KR100204660B1 - 조 폴리덱스트로스의 분리방법 및 분리된 폴리덱스트로스 - Google Patents

Abstract

1→6 결합된 중합체 함량이 75∼95 중량%인 조 폴리덱스트로스를 제조한 후 증류수에 용해하여 고형분 농도가 45∼50 중량% , 온도를 55∼65℃ 되게한 후 직경대 길이비 4 : 6∼2 : 8이고 분리제인 수지가 충전된 칼럼형 분리장치를 통과시켜 연속적인 의사 이동상` 방식으로 성분중 단량체 및 구연산을 분리 제거시킴을 특징으로하는 고순도 폴리덱스트로스의 분리방법에 관한 것이다.

Description

조 폴리텍스트로스의 분리방법 및 분리된 폴리텍스트로스

제1도는 의사 이동상 방식의 원리를 나타낸 공정도이다.

제2도는 의사 이동상 방식의 분리 프로세스를 나타낸 설치도이다.

제3도는 제1도의 1Step의 4단계 모식도이다.

본 발명은 폴리덱스트로스의 각 구성 성분을 분리에 의해 선택적으로 제거시킨 개선된 수용성 폴리덱스트로스에 관한 것으로서 주로 포도당 단위 분자가 1→6 결합된 중합체 함량이 75∼95 중량%이고 글루코스 2∼10 중량%, 무수글루코수 2∼10 중량%, 솔비톨 1∼5 중량%, 구연산 0.5∼3 중량%로 구성된 조 폴리덱스트로스를 연속적인 의사 이동상 방식의 분리 방법을 이용하여 글루코스, 무수글루코스, 솔비톨 및 구연산의 함량이 각각 0.01∼0.2 중량%이고 포도당 단위 분자가 1→6 결합된 중합체 함량이 99.2 중량% 이상인 분리된 고순도 수용도 수용성 폴리덱스트로스 및 그 의 분리방법; 조 폴리덱스트로스의 단량체인 글루코스, 무수글로코스, 솔비톨 및 구연산 가운데 적어도 한 성분 이상을 분리 제거시켜 제거된 성분의 함량이 각각 0.001→ 0.2중량%로 존재하는 분리된 수용성 폴리덱스트로스 및 그의 분리방법에 관한 것이다.

폴리덱스트로스는 포도당이 주요 구성 성분인 난 소화성 다당류이지만 단일구조를 가진 물질은 아니고, 여러 포도당 중합체의 집합물이다. 이것은 사람의 소화 효소로 잘 분해되지 않는 β-1,6 또는 β-1,4 결합을 주로 하고 있으며 포도당을 1단위로 하어 8∼10 단위로 구성되어 있다. 또한 소장에서 가수분해 되지 않고 대장내에서 일부가 장내 세균에 의해 분해, 발효되어 유기산을 생성한다. 그 결과 폴리덱스트로스는 1g당 1kcal의아주 적은 에너지를 발생시킨다고 공인되어 있다.

일반적으로 폴리덱스트로스의 특징은 장내 수분을 흡수하여 변의 양을 증대케하여 장벽을 자극시킴으로써 신속히 변이 장을 빠져나가게 하여 변통을 원활히 하여 변비 증상을 예방하고; 담즙산과 결합하여 지방의 흡수를 저해하고 콜레스테롤치를 저하시키고; 위장벽을 폴리덱스트로스가 포착하여 자연히 포도당의 흡수를 지연시키고; 펙틴, 만난등 수용성 식물섬유와는 달리 수용액의 점도가 설탕보다 비슷하거나 낮은 사용이 용이하고; 무미, 무취이고 투명성이 있는 수용액을 만들기 쉽고 응용 범위가 넓어 각종 음료, 제과, 캔디, 껌, 쵸코렛, 아이스크림, 쨈, 젤리, 마가린, 쇼트닝, 햄, 소세지, 두부등 다용도로 활용할 수 있다는 것이다.

이러한 폴리덱스트로스는 공인된 식품 첨가제로서 통상적으로 고온 감압하에서 구연산 촉매 0.5∼3 중량% 존재하에 85∼95 중량%의 글루코스와 5∼15 중량%의 솔비톨을 용융 및 가열하여 제조한다. 이렇게 제조된 조 폴리덱스트로스는 특유의 블쾌한 쓴맛과 신맛으로 인해 미국 특허 제4,622,233호, 한국 특허공고 제93-1316호에 지적되어 있듯이 식품에 적용시 제한된 식품과 제한된 량으로만 사용되어 진다.

폴리덱스트로스의 쓴맛과 신맛은 주로 무수글루코스와 구연산이 존재하기 때문이며 이를 감소 또는 제거시키는 것은 폴리덱스트로스의 사용 범주를 한층 더 넓혀주게 된다. 아울러 단량체인 글루코스와 솔비톨까지 제거시키는 것은 저 카로리인 폴리덱스트로스의 열량(1kcal/g)을 최대 40% 정도까지 더 낮춰 줄 수 있기 때문에 저 카로리 식품 소재로서의 효능을 높여 주게 된다.

이같은 목적을 부분적으로 실현시키기 위해 제시된 한국 특허공고 제93-1316호와 제94-8292호는 이온수지나 활성탄을 이용하여 구연산만을 화학적으로 제거한것이고 미국 특허 제4,622,233호는 과산화수소, 벤질퍼옥사이드, 염화나트륨등을 사용하여 표백한 후 유기용매로 처리하여 색상, 글루코스 함량, 무수글루코스 함량을 줄이는 방법을 제시하고 있지만 이 방법은 한국 특허공고 제93-1318호에 지적되어 있듯이 pH 조정 및 온도를 높여 반응을 진행시켜야 하며, 유기용매 처리단계를 거치므로 최종산물이 인체에 유해한 표백제가 혼입될 가능성이 있으며, 특히 글루코스나 무수글루코스 함량을 매우 낮은 수준까지 제거키 어렵다는 문제를 안고 있다.

따라서 본 발명에서는 이와 같은 목적을 완벽히 달성하기 위하여 연속적인 의사 이동상 방식의 분리방법을 이용하여 폴리덱스트로스에 존재하는 단량체, 즉 글루코스, 무수글루코스, 솔비톨 및 구연산을 전부 분리 제거하여 중합 함량을 99.2 중량% 이상으로 하거나 또는 한 성분 이상을 선택적으로 분리 제거함으로써 맛과 카로리 면에서 종래보다 향상된 분리된 폴리덱스트로스를 얻게 된다.

본 발명에 사용되는 원료인 조 폴리덱스트로스 제조시 고온에서 용융하여 탈기 및 탈수하는 과정에서 점도의 과도한 상승으로 운전동력의 부하가 크기 때문에 일정하게 혼합시키기 어렵고, 진공에 의하여 신속한 탈기 및 탈수를 하여 공기와의 접촉을 피한다고 할지라도 장시간의 고온(140∼295℃) 반응시 제품의 색상이 갈색으로 변화하고 무수글루코스나 퍼푸랄유도체가 생성되어 풍미에 악영향을 미친다. 따라서, 본 발명에서는 이와 같은 문제점을 개선한 원료로서 중합체 함량이 75∼95 중량%이고 글루코스 2∼10 중량%, 무수글루코스 2∼10 중량%, 솔비톨 1∼5 중량%, 구연산 0.5∼3 중량%를 함유한 조 폴리덱스트로스를 사용한다. 이러한 조 폴리덱스트로스는 쓴맛과 신맛을 내는 성분을 많이 포함하게 되는데 그 중에서도 무수글루코스와 구연산은 폴리덱스트로스의 쓴맛과 신맛의 주요 요인이다. 또한 단량체는 중합체에 비해 인체내에서 분해되어 열량화되는 정도가 높아 약 4배 까지의 높은 열량을 나타낸다.

따라서 본 발명의 목적은 1→6 결합된 중합체 함량이 75∼95 중량%인 조 폴리덱스트로스를 제조한 후 증류수에 용해하여 고형분 농도를 45∼50 중량%, 온도를 55∼65℃ 되게 한 후 직경대 길이비 4 : 6∼2 : 8이고 분리제인 수지가 충전된 칼럼형 분리장치를 통과시켜 연속적인 의사 이동상 방식으로 성분중 단량체 및 구연산을 분리 제거시킴을 특징으로 하는 고순도 폴리덱스트로스의 분리방법을 제공하는 것이다.

이는 조 폴리덱스트로스의 성분중 단량체를 분리 제거함으로써 폴리덱스트로스의 순도, 즉 포도당 단위분자 1→6 결합된 중합체 함량을 99.2 중량% 이상 고순도의 폴리덱스트로스를 제조하는 방법과 또 한가지는 글루코스, 무수글루코스, 솔비톨, 구연산중 적어도 한가지 이상을 선택적으로 제거함으로써 조 폴리덱스트로스의 쓴맛과 신맛을 현저하게 완화시키는 한편 카로리를 감소시킨 개선된 폴리덱스트로스 및 그 분리방법으로 조 폴리덱스트로스를 수용액에 녹인 후 연속적인 의사 이동상 방식의 분리를 통하여 최종 제품중 분리 제거된 성분의 할량이 0.001∼0.2 중량%로 존재하는 분리된 수용성 폴리덱스트로스 및 그 분리방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 조 폴리덱스트로스 수용액을 원료로 사용하여 연속적인 의사 이동상 방식(Continuous simulated moving bed system)을 이용하여 고순도의 폴리덱스트로스와 단량체 혼합물(글루코스, 무수글루코스, 솔비톨) 및 구연산으로 분리하여 2개상으로 각각 회수하고 고순도 폴리덱스트로스 액을 농축한 후 분무 건조하여 제품화 한다.

본 발명에서 언급하는 분리 장치로서 의사 이동상 방식이란 크로마토분리 방식의 일종으로 분리제와 분리하고자 하는 원액을 일정한 유속으로 서로 반대 방향으로 이동시켜 분리하고자 하는 원액 각 성분의 분자량 크기에 따른 이동속도의 차를 이용하여 분리하는 방법인데, 분리제를 이동시키기란 현실적으로 적용시키기 어렵기 때문에 분리제는 고정하여 두고 분리제 입자 사이(공극)에 액을 순환시키면서 액이 흐르는 방향으로 원액과 용리수의 주입위치를 한 칼럼씩 이동하면서 주입과 배출을 하게 되면 마치 분리제가 이동하면서 일정한 칼럼의 고정된 위치에서 주입과 배출을 하는 것과 같은 효과가 나타나게 되는 분리방식이다. 실제로 이를 설계하여 운전하기 위해서는 원액, 용리수 및 순환액의 유속을 각각 다르게 운전하여 연속적이고도 규칙적으로 주입과 배출 위치를 옮기면서 순환시켜야 한다. 이러한 의사 이동상 방식의 특성은 주입, 배출, 순환이 연속적으로 이루어지며 분리층은 고정되어 있지만 주입, 배출의 위치가 이동된다는 것이다. 예를 들어 그림 1에서와 같이 4단계로 나눠 주입과 배출 위치를 바꿔가며 이동하면서 순환하게 되면 분리 제거하고자 하는 성분(단량체)과 분리된 폴리덱스트로스를 각각 회수할 수 있게 된다.

이러한 목적을 달성하기 위해서 1→6 결합된 중합체 함량이 75∼95 중량%인 조 폴리덱스트로스를 제조한 후 증류수에 용해하여 고형분 농도는 45∼50 중량%, 온도는 60℃ 정도가 되게 한다. 이러한 원액의 고형분 대비 당조성은 DP6(글루코스분자 6개 중합체) 이상; 45∼60 중량%, DP5; 8∼12 중량%, DP4; 7∼10 중량%, DP3; 6∼8 중량%, DP2; 6∼8 중량%, 글루코스; 2∼10 중량%, 무수글루코스; 2∼10 중량%, 솔비톨; 1∼5 중량%, 구연산; 0.5∼3 중량%의 함량분포를 확인할 수 있었다. 상기 원액의 분석방법으로는 HPLC장치를 이용했으며 분석 칼럼으로는 칼럼명 HPX-42A Aminex Column(제조업체 : WATERS사, 3.8mm 직경 x 300mm 길이)이며, 85℃ 칼럼온도에서 RI Detection, 용매는 증류수로서 0.6 ml/min의 유속으로 분석하였다. 구연산은 별도의 바이오레드 아미넥트(Bio-Rad Aminex) HPX-87H 분석 칼럼을 사용하여 0.036N H₂SO₄용액을 이동상으로하여 상온에서 0.6 ml/분의 유속으로 분석하였다.

본 발명에서 사용되는 분리장치에 대하여 간단히 언급하자면, 직경 대 길이의 비가 4 : 6, 3 : 7 혹은 2 : 8 정도의 칼럼을 만들되 큰 용량일수록 직경 대 길이의 비가 작은 것이 바람직하다. 상부에는 분산관(Distributer)이 설치되고 하부에는 수집관(Collecter)이 있어서 액의 분산과 흐름이 균일하게 이루어지게끔하고 4기의 칼럼을 만들되 보다 더 정교한 분리를 하고자 할때는 8기, 혹은 12기의 칼럼으로 4단계의 반복적인 분리를 할 수 있다. 각각의 칼럼 상부에는 원액과 용리수(순수)의 주입구를 설치하고 컬럼하부에는 각각 배출구를 두어 다음 칼럼으로 순차적으로 액이 이동할 수 있게 하며 분리된 폴리덱스트로스 회수조나 단량체 회수조로 액이 모아지도록 관을 연결한다. 또한 액 주입, 배출 및 순환을 위해 펌프를 설치한다. 각각의 유량은 통제가 가능하도록 유량계와 자동밸브를 설치하고 연속적인 액주입과 용리수(순수)주입을 위해 저장용기를 설치하고 이송펌프를 통하여 각 칼럼의 주입구와 연결되게 한다. 이에 대한 이해를 돕기위해 그림 2에 장치의 간단한 프로세스를 도시하였다.

분리 칼럼내에는 분리제인 수지를 충진하는데 나트륨(Na)기를 작용기로 갖는 강산성 겔형 이온수지를 사용하며 가교도가 4∼8%이고 입경은 180∼250㎛ 정도가 적당하다. 이러한 분리수지의 종류로는 예를 들면, Amberlite CG 6000, DIAIKON UBK-530K, DOWEX M4340 6X, PCR-833, FRK101등 여러 종류가 있는데 모두 Na형의 작용기를 갖게하여 사용한다. 상기의 분리수지중에는 칼슘기를 작용기로 가지는 것도 있는데 3∼7% 염산등으로 나트륨기를 탈리시킨 후 5∼10% 염화나트륨 용액을 수지와 접촉시켜 칼슘기(Ca⁺⁺)를 나트륨(Na⁺)기로 치환하여 사용한다.

상기에서 언급한 수지를 칼럼에 충진하고 분리하고자 하는 원액을 일정한 속도로 통과시키면 분리량이 큰 성분부터 분자량이 작은 성분까지 순차적으로 배출구에서 배출된다. 이러한 원리는 수지가 충진된 칼럼내에서 어떤 물질이 이동할때 수지사이로 통과되는 물질의 크기가 큰 것은 빨리 통과되고 작은 것은 늦게 통과됨으로써 물질의 분자 크기별로 분리하는 특성을 가진 분리제를 선택하여 응용한 것이다. 이러한 메카니즘은 분배(partiton), 흡착(adsorption), 이온교환(ionexchange)의 과정, 즉 화학적 또는 물리 화학적 과정을 거치지 않고 단순히 물리적 과정만 필요로 함으로써 분리하는 과정에서 원료가 손실되거나 수지의 비활성화가 일어나지 않고 재현성이 좋다는 특징을 가지고 있다.

채워진 수지는 구형의 형태로서 수지 입자 사이에 공극이 생기는데 여기에 원액을 통과시키면 원액의 성분가운데 분자량이 큰 물질일수록 이동 속도가 빠라 일정 공극내에 머무는 시간이 짧고 분자량이 작은 물질은 상대적으로 이동 속도가 느려 일정 공극내에 머무는 시간이 길게된다. 이러한 속도 차이로 수지에 대한 각 성분의 속도가 결정될 수 있다. 따라서 특정 수지에 대한 원액의 특정 성분의 이동 속도는 고유하게 정해진다. 칼럼내를 흐르는 어떤 물질의 각 성분이 일정한 유속으로 용매와 함께 용출될 때 일정 시간동안 분리제(수지) 부피당 각 성분이 머물 수 있는 부피를 머무름 부피라 하는데 이는 분리제의 흡착능 또는 배제능에 따라 다르므로 분포계수가 독특하게 정해짐에 따라 아래(1)식에 의해 산출할 수 있다.

V_R= V_M+ K_DV_S---------- (1)

여기서, V_R=머무름 부피, V_M=충진제간의 공극부피, K_D=분포계수, V_S=충진제의 부피

상기식을 알고 있으면, 일정 길이의 단일 칼럼에 원액의 량을 충진수지 부피의 10부피% 정도로 하여 45∼50 중량%, 고형분 농도로 통과시켜 일정 시간 간경으로 분취한 샘플의 당조성을 분석하여 각 성분마다의 분포계수(=K_D)치를 구한후 설계식을 세워 여러가지 설정된 유량 및 유속을 정하여 실제적인 의사 이동상 방식으로 각 성분을 분리할 수 있다.

본 발명에서는 분리상의 효율을 극대화하고 충진제가 내압에 의하여 손상되지 않도록 분리될 수 있는 최상의 조건인 원액의 고형분농도를 47 중량%로 하고, 칼럼 내부의 온도 60℃, 유속을 2.5m/R-L/Hr으로 하면 각 성분의 분포계수를 구할 수 있고 (1)식에 의해 머무름부피도 산출할 수 있다. 이 경우 산출된 분포계수의 예는 표 1과 같다.

상기표의 값은 수 차례의 실험을 통하여 검증하였으며 가교도 8%인 FRK 101(Na 형) 수지를 충진한 1m 길이의 단일 칼럼에 47% 고형분 용액을 원액으로하여 수지부피의 10 부피% 만큼을 주입한 후 60℃에서 선속도 2.5m/Hr로 용리수를 연속적으로 주입시키고 일정시간 간격으로 채취한 샘플의 농도 분포곡선을 도표에 도시하고 일정 시간 간격으로 채취한 샘플의 성분을 분석하여 농도에 대한 함유율로 환산하여 다시 농도 분포 곡선을 도시하여 각각의 분포계수를 산출할 수 있다. 이 분포계수로 각 성분의 이동속도를 계산할 수 있는데 이동상의 선속도가 2.5m/Hr 일때 DP10은 6.41m/Hr, DP6는 6.10m/Hr, DP2는 5.10m/Hr, 구연산 4.71m/Hr, 솔비톨 4.64m/Hr, 글루코스 4.54m/Hr, 무수글루코스 4.52m/Hr로서 분자량의 크기가 클수록 선속도가 빠른 경향을 나타낸다.

실제 글루코스와 솔비톨 그리고 무수글루코스등은 농도좌표에서 거의 같은 이동속도를 보여 구분이 불가능한 경우가 많다. 이에 대한 구분을 위해서는 2m 이상의 칼럼을 사용하여 이동속도의 차를 크게하면 확실한 구분을 할 수도 있다. 이러한 이동속도 차이를 이용하여 예를들면 4.71m/Hr 이상의 선속도를 가진 성분과 4.71m/Hr 이하의 선속도를 가진 성분을 각각 분리하는 2상 분리를 설계할 수 있다.

연속적인 의사 이동상 운전방식을 간단히 설명하자면 기본적으로는 4개 칼럼(혹는 8개, 12개의 칼럼)을 환상으로 배열하여 액이 순환 가능하도록 하고, 각 칼럼마다 원액의 주입구와 용리수의 주입구, A성분(본 발명에서 분리된 폴리덱스트로스)의 배출구, B성분(본 발명에서는 단량체)의 배출구, 합계 4개의 출입구를 설치해야 한다. 액체는 각 칼럼내를 환상으로 순환되도록 흐르게하여 A성분과 B성분의 농도가 전 칼럼에 분포되게하고 이와 동시에 농도분포상 최적의 위치, 즉 2칼럼(8개일때는 4칼럼, 12개일때는 6칼럼)만큼의 거리를 두고 원액의 량과 용리수의 량을 설정한 후 원액 주입과 동시에 용리수 주입을 하고 원액을 주입하는 칼럼에서 A성분을 배출시키고, 용리수를 주입하는 칼럼에서 B성분을 배출시킨다. 여기서 A성분은 속도가 빠르고 상대적으로 분자량이 큰 성분이며, 반대로 B성분은 속도가 느리고 분자량이 상대적으로 작은 성분이라 말할 수 있다. 각각 원액, 용리수 주입과 A, B성분의 배출이 끝나면 일정량으로 순환하여 농도 분포를 1칼럼만큼 이동시킨 후 1칼럼씩 이동한 위치에서 원액과 용리수를 2칼럼의 거리를 두고 동시에 주입하여 A, B성분을 각각 원액주입, 용리수 주입 칼럼에서 배출시킨다. 그 후 또 일정량만큼 순환시켜 농도분포를 1칼럼 이동시켜 역시 같은 방법으로 반복 운전한다.

본 발명에서는 조 폴리덱스트로스 원액을 A성분과 B성분으로 각각 분리하고자 할때 A성분은 글루코스 단위분자가 1→6 결합으로된 성분을 함유하는 중합체 그룹이고, B성분은 글루코스, 무수글루코스, 솔비톨, 구연산을 함유하는 그룹으로 설정한다. 그 다음 원액의 주입량을 1칼럼의 수지량당 9.4 부피%로 설정하고 용리수는 1칼럼의 수지량당 15.6 부피%로 설정한다. 또한 배출해야 하는 A성분의 량은 1칼럼의 수지량당 20.1 부피%로 설정하여 배출시키고 B성분의 량은 1칼럼의 수지량당 4.8 부피%로 설정하여 배출시킨다. 수지사이의 공극과 관은 액으로 가득채워 순환시켜야 되며 A성분과 B성분의 배출은 동시에 시작하고 A성분의 배출이 완료되면 순환량을 1칼럼 수지량의 38.4 부피%로 설정하여 1칼럼당 액주입과 배출을 동시에 수행하면서 1칼럼만큼만 액체가 이동되도록 운전하여 4개의 칼럼에 원액과 용리수 주입이 1번씩 이루어지는 1사이클의 총시간은 선속도가 2.5m/L-R/Hr일때 55∼59분이 소모된다. 이렇게 되면 A성분쪽으로는 Dp2이상의 1→6 결합을 갖는 분리된 고순도 폴리덱스트로스를 얻게되고 B성분쪽으로는 글루코스, 무수글루코스, 솔비톨, 구연산을 함유하는 단량체들을 얻을 수 있다. 이에 대한 여러 경우의 구체적인 방법들은 아래 실시예에서 설명하도록 한다.

[실시예 1]

(조 폴리덱스트로스의 단량체, 즉 글루코스, 무수글루코스, 솔비톨 및 구연산을 분리 제거하는 방법)

칼럼의 직경이 67cm, 길이가 1m인 칼럼 4개의 준비하고 충진제 FRK 101 Na형을 칼럼내에 가득 충진하여 1칼럼당 수징 부피가 352 L가 되게 한다. 그림 3의 모식도에서 보는 바와 같이 칼럼을 구성하고 원액과 용리수의 온도는 60℃로 유지시키며 칼럼내부의 온도도 60℃로 유지하여 운전될 수 있게한다. 좌로부터 1번, 2번, 3번, 4번 칼럼이라고 하고 모든 펌프의 유속은 881 L/Hr으로 일정하게 한다.

유체의 흐름 방향이 4번에서 1번 방향으로 시계 반대 방향으로 순환된다고 할때 첫번째 단계는 19 L의 용리수를 4번 칼럼에 넣고 3번 칼럼을 경우하여 2번 칼럼에서 동일한 량인 19 L의 A성분(폴리텍스트로스)을 배출시킨다. 두번째 단계는 원액 33 L를 2번칼럼에, 용리수 17 L를 4번칼럼에 동시에 주입하고 각각 2번칼럼에서 33 L의 A성분(폴리덱스트로스), 4번칼럼에서 17 L의 B성분(단량체)을 배출시킨다. 세번째 단계는 19 L의 용리수를 4번 칼럼에 주입하여 3번칼럼을 경유하여 2번칼럼에서 동일한 양인 19 L의 A성분을 배출시킨다. 네번째 단계는 칼럼내에 차있는 액을 순환하되, 135 L에 해당하는 량으로 9.2분 동안 순환시킨다. 이렇게 하면 1스텝의 운전이 끝나게되고 1스텝당 14분이 소요된다.

2스텝의 운전은 원액을 1번칼럼에, 용리수를 3번칼럼에 주입하여 각각 A성분과 B성분의 배출하되 1스텝과 동일한 방법으로 운전한다. 즉 첫번째 단계는 19 L의 용리수를 3번칼럼에 주입하고 2번칼럼을 경유하여 1번칼럼에서 동일한 량인 19 L의 A성분(폴리덱스트로스)을 배출시킨다. 두번째 단게는 원액을 1번칼럼에, 용리수를 3번칼럼에 동시에 주입한다. 원액은 33 L, 용리수는 17 L를 동시에 1번과 3번칼럼에 주입하고 각각 1번칼럼에서 33 L의 A성분(폴리덱스트로스), 2번칼럼에서 17 L의 B성분(단량체)을 배출시킨다. 세번째 단계는 19 L의 용리수를 3번칼럼에 주입하고 2번칼럼을 경유하여 1번칼럼까지 동일한 량인 19 L의 A성분을 배출시킨다. 네번째 단계는 칼럼내에 차있는 액을 순환하되, 9.2분 동안 135 L를 순환시킨다. 이렇게 하면 2스텝의 운전이 끝나게 되고 1스텝당 또 14분이 소요된다.

이렇게 1스텝당 액이동 방향으로 1칼럼씩 옮기면서 동일한 방법으로 4스텝을 운전하게 되면 1칼럼당 원액과 용리수의 운전의 1번씩 그리고 A성분, B성분 배출도 1번씩 하게 되는데 전체 4스텝을 1사이클로 보아 56분이 소요된다. 1스텝당 운전되는 모식도를 그림 3에 나타내었다. 원액의 고형분 농도 47 중량%, 원액의 고형분대비 당조성은 DP6이상; 50.6 중량%, DP5; 11.4 중량%, DP4; 9.6 중량%, DP3; 7.6중량%, DP2; 7.0중량%, 글루코스; 6.4 중량%, 솔비톨; 2.8 중량%, 무수글루코스; 3.9 중량%, 구연산; 0.7 중량%인 조 폴리덱스트로스를 상기와 같은 의사 이동상 방식으로 분리 운전한 결과, A성분으로는 단량체가 분리 제거된 고순도의 폴리덱스트로스, B성분으로는 글루코스, 무수글루코스, 솔비톨, 구연산이 함유된 단량체를 얻을 수 있었다. 실제 운전하여 회수한 고순도 폴리덱스트로스는 DP6이상; 58.7 중량%, DP5; 13.2 중량%, DP4; 11.1 중량%, DP3; 8.8중량%, DP2; 8.1 중량%, 글루코스; 0.004 중량%, 솔비톨; 0.004 중량%, 무수글루코스; 0.002 중량%, 구연산; 0.09 중량%를 함유하였으며, B성분은 글루코스; 46.3 중량%, 무수글루코스; 26.2 중량%, 솔비톨; 20.2 중량%, 구연산; 5.0 중량%, DP2; 0.3 중량%의 당 조성을 보였다. A성분은 포도당 단위 분자가 1→6 결합된 중합체 함량이 99.9 중량%인 분리된 고순도 폴리덱스트로스로 진공 농축한 후 분무 건조하여 고순도 수용성 폴리덱스트로스 분말을 얻을 수 있었다.

실시예 1의 결과로 얻어진 고순도 폴리덱스트로스는 원액중에 포함된 글루코스, 무수글루코스, 솔비톨 및 구연산을 분리에 의하여 제거한 것으로 제품의 쓴맛과 신맛이 현저히 감소됐으며 카로리를 더욱 낮추게 되었다.

[실시예 2]

(조 폴리덱스트로스의 구연산만을 분리 제거하는 방법)

의사 이동상 분리 방식으로 구연산만을 제거하기 위해서는 원액의 주입량을 1칼럼의 수지량당 9.0 부피%로 설정하고 용리수는 1칼럼의 수지량당 16.6 부피%로 설정한다. 또한 배출해야 하는 A성분의 량은 1칼럼의 수지량당 20.9 부피%로 설정하여 배출시키고 B성분의 량은 1칼럼의 수지량당 3.1 부피%로 설정하여 배치시킨다. 수지사이의 공극과 관은 액으로 가득채워 순환시켜야 되며 A성분과 B성분의 배출은 동시에 시작하고 A성분의 배출이 완료되면 순환량은 1칼럼 수지량의 38.8 부피%로 설정하여 1칼럼당 액주이비과 배출을 동시에 수행하면서 1칼럼만큼만 액체가 이동되도록 운전하여 4개의 칼럼에 원액과 용리수 주입이 1번씩 이루어지는 1사이클의 총 시간은 선속도가 2.5m/L-R/Hr 일때 57.2분이 소요된다. 구체적인 운전 방법에 대한 설명은 다음과 같다.

탑의 직경, 길이, 충진제, 수지 부피등 제반 조건을 실시예 1과 동일하게 칼럼을 구성하고 운전하되 각각의 유량은 달리한다. 즉 첫번째 단계는 21.2 L의 용리수를 4번 칼럼에 주입하고 3번 칼럼을 경유하여 2번 칼럼에서 동일한 량인 21.2 L의 A성분(폴리덱스트로스)을 배출시킨다. 두번째 단계는 원액을 2번 컬럼에, 용리수를 4번 칼럼에 동시에 주입한다. 원액은 31.6 L, 용리수는 10.9 L를 동시에 2번과 4번 칼럼에 주입하고 각각 2번 칼럼에서 31.6L의 성분(폴리덱스트로스), 4번 칼럼에서 10.9 L의 B성분(단량체)을 배출시킨다. 세번째 단계는 21.2 L의 용리수를 4번 칼럼에 주입하고 3번 칼럼을 경유하여 2번 칼럼까지 동일한 량인 21.2 L의 A성분을 배출시킨다. 네번째 단계는 칼럼내에 차있는 액을 순환하되, 9.26분동안 136 L를 순환시킨다. 이렇게 하면 1스텝의 운정이 끝나게되고 1스텝당 14.3분이 소요된다.

2스텝의 운전은 원액을 1번 칼럼에, 용리수를 3번 칼럼에 주입하여 각각 A성분과 B성분으로 배출하되 1스텝과 동일한 방법으로 운전한다. 이와 같이 2스텝의 운전이 끝나게 되면 1스텝당 또는 14.3분이 소요된다. 이렇게 1스텝당 액이동 방향으로 1번 칼럼씩 옮기면서 동일한 방법으로 4스텝을 운전하게 되면 1번 칼럼당 원액과 용리수의 운전은 1번씩 그리고 A성분, B성분 배출도 1번씩 하게 되는데 전체 4스텝을 1사이클로 보아 57.2분이 소요된다. 원액의 고형분 농도 47 중량%, 원액의 고형 대비 당 조성은 DP6이상; 50.6 중량%, DP5; 11.4 중량%, DP4; 9.6 중량%, DP3; 7.6중량%, DP2; 7.0중량%, 글루코스; 6.4 중량%, 솔비톨; 2.8 중량%, 무수글루코스; 3.9 중량%, 구연산; 0.7 중량%인 조 폴리덱스트로스를 상기와 같은 의사 이동상 방식으로 분리 운전한 결과, A성분으로는 구연산이 분리 제거된 폴리덱스트로스, B성분으로는 주로 구연산의 함유된 물질을 얻을 수 있었다. 실제운전하여 분리된 폴리덱스트로스는 DP6이상; 50.9 중량%, DP5; 11.5 중량%, DP4; 9.7 중량%, DP3; 7.7중량%, DP2; 7.1 중량%, 글루코스; 6.5 중량%, 솔비톨; 2.6 중량%, 무수글루코스; 3.9 중량%, 구연산; 0.1 중량%를 함유하였으며 B성분은 구연산; 83.0 중량%, 솔비톨; 16.5 중량%, 무수글루코스; 0.3 중량%, 글루코스; 0.2 중량%의 당 조성을 보였다. A성분, 즉 분리된 폴리덱스트로스는 진공 농축한 후 분무 건조하여 분말 수용성 폴리덱스트로스를 얻을 수 있었다.

실시예 2의 결과로 얻어진 분리된 폴리덱스트로스는 원액중에 포함된 구연산을 분리에 의하여 제거한 것으로 제품의 신맛이 현저히 감소하였다.

[실시예 3]

(조 폴리덱스트로스의 글루코스, 무수글루코스를 분리 제거하는 방법)

의사 이동상 분리방식으로 글루코스, 무수글루코스를 제거하기 위해서는 원액의 주입량을 1칼럼의 수지량당 10.0 부피%로 설정하고 용리수는 1칼럼의 수지량당 18.0 부피%로 설정한다. 또한 배출해야 하는 A성분의 량은 1칼럼의 수지량당 22.9 부피%로 설정하여 배출시키고 B성분의 량은 1칼럼의 수지량당 5.1 부피%로 설정하여 배출시킨다. 수지사이의 공극과 관은 액으로 가득채워 순환시켜야 되며 A성분과 B성분의 배출은 동시에 시작하고 A성분의 배출이 완료되면 순환량을 1칼럼 수지량의 38.8 부피%로 설정하여 1칼럼당 액주입과 배출을 동시에 수행하면서 1칼럼만큼만 액체가 이동되도록 운전하여 4개의 칼럼에 원액과 용리수 주입이 1번씩 이루어지는 1사이클의 총 시간은 선속도가 2.5 m/L-R/Hr 일때 58.96분이 소요된다. 구체적인 운전 방법에 대한 설명은 다음과 같다.

탑의 직경, 길이, 충진제, 수지 부피등 제반 조건을 실시예 1과 동일하게 칼럼을 구성하고 운전하되 각각의 유량은 달리한다. 즉 첫번째 단계는 22.7 L의 용리수를 4번 칼럼에 넣고 3번 칼럼을 경유하여 2번 칼럼에서 동일한 량인 22.7 L의 A성분(폴리덱스트로스)을 배출시킨다. 두번째 단계는 원액 35.2 L를 2번 칼럼에, 용리수 18 L를 4번 칼럼에 동시에 주입하고 각각 2번 칼럼에서 35.2 L의 A성분(폴리덱스트로스), 4번 칼럼에서 18 L의 B성분(단량체)을 배출시킨다. 세번째 단계는 22.7 L의 용리수는 4번 칼럼에 주입하여 3번 칼럼을 경유하여 2번 칼럼에서 동일한 양인 22.7 L의 A성분을 배출시킨다. 네번째 단계는 칼럼 내에 차있는 액을 순환하되, 136 L에 해당하는 량으로 9.26분 동안 순환시킨다. 이렇게하면 1스텝의 운전이 끝나게되고 1스텝당 14.74분이 소요된다.

2스텝의 운전은 원액을 1번 칼럼에, 용리수를 3번 칼럼에 주입하여 각각 A성분과 B성분으로 배출하되 1스텝과 동일한 방법으로 운전한다. 이렇게하여 2스텝의 운전이 끝나게 되면 1스텝당 또는 14.74분이 소요된다. 이렇게 1스텝당 액이동 방향으로 1번 칼럼씩 옮기면서 동일한 방법으로 4스텝을 운전하게 되면 1번 칼럼당 원액과 용리수의 운전은 1번씩 그리고 A성분, B성분 배출도 1번씩 하게 되는데 전체 4스텝을 1사이클로 보아 58.96분이 소요된다. 원액의 고형분 농도 47 중량%, 원액의 고형 대비 당 조성은 DP6이상; 50.6 중량%, DP5; 11.4 중량%, DP4; 9.6 중량%, DP3; 7.6중량%, DP2; 7.0중량%, 글루코스; 6.4 중량%, 솔비톨; 2.8 중량%, 무수글루코스; 3.9 중량%, 구연산; 0.7 중량%인 조 폴리덱스트로스를 상기와 같은 의사 이동상 방식으로 분리 운전한 결과, A성분으로는 글루코스, 무수글루코스가 분리 제거된 폴리덱스트로스, B성분으로는 주로 글루코스, 무수글루코스가 함유된 물질을 얻을 수 있었다. 실제 운전하여 분리된 폴리덱스트로스는 DP6이상; 56.5 중량%, DP5; 12.7 중량%, DP4; 10.7 중량%, DP3; 8.5중량%, DP2; 7.8중량%, 글루코스; 0.006 중량%, 솔비톨; 3.1 중량%, 무수글루코스; 0.004 중량%, 구연산; 0.7 중량%를 함유하였으며 B성분은 글루코스; 62.1 중량%, 무수글루코스; 37.9 중량%의 당 조성을 보였다. A성분, 즉 분리된 폴리덱스트로스는 진공 농축한 후 분무 건조하여 분말 수용성 폴리덱스트로스를 얻을 수 있었다.

실시예 3의 결과로 얻어진 분리된 폴리덱스트로스는 원액중에 포함된 글루코스, 무수글루코스를 분리에 의하여 제거한 것으로 제품의 신맛이 현저히 감소됐으며 카로리를 더욱 낮추게 되었다.

[실시예 4]

(조 폴리덱스트로스의 무수글루코스만을 분리 제거하는 방법)

의사 이동상 분리 방식으로 구연산만을 제거하기 위해서는 원액의 주입량을 1칼럼의 수지량당 10.5 부피%로 설정하고 용리수는 1칼럼의 수지량당 17.5 부피%로 설정한다. 또한 배출해야 하는 A성분의 량은 1칼럼의 수지량당 26.6 부피%로 설정하여 배출시키고 B성분의 량은 1칼럼의 수지량당 1.42 부피%로 설정하여 배치시킨다. 수지사이의 공극과 관은 액으로 가득채워 순환시켜야 되며 A성분과 B성분의 배출은 동시에 시작하고 A성분의 배출이 완료되면 순환량은 1칼럼 수지량의 38.4 부피%로 설정하여 1칼럼당 액주입과 배출을 동시에 수행하면서 1칼럼만큼만 액체가 이동되도록 운전하여 4개의 칼럼에 원액과 용리수 주입이 1번씩 이루어지는 1사이클의 총 시간은 신속도가 2.5m/L-R/Hr 일때 62.28분이 소요된다. 구체적인 운전 방법에 대한 설명은 다음과 같다.

탑의 직경, 길이, 충진제, 수지 부피등 제반 조건을 실시예 1과 동일하게 칼럼을 구성하고 운전하되 각각의 유량은 달리한다. 즉 첫번째 단계는 28.3 L의 용리수를 4번 칼럼에 주입하고 3번 칼럼을 경유하여 2번 칼럼에서 동일한 량인 28.3 L의 A성분(폴리덱스트로스)을 배출시킨다. 두번째 단계는 원액을 36.8 L를 2번 컬럼에, 용리수 5.0 L를 4번 칼럼에 동시에 주입하고 각각 2번칼럼에서 36.8 L의 A성분(폴리덱스트로스), 칼럼에서 5.0 L의 B성분(단량체)을 배출시킨다. 세번째 단계는 28.3 L의 용리수를 4번 칼럼에 주입하고 3번 칼럼을 경유하여 2번 칼럼에서 동일한 량인 28.3 L의 A성분을 배출시킨다. 네번째 단계는 칼럼내에 차있는 액을 순환하되, 135.2 L에 해당하는 량으로 9.21분동안 순환시킨다. 이렇게하면 1스텝의 운전이 끝나게되고 1스텝당 15.57분이 소요된다.

2스텝의 운전은 원액을 1번탑에, 용리수를 3번탑에 주입하여 각각 A성분과 B성분으로 배출하되 1스텝과 동일한 방법으로 운전한다. 이렇게하여 2스텝의 운전이 끝나게 되면 1스텝당 또 15.57분이 소요된다. 이렇게 1스텝당 액이동 방향으로 1번 칼럼씩 옮기면서 동일한 방법으로 4스텝을 운전하게 되면 1칼럼당 원액과 용리수의 운전은 1번씩 그리고 A성분, B성분 배출도 1번씩 하게 되는데 전체 4스텝을 1사이클로 보아 62.28분이 소요된다. 원액의 고형분 농도 47 중량%, 원액의 고형 대비 당 조성은 DP6이상; 50.6 중량%, DP5; 11.4 중량%, DP4; 9.6 중량%, DP3; 7.6중량%, DP2; 7.0중량%, 글루코스; 6.4 중량%, 솔비톨; 2.8 중량%, 무수글루코스; 3.9 중량%, 구연산; 0.7 중량%인 조 폴리덱스트로스를 상기와 같은 의사 이동상 방식으로 분리 운전한 결과, A성분으로는 무수글루코스가 분리 제거된 폴리덱스트로스, B성분으로는 주로 무수글루코스가 함유된 물질을 얻을 수 있었다. 실제 운전하여 분리된 폴리덱스트로스는 DP6이상; 52.7 중량%, DP5; 11.9 중량%, DP4; 10.0 중량%, DP3; 7.9중량%, DP2; 7.3중량%, 글루코스; 6.6 중량%, 솔비톨; 2.9 중량%, 무수글루코스; 0.002 중량%, 구연산; 0.7 중량%를 함유하였으며 B성분은 무수글루코스; 97.2 중량%, 글루코스; 1.0 중량%, 솔비톨; 1.0 중량%, 구연산; 0.8 중량%의 당 조성을 보였다. A성분, 즉 분리된 폴리덱스트로스는 진공 농축한 후 분무 건조하여 분말 수용성 폴리덱스트로스를 얻을 수 있었다.

실시예 4의 결과로 얻어진 분리된 폴리덱스트로스는 원액중에 포함된 무수글루코스를 분리에 의하여 제거한 것으로 제품의 쓴맛이 현저히 감소됐으며 카로리를 낮추게 되었다.

Claims (4)

1→6 결합된 중합체 함량이 75∼95 중량%인 조 폴리덱스트로스를 제조한 후, 상기 조 폴리덱스트로스를 고형분의 농도가 45∼50 중량% 되도록 55∼65℃에서 증류수에 용해하여 조 폴리덱스트로스 원액을 제조하고; 나트륨(Na)기를 작용기로 갖는 강산성 겔형 이온수지를 사용하고, 가교도가 4~8%이며, 입경은 180∼250㎛ 정도인 분리제가 충전된 칼럼형 분리장치에 상기 조 폴리덱스트로스 원액과 용리수를 순차적으로 투입 순환시키고; 분배 이동속도의 차이를 이용하여 고순도 폴리덱스트로스와 글루코스, 무수글루코스, 솔비톨 및 구연산 등을 분리시킴을 특징으로 하는 연속적인 의사이동상 방식을 이용한 순도 99.2% 이상의 수용성 폴리덱스트로스의 분리 경제방법.

제1항에 있어서 조 폴리덱스트로스는 중합체 함량이 75∼95 중량%이고, 글루코스 2∼10 중량%, 무수글루코스 2∼10 중량%, 솔비톨 1∼5 중량%, 구연산 0.5∼3 중량%를 함유한 조 폴리덱스트로스임을 특징으로하는 고순도 폴리덱스트로스의 분리방법.

제1항에 있어서, 분리수지는 Amberlite CG 6000, DIAION UBK-530K, DOWEX M4340 6X, PCR-833, F가 101에서 선택된 수지임을 특징으로하는 고순도 폴리덱스트로스의 분리방법.

제1항의 방법에 따라 분리된 포도당 단위 분자가 1→6 결합된 중합체 함량이 99.2 중량% 이상인 분리된 고순도 수용성 폴리덱스트로스.