KR0135957B1 - 의약용 무수결정과당의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔도톡신(Endotoxin) 수치가 0.01pg/mg이하인 의약용으로 접합한 무수결정 과당의 제조방법에 관한 것이다. 가교도 1-8, 입도 150±50메쉬(mesh)인 수소아황산형 음이온 교환수지가 충전된 수소아황산형 음이온 교환수지 충전탑의 하부로부터 과당 함량이 91±3%인 과당액을 45±5℃에서 유속(SV) 0.1-0.5로 접촉 통과시켜 충전탑의 상부에서 과당함량 96-98%의 과당액을 얻고, 이 과당액을 농도 90±2 Bx로 농축한 다음 여기에 종(Seed) 결정을 첨가한 후 초음파 조사 또는 초음파 조사와 감압을 동시에 행하여 탈포하고 얻어진 과당결정모액을 혐기하에 직렬연결한 복수 정출관의 하부에서 상부로 통과시켜 연속결정화하는 의약용 무수 결정과당의 제조방법.

Description

의약용 무수결정과당의 제조방법

본 발명은 이성화당액(F-42)을 일반적 분리방법인 크로마토그라피법에 의하여 칼슘(Ca)형 양이온 교환수지로 처리하여 포도당 분획액(Raffinate)과 과당 분획액(Ext-ract)으로 분리 분별하여 분리분별한 과당 분획액(Ext-ract)만을 원료로 사용하여 다시 흡착법에 의하여 즉, 수소아황산형 음이온 교환수지 크로마토그라피 칼럼(Column) 처리하여 연속적으로 추출한 고과당액을 진공감압하여 탈기포 처리한 후 혐기하에 과당을 연속결정화하는 방법에 관한 것으로서 본 발명으로 제조한 결정과당은 의약용에 적합하다.

본 발명을 상세히 설명하면 이미 잘 알려진 이성화당액(F-42)을 칼슘(Ca)형 양이온 교환수지에 의해 크로마토그라피 처리하면 포도당 분획액과 과당 분획액 등으로 분리되는데 이때 분리된 과당 분획액의 과당 함량은 90% 내외 정도 밖에 되지 않는다.

이 정도의 과당 함량만으로서는 과당의 결정정출이 어려우므로 다시금 과당 분획액만을 흡착법에 의하여 음이온 교환수지로 처리하여 결정화 조건에 필요한 과당함량 96% 이상의 고과당액을 분취한다. 이렇게 하여 분리 제조한 고과당액을 결정화에 적합하도록 농축한 후 기정(起 晶)을 위한 종핵(Seed)을 넣어 혼합한 과당 결정모액에 초음파처리 단독이나 또는 진공감압 처리를 병용해서 탈기포하여 혐기성하에 연속적으로 과당의 결정화를 시키는 방법에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명 방법에 의해 제조된 무수결정 과당은 의약용에 적합하다. 과당은 자연계에 널리 분포되어 있는 단당이지만 그자체는 다른 당류와 공존해 있기 때문에 단독으로는 존재하지 않는다. 그외 과당의 중합체로서 광범위하게 분포되어 있는 식물로는 우엉, 돼지감자 등이있고 또 벌꿀중에 약 30% 내외가 함유되어 있음은 이미 알려진 사실이다.

18세기에 과당이 화학적 구조상 좌선상의 당인 것이 발견된 이래 실험실적 제법으로서 과당액 및 결정이 제조되어 구라파에서는 이미 의약으로 실용화 하고자한 역사가 있다. 초기에는 과당의 중합체를 가수분해한 후 칼슘(Ca)형 염으로서 과당을 분리 취득하였으나 난 결정성이어서 그후 약 150여년간 연구가 지지부진하였다.

F-42 이성화액은 대략 42%의 과당외에 포도당 또는 올리고당으로 구성되어 있고 그 당조성의 일예를 들면 과당 : 포도당 : 올리고당의 함량비율이 각각 42-43:50-51:6-8로 구성되어 있다.

F-42 이성화 당액은 현재 농도를 75Bx로 하여 시판되고 있으나 그 감미도가 전화당에 비하여 낮기 때문에 품질 개량이 불가피하였다. 따라서 F-42 이성화당액 중 일부분의 포도당을 제거해 F-55 또는 F-75로 해서 감미도를 높임이 현재 공업적 방법으로서 일반화되어 있다.

상세히 설명하면 F-42 이성화 당액의 일부 혹은 전부를 크로마토그라피법에 의하여 Ca형 양이온 교환수지 처리를 해서 포도당 분획액과 과당분획액으로 분리 분별하는 방법이다.

이와 같은 방법으로 분리한 포도당분획액(Raffinate라함)과 과당분획액(Extract라함)의 조성의 일예를 들면 표1과 같다.

표 1

크로마토그라피법에 의한 Ca형 이온 교환수지를 이용한 분리법은 일본 특개소 52-96752 및 동 53-51179가 있는데, 칼슘(Ca)형 양이온 교환체가 당류의 분리성을 나타내는 기본 특허(미국)를 다시 개량한 것이다. 예를들면 특개소 53-51179는 수지상(Bed)과 당액과의 관계가 의사(疑似)이동상으로 된다고 하는 개념에 의하여 제안된 것으로서 공업화의 시발이 되었다. 그외의 분리법으로서 적은 예이기는 하나 무기물 충전체에 의한 분자체(分子篩)의 예가 있다.

F-42 이성화액에서 과당분획액(Extract)의 순도를 높임에는 한계가 있어서 통상의 분리순도는 과당함량 90%정도이다. 크로마토그라피법으로서 과당함량을 높이기 위해서는 장치의 수지량을 증가시켜 과당함량 95±2%로 하던가 또는 당액의 공급유량을 줄여줌으로 과당함량을 높이는 방법이 있다. 그러나 그러한 방법은 생산성에 문제가있다. 본 발명은 음이온(Anion) 수지에 의한 흡착법을 이용한 과당의 분리추출법이다.

이와 유사한 방법으로 다음의 일본 특허가 있다. 즉, 일본 특개소 48-48650, 동48-91232, 동49-1442, 동49-12047, 동50-46848, 동51-41449가 이미 발표된 바 있다. 이 방법들은 크로마토그라피법을 이용한 분리법이다. 이에 대하여 본 발명은 우선 1차적으로 분리한 과당 분획액에 함유한 포도당을 2차로 연속 분리제거하는 방법이다.

보다 상세히 설명하면 1차적으로 분리한 과당 분획액에 함유한 포도당 함량은 4∼8%이기 때문에 포도당과 친화 흡착성이 있는 이온 교환수지를 사용하여 다시 포도당을 좀더 제거하는 방법이다.

다시 설명하면 종래에는 포도당과 수소아황산형 음이온 교환 수지의 흡입친화성을 이용한 크로마토그라피법에 의하여 포도당을 분리하였다. 이 방법은 수지층의 상부에서 당액을 공급하여, 수지량과 거의 동량의 당액을 공급한 후 전개수로 추출하는 방법이다.

따라서 이 방법은 간결법 또는 단속법이라고 불러도 좋은 분리법이다. 이에 반하여 본 발명에서의 흡착법은 수소 아황산형 음이온 교환수지 충전탑의 하부에서 당액을 강제정량공급시켜 당액 중에 포함된 포도당이 음이온 교환수지에 접촉 흡착되지만 과당 및 올리고당은 무감응적으로 통과하는 현상을 이용한 것이다.

좀더 구체적으로는 포도당과 수소 아황산형 음이온 교환수지와의 관계는 음이온 교환수지의 흡착능력은 수지의 교환용량이 포화상태가 되어 끝날때까지 흡착능력이 있으므로 과당함량이 91±3% 범위인 당액중의 포도당은 크로마토그라피법에 비해 수소 아황산형 교환수지량이 소량만으로도 효과가 있다. 즉 흡착법은 크로마토그라피법에 비하여 1/3-1/5 수지량만으로도 목적달성이 가능하다. 본 발명은 종래법인 크로마토그라피법에 비해 수배의 처리능력이 증가된 방법이다.

또 다른 특징인 본 발명의 흡착법은 크로마토그라피법에 비하여 흡착능력이 종료될 때까지 전개수를 필요로 하지 않으므로 처리가 끝난 과당액의 농도(Bx)가 높아 원당액의 농도와 거의 같은 농도가 얻어지기 때문에 다음 공정인 결정화에 좋은 영향을 주게 되는 점이다.

크로마토그라피법과 흡착법에서 교환수지의 기능발휘 본질을 비교하면 크로마토그라피법은 실험예에서는 수지의 입도가 200±50메쉬로 미세입자가 특징이고 반면 흡착법은 수지의 가교도가 중요하다.

본 발명에서 사용하는 수소 아황산형 음이온 교환수지는 일반식 (R)₄N⁺HSO_3-로 표시되는 것으로, 음이온 교환수지인 (R)4 Ncl을 수소 아황산 소다용액으로 처리하여 제조한다. 일반적으로 음 또는 양이온 교환체의 입도는 특수품인 150±50메쉬이며 가교도는 4∼8이 바람직하다.

본 발명의 결정화에 관해 설명하면 과당 함량을 96% 이상으로 한 것은 그 이하에서는 포도당과 올리고당의 함량이 많아 결정화를 현저히 저해하기 때문에 과당함량은 적어도 96% 이상이 바람직하다. 또한 결정화에는 공정 조작과 품질의 요인을 고려하지 않으면 안된다. 본 발명에서는 과당 이외의 올리고당이 1-2% 함유하지만 이 범위에서는 과당의 결정화에 지장을 주지 않음을 알았다. 과당의 결정화 방법에는 60년대 유럽에서 용매법에 의한 공업화가 최초였지만 당시는 결정화에 사용되는 과당 원액의 순도향상 기술이 불충분하고 고점도 과당액으로 순수 과당결정을 취득하기 위해서는 용매희석에 의한 점도 강하가 필요했다. 70년대에 결정과당 상품에 메칠알콜이 잔존되어 문제시된 이래 수성법의 연구가 주류가 되었다. 용매법은 정출 숙성시간이 수성법에 비하여 1/3-1/4로 짧아 양산화에 최대의 강점이 있으므로 미국과 같은 에칠알콜 생산국에서는 현재 용매법이 유력한 위치를 차지하고 있는 상태이다.

본 발명에서 결정화 공정중의 특징적인 조작은 초음파 조사에 의한 과당결정모액(과당액과 종정이 혼합된 상태)의 캐비테이션(Cavitation) 교정처리법이다. 결정화에 필요한 과당농도가 대략 90Bx인 당액의 점도는 단당류중에서 가장 높게 나타나는데 예로 50,000cps 정도로 상승되어 동일조건의 포도당액에 비교하여 약 100배의 점성을 나타내고 더불어 당액중에 공기가 혼합되어 있으면 과당의 결정화에 크게 지장이 있다.

또한 점성(Viscosity)이 높은 당액중에 다량의 공기가 존재하는 경우에는 공기의 제거(탈기)가 아주 어렵고 결정생성의 억재효과와 결정후의 결정형(결정상태)에서도 여러 부적합한 결정형이 생긴다. 이러한 원인 때문에 통상적인 공업화에서는 결정 정출시간이 100시간을 요하는 것도 진기한 것이 아니어서 이런 문제점의 개선법으로 알콜류를 사용하는 용매법이 80년대에 주가된 이유이다. 본 발명에서의 결정화를 위한 초음파 단독조작이나 감압을 동시에 적용하는 병용법은 효율이 좋게 캐비테이숀을 개선하는 상승효과가 있다.

본 발명의 초음파에 의한 공동(空洞) 현상의 제거는 (1) 결정형의 입도를 조정하는데 영향을 주기 때문에 상품의 가치를 높이고 (2) 정출한 결정의 원심분리에서 혐기가 아닌 통상법에 의하여 결정을 여과하는데 대한 어려움에 비해 원심분리 효과가 우수하기 때문에 공정관리가 능률적이고 용이하며 (3) 정출관에서의 결정화 공정이 공기혼입방지를 한 밀폐상 조작이므로 균에 의한 오염의 염려가 없는 안전한 특징이 있다.

본 발명의 과당결정화 공정중에 혐기하 연속 결정법과 종래에 알려진 방법인 회분식 수성정출법과의 차이에 대해 설명하면 회분식에 의한 정출법은 농도를 조정한 과당액에 종(Seed)용 결정을 약 3-5% 첨가해 강력히 교반후 복수로된 제1정출관의 상부에서 과당결정모액을 저속으로 유입시켜 약24시간 동안 유지하는 한편 동시에 온도를 60-50℃가 유지되도록 외부 냉각관에 온수를 통과시킨다. 제1정출관에서 나온 과당결정모액을 제2정출관 상부에서 저속으로 유입시켜 50-45℃에서 24시간 유지하고 제3정출관에서 같은 방법으로 상부로 유입시켜 24시간 유지시키고 경우에 따라서는 제4정출관으로 옮겨 대략 70-100시간 결정숙성을 행한다.

과당결정의 정출율은 대체로 45-50%정도가 보통이다. 이후 공정은 원심분리 및 수세후 건조한다. 이러한 방법으로 생산된 제품의 전체적 수율은 약40% 내외이다. 본 발명의 혐기하결정화의 수성연속법은 별개의 관에 초음파 조사기가 부착된 탈기관에서 종정이 혼합된 과당결정모액을 탈포처리한 후 65℃부터 35℃까지의 온도 경사로된 복수의 정출관 중에 각 관 하부로부터 상부로직렬로 강제 이동하며 이동 용적비유속을 0.03-0.05로 한다.

본 발명의 결정화법은 파이프라인(Pipe Line) 방식이다. 따라서 혐기하에 정출하는 특징이 있는 한편 결정에는 기포의 혼입이 없어 결정형의 일정화를 기할 수 있으며 더블어 본 발명의 수성결정화법은 종래법에 비하여 대략 1/3시간만으로도 숙성이 완료된다. 또다른 본 발명의 특징은 정출관의 용량이 종래법에 비하여 1/2-1/4의 용적만으로도 가능하므로 설비비의 절감은 물론 생산성을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 이하에 본 발명을 실시예를 들어 설명하지만 본 발명이 이것에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

(장치 및 이온 교환 수지)

내경 40mm 높이 900mm의 二중 초자관에 가교도 4, 입도 150±50 메쉬인 일반식(R)₄NCl로 표시되는 음이온 교환수지 1,000ml를 충전하고 상부로부터 20% 산성아황산소다액 4,000ml를 첨가한후 거의 중성이 될 때까지 순수로 세척해서 일반식 (R)₄NHSO₃로 표시되는 수소아황산형 음이온 교환수지를 제조한다.

실시예 2

(과당 분리액으로부터 과당추출법)

실시예 1의 음이온 교환수지가 충전된 장치를 외온 45℃로 유지한 후 과당(F), 포도당(G), 올리고당(O)의 비가 93 : 5.2 : 1.8인 과당 분리액의 농도를 60Bx로 조정한 당액을 20kg준비하여 충전탑의 하부로부터 매분 15g 급액하면 60분후에 탑상부로부터 과당함량 98.0%의 과당액을 추출하기 시작하여 과당함량 95%에 이를 때까지 과당액 18.4kg를 얻었다. 이와같이 하여 얻은 추출과당액의 과당함량은 96.8%이고 농도는 58.2Bx이었다.

실시예 3

(제균 과당 결정모액의 제법)

실시예 2의 농도 58.5Bx, 과당함량 96.8%의 과당액을 탈색과 역삼투막 등 정밀여과 처리한 것의 엔도톡신 수치측정 결과 0.01Pg/mg이하이므로 의약용으로 적합한 결정과당임이 확인되었다. 이과당액을 통상의 방법으로 감압농축하여 농도 89Bx로 하고 여기에 제균한 종결정을 3% 첨가한 후 60℃에서 초음파 조사처리 또는 초음파 조사와 감압을 동시에 행하여 탈포하여 제균과당결정모액을 제조하였다.

실시예 4

용량이 2.0ι이고 2중 열교환기가 부착된 정출관 3개를 낙차식으로 직결하여 실시예 3의 과당결정모액을 매시 350g씩 급액하고 정출관 온도를 열교환기로서 각각 60℃, 50℃, 40℃가 되도록 조절했다. 제3정출관에서 숙성 결정체의 정출율이 45-50%이었다.

이것을 온시 여과와 온수세척을 하여 건조한 결과 무수결정과당 5Kg을 얻었고, 얻은 무수결정과당의 순도는 99.8%이고 수분은 0.2%였다. 본 발명의 결정화법에 의한 무수과당결정과 종래의 회분식수성법에 의한 무수과당결정의 입도는 표 2와 같았다.

표 2 (단위 : %)

실시예 5

실시예 4의 무수결정과당의 파이로젠(Pyrogen) 검정을 시판의 리므리스테스트(Limulus test) 시약으로 행한 결과 엔도톡신(Endotoxin) 수치가 0.0028Pg/mg을 나타냈다. 이 수치는 의약용으로 안정범위내이므로 본 발명에 의한 무수결정과당은 의약용으로 적합한 무수결정과당임이 확인되었다.

Claims (2)

1. 가교도 4-8, 입도 150±50메쉬(mesh)인 수소아황산형 음이온 교환수지가 충전된 수소아황산형 음이온 교환수지 충전탑의 하부로부터 과당함량이 91±3%인 과당액을 45±5℃에서 유속(SV) 0.1-0.5로 접촉 통과시켜 충전탑의 상부에서 과당함량 96-98%의 과당액을 얻고, 이 과당액을 농도 90±2 Bx로 농축한 다음 여기에 종(Seed)결정을 첨가한 후 초음파 조사 또는 초음파 조사와 감압을 동시에 행하여 탈포하고 얻어진 과당결정모액을 혐기하에 직렬 연결한 복수 정출관의 하부에서 상부로 통과시켜 연속결정화하는 의약용 무수 결정과당의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 직렬 연결한 복수의 정출관은 65℃에서 35℃의 온도 경사로 되고, 과당결정모액의 용적비 유속이 0.03-0.05인 의약용 무수결정과당의 제조방법.