KR0129571B1 - 포도당 분획액(Raffinate)으로 의약용 결정포도당을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이성화당에서 분리한 소량의 과당과 올리고당을 함유한 포도당 분획액에서 의약용에 적합한 결정포도당을 제조하는 방법에 관한 것이다.

F-42이성화당액을 통상의 방법으로 칼슘형 양이온 교환수지 컬럼으로 처리하여 얻은 과당과 올리고당을 소량 함유하는 포도당분획액(Raffinate)을 입도 100∼150메시, 가교도 1∼4인 칼슘형 양이온 교환수지와 활성탄을 혼합 충전한 컬럼의 하부에서 상부로 강제 통액시켜 포도당 분획액중의 과당을 칼슘형 양이온 교환수지에 흡착 제거한 다음 입도 100∼150메시, 가교도 4∼8인 수소아황산형 음이온 교환수지와 활성탄을 혼합 충전한 컬럼의 하부에서 상부로 강제 통액시켜 올리고당을 유출 제거하고, 포도당만 수소아황산형 음이온 교환수지에 흡착시킨후 흡착된 포도당을 전개수로 탈착용출시켜 포도당액을 얻고 얻은 포도당액을 농출시켜 결정화하는 포도당분획액으로 의약용 결정포도당을 제조하는 방법.

이와같이 제조한 결정포도당은 엔도톡신치가 0.01Pg/mg으로 의약용에 적합하다.

Description

포도당 분획액(Raffinate)으로 의약용 결정포도당을 제조하는 방법

본 발명은 리피네이트(Raffinate)라고 하는 포도당 분획액으로 부터 의약용에 적합한 무수 또는 함수 결정포도당을 공업적으로 제조하는 제법에 관한 것이다. 다시말하면 F-42 이성화당액을 원료로 일반적 방법인 크로마토그라피법을 기본원리로 한 칼슘(Ca)형 양이온교환수지로 처리하면 포도당분획액(Raffinate)과 과당분획액(Extract)으로 분리되는데 여기서 분리한 포도당 분획액을 원료로 별도 분리 처리하여 의약용의 결정포도당 제품을 생산하는 방법에 관한 발명이다. 용약하여 설명하면 본 발명은 포도당 분획액에 함유된 포도당 성분 이외의 과당 및 올리고당 성분의 분별법에 관한 것으로서 이온교환수지를 사용하는 흡착법에 의한 분리조작이 본 발명의 핵심이고 별도의 부대설비를 갖지 않고도 제균효과가 있으므로 여기서 얻어진 포도당액은 의약용으로 적합한 결정포도당을 제조할 수 있는 특징이 있다.

예로부터 가내공업적으로 실시되었던 고체 포도당의 제조법은 감자 또는 고구마등에서 추출한 전분을 원료로 무기 또는 유기산으로 가수분해하여 중화한 후 자연고화법으로 고화하여 상품화하였다.

이렇게 제조된 제품의 포도당 순도는 70% 정도로서 감미료로서는 쓴맛이 남아 있는 단맛이었다. 이것을 의약용으로 사용하기 위해서는 용해, 탈색 및 여과, 결정화 공정을 반복하여 발열물질을 제거한 후 사용하였다.

60년대에 비로소 전분 당화법으로서 효소법이 개발되었은데 이 방법은 대부분 옥수수 전분을 원료로 사용하여 액화효소 및 당화 효소를 구분작동시켜 포도당을 제조하는 방법이다. 그후 80년대 부터 포도당액에 이성화 효소처리를 하여 이성화당액을 제조하였다. 이렇게 제조된 이성화당액은 당조성이 과장 41∼43% 포당 : 52∼55%, 올리고당 : 4∼5%의 함량으로 구성되고 농도는 75Brix이다. 본 발명에서의 F-42이성화당액은 이것을 말한다.

F-42이성화당액은 동일 농도의 전화당액에 비하여 감미도가 낮기 때문에 감미도를 높이기 위해서 포도당 함량을 줄이는 방법이 개발되었다. 이 방법은 F-42이성화당액을 칼슘형 양이온교환수지가 충전된 컬럼을 이용하여 크로마토그라피법으로서 포도당액과 과당액으로 분리 분별하는 것이다. 다시 설명하면 제조공정중에서 생산된 F-42이성화 당액의 약 30%양을 크로마토그라피법으로서 포도당분획액과 과당 분획액으로 분리한 후 여기서 분리된 과당함량이 높은 당액 즉, 과당분획액을 원액인 F-42이성화 당액과 혼합하여 과당함량을 높이는 방법이다. 좀더 자세하게 설명하면 과당함량이 42% 내외인 이성화 당액을 원액으로 하여 이온 교환수지 크로마토그라피 원리에 따른 방법으로 분리 분별시키면 과당 분획액(Extract라함)과 포도당 분획액(Raffinate라 함)으로 분리되는데 여기서 분리된 과당 분획액은 순수 과당함량이 90%(DS) 내외로 상승되므로 이것을 과당함량이 42%인 원액과 혼합 과당함량을 55%로 증가시켜 소위 일반시중의 고과당 F-55로 상품화하였다. 그러나 앞서 설명한 분리공정에서 생산된 포도당 분획액 중에는 포도당 이외에 과당과 올리고당 성분이 혼합되어 있는데 그 함량의 비율이 각각 74∼75 : 10∼11 : 12∼14로 구성되어 있어서 이당액만으로 부가가치가 있는 별도의 상품 생산이 불가능하므로 불가피하게 포도당 출발 당화공정으로 반송할 수 밖에 없었다. 따라서 이로인해 당화공정은 전체적으로 올리고당 함량이 축적 증가되기 때문에 당화공정의 시간연장 또는 별도의 지절효소(Pullulanase)첨가 처리등으로 올리고당 함량 감소를 위한 방법들이 채용되고 있지만 그 한계범위를 넘어선 경우는 공정외로 배출하지 않으면 안되었다. 앞서 설명한 바와같이 고과당 생산과정의 공정중에서 발생된 포도당 분획액중의 올리고당 함량증가는 전분당업계의 중대한 애로사항중의 하나이다. 현재는 어쩔수 없이 이성화 앞공정인 포도당 당화공정에 반송하여 지절효소로 처리해서 재사용하는 공정이 일반화되어 있다. 포도당 분획액(Raffinate) 중의 올리고당은 10∼13% 함유되어 있고 화학구조적으로는 포도당의 분자가 2∼5개 결합된 것이다. 포도당 분획액(Raffinate)에 함유된 10∼13%의 올리고당은 반송이 거듭되어 점진적으로 공정중에서 증가하기 때문에 미처리 그대로 축적되는 것이 최대 결점이다. 따라서 이성화당의 제품중에는 대략 5∼7% 함량의 올리고당 잔류는 불가피하다.

상기한 바와같이 포도당분획액(Raffinate)은 그 용도가 적고, 또한 이것은 고과당 제조업계의 공통적인 애로사항인 한편 품질 경영상 취약점이 되어 현재에 이르고 있다. 더욱이 90년대에 접어들어 과당함량이 75∼90%의 고과당액 제품이 생산되면서 포도당 분획액을 전량 반송시키지 않으면 안되게 되었다. 이 현상은 포도당 공정을 어렵게 할 뿐만 아니라 과당 생산을 최종의 목적으로 한 경우 포도당 분획액 전량을 반송시키는 것은 생산성을 현저히 저하시키는 커다란 문제점중의 하나다. 즉, 이것은 생산성 불량화의 요인이 되고, F-42이성화 당액을 칼슘형 양이온 교환수지처리에 의해 분리된 포도당 분획액과 과당분획액은 그 각각의 단독처리법으로 최고의 부가가치를 가진 두가지의 상품화가 필수적으로 요구되어져 왔다. 따라서 본 발명은 이와같은 동향에 대응하기 위한 것이다. 이와같이 포도당 분획액으로 부터 부가가치가 높은 결정포도당을 제조하는 본 발명은 생산성 향상은 물론 경영의 다각화에 기여하는 바가 큰 획기적인 것이다.

본 발명의 주요 내용은 위에서 여러가지 문제점으로 지적된 F-42이성화당액을 원료로 한 고과당 분리공정에서 부산물로 생성된 포도당(Raffinate)을 흡착법을 기본 원리로 하여 양, 음이온교환수지 컬럼 하부에서 상부로 강제 통액함으로써 95% 이상의 고순도 포도당을 분리하는 것이다. 본 발명의 흡착법에 대하여 알기 쉽게 설명하면 크로마토그라피법은 원액의 급액을 분리컬럼의 상부에서 유입 하부로 유출시키면 원액의 성분중 이온교환수지와 친호 흡착성이 없는 당은 먼저 유출 되고, 흡착성이 있는 것은 시간적인 차이를 두고 전개수의 작용에 의해 후에 유출되는 형상인데 흡착법은 이것과 역의 현상을 말한다. 다시 말하면 흡착법은 당액을 역으로 하부에서 상부로 강제 통액시키면 친화성의 당은 접촉초기부터 흡착되고 비흡착성의 당은 상부로 배출된다. 따라서 포도당 분획액(Raffinate) 중의 과당을 제거시키는 데는 칼슘형 양이온교환수지를 충전한 컬럼의 하부로 포도당 분획액(Raffinate)을 급액하면 과당은 양이온교환수지에 흡착되고 포도당과 올리고당은 무반응임으로 수지탑상부로 배출된다.

또한 포도당 분획액(Raffinate)중 10∼13%인 소량의 과당은 그에 대응한 이온교환수지량만으로서도 흡착 분획이 가능함이 실제 이론으로서도 성립되기 때문에 역으로 크로마토 그라피법과 같은 막대한 이온교환 수지량을 필요로 하는 것과는 기작(흡착상태)에서 차이가 있음을 쉽게 알수 있다. 또한 과당을 제거시킨 포도당과 올리고당의 혼합 당액에서 올리고당을 제거시키려면 올리고당과 반응성이 있는 수지가 없기 때문에 포도당과 친화흡착성이 있는 활성탄함유 수소아황산형 음이온교환수지 컬럼에 흡착법을 기본원리로 하여 하부로 급액하므로서 미반응성인 올리고당은 반응을 받지 않고 컬럼을 곧바로 통과하여 상부에서 올리고당 리치(Rich)액으로 배출되고 흡착성인 포도당은 수지의 교환 능력이 다할때까지 이온교환수지에 흡착되므로 탑내에 체류된다. 따라서 포도당 함량 95%이상의 고순도 포도당액을 컬럼중에서 연속적으로 분리해낼 수 있고 회분법으로서 전개수에 의해 별도로 탈착시킬 수도 있다. 이러한 방법으로 배출된 올리고당 리치액은 약간의 포도당이 혼합되어 있기는 하나 별도의 섬유(Fibrous)음료의 원료로 사용할 수 있다.

본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

F-42이성화당액을 통상의 방법으로 칼슘형 양이온 교환수지가 충전된 컬럼을 이용하여 크로마토그라피법에 의하여 포도당액과 과당액을 분리하여 얻은 포도당 : 과당 : 올리고당의 함유비율이 74∼75 : 10∼11 : 12∼14인 포도당분획액(Raffinate)을 입도 100∼150매쉬, 가교도 4∼8인 일반식 R-SO₃H로 표시되는 시판 양이온 교환수지를 염화칼슘 용액으로 처리하여 얻은 칼슘형 양이온 교환수지와 활성탄을 혼합충전한 컬럼을 이용하여 흡착법에 의하여 즉 60±5℃에서 포도당 분획액을 컬럼의 하부에서 상부로 강제 통액하면 과당은 수직에 흡착되어 컬럼하부의 수지로 부터 점차 잔류되고 컬럼 상부에서는 과당이 함유되지 않은 미반응의 포도당액과 올리고당액이 유출된다. 이때 적용하는 흡착법은 크로마토그라피법에 비하여 전개수가 적게 사용되는 이점이 있고 조작의 용이성과 정치의 간편성이 있다.

상기에서 얻은 과당이 제거된 포도당과 올리고당의 혼합액을 입도 100∼150메쉬, 가교도 4∼8인 일반식(RO₄NC1로 표시되는 시판음이온 교환수지를 수소아황산소다액으로 처리하여 얻은 일반식 (R)₄N-HSO₃로 표시되는 수소아황산형 음이온 교환수지와 활성탄을 혼합충전한 컬럼을 사용하여 흡착법에 의하여 즉 컬럼하부에서 상부로 통액시키면 수소아황산형 음이온 교환수지에 흡착성이 없는 올리고당은 컬럼을 곧바로 통화하여 컬럼 상부에서 올리고당 리치(Rich)액으로 유출되고 수소아황산형 음이온 교환수지에 흡착성인 포도당은 수지의 교환능력이 다할때까지 수지에 흡착되어 컬럼내에 체류한다. 그후 수소아황산형 음이온 교환수지에 흡착된 포도당을 전개수로 용출시켜 순도 95%이상의 포도당액을 얻어 이를 통상의 방법으로 농축시켜 결정화하여 무수 또는 함수결정 포도당을 제조한다.

이와 같이 본 발명에 의하면 1) 포도당 분획액에서 올리고당이 제거되었으므로 포도당 분획액을 포도당 당화공정에서 반송하여도 지장이 없고 2) 종래법과는 달리 올리고당을 저감시키기 위하여 고가의 지절(枝切)효소(Pullulanase)를 사용할 필요가 없고 3) F-42 이성화당액에서 부가가치가 높은 결정과당과 결정포도당을 병행하여 제조할 수 있고 4) 본 발명의 결정 포도당은 파이로젠(pyrogen)함량이 낮고 엔도톡신치가 0.1Pg/mg이하여서 주사용 결정포도당으로 사용할 수 있는 특징이 있다.

다음에 본 발명을 실시예에 의하여 구체적으로 설명하다.

실시예

1. 시료의 조제

농도 27Brix, 포도당 : 과당 : 올리고당의 함량비가 76 : 13 : 11인 포도당 분획액(엔도톡신치50Pg/mg)을 고형분 농도가 60Brix되도록 농축하여 시료로 하였다.

2. 과당의 제거

내경 5cm, 높이 70cm, 내부용적 1200ml인 이중 초자관에 입도 100∼150메시, 가교도 4인 칼슘형 양이온 교환수지 1000ml와 미세 활성탄 36ml를 혼합 충전한 컬럼에 65℃에서 상기의 시료를 정량 공급펌프에 의하여 매시 200ml의 유속으로 컬럼의 하부에서 상부로 강제로 5시간 통액시키면 과당은 칼슘형 양이온 교환수지에 흡착제거 되고 포도당과 올리고당의 혼합액이 상부로 유출한다. 컬럼 상부에서 유출한 포도당과 올리고당의 혼합액을 분석한 바 포도당 함량은 86%, 올리고당 함량은 14%이고, 고형분 농도는 57Brix이고, 엔도톡신치는 0.1Pg/mg이었다.

3. 올리고당의 제거

내경 5cm, 높이 70cm, 내부용적 1200ml인 이중 초자관에 입도 100∼150메시, 가교도8인수소아황산형 음이온교환수지 1000ml와 미세 활성탄 36ml를 혼합 충전한 컬럼에 50℃에서 상기 2에서 얻은 포도당과 올리고당의 혼합액을 정량 공급펌프에 의하여 매시 200ml의 유속으로 컬럼의 하부에서 상부로 강제로 5시간 통액시키면 포도당은 수소아황산형 음이온 교환수지에 흡착되고 올리고당액만 상부로 유출한다.

컬럼을 24시간 정치후 전개수로 음이온 교환 수지에 흡착된 포도당을 용출시켜 포도당액을 얻었다. 얻은 포도당액을 분석한 바 포도당 함량이 96%이고, 고형분 농도는 55Brix이고, 엔도톡신체는 0.1Pg/mg이었다.

4. 결정포도당의 제조

상기 3에서 얻은 포도당 함량 96%, 농도 55Brix인 포도당액을 농축조에서 농도 70Brix로 농축시켜 통상의 결정화 방법에 의하여 결정화하여 결정포도당을 얻었다. 얻은 결정포도당의 엔도톡신치는 0.01Pg/mg 이었다.

Claims (3)

1. F-42이성화당액을 통상의 방법으로 칼슘형 양이온교환수지 컬럼으로 처리하여 얻은 과당과 올리고당을 소량 함유하는 포도당 분획액(Raffinate)을 입도 100∼150메시, 가교도 1∼4인 칼슘형 양이온 교환수지와 활성탄을 환합 충전한 컬럼의 하부에서 상부로 강제 통액시켜 포도당 분획액중의 과당을 칼슘형 양이온 교환수지에 흡착 제거한 다음 입도 100∼150메시, 가교도 4∼8인 수소아황산형 음이온교환수지와 활성탄을 혼합 충전한 컬럼의 하부에서 상부로 강제 통액시켜 올리고당을 유출 제거하고 포도당만 수소아황산형 음이온 교환수지에 흡착시킨후 흡착된 포도당을 전개수로 탈착용출시켜 포도당액을 얻고 얻은 포도당액을 농축시켜 결정화하는 포도당분획액으로의 약용 결정포도당을 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서 칼슘형 양이온 교환수지와 활성탄을 혼합 충전한 컬럼에서의 처리 온도가 50∼70℃이고, 수소아황산형음이온 교환수지와 활성탄을 충전한 컬럼에서의 처리온도가 40∼60℃인 것이 특징인 포도당 분획액으로 의약용 결정 포도당을 제조하는 방법.
3. 제1항에 있어서 컬럼의 하부에서 상부로 강제통액을 정량 공급펌프 의하여 행하고, 통액시의 공간속도가 0.1∼0.3인 것이 특징인 포도당 분획액으로 의약용 결정포도당을 제조하는 방법.