Decolourisation of starch hydrolysates using ultrafiltration

Abstract

Most glucose syrups, gained from starch hydrolysis are heavily coloured, which is an unavoidable side process of the production. Therefore different technologies of removing these coloured molecules, such as ion exchangers, have developed. However, in the last years there is a trend towards membrane separation modules. In this thesis, several organic membranes are tested for their ability to remove colour from starch hydrolosates. Therefore, test investigating their separation abilities at different temperatures and pH values are conducted. Membranes with a large molecular weight cut off (100 kDa) are able to achieve a colour rejection of up to 50%, whereas membranes with 5 kDa lead to colour rejections of up to 60%.Furthermore, the different trials and operating conditions are compared to find an optimal compromise of a high colour rejection and a low sugar rejection. Therefore, the sugar composition of the feed, permeate, and retentate is analysed. Additionally, calculations implementing the membrane process are made, investigating the membrane area, as well as the sugar loss. Alongside multi-stage membrane solutions and alter-native methods of colour removal, like treatment by hydrogen peroxide or activated carbon, are discussed.

Bei der Herstellung von Glucosesirupe entstehen häufig neben den gewollten Zuckern auch eine Reihe ungewollter Nebenprodukte. Diese zeichnen sich vor allem durch ihre intensive Farbe aus. Deshalb haben sich verschiedene Technologien zur Entfernung dieser Verbindungen entwickelt, wie der Ionentausch. In den letzten Jahren werden allerdings Membranverfahren immer attraktiver für diese Aufgaben. In der folgenden Arbeit werden einige organische Membranen auf ihre Fähigkeit, diese farbigen Moleküle zu entfernen, getestet. Dazu werden Versuche bei verschiedenen Temperaturen und pH Werten durchgeführt, und die Trenneigenschaften zu untersuchen. Mit größeren Membranen (100 kDa) kann bis zu 50% der Farbe entfernt werden, wohingegen engere Membranen (5 kDa) zu einem Farbrückhalt von bis zu 60% führen. Zudem werden die Ergebnisse der verschiedenen Membranen und Bedingungen miteinander verglichen um ein Optimum von hohem Farbrückhalt und geringem Zuckerrückhalt zu finden. Ergänzend werden Berechnungen angestellt, welche die nötige Membranfläche und den Zuckerverlust eines solchen Membranprozess in einer realen Anlage untersuchen. Neben den Berechnungen eines einstufigen Prozesses, wird auch ein zweistufiger Prozess, sowie alternative Verfahren zur Farbreduktion, mittels Aktivkohle und Wasserstoffperoxid, erforscht.