KR100253423B1 - Process for purifying erythritol - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에리스리톨 생산 미생물의 배양액 또는 균체분리액으로부터 에리스리톨을 정제하여 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for purifying erythritol from a culture or cell separation solution of erythritol producing microorganisms.
에리스리톨은 발효식품, 버섯등의 식물, 포유동물의 체액에 존재하는 천연 물질로 감미도는 설탕의 70 내지 80% 이다. 에리스리톨은 열량이 설탕의 1/10 미만(0.3Kcal/g)인 저칼로리 감미료로서 용해시 흡열 작용으로 시원한 감미 특성을 갖고 흡습성 및 착색성이 낮아 모든 식품에 잘 적용된다. 또한 충치균인 스트렙토코커스(Streptococcusmutants)가 이용하지 못하므로 산이나 글루칸이 생성되지 않기 때문에 비충치성인 특징도 가지고 있다.Erythritol is a natural substance present in the body fluids of fermented foods, mushrooms, plants and mammals, and is 70-80% of the sweetened sugar. Erythritol is a low-calorie sweetener whose calories are less than 1/10 of sugar (0.3Kcal / g). It is endothermic when dissolved and has a cool sweetness and low hygroscopicity and colorability. In addition, the caries bacteria Streptococcus mutants are not available because they do not produce acids or glucans, so they also have non-cavities.
또한, 기존의 당알콜류의 일반적인 단점은 다량 섭취시 설사를 유발하는 것이나 에리스리톨은 상대적으로 다량 섭취하여도 설사 유발이 적은 장점도 가지고 있다.In addition, the general disadvantage of the conventional sugar alcohols are diarrhea when ingested in a large amount, but erythritol has a relatively low intake of diarrhea even when ingested in a relatively large amount.
에리스리톨은 통상 글루코스를 배지로하여 에리스리톨 생산균주를 이용하여 얻는다. 구체적인 제조방법은 오레오바시디움(Aureobasidium)속 균주를 이용하는 방법(JP 61-31091), 모닐리엘라(Moniliella)속 균주를 이용하는 방법(EP 0,136,805), 캔디다 자이라노이데스(Candida zeylanoides)를 이용하는 방법(JP 49-118889), 캔디다 리포리티카(Candida lipolytica)를 이용하는 방법(USP 3,756,917), 트리코스포로노이데스(Trichosporonoides madida)를 이용하는 방법(KP 957237)등이 있다.Erythritol is usually obtained using erythritol producing strains using glucose as a medium. Specific manufacturing method is a method using the Aureobasidium genus strain (JP 61-31091), a method using the Moniliella genus strain (EP 0,136,805), a method using Candida zeylanoides ( JP 49-118889), the method using Candida lipolytica (USP 3,756,917), the method using Trichosporonoides madida (KP 957237), and the like.
이와같은 에리스리톨 생산균주를 이용하여 글루코스 배지로부터 배양하여 얻은 에리스리톨 함유 배양액은 통상 균체를 원심분리등으로 제거한 후 활성탄을 이용하여 착색물질등을 제거하여 이온교환수지에 의하여 정제한 후 농축하여 결정화하는 것으로 에리스리톨이 제조된다. 그러나, 일반적으로 에리스리톨 생산균주의 배양에 의한 배양액에는 에리스리톨외에 단백질, 펩타이드 및 기타 미세 불순물이 발생하여 배양액의 정제 부하가 많이 걸리며 정제에 다량의 이온교환수지가 필요하고 사용한 이온교환수지의 재생으로 발생되는 폐수가 다량 발생하는 단점이 있다.The erythritol-containing culture solution obtained by culturing from the glucose medium using such an erythritol producing strain is usually purified by ion exchange resin by removing the colored material using activated carbon after removing the cells by centrifugation or the like, followed by concentration and crystallization. Erythritol is prepared. However, in general, the culture solution by culturing the erythritol producing strain generates proteins, peptides and other fine impurities in addition to erythritol, which requires a lot of purification load of the culture solution, and requires a large amount of ion exchange resin for purification, and is generated by regeneration of the used ion exchange resin. There is a disadvantage in that a large amount of waste water is generated.
한편, 통상의 활성탄 처리 및 이온교환수지로 처리한 액의 농축액에는 미세 불순물이 응집 침전되어 그 농축액으로부터 분리한 에리스리톨의 결정을 재용해하면 현탁물질이 존재한다. 그 현탁물질등은 배양액중에 생성하는 단백질 및 펩타이드등의 미세한 불순물로 그것을 정제하는 종래의 방법은 에리스리톨 생산균주를 배양하여 얻은 에리스리톨 함유의 배양액을 분자량 1,000 내지 100,000을 분리하는 한외여과막으로 여과하여 에리스리톨을 회수하는 방법(일본특허공고 (평)7-34750), 배양액을 암모니움의 강산성 양이온 교환수지로 충진한 분리탑에 통액하여 에리스리톨을 회수하는 방법(일본특허공고 (평)7-34748 및 일본특허공개 (평)1-320987)이 있다. 그러나, 한외여과장치는 고가이며 한외여과액의 유속이 낮아 장시간의 처리시간이 소요되며 정기적으로 막표면의 세정이 필요하다. 또한, 강산성 양이온 교환수지를 이용한 분리법은 처리액이 희석되어 농축시간이 많이 소요되며 또한 회수율도 저하되는 등의 문제가 발생한다.On the other hand, in the concentrate of the liquid treated with the usual activated carbon treatment and ion exchange resin, fine impurities are coagulated and precipitated, and when the red crystals of erythritol separated from the concentrate are re-dissolved, a suspended substance exists. The conventional method of purifying the suspended substances and the like with fine impurities such as proteins and peptides produced in the culture solution is to filter the erythritol-containing culture medium obtained by culturing the erythritol producing strain with an ultrafiltration membrane separating molecular weight of 1,000 to 100,000 to obtain erythritol. Method of recovering (Japanese Patent Publication No. 7-34750), Method of recovering erythritol by passing the culture solution to a separation column filled with a strong acid cation exchange resin of Ammonium (Japanese Patent Publication (Hyeong) 7-34748 and Japanese Patent Publication 1-320987. However, the ultrafiltration apparatus is expensive and the flow rate of the ultrafiltration liquid is low, so it takes a long time to process and requires regular cleaning of the membrane surface. In addition, in the separation method using a strong acid cation exchange resin, the treatment solution is diluted, which takes a long time to concentrate, and also causes a problem such as a decrease in recovery rate.
따라서, 본 발명자들은 에리스리톨 생산 균주의 배양액에 함유된 에리스리톨의 농축 정석화시 발생하는 현탁 물질을 종래의 방법 보다 경제적이면서 용이하게 제거하여 에리스리톨의 회수율을 높이는 새로운 방법을 개발하고자 오랜 기간동안 부단한 연구를 기울여 왔다.Accordingly, the present inventors devote a lot of research to developing a new method of increasing the recovery rate of erythritol by removing the suspended substances generated in the concentrated crystallization of erythritol in the culture medium of the erythritol producing strain more economically and easily. come.
본 발명은 글루코스를 원료로하여 얻은 에리스리톨 생산균의 배양액을 60 내지 80℃의 온도로 열처리하여 균체 및 불순물을 응집시키거나 배양액으로부터 균체를 분리한 후 얻은 균체분리액을 60 내지 80℃의 온도로 열처리하여 불순물을 응집시켜 상온으로 정치한 후 발생되는 침전물을 분리 제거한 다음 액을 농축하여 에리스리톨 결정을 수득함을 특징으로하여 에리스리톨을 제조하는 방법을 제공한다.In the present invention, the culture solution of erythritol-producing bacteria obtained from glucose as a raw material is heat-treated at a temperature of 60 to 80 ° C. to aggregate the cells and impurities or to separate the cells from the culture medium. The present invention provides a method for producing erythritol, characterized in that the precipitates are separated by heat treatment to allow the mixture to stand at room temperature, and the precipitates are separated and then concentrated to obtain erythritol crystals.
본 발명의 정제 방법은 미세 불순물을 제거하기 위해서 이온교환수지나 활성탄을 필요로 하지 않으며 배양이 끝난 에리스리톨 함유 배양액을 간단한 열처리 과정과 여과막의 사용으로 침전물을 분리함으로써 에리스리톨 정제공정을 단순화시키며 직경 0.2 내지 0.8㎛의 여과막을 사용함으로써 기존의 한외여과막 사용시 여과액의 유속이 낮은 단점을 개선시킬 수 있는 공정으로 경제적으로 용이할 뿐만 아니라 높은 정제 수율을 제공한다.The purification method of the present invention does not require an ion exchange resin or activated carbon to remove fine impurities, and simplifies the erythritol purification process by separating the precipitate from the cultured erythritol-containing culture solution by a simple heat treatment process and the use of a filtration membrane. By using a 0.8 μm filtration membrane, a process that can improve the disadvantage of low flow rate of the filtrate when using an existing ultrafiltration membrane is economically easy and provides a high purification yield.
본 발명의 방법에 적용되는 배양액은 당으로서 글루코스를 사용한 배지에서 오레오바시디움속, 모닐리엘라속, 캔디다 자이라노이데스, 트리코스포로노이데스 마디다 등의 통상 사용되는 에리스리톨 생산 균주를 배양하여 얻은 에리스리톨 함유 배양액을 포함한다.The culture solution to be applied to the method of the present invention contains an erythritol obtained by culturing commonly used erythritol producing strains such as Oreobashidium, Monoliella, Candida Zyranoides, Tricosporonoides Madida and the like in a medium using glucose as a sugar. Culture medium.
또한, 본 발명의 방법이 적용되는 균체분리액은 상기한 본 발명에 따른 배양액으로부터 여과와 같은 통상적으로 널리 알려져 있는 분리방법에 의해 에리스리톨 생산 균주를 제거하고 남은 에리스리톨 함유한 현탁액 또는 용액을 포함한다.In addition, the cell separation solution to which the method of the present invention is applied includes an erythritol-containing suspension or solution remaining after removing the erythritol producing strain from a culture solution according to the present invention by a commonly known separation method such as filtration.
본 발명에 따른 배양액이나 균체분리액의 가열은 60 내지 80℃로 수행하며 가열한 후 상온으로 냉각시킨다. 가열 처리된 배양액 또는 균체분리액은 상온으로 냉각됨에 따라 균체 및 균체로부터 생산된 단백질 및 기타 미세 불순물이 응집되어 침전하게 된다. 그러나, 60℃ 미만에서 가열할 경우 균체 및 단백질등의 응집이 잘 되지 않으며 60℃ 이상의 온도에서는 높은 온도일수록 응집 침전량이 많아지나 80℃ 이상의 온도로 가열하면 상온으로의 냉각시간이 길어지며 액의 변색이 유발되는 현상이 일어난다.The culture or cell separation solution according to the invention is carried out at 60 to 80 ℃ and heated to cool to room temperature. As the culture solution or the cell separation solution is cooled to room temperature, the cells and proteins and other fine impurities produced from the cells are aggregated and precipitated. However, when it is heated below 60 ℃, the aggregation of cells and protein is not good.At high temperature above 60 ℃, the amount of aggregation precipitates at higher temperature, but when it is heated above 80 ℃, the cooling time to room temperature becomes longer and discoloration of the liquid. This causing phenomenon occurs.
다음의 실시예에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.The present invention is explained in more detail in the following examples.
실시예Example
실시예 1Example 1
글루코스 400 g/l, 이스트익스트렉트 10 g/l 및 우레아 1 g/l를 함유한 배지에 1997년 3월 18일자로 한국미생물보존센터에 기탁되어 용이하게 분양받을 수 있는 에리스리톨 생산 균주인 트리코스포로노이데스 마디다 CJ-NT1 (KCCM 10098)를 접종하여 32℃에서 3일간 진탕배양하여 종배양액을 얻는다. 그 다음 30L 용량의 발효조에 20L 배지를 넣고 종배양액 1L를 넣어 통기량 10 l/분, 교반속도 400rpm, 배양 온도 32℃에서 4일간 배양하여 에리스리톨 190 g/l, 글리세롤 10 g/l, 기타 고형분 15 g/l를 함유하는 배양액 8L를 폴리슬폰 재질인 직경 0.2㎛ 여과막을 이용하여 균체분리 후 에리스리톨 함유한 여과액을 70℃에서 에리스리톨 농도가 750 g/l 될 때까지 농축하여 분리한 후 분리된 에리스리톨은 증류수에 재용해하여 에리스리톨 농도 850 g/l 까지 농축 결정화시켜 분리시킨다. 분리된 에리스리톨은 60℃에서 건조하여 750g을 얻었다. 그 일부를 증류수에 용해하여 에리스리톨 농도 300 g/l로 조절하여 660nm에서 투광도를 측정한 결과 93.1%로 나타났으며 알부민을 표준용액으로 사용하여 Bio-Rad 사의 단백질 검정방법에 따라 단백질 농도를 분석한 결과 5.77 ㎍/ml로 나타났다.Tree, an erythritol-producing strain that is deposited on March 18, 1997 in a medium containing 400 g of glucose, 10 g of yeast extract and 1 g / l of urea, can be easily distributed to the Korea Microbiological Conservation Center. Inoculated with Cosporonoides Madida CJ-NT1 (KCCM 10098) and shaken at 32 ° C. for 3 days to obtain a seed culture solution. Then, put 20L medium into a 30L fermenter, add 1L of seed culture solution, and incubate for 4 days at aeration volume of 10 l / min, agitation speed of 400rpm, incubation temperature of 32 ° C, 190 g / l of erythritol, 10 g / l of glycerol, and other solids. After separating the cell culture 8L containing 15 g / l using a 0.2 μm diameter membrane membrane made of polysulfone, the erythritol-containing filtrate was concentrated and separated until the concentration of erythritol at 750 g / l at 70 ℃ separated Erythritol is redissolved in distilled water and separated by concentration and crystallization to an erythritol concentration of 850 g / l. The separated erythritol was dried at 60 ° C. to obtain 750 g. Part of the solution was dissolved in distilled water and adjusted to 300 g / l of erythritol, and the transmittance at 660 nm was found to be 93.1%. Protein concentration was analyzed according to the protein assay method of Bio-Rad using albumin as a standard solution. The result was 5.77 μg / ml.
실시예 2Example 2
실시예 1과 동일한 방법으로 얻은 균체 및 에리스리톨 함유 배양액을 80℃에서 1시간 동안 가열 처리하여 상온으로 냉각시켜 균체 및 단백질 등의 불순물을 응집시킨 후 폴리슬폰 재질인 직경 0.4㎛ 여과막을 이용하여 분리하였다. 분리된 여과액은 실시예 1에서와 같은 방법으로 농축, 건조하여 에리스리톨 768g을 얻었다. 그 일부를 증류수에 용해하여 에리스리톨 농도 300 g/l 로 조절하여 660nm에서 투광도를 측정한 결과 100%로 나타났으며 현탁 물질은 검출되지 않았다.Cells and erythritol-containing culture broth obtained in the same manner as in Example 1 were heat-treated at 80 ° C. for 1 hour, cooled to room temperature to aggregate impurities such as cells and proteins, and separated using a 0.4 μm filtration membrane made of polysulfone. . The separated filtrate was concentrated and dried in the same manner as in Example 1 to obtain 768 g of erythritol. A portion of the solution was dissolved in distilled water and adjusted to an erythritol concentration of 300 g / l, and the transmittance was measured at 660 nm. The result was 100%. No suspended substance was detected.
실시예 3Example 3
실시예 1 에서와 동일한 방법으로 얻은 에리스리톨 함유 배양액을 50 내지 80℃ 온도 범위에서 1시간 가열처리 후 상온으로 냉각시켜 상등액의 OD를 660nm에서 측정한 결과 표1과 같이 응집이 일어나는 온도는 60℃ 이상이며 80℃에서 가열 처리시 가장 많은 양의 응집 침전이 발생하였다.The erythritol-containing culture solution obtained in the same manner as in Example 1 was heat-treated at 50 to 80 ° C. for 1 hour, and then cooled to room temperature to measure the OD of the supernatant at 660 nm. The largest amount of coagulation precipitation occurred during heat treatment at 80 ° C.
본 발명에 따른 에리스리톨의 정제 방법은 에리스리톨 생산 균체의 배양액을 60 내지 80℃의 온도로 열처리하여 균체나 불순물의 응집을 유도하거나 열처리전에 균체를 미리 분리한 균체분리액을 60 내지 80℃온도로 열처리하여 불순물을 응집하고 이의 응집물을 여과하여 제거하는 공정으로만 구성되기 때문에 공정 자체가 간편함은 물론 이와 같은 공정의 간편함으로 인해 종래의 정제 방법에 비하여 비용을 상당히 줄일 수 있으며 또 다른 한편으로 에리스리톨을 고순도 및 고수율로 수득가능케 함으로 산업상 상당히 유리하게 이용될 수 있을 것이다.In the method for purifying erythritol according to the present invention, the culture solution of erythritol producing cells is heat-treated at a temperature of 60 to 80 ° C. to induce agglomeration of cells or impurities, or the cell separation solution in which the cells are previously separated before heat treatment is heat-treated at 60 to 80 ° C. The process itself is not only simple but also the cost of the process can be considerably reduced compared to the conventional purification method because it consists of only a process of agglomerating impurities and filtering the aggregates thereof. And to be obtainable in high yield, which may be used quite advantageously in industry.
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