KR0164430B1 - 크실리톨 및 크실리톨-함유 생성물의 제조방법 - Google Patents

크실리톨 및 크실리톨-함유 생성물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

- M1에서 D-크실룰로오스 시럽을 D-크실로오스와 D-크실룰로오스를 함유하는 시럽으로 효소적으로 이성화시키고, 크실로오스를 추출하지 않고, - M2에서 이 시럽을 촉매적으로 수소첨가시켜 크실리톨-함유 시럽을 만들며, M3에서 상기 크실리톨 함유 시럽을 탈수 또는 크로마토그래피 처리하거나 또는 결정화에 의해 추출처리하는 단계로 됨을 특징으로 하는, 크실리톨 및 크실리톨 함유 생성물의 제조방법.

Description

크실리톨 및 크실리톨-함유 생성물의 제조방법
제1도는 본 발명의 방법을 다이아그램으로 표시한 도면임.
제2도 및 제3도는 상기 방법의 2가지 바람직한 구체예를 다이아그램으로 표시한 도면임.
본 발명은 크실리톨 및 크실리톨 - 함유 생성물의 제조방법에 관한 것이다.
크실리톨의 제조방법은 결정성 D-크실로오스 또는 D-크실로오스가 풍부한 시럽을 촉매적 수소첨가 반응시키는 것으로 알려져 있으며, 이 결정성 D-크실로오스나 또는 크실로오스 - 함유 시럽은 자작나무, 옥수수 속대, 종자껍질 또는 아몬드와 같은 식물성 원료로부터 얻어진다.
온도와 압력을 극한조건으로 한 상태에서, 이 물질들을 산 가수분해함으로써, 크실란 -- D-크실로오스 폴리머 --가 크실로오스로 분해되며 이를 수소첨가 시킴으로써 크실리톨을 얻는다.
그러나 이 방법은 다음과 같은 중대한 결점을 갖는다:
- 원료물질의 크실란 함량이 낮다는 점, 이것은 크실리톨의 낮은 수율 (사용된 원료물질의 8-15중량%)과 대량의 부산물 (이 부산물은 제품의 가치를 회복시키는 것을 거의 불가능하게 만들며 그 폐기처분도 오염문제를 야기시킨다) 생성에 의해 입증된다.
- 이 원료물질들의 가수분해물중의 크실로오스 이외의 당물질, 즉 수소첨가에 의해 각각 그 물질적 특성이 크실리톨과 밀접한 소르비톨, 만니톨, 갈락티톨 및 아라비톨로 전환되는 글루코오스, 만노오스, 갈락토오스 및 아라비노오스의 존재로 인하여 이들을 크실리톨로부터 분리하기 어렵다는 점. 이 식물성 물질들의 수소첨가된 가수분해물 중에서 보통 발생되고 시럽농축시 크실리톨과 동시에 결정화되는 갈락티톨의 존재는 이들이 백내장을 일으키기 때문에 식품용으로 의도된 경우 바람직하지 않다.
- D-글루코오스를 발효시킴으로써 D-아라비톨을 제조하는 방법을 설명한 프랑스특허 제2,009,331호는 D-아라비톨이 D-크실룰로오스를 통해 D-크실로오스를 제조하는데 중요한 물질이라고 개시되어 있으나; 이 특허는 D-크실룰로오스를 D-크실로오스로, 항차, 크실리톨로 전환시키는 방법에 대해서는 전혀 언급이 없다.
1972년, 일본특허출원 제47-13707호 이후, 프랑스특허 제2,009,331호에서 언급된 방법으로 얻어진, D-아라비톨을 호기적으로 발효시켜 얻어진 D-크실룰로오스를 직접 수소첨가 시킴으로서, D-크실로오스의 중간단계를 거치지 않고 크실리톨을 직접 제조하는 방법도 제시되었다. 이 방법의 결점은 상기 수소첨가 반응에 의해서는 동량의 D-아라비톨로 오염된 50%의 크실리톨만이 제공된다는 것으로, D-아라비톨은 이러한 비율로 존재할 경우 크실리톨의 결정화를 불가능하게 하므로; 이 방법에 의해서는 크실리톨을 고순도 및 고수율로 생산할 수 없다. 실제로, 오직 D-크실로오스와 그의 광학적 이성체인 L-크실로오스만이 촉매적 수소첨가에 의해 100% 크실리톨을 제공한다.
입체이성적 수소첨가에 의해, D-크실룰로오스로부터 크실리톨을 증가된 수율로 얻을수 있도록 하기 위한 시도가 행해졌으며, 최근에 (J. Ferment. Technol., 66권, 1호, 33-36, 1988) D-크실룰로오스로부터 크실리톨을 75% 수율로 제조할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 그러나 이 환원 또는 입체특이적 수소첨가 반응은 24시간동안 단지 미코박테리움 스메그마티스(Mycobacterium smegmatis)속과 고정화 미생물에 의해 D-크실룰로오스의 2%용액에서 얻어질 뿐이었다. 전술한 내용으로 비추어 볼 때, 이 방법은 - D-크실룰로오스가 크실리톨로 전환하는데 소요되는 시간이 너무 길고,
- 사용된 농도가 너무 낮으며 - 사용된 미코박테리아의 인체에 대한 병인적 특성때문에 독성문제가 일어난다는 사실때문에 산업적으로 적절하지 않다.
또한 D-크실로오스로의 D-크실룰로오스의 효소적 이성화가 HOCHSTER 및 WATSON (National Research Council No. 3105 캐나다 오타와)에 의해 실험되었으나, 이렇게 얻어진 이성화 혼합물로부터 D-크실로오스가 분리되지 않고, 그의 크실리톨 제조용도도 제안되지 않았다. 실제로, D-크실룰로오스의 D-크실로오스로의 이 이성화는 여전히 부분적일 뿐이며 더구나 공업적 사용과는 전혀 맞지 않는 온도 및 농도 조건에서 효력을 개시한다.
이와 마찬가지로, OHMOMO와 그의 공동 연구자들은 소르비톨로부터 수득된 크실룰로오스 시럽을 이성화 시킴으로써 크실로오스의 함량이 매우 높은 시럽을 얻는것을 제안하였으니, 이 시럽으로부터 크실리톨을 제조하는 방법에 대하여는 언급이 없다. 크실로오스를 단독으로 제조하는 것은 매우 흥미로운 일이며, 이들은 또한 대량의 활성화제 이온존재하, 약 9정도의 높은 pH에서 50 g/ℓ의 매우 낮은 건조 물질로 크실룰로오스를 이성화시켜 크실로오스를 최대로 얻기위해 연구하였다. 상기의 온도 조건들은 활성화제 이온이 이성화후 반드시 제거되어야 하는 오염물질이고 특히 이 이성화에 사용된 pH때문의 이유로 인해, 매우 높은 배수의 희석으로 인해 대용량을 처리하여야 하게 하므로 공업적 방법과는 조화될 수 없으며, 고농도 크실로오스로 이르게 되면, 이성화된 시럽으로부터의 제거가 불가능하고 착색된 분해 및 에피머화 생성물이 생성되게 되어, 후속적인 촉매적 수소첨가 반응을 불가능하게 만드는데, 이 저자들은 이를 직시하지 않았다.
결과적으로, D-아라비톨을 통해 D-글루코오스로부터 약 40%의 저수율로 얻어질뿐인, D-크실룰로오스로부터, 크실리톨을 위생적 조건하에서 충분한 순도 및 수율로 제조하는 방법이 요구되었다.
따라서, 본 발명의 구체적인 목적은 D-글루코오스로부터 최종 목적생성물로 전환시키는 여러 단계를 거치게 하기에 충분히 높은 수율 및 순도로 크실리톨을 제조하기에 적합한 D-아라비톨을 통해 D-글루코오스로부터 그 자체가 얻어지는 D-크실룰로오스로부터의 크실리톨의 제조방법을 제공하는 것이다.
따라서 지난 20여년간 제기되었던 이 문제에 대한 해결책이 본 발명자들의 발견 즉 D-크실룰로오스 시럽을 미리 효소적 이성화 처리시킨다음 촉매적으로 수소첨가 함으로써 상당히 저렴한 경비로 고순도로 크실리톨을 수득할 수 있다는 발견에 의해 제시되었다.
그러므로, 본 발명에 따른 크실리톨 및 크실리톨 함유 생성물의 제조방법은 이 방법이: - D-크실룰로오스 시럽을 D-크실로오스 및 D-크실룰로오스 함유 시럽으로 효소적 이성화시킨다음, 크실로오스의 추출없이 - 이 시럽을 촉매적 수소첨가시켜 크실리톨 - 함유 시럽을 만드는 것으로 이루어지는데 특징이 있으며, 상기 크실리톨 - 함유 시럽은 탈수 또는 크로마토그래피 처리되거나 결정화에 의해 추출처리된다.
D-크실룰로오스는 공지방법 특히 바람직한 생산방법으로 이루어진, D-글루코오스를 호기적 발효처리하여 얻어진 상기 D-아라비톨을 미생물에 의해 산화시켜 얻을수 있다.
바람직한 구체예에 따라, 본 발명의 크실리톨 제조방법은 따라서 원료물질 역할을 하는 D-크실룰로오스가 다음 두 단계로 제조된다는데 특징이 있다:
- D-글루코오스를 D-아라비톨로 전환시키는 피치아(Pichia) 속 호삼투성 미생물에 의한 D-글루코오스 시럽의 호기적 발효, 및 - D-아라비톨을 D-크실룰로오스로 전화시키도록 적응시킨 아세토박터(Acetobacter), 글루코노박터(Gluconobacter) 또는 클렙시엘라(Klebsiella)속의 D-히드로게나제 알코올 생산 미생물에 의한 D-아라비톨의 호기적 발효가 그것이다.
D-글루코오스의 호기적 발효는 D-글루코오스의 D-글루콘산(칼슘염 형태로, 미합중국 특허 3,755,294 호에 설명된 바와 같이, D-아라비노오스를 생산케하는 RUFF법에 의해 탈탄산화될 수 있음)으로의 통과산화로 이루어지는 변형에 의해 대체될 수 있다. 다음 D-아라비노오스를 D-아라비톨의 생산공지방법으로 수소첨가시킨다.
겉보기의 복잡성에도 불구하고, 본 발명의 방법은, 그의 구성단계를 특정하게 배합함으로써, 크실리톨을 25%이상의 수율로 얻을수 있게하며, 이는 저가의 풍부한 원료물질의 D-글루코오스에 대하여는 40%에 달할수 있는 것이다.
종래기술의 방법에 비추어볼 때, - 원료물질의 사용량 및 - 크실리톨의 제조에 의해 발생되는 부산물의 용적 및 오염도가 크게 감소된다.
- 원료물질의 수집에 관계되는 지역적 문제가 존재하지 않고, - 초고온 및 고압 또는 부식성 환경을 유지시킬 필요가 없이 통상적인 장비를 이용하여 이 원료물질을 가공할 수 있으며, - 갈락티톨이 없이 크실리톨을 얻을 수 있어, 식품류에도 이용할 수 있다는 기타의 장점이 있다.
본 발명자들은 또한 반대되는 모든 예측에도 불구하고, D-히드로게나제 알코올을 생산하는 미생물에 의해, 크실리톨뿐 아니라 아라비톨도 풍부한 크실리톨 모액을 발효 및 결정화시킴으로써 상술한 크실리톨 제조방법을 더욱 개선시킬 수 있음도 발견하였다. 본 발명자들은 D-크실룰로오스가 풍부하나, 미전환의 크실리톨을 고비율로 함유하는 이러한 발효시럽도 별문제없이 크실로오스 이소머라제의 작용하에서 이성화되어 D-크실로오스와 크실리톨이 풍부한 시럽을 제공할 수 있음도 발견하였는데, 이것은 최근에 발표된 IZUMORI 및 TUZAKI, J. Ferment. Technol., Vol. 66, No. 1, 33-36 (1988)의 견해와는 상반된 것으로서; 이 저자들은 크실리톨이 실제로 크실로오스 이소머라제의 경쟁적 억제자인듯하다고 결론지었다.
IZUMORI 및 TUZAKI의 결론에 따르면, 이성화된 D-크실룰로오스 시럽중의 크실리톨 단독의 존재는 따라서, 효소적 이성화 반응에 대해 우려할만한 강한 부정적 영향을 미쳤어야 하였다.
D-크실로오스, 크실리톨 및, 다소 적은양의 D-크실룰로오스를 함유하는 이성화 시럽은 다시 수소첨가되어 크실리톨이 풍부한 시럽으로 제공될 수 있으며, 이로부터 크실리톨을 순수한 결정형태로 간편하게 추출할 수 있다.
또한 프랑스특허 2,344,514 호에 기재된 크로마토그래피 방법에 이어서 탈수 또는 결정화 수단에 의해 수소첨가된 시럽을 분별시켜 다소 적은양으로 크실리톨을 얻을수도 있다. 상기 시럽의 분별화는 더구나 간편한데, 이것은 수소첨가된 목재의 가수분해물 분별화에 대해 이 특허에서 설명된 바와 달리, 본 발명의 방법이 이 분별화를 복잡화시키는 만니톨도, 갈락티톨도 제공하지 않기 때문이다. D-아라비톨이 풍부한 결정화 모액이나 크로마토그래피 분획이 재순환되어 D-아라비톨을 D-크실룰로오스로 전환시킨다.
이러한 방식의 방법은 거의 100%에 가까운 수율로 얻게 하는데, 이는 이러한 방법을 실현시키는데 필요한 중간의 정제공정이나 농축공정에 의한 불가피한 손실을 감안한다면 거의 모든 D-아라비톨을 크실리톨로 전환시키는 것이다.
본 발명을 다음의 설명과 실시예, 도면을 들어 더욱 상세히 설명하고자 하나, 이들의 구체예에 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
제1도에: - M1에서 D-크실룰로오스 시럽의 D-크실로오스 함유 시럽으로의 효소적 전환, - M2에서 D-크실로오스 함유 시럽의 촉매적 수소첨가에 의한 크실리톨 함유 시럽 생산, - M3에서 크실리톨 함유 시럽으로부터의 크실리톨의 결정화에 의한 추출, 이 추출에 의한 M4에서의 크실리톨 및 M5에서의 모액의 생산을 도시하였다.
제2도에: - F1에서, D-글루코오스 시럽을 D-아라비톨로 전환시키는데 피치아속의 호삼투 미생물에 의한 D-글루코오스 시럽의 호기적 발효, - F2에서, D-아라비톨을 D-크실룰로오스로 전환시키는 아세토박터속의 데히드로게나제 알코올 생산 미생물에 의한 D-아라비톨의 호기적 발효, - M1, M2, M3, M4, 및 M5에서, 제1도에 설명된 공정을 도시하였다.
제3도에: - 제2도에 따른 연속단계인 F1, F2, M1, M2, M3, M4및 M5- M3에서 얻어진 크실리톨의 결정화(F5)에 이은 F2, M1, M2, M3, M4및 M5추가단계 F2에서 P를따라 재순환시킨후 얻어진 모액의 처리.
글루코오스 발효를 위해, 배양배치에 다음 성분을 포함시킬수 있다.
이 배지를 발효조에 도입한다음, 멸균시키고 약 24시간동안 피치아속, 예컨대 피치아 오메리 no. 20,209 균주 (ATCC에 보관중임)(또는 피치아 파리노사균주)를 약 10% 접종시킨다. 이 배양체는 예컨대 다음으로 구성된 배지에서 생산된다:
1-1.5 공기부피/배양체 용량/분에 해당하는 통기하에서 암모니아로 조정한 pH 4-6, 바람직하게는 pH 4.5, 30℃에서 80-100시간동안 발효시킨다. 아라비톨이 보통 65-90 g/ℓ로 얻어지며, 이 아라비톨은 발효말기 배지중에 존재하는 물질의 70-85%를 나타내고, 당 불순물이 특히 비-발효 글루코오스를 통해 아라비톨과 유사하게 생성된 크실리톨에 의해 생성된다.
사용된 글루코오스에 대한 D-아라비톨의 수율은 약 45-50%이다.
다음 발효조의 전체 내용물(D-아라비톨이 풍부한 발효즙)을 멸균시켜 효모를 파괴한다음 이어서 아세토박터스 수복 시단스 배양체의 접종물(약 10%)로 접종한다.
D-아라비톨이 풍부한 발효즙을 아세토박터로 접종하기전에 원심분리나 여과에 의해 정제시키는 것이 유리할것이다.
마찬가지로, 이 정제는 탈미네랄화, 탈색 이어서 농축에 의해 완결될 수 있으며 이에의해 D-아라비톨의 풍부도가 98%에 근접하고 그 수율은 사용된 글루코오스에 대해 약 40%에 이르게된다.
전술한 단계에서 얻어진 D-아라비톨은 유기질소와 미네랄염이 함유된 배지중 65-200 g/L가 되는 농도로 발효될 수 있으며 이것은 아라비톨의 정제가 철저한만큼 첨가하기에 편리하다. 요구되는 비율은 당업자에 의해 용이하게 측정될 수 있으며 다음과 같을 수 있다:
예비배양체는 다음 조성을 갖는 배지에서 약 20시간 배양된 아세토박터 수복시단스의 배양체인 것이 바람직하다.
D-아라비톨의 발효는 1-1.5 공기용량/배양체 용량/분에 상응하는 통기하, 20-40℃, pH 4.0-6.0에서 대개 24-48시간동안 수행하며, 이 기간말기에 발효즙중에 존재하는 D-아라비톨의 95%가 실제로 정량적으로 D-크실룰로오스로 전환된다. 이 시간을 넘겨서까지 발효하는 것은 유리하지 않은데 그 이유는 그리하면 당 또는 그 유도체의 분해 생성물 또는 내부전환 생성물, 및 그의 축적이 후속 공정을 망쳐버리게 할 수 있는 생성물들이 생산될 수 있기 때문이다.
본 발명의 방법에 따라 얻어진 크실리톨의 결정화물로부터의 모액은 이 발효공정을 유리하게 수행할 수 있는데, 이는 이들이 매우 D-아라비톨이 풍부하기 때문이다.
아라비톨에 비해 대량으로 존재하는 크실리톨의 존재는 아라비톨 + 크실리톨의 농도가 약 220 g/리터 미만으로 유지되는한 이 발효공정을 간섭하지 않는것으로 관찰되었다.
이경우, D-아라비톨만이 아세토박터에 의해 D-크실룰로오스로 산화되며, 크실리톨은 크실룰로오스로 산화되지 않고 D-아라비톨이 존재하는 당의 1-5%에 불과할 때 이 발효가 중단될 정도까지 전환하지 않고 남아있는다.
아세토박터의 이 작용에 의해 얻어지는 발효즙의 글루시드 조성은 가변적이고, 아라비톨의 순도의 기능이며, 발효될 수 없이 이 발효즙중에 존재하는 크실리톨은 상술한 조건하에서 전환되지 않는다.
이 발효즙은 여과, 활성목탄 상에서의 탈색 및 탈미네랄화에 의해 공지방식으로 정제된다음 이성화단계를 거치기 전에 농축될 수 있다.
피스톤-작용 반응기 중에서 고정효소에 의해 연속적으로 이성화가 수행되면 상술한 정제는 필수적일 것이다: 이 정제는 손실된 효소와 함께 뱃치-방식으로 불연속적으로 이성화가 진행되면 불필요하다.
이성화단계에 프럭토오스를 고함량으로 갖는 옥수수 시럽 제조시 사용되는 것과 같은 유형의 시판되는 글루코오스 이소머라제를 사용할 수 있다. 예컨대:
- 상표명 SPEZYME으로 알려지고 Suomen Sokeri사가 판매하는 것,
- 프랑스특허 (그 양수인이 곧 본 발명의 양수인임) 제2,353,562호에 따라 얻을수 있는 것.
바람직하게는, 효소 사용량이 반응 평형이 사용된 연속 또는 불연속 기술에 따라 10분-48시간내에 도달하게끔 하는 정도로 하는 것이 좋다: 비술파이드 나트륨 및/또는 마그네슘과 같이, 이 효소를 위한 보호제가 존재하는 것이 소망스럽다.
이성화는 40-80℃에서 바람직하게는 6.0-8.5의 pH에서 수행한다.
대개, 이성화의 변수들은 이성화 시럽에 존재하는 D-크실룰로오스의 약 50-75%가 D-크실로오스로 전환하도록 선택된다.
이성화단계 말기에, 이성화 시럽의 글루시드 조성은 물론 이성화된 시럽의 조성에 따라 변한다. 이성화된 시럽의 크실리톨이 더 풍부하기 때문에 모두 더 많이 함유한다.
놀랍게도 본 발명의 바람직한 구체예에서 아세토박터에 의해 미생물 산화수준에서 모액의 재순환에 의해 필수적으로 야기되는 글루코오스 발효도중에 아라비톨과 유사한 방식으로 생성된 크실리톨의 존재는 글루코오스 이소머라제의 작용에 영향을 미치지 않는 것으로 밝혀졌는데 이는 D-크실룰로오스의 D-크실로오스로의 최대 전환 비율이 순수한 크실로오스의 이성화시 이미 얻어진 수준(약 75%)과 동일하기 때문이며 이 사실은 전술한 바와 같이 전혀 예기치 못한 바였다. 이성화 후에 얻어진 D-크실로오스 함유시럽을 탈미네랄화에 의해 정제한다음 루테늄 또는 라니니켈 촉매에 의해 촉매적으로 수소첨가 반응 시킨다.
바람직하게는, 수소첨가 단계를 수소기압 20 바아 이상에서, 바람직하게는 40-70 바아에서 100-150℃온도에서 20-60% 농도로 수행하는 것이 좋다. 수소첨가된 시럽의 환원당 함량이 2%미만, 바람직하게는 1%미만, 더욱 바람직하게는 0.5%미만이 될 때까지 수소첨가 반응시킨다(환원당의 함량은 건조물질에 대한 덱스트로오스의 동 중량으로 정의함).
이렇게 얻어진 크실리톨이 매우 풍부한 수소첨가된 시럽을 여과하여 촉매를 제거한다음, 탈미네랄시킨다.
이 수소첨가된 시럽의 크실리톨 함량은, 수소첨가된 시럽의 조성에 따라 변할수 있으며, 대개 80%를 넘고, 90%를 넘을 수 있다.
시럽을 탈수시켜 기술적 목적으로 사용할 수 있다.
상기 시럽을 예컨대 프랑스특허 제2,344,515호의 기재 내용을 이용하여 크로마토그래피 분별시키면 더 순수한 생성물을 얻을 수 있다. 이렇게 얻어진 생성물을 탈수 또는 결정화 처리한다.
순수한 크실리톨을 얻기위해, 상기 시럽을 농축시킨다음 다시 냉각시켜 1 또는 여러 수확물에서 크실리톨의 결정화를 허락하도록 한다.
바람직하게는, 시럽을 건조물질함량 약 84%까지 농축시키는 것이 좋고, 이것은 낮을수록 시럽의 크실리톨 풍요도는 높다. 다음 농축된 크실리톨 시럽을 크실리톨의 결정핵을 보강시킨후 천천히 냉각시킨다. 크실리톨 시럽을 농축시키는 동안 결정핵을 첨가할 수도 있다. 바람직하게는, 시럽을 천천히 교반해주면서 20℃부근까지 냉각시키는 것이 좋다.
대개 20-90시간 말경에 일어나는 결정화가 완결될 때, 생성된 결정 덩어리를 배수시켜 크실리톨 결정을 세척 및 건조시킨다.
이 크실리톨은 대개 약 97%이상의 순도를 준다.
크실리톨 뿐 아니라 아라비톨도 풍부한, 결정물로부터의 모액을 한번 또는 여러번의 결정 수확물로부터 추출하여 크실리톨 함량을 50, 심지어 45%로 낮출수 있다.
본 발명의 바람직한 구체예에서는, 이 모액을 다시 미생물 산화, 효소적 이성화, 촉매적 수소첨가 및 결정화시킨다.
크실리톨은 또한 크로마토그래피법에 의해 그로부터 추출될 수 있다.
[실시예 1]
2중 발효에 의해 D-아라비톨을 경유하여 D-아라비톨로부터 정제하지 않고 얻어진 D-크실룰로오스 시럽을 여과, 탈색 및 탈미네랄화에 의해 정제한다음 25%의 건조물질이 될때까지 농축하였다.
시럽은 다음의 조성을 갖는다:
중탄산나트륨으로 pH를 7.7로 조정한 후 중탄산나트륨 0.4 g/ℓ와 염화마그네슘 1 g/ℓ를 첨가한다음 SPEZYME(상표명)의 고정된 글루코오스 이소머라제 컬럼으로 65℃에서 통과시켰다.
이 시럽을 3배 용량시험/컬럼용량/시간의 유속으로 통과시켰다.
이 이성화 반응에 의해 다음 조성의 이성화 시럽을 얻었다:
놀랍게도 글루코오스의 발효 단계중에 아라비톨과 비슷한 방식으로 생성되어 아라비톨이 크실로오스로 발효될 때 전환되지 않은 크실리톨의 존재는 이성화 반응 수행을 방해하지 않는 것으로 관찰되었는데 이는 이성화시키기 전에 시럽중에 존재하는 크실룰로오스에 대해, 얻어진 크실로오스의 비율이 약 75%, 즉 순수한 크실로오스의 이성화중에 이미 얻어진 비율과 거의 동일하기 때문이다.
이 크실로오스 함유 시럽을 탈미네랄화시킨 다음 라니 니켈 존재하에서 120℃, 50 바아의 수소 압력하에 수소첨가시켰다. 3시간 수소첨가시킨 후, 이 시럽은 환원당 함량 0.1%를 나타내었다.
그의 조성은 다음과 같았다:
이 시럽을 탈미네랄화시킨 다음 84% 건조물질로 농축시킨 다음 결정성 크실리톨을 접종한 후 천천히 교반하면서 60℃에서 25℃로 30시간동안 냉각시켰다.
얻어진 결정덩어리를 배수시킨다음 세척하여 사용된 크실룰로오스 시럽의 건조중량에 대해 50%의 수율로 결정 크실리톨을 얻었다.
결정물로부터의 모액을 다시 농축시켜 건조물질 80%로 하고 다시 결정화시켰다. 이들은 순수한 결정 크실리톨 제2수확물을 제공하며 이리하여 결정화로부터의 수율이 70%에 달하였다.
이 제2수확물로부터의 모액은 다음의 조성을 가졌다.
이리하여 결정성 크실리톨을 글루코오스 사용량에 의해 28%의 수율로 얻었다.
[실시예 2]
총용량 10㎥의 발효조에 다음을 넣었다:
1200 ㎏ 결정성 덱스트로오스 모노히드레이트
16 ㎏ 효모 추출물
8 ㎏ KH2PO4,
8 ㎏ MgSO4, 7H2O
7000 리터 물.
배지를 멸균시켜 30℃로 냉각한 후, 발효조에 프랑스특허 No. 2,009,331 호에 설명된 바와 같이, 24시간동안 예비 배양시킨 피치아 오메리 (기탁번호: ATCC 20,209호)의 예비 배양체 800리터를 접종하였다.
글루코오스가 아라비톨로 전환되는 동안, 즉 약 90시간동안 유속 130 N㎥/시간으로하여 계속 통기시키고 암모니아를 첨가하여 pH를 4.5로 유지하였다.
이렇게 얻어진 발효즙을 여과하여 이로부터 효모를 제거한다음, 활성목탄으로 탈색시켜 강양이온 수지형 이어서 강음이온 수지형의 이온교환 수지상에서 탈미네랄화 시켰다.
얻어진 무색시럽은 다음의 조성을 가졌다:
증발-결정기에서, D-아라비톨 결정의 농후한 덩어리가 생산될 때까지 이 정제시럽을 농축한다음, 이 결정을 배수 및 세척시켰다.
모액을 다시 농축하여 이로부터 D-아라비톨의 제2수확물을 추출하고 후자를 99% 풍요도, 글루코오스 사용량에 대해 35%의 수율로 결정형태로서 얻었다.
10 ㎥의 발효조에서, 전술한 단계에서 얻은 D-아라비톨 800 ㎏과 실시예 1에서 얻은 크실리톨 모액으로부터의 건조 물질 800 ㎏을 혼합한다음, 이 발효조에 다음을 도입하였다.
16 ㎏ 효모 추출물
8 ㎏ KH2PO4,
8 ㎏ MgSO4, 7H2O
6800 리터 물.
이 배양즙의 당 조성은 다음과 같았다:
멸균 및 냉각시킨 후, 다음 조성을 가진 배지에서 배양한 아세토박터 수복시단의 24시간 예비배양체 60리터를 이 발효조에 접종하였다:
1 부피/부피/분하에서 24시간 발효시킨 후, 발효조의 내용물을 60℃로하고, 여기에 중탄산나트륨 3.2 ㎏을 첨가하고 탄산나트륨을 이용하여 pH를 7.7로 조정하였다.
다음 여기에 Gist-Brocades사가 시판하는 액체 글루코오스 이소머라제 16리터를 첨가하여, ㎖당 4000 IU로 적정하였다.
이 조건하에서 6시간 이성화시킨 후, 이성화전의 다음과 같은 배지 조성은:
이성화 후 다음과 같이 확립되었다.
그러므로 매우 높은 농도의 크실리톨과 발효 불순물의 존재는 전환이 75%에 이르기 때문에 크실룰로오스에서 크실로오스의 이성화를 간섭하지 않았다.
이 시럽을 여과, 탈색 및 탈미네랄화시킨다음, 건조물질 40%로 농축시키고, 실시예 1에서 설명된 조건하에서 수소첨가하였다.
다음 조성을 가진 크실리톨 시럽이 얻어졌다:
이 시럽은 실시예 1에 설명된 방법으로 쉽게 결정화될 수 있다.
[실시예 3]
실시예 1에서 수득된 크실리톨로부터의 제2결정화 수확물로부터의 모액을 건조물질 200 g/ℓ까지 희석한다음 실시예 2에 기재된 바와 같이 효모 추출물과 미네랄 염을 보강하였다.
실시예 2에서 설명된 조건하에서 아세토박터 수복시단스를 발효시킨 후, 발효즙을 얻었으며 그의 당 조성은 다음과 같았다:
실시예 2에서와 같이 이 발효즙을 이성화시켜 이성화즙을 얻었다. 그의 당 조성은 다음과 같았다:
놀랍게도, D-크실로오스로의 D-크실룰로오스의 이성화는, 이성화되는 즙의 가장 중요한 성분을 구성하는 크실리톨의 존재에의해 전혀 방해받지 않았다.
실시예 1에 기재된 조건하에서 수행된 수소첨가를 위해 이성화즙을 건조물질 40%로 농축시킬 때, 이 즙을 여과한 다음 탈색 및 탈미네랄화 시켰다.
이렇게 얻어진 수소첨가 시럽은 다음의 조성을 갖는다:
세가지 결정화 수확물은 결정화처리된 이 시럽물질의 80%로 순수한 결정성 크실리톨 형태로 추출하는 것을 가능케 하였고, 따라서, 글루코오스 사용량에 대한 결정성 크실리톨 수율을 실시예 1에서 얻어진 28%에서 37%로 하였다.
이 실시예들에서 지적된 수치들로부터, 본 발명에 따른 방법에 의해, 결정성 크실리톨이 D-크실룰로오스로부터 얻어지며 따라서 허용된 크실룰로오스 경로를 이용하는 방법을 사용하지 않고 D-글루코오스로부터 얻어질 수 있다. 이 수율은 크실란을 함유하는 식물성 원료물질의 가수분해 방법에 의해 얻어질 수 있는 수율보다 훨씬 우수하다.

Claims (8)

  1. - D-크실룰로오스 시럽을 글루코오스 이소머라제를 이용하여 이성화시킴으로써 D-크실로오스와 D-크실룰로오스를 함유하는 시럽을 만든 다음, 크실로오스를 추출함이 없이, - 이 시럽을 촉매적으로 수소첨가시켜, 크실리톨 함유 시럽을 얻고, 상기 크실리톨 함유 시럽을 탈수시키거나 크로마토그래피 처리하거나 또는 결정화에 의해 추출처리하는 단계로 됨을 특징으로 하는, 크실리톨 및 크실리톨 함유 생성물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 출발 D-크실룰로오스 시럽을 D-아라비톨을 호기적으로 발효시켜 얻는 것이 특징인 크실리톨 및 크실리톨 함유 생성물의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 출발 D-아라비톨을 D-글루코오스를 호기적으로 발효시켜 얻는 것이 특징인 크실리톨 및 크실리톨 함유 생성물의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, D-아라비톨을 D-아라비노오스를 수소첨가시켜 얻는 것이 특징인 크실리톨 및 크실리톨 함유 생성물의 제조방법.
  5. - 아세토박터, 글루코노박터 및 클렙시엘라 속에 속하는 미생물 중에서 선택된 알코올 데히드로게나제 생산 미생물을 이용함으로써 D-아라비톨을 D-크실룰로오스로 미생물학적으로 전환시키는 단계, - 전 단계로부터의 D-크실룰로오스를 글루코오스 이소머라제에 의해 D-크실로오스로 효소적으로 전환시키는 단계, - 전 단계로부터의 D-크실로오스 시럽을 크실리톨 함유 시럽으로 촉매적으로 수소첨가시키는 단계, 및 - 결정화에 의해 전단계로부터의 크실리톨-함유 시럽으로부터 크실리톨을 회수하고 그의 모액으로부터 이 결정들을 분리하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 크실리톨의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 호삼투성 효모를 이용하여 D-글루코오스를 미생물학적으로 전환시킴으로써 D-아라비톨을 얻는 것이 특징인 크실리톨의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 결정성 크실리톨을 배출한 모액을 D-아라비톨을 D-크실룰로오스로 미생물학적으로 전환시키는 단계에서 재순환시킴을 특징으로 하는 크실리톨의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서, 그로부터 결정성 크실리톨이 추출된 모액을 원료물질로서 사용하는 것이 특징인 크실리톨의 제조방법.
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