KR100285290B1 - 전기투석을 이용한 엘-트레오닌의 회수방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아미노산중의 하나인 트레오닌(L-threonine)의 전기투석법을 이용한 정제방법에 관한 것이다.
트레오닌의 농도가 1～20%인 발효액을 전기투석으로 탈염 후 약산성 음이온 교환수지로 불순물 등을 제거하거나 엘-트레오닌이 전하를 띠게 하여 전기투석으로 직접 분리정제하는 본 발명은 종래의 이온교환수지법에 비하여 산알칼리 소비량과 폐수발생량이 적은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법에 따르면 전기투석의 방법을 이용한 두 가지 방법 모두 발효액으로 부터 엘-트레오닌을 회수율 94% 이상, 순도 98% 이상으로 정제할 수 있으며 산,알칼리의 사용량 및 폐수 발생량을 줄일 수 있다.

Description

전기투석을 이용한 엘-트레오닌의 회수방법
본 발명은 동물사료의 첨가물, 의약제(예, 아미노산 제제) 등과 같은 용도로 유용한 아미노산인 트레오닌(L-threonine)의 제조를 위해 미생물의 발효액으로부터 전기투석법을 이용한 엘-트레오닌의 정제방법에 관한 것이다. 보다 상세히 설명하자면 트레오닌의 농도가 1～20%인 발효액을 전기투석으로 탈염 후 약산성 음이온 교환수지로 불순물 등을 제거하거나 엘-트레오닌이 전하를 띠게 하여 전기투석으로 분리 정제하는 본 발명은 종래의 이온교환수지법에 비하여 산알칼리 소비량과 폐수발생량이 적은 것을 특징으로 한다. 본 발명은 엘-트레오닌 발효액으로부터 정제시 전기투석을 이용하여 산,알칼리의 사용량 및 폐수의 발생량을 극소화하는 효율적인 정제방법을 제공하는데 있다.
종래의 엘-트레오닌 발효액의 정제방법은 아미노산의 분리에 많이 이용되고 있는 강산성 양이온 교환수지법(일본공개특허공보 소46-140290호, 일본공개특허공보 평6-327487호)이 일반화되어 있다.
이온교환수지법을 이용한 엘-트레오닌의 일반적인 정제방법은 원심분리나 여과방법으로 발효액으로 부터 균체의 제거단계, 산·알칼리에 의해 pH 조절단계, 강산성 양이온 교환수지에 흡착, 수세 및 용리단계, 농축 결정단계, 탈수 및 건조단계로 구성되어 있다. 그밖에 강산성 양이온 교환수지의 재생과정이 필요하므로 다량의 산, 알칼리 용액이 필요하고 폐수가 많이 발생하는 단점이 있다.
본 발명과 같이, 이온교환막을 이용하는 전기투석의 활용은 1950년대 해수의 담수화 공정으로 시작된 이후, 이온 교환막과 전기투석은 기술발전과 함께 그 용도도 다양화되고 있다. 이온 교환막은 양이온 또는 음이온을 선택적으로 투과시키는 막으로서 수용액 중 이온의 분리기능을 수행한다. 이러한 이온교환막은 최근 식염 제조, 보일러용수 제조, 식품의 탈염 또는 제산(deacidification), 유기산의 분리정제, 산업폐수 처리 등 여러 분야에서 그 활용범위를 넓혀가고 있다.(유럽특허 제393,818호)
본 발명은 산, 알칼리 용액의 소비량과 폐수 발생량을 감소시키면서 엘-트레오닌을 분리정제하기 위하여 전기투석법을 이용하여 탈염 후 흡착 및 용리 과정이 필요없는 약산성 음이온 교환수지의 통과방법 또는 엘-트레오닌이 전하를 띠도록 하여 전기투석에 의하여 엘-트레오닌을 효과적으로 분리정제하는 방법을 제공하는데 있다.
제1도는 탈염과정에 사용된 전기투석기에 대한 개략도이다.
제2도는 분리정제과정에 사용된 전기투석기에 대한 개략도이다.
본 발명은 엘-트레오닌 발효액에서 원심분리나 여과과정을 통해 균체를 제거한 후 이온 교환막을 사용하는 전기투석법으로 엘-트레오닌을 효율적으로 분리정제한다.
이하 본 발명의 엘-트레오닌 분리정제 방법을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
엘-트레오닌을 1～20%, 바람직하게는 8～12% 함유하고 있는 발효액을 원심분리하거나 여과하여 균체를 제거한다. 여과액의 pH를 엘-트레오닌의 등전점 부근인 5.0～6.5으로 조절하여 도1에 설명된 이온 교환막들을 장착한 전기투석기의 희석조에 투입하여 탈염한다. 이 때 염과 저분자 이온성 물질들은 이온교환막을 통과하여 희석조로 부터 농축조로 제거되고 엘-트레오닌은 실험 조건에서 전하를 띠고 있지 않기 때문에 희석조에 계속 잔류하게 된다. 시료의 전기전도도가 10mS/cm 이하, 바람직하게는 3mS/cm 이하가 되면 희석조로 부터 탈염액을 수거하고 약산성 음이온 교환수지를 통과시킨다. 통과액을 모아서 감압 농축결정으로 엘-트레오닌을 회수한다. 모액은 전기투석 공정으로 순환시킨다.
전기투석 후의 약산성 음이온 교환수지인 WA30등을 통과시키면 글루탐산, 단백질, 잔당, 잔염 등의 불순물들이 제거되어 순수한 엘-트레오닌 제품을 수득할 수 있는 것이다. 이 방법은 이온 교환수지법을 이용하지만 흡착 및 용리과정이 필요없는 것으로 폐액의 발생량이 적은 장점이 있다.
한편 음이온 교환수지를 사용하지 않고 전기투석 만으로도 정제가 가능하다. 이 경우는 엘-트레오닌이 양이온 교환막을 통과하도록 pH를 2이하로 조절하여 엘-트레오닌이 +1의 전하를 띠도록 하여 준다. 제 2도에 설명된 이온 교환막들을 장착한 전기투석기에 투입하여 전기투석을 실시하면 엘-트레오닌은 양이온막을 통과하여 농축조에서 농축되며 양이온 및 음이온들도 각각 이온 교환막을 통과하여 농축조에 모이게 된다. 그러나 전하를 띄지 않는 불순물들은 계속 희석조에 남게 되며 유기성 불순물들은 실험조건에서 양전하를 가지는 일부분이 농축조로 혼입되게 된다. 이 경우 혼입된 다량의 염들은 상기의 탈염과정을 거치면서 제거되며 유기성 불순물은 결정화 과정에서 대부분 분리된다. 이렇게 얻은 엘-트레오닌정제액을 농축하면 결정을 얻게 되고 이온교환수지법을 사용하지 않고도 손 쉽게 엘-트레오닌을 제조할 수 있다.
다음의 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 것으로서 이들 실시예가 본 발명의 기술적범위를 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1]
도 1와 같은 전기투석 장치(도꾸야마 제품)로서 양이온 교환막으로는 CM-1, 음이온 교환막으로는 AMX를 총 막면적은 0.1㎡인 것을 사용하였다.
균체를 제거한 발효액(엘-트레오닌 10.3%) 3.5L의 pH를 염산으로 5.8로 조절한 후 희석조에 넣어 전도도가 10mS/cm 이하가 될 때까지 탈염하였다. 유속은 1.6～1.7L/분이었으며 탈염에 소요된 시간은 3시간이었다.
희석조의 탈염액을 수거하여 약산성 음이온 교환수지인 WA30을 통과시켰다. WA30 통과시 유속은 SV 0.7이었고 총 7RV를 통액하였다. 통액한 용액을 감압 농축하여 결정을 수득하였으며 모액은 다음 차수의 탈염 공정에 순환시켰다. 이런 공정을 반복하여 얻어진 엘-트레오닌의 회수율은 96.3%였으며 순도는 98.9%였다.
[실시예 2]
실시예 1과 방법은 동일하며 전도도가 3mS/cm 이하가 될 때까지 탈염하였다. 탈염에 소요된 시간은 5시간이었으며 엘-트레오닌의 회수율은 95.1%이고 순도는 99.2%였다.
[실시예 3]
도 2와 같은 전기투석 장치로서 양이온 교환막으로는 CMX, 음이온 교환막으로는 AFN이고총 막면적은 0.1㎡인 것을 사용하였다. 균체를 제거한 발효액3.5L(엘-트레오닌 10.3%)의 pH를 염산으로 1.8로 조절한 후 공급조에 넣어 농축조에서의 엘-트레오닌의 회수율이 98%가 될 때까지 전기투석을 실시하였다. 소요된 시간은 5시간이었다.
농축조의 용액을 수거하여 pH를 5.8로 조절한 후 실시예1과 같은 방법으로 탈염하여 얻은 액을 감압 농축하여 결정을 수득하였으며 모액은 다음 차수의 전기투석 공정에 순환시켰다. 이런 공정을 반복하여 얻어진 엘-트레오닌의 회수율은 94.7%였으며 순도는 98.8%였다.
본 발명은 기존의 이온교환수지법에 의한 엘-트레오닌의 정제방법에 비하여 단시간에 효율적으로 엘-트레오닌을 정제할 수 있으며 산,알칼리 비용 및 폐수 처리 비용 등을 절감할 수 있다.

Claims (7)

  1. 엘-트레오닌 발효액으로부터 전기투석에 의해 탈염하는 단계와, 탈염된 액을 음이온교환수지를 통과시키는 단계와, 정제된 액을 감압농축하여 결정을 얻는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 발효액으로부터 엘-트레오닌의 정제방법.
  2. 제1항에 있어서, 발효액 중 엘-트레오닌 농도가 1～20%인 것을 사용함을 특징으로 하는 발효액으로부터 엘-트레오닌의 정제방법.
  3. 제1항에 있어서, 엘-트레오닌 발효액의 pH를 5.0～6.5로 조절하여 사용하는 것을 특징으로 하는 발효액으로부터 엘-트레오닌의 정제방법.
  4. 제1항에 있어서, 엘-트레오닌 발효액 중 전기전도도를 10mS/cm 이하가 될 때까지 탈염하는 것을 특징으로 하는 발효액으로부터 엘-트레오닌의 정제방법.
  5. 엘-트레오닌 발효액으로부터 전기투석에 의해 엘-트레오닌을 양이온교환막을 통과시켜 직접 정제하는 단계와 정제된 액을 탈염하는 단계와 감압농축하여 결정을 얻는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 발효액으로부터 엘-트레오닌의 정제방법.
  6. 제5항에 있어서, 발효액 중 엘-트레오닌 농도가 1～20%인 것을 사용함을 특징으로 하는 발효액으로부터 엘-트레오닌의 정제방법.
  7. 제5항에 있어서, 엘-트레오닌 발효액의 pH를 0.5～2.5로 조절하여 사용하는 것을 특징으로 하는 발효액으로부터 엘-트레오닌의 정제방법.
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