マンニトールの伝統的な抽出技術

一、伝統工芸水再結晶法

昆布からマンニトールを抽出する伝統的な技術は水再結晶法であり、具体的な技術フローは下図のように、この技術には以下のような弊害がある：

1.昆布中のマンニトール含有量は通常1%前後（放水倍数10-12%）であるが、その結晶濃度は20%前後であり、昆布浸漬水から大量の水分を蒸発させてマンニトールを興奮させて結晶析出させなければならない。また、頭液は2回の蒸発濃縮と結晶化過程、すなわち2回の位相変化過程を経なければならない。そのためエネルギー消費が高く、マンニトール1 tを製造するには蒸気60 t程度を消費する必要がある。

2.第1回濃縮結晶から得られた粗品は水で再溶解した後、遠心水洗などの方法でグリコールなどの有機不純物と無機塩を除去する必要があるが、同時にマンニトールも溶解流失し、得率損失は10%程度である。

3.昆布浸漬液には1%程度のマンニトールが含まれているほか、3%の無機塩も含まれており、主にNaCl（塩中和法）またはNa 2 SO 4（硫酸中和法）と一定の硬度イオンである。NaClであれば、Cl−はステンレス鋼製の蒸発器に深刻な腐食をもたらし、Na 2 SO 4であれば蒸発器のスケールアップを引き起こす。いずれも蒸発器の使用寿命を短縮し、設備の修理と交換費用を増大させ、生産に不安要素をもたらす。

4.自動化の程度が低く、労働者の労働強度が大きく、生産環境が劣悪である。

二、フィルムインテグレーションプロセス

膜集積技術によるマンニトール抽出プロセスシステムは、原料液の前処理、UF浄化、ED一次脱塩、RO濃縮、ED二次脱塩の5つの部分から構成される。プロセスフローを右図に示します。

1.液料前処理システム

ヨウ素化後の昆布浸漬水はまず凝集と動力形成膜自動定圧式珪藻土ろ過機を経て固液分離を行い、透過液SDIは4-6の間に制御された。

2.電気透析一次脱塩システム

珪藻土ろ過機でろ過した昆布浸漬液の無機塩濃度は、1回の搬送で18000 ~ 22000 mg/L程度であり、これらの無機塩はROでマンニトールを濃縮する際にも同時に濃縮される。同時に高塩度浸漬液を濃縮する際の高すぎる浸透圧力は、マンニトール濃縮倍数を制限するため、エディプリ脱塩を採用する必要があり、電気透析エディプリ脱塩後の浸漬液の電気伝導率は2500-3000 us/cm（25℃）以下である。

3.限外濾過システム

超濾過UFはROの前処理システムとして、浸漬液中の懸濁物、高分子有機物、溶解性粒子などの不純物を除去する。マンニトールの相対分子量は182であり、その他の溶解性不純物は主にフコイダン及びポリマーであり、相対分子量は50000より大きい。そのため、系は分子量1 ~ 3万の限外濾過膜を選択し、表面に負電荷を呈するポリスルホン材質中空繊維膜を用いた。浸漬液は大量のコロイド、蛋白質、多糖類有機物及び無機塩を含み、UF膜閉塞を引き起こしやすいため、システム配置専用CIPオンライン洗浄システム。

4.逆浸透RO濃縮システム

UF透過液SDIは2−4の間に制御され、逆浸透RO膜素子の水質要求を満たす。UFろ過浸漬液のマンニトール含有濃度は1.3-1.5%、RO濃縮脱水は3-5倍以上であり、RO濃縮システムは輸入コイル式汚染防止逆浸透複合膜を採用し、セット加圧システム、計器制御と監視測定を行い、設計フローは下図を参考する：

5.電気透析二次脱塩システム

液は逆浸透装置で濃縮した後、マンニトール濃度は3倍に濃縮され、液中の無機塩も同時に3倍に濃縮された。このように後工程の精製過程では、直接イオン交換脱塩を用いて過負荷を負担し、頻繁に再生する必要がある。このために濃縮液をイオン交換膜EDを用いて2回目の脱塩を行った。脱塩後の液は再びイオン交換により二次脱塩される。材料液は2回目の脱塩精製後、水の含有量は140 mg/L程度で、下道の完成品プロセスに入った。

上述のプロセスフローにおける核心部分、UFとROシステムはコンピュータ監視を採用し、操作運転と管理は非常に簡便である。