、
原料液濃縮システム。 A raw material solution containing a solvent and a solute and an inducing solution are brought into contact with each other via a forward osmosis membrane, and the solvent in the raw material solution is moved into the inducing solution to obtain a concentrated raw material solution and a dilution inducing solution. One step and
It has a second step of freeze-drying the concentrated raw material liquid and further concentrating it.
At the end of the first step, the osmotic pressure of the concentrated raw material solution measured at the temperature at that time is in the range of 1.52 MPa (15 atm) or more and 65.9 MPa (650 atm) or less. Perform the process,
Raw material liquid concentration system.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022068779A (en) * | 2020-10-22 | 2022-05-10 | 稲畑香料株式会社 | Manufacturing method of aroma concentrate |
| CN115105862A (en) * | 2022-06-10 | 2022-09-27 | 北京航天试验技术研究所 | Permeable membrane, application of permeable membrane in dehydration method of cyclopropane aerospace fuel, dehydration method, dehydration system and fuel |
| JP2022146345A (en) * | 2021-03-22 | 2022-10-05 | 旭化成株式会社 | Raw material liquid concentration system and method |
| WO2023199271A1 (en) * | 2022-04-14 | 2023-10-19 | Société des Produits Nestlé S.A. | Processes for producing coffee compositions |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05236876A (en) * | 1992-02-28 | 1993-09-17 | Yaizu Miile Kyogyo Kumiai | Production of concentrated oolong tea |
| JPH1175759A (en) * | 1997-09-02 | 1999-03-23 | Sato Shokuhin Kogyo Kk | Production of powdery seasoning |
| US20160230133A1 (en) * | 2015-02-11 | 2016-08-11 | Keurig Green Mountain, Inc. | Alcoholic beverage concentrate process |
-
2019
- 2019-02-27 JP JP2019034066A patent/JP7223599B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05236876A (en) * | 1992-02-28 | 1993-09-17 | Yaizu Miile Kyogyo Kumiai | Production of concentrated oolong tea |
| JPH1175759A (en) * | 1997-09-02 | 1999-03-23 | Sato Shokuhin Kogyo Kk | Production of powdery seasoning |
| US20160230133A1 (en) * | 2015-02-11 | 2016-08-11 | Keurig Green Mountain, Inc. | Alcoholic beverage concentrate process |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022068779A (en) * | 2020-10-22 | 2022-05-10 | 稲畑香料株式会社 | Manufacturing method of aroma concentrate |
| JP7560861B2 (en) | 2020-10-22 | 2024-10-03 | 稲畑香料株式会社 | Method for producing aroma concentrate |
| JP2022146345A (en) * | 2021-03-22 | 2022-10-05 | 旭化成株式会社 | Raw material liquid concentration system and method |
| WO2023199271A1 (en) * | 2022-04-14 | 2023-10-19 | Société des Produits Nestlé S.A. | Processes for producing coffee compositions |
| CN115105862A (en) * | 2022-06-10 | 2022-09-27 | 北京航天试验技术研究所 | Permeable membrane, application of permeable membrane in dehydration method of cyclopropane aerospace fuel, dehydration method, dehydration system and fuel |
| CN115105862B (en) * | 2022-06-10 | 2024-03-26 | 北京航天试验技术研究所 | Permeable membrane and application thereof in dehydration method, dehydration system and fuel of cyclopropane-based aerospace fuel |
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