KR100781447B1 - 유제품 스트림의 여과 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유제품 스트림의 여과 방법에 관한 것이다.
유제품 스트림, 여과, 시알릴올리고사카라이드, 락토스, 가수분해, 글루코스, 갈락토스

Description

유제품 스트림의 여과 방법 {Method of Filtration of a Dairy Stream}
본 발명의 유제품 스트림의 여과 방법에 관한 것이다.
유장은 치즈 제조의 주요 부산물인데, 이는 환경적인 이유로 폐기물 처리가 어렵다는 문제점이 존재한다. 유장은 통상 약 5 중량％의 락토스, 1 중량％의 단백질 및 0.5 중량％의 염류로 이루어지며, 혼합물의 잔여분은 물이다. 단백질 성분은 대체로 한외여과에 의해 회수되어 식료품에 사용되지만, 락토스 성분은 지금까지 거의 가치가 없었다.
유장 폐기물 스트림의 경제적 가치를 높이는 한 방법은 폐기물 스트림으로부터 시알릴올리고사카라이드를 단리하는 것이다. 음이온 교환 크로마토그래피가 대전된 시알릴올리고사카라이드 성분을 락토스로부터 수거하는 데 효과적이다. 염류의 존재, 특히 산 부가로부터 생성된 시트르산염의 존재는 시알릴올리고사카라이드의 수거 효과를 매우 감소시킬 수 있기 때문에, 시알릴올리고사카라이드를 효과적으로 회수하기 위해서는 유장 폐기물 스트림으로부터 염류를 제거하는 것이 통상적이다.
시알릴올리고사카라이드 분획을 수거하는 방법이 보고된 바 있지만, 추출법 및 이온 교환법이 처리량 및 순도의 관점에서 전적으로 만족스럽지는 않았다.
미국 특허 제5,118,516호 (Shimatani 등)에는 (a) 전기 투석, (b) 양이온 교환 수지 및 강염기성 음이온 교환 수지에 의한 이온 교환, 또는 (c) 전기 투석과 투과물을 탈염시키기 위한 양이온 교환 수지 및 강염기성 음이온 교환 수지에 의한 이온 교환의 병용에 의해, 유장, 탈지우유 또는 단백질 제거 용액으로부터 시알산 함유 락토스를 단리하는 것에 대해 보고되어 있다.
미국 특허 제5,270,462호 (Shimatani 등)에는 치즈 유장의 pH를 산성이 되도록 조정하고, 이 유장을 양이온 교환체와 접촉시킨 후, 용출액을 농축 및 탈염시킴으로써, 고농도의 시알산을 함유하는 조성물을 제조하는 방법에 대해 보고되어 있다.
일본 특허 공개 제01-168,693호에는 우유, 무지방우유, 버터우유 또는 유장을 한외여과시켜 pH 4.0 내지 6.0에서 20,000 내지 500,000 달톤까지 분획화한 후, 다시 한번 한외여과시켜 0.2 내지 2.0 MPa하의 pH 6.0 내지 8.0에서 1,000 내지 10,000 달톤까지 분획화하여 락토스와 같은 불순물을 제거함으로써 시알산 조성물을 제조하는 것에 대해 보고되어 있다. 잔류물은 분무 건조 또는 동결 건조된다.
일본 특허 공개 제03-143,351호에는 중화, 한외여과, 역삼투, 탈염, 강염기형의 음이온 교환 수지 상으로의 시알산 흡수에 이어, 용출, 탈염 및 건조에 의해 유장의 탈염시 생성된 음이온 교환 수지의 알칼리성 세정 폐액으로부터 올리고사카라이드 결합형 시알산을 회수하는 것에 대해 보고되어 있다.
일본 특허 공개 제59-184,197호에는 시알릴올리고사카라이드 함유 당밀을 탈염시키고, 탈염된 용액을 음이온 교환 컬럼에 통과시킨 후, 용출액을 중화시키고, 전기영동에 의해 용출액을 탈염시킴으로써, 시알산에 결합된 올리고사카라이드를 제조하는 것에 대해 보고되어 있다.
미국 특허 제5,707,678호 (Gregory 등)에는 지방 및 카제인의 제거 후에 pH 4.5 내지 5.0에서 한외여과시켜, 마이크로필터 막 또는 적층형 필터를 더럽히지 않고 미세여과될 수 있는 유장 생성물을 제공하는, 우유 또는 초유 유장의 미세여과 방법에 대해 보고되어 있다. 시알릴올리고사카라이드의 단리에 대해서는 보고된 바 없다.
미국 특허 제4,497,836호 (Marquardt 등)에는 미네랄이 풍부한 식용 치즈 유장을 한외여과시켜 단백질이 풍부한 미투과물과 락토스가 풍부한 투과물을 생성하는, 유아식용 조제분유로 사용하기 적합한 제품의 제조 방법에 대해 보고되어 있다. 락토스가 풍부한 투과물은 이후에 전기분해 등에 의해 부분적으로 미네랄을 제거하여 단백질이 풍부한 미투과물과 혼합한다. 이 방법에서, 미네랄 제거가 가능하다. 또한, 이 방법에서는 미투과물이 단백질 풍부 조성물이고, 투과물은 락토스 및 미네랄이 풍부하다. 시알릴올리고사카라이드가 풍부한 미투과물의 생성에 대해서는 개시되어 있지 않다.
미국 특허 제4,376,023호 (Venkatsubramanian 등)에는 고투과성 이온 교환 막과 저투과성 이온 교환 막이 교대로 위치한 막을 이용하여 덱스트로스를 선택적으로 제거함으로써 덱스트로스와 올리고사카라이드가 각각 풍부한 별개의 유출물 스트림을 얻는, 덱스트로스 및 올리고사카라이드를 포함하는 생성물 스트림이 전기 삼투 셀에서 분리되는 방법에 대해 보고되어 있다.
미국 특허 제4,081,326호 (Hall)에는 G4 및 저급 사카라이드를 함유하는 올리고사카라이드 조성물을 제빵용 효모 및 말타아제로 처리함으로써, 본질적으로는 G4 및 저급 사카라이드가 없는 올리고사카라이드 조성물을 얻는 방법에 대해 보고되어 있다.
미국 특허 제4,844,923호 (Herrmann)에는 우유 제품으로부터 산성 침전에 의해 혈청 단백질을 제거하는 방법에 대해 보고되어 있는데, 여기서 산 침전 전에 적어도 부분적으로 미네랄을 제거하면 공정의 효율이 매우 증가되는 것으로 밝혀졌다. 역삼투에 의한 시알릴올리고사카라이드의 수거에 대해서는 개시되어 있지 않다.
미국 특허 제4,042,576호 (Eustache)에는 단백질을 열처리에 의해 응집시킨 후에 상층액을 한외여과시키는, 유장으로부터 당단백질 및 시알산을 추출하는 방법에 대해 보고되어 있다. 한외여과 미투과물은 가수분해 처리되고, 그 후에 시알산이 가수분해 상층액으로부터 추출된다. 미투과물의 조성을 제어하기 위한 한외여과시의 pH 조정은 개시되어 있지 않다.
미국 특허 제5,714,075호 (Brian 등)에는 이온 교환 크로마토그래피에 의해 시알릴올리고사카라이드의 리튬염을 얻고, 이를 용매로 추출함으로써 시알릴올리고사카라이드를 얻는, 치즈 가공 폐기물 스트림의 가공에 대해 보고되어 있다.
여과 방법에 의해 시알릴올리고사카라이드를 단리할 때 나타나는 특정 순도 문제는 락토스로부터 분리하는 것이다. 분자의 크기가 유사하기 때문에, 락토스가 없는 경우에는 여과에 의해 폐기물 스트림으로부터 시알릴올리고사카라이드를 단리하는 것이 대체로 어렵다. 따라서, 유제품 스트림으로부터 고순도로 시알릴올리고사카라이드를 얻는 여과 방법은 환영받을 것이다.
본 발명은 시알릴올리고사카라이드를 분리하기 전에 락토스가 가수분해되도록 유제품 스트림을 처리하는, 시알릴올리고사카라이드 및 락토스를 함유하는 유제품 스트림의 가공 방법을 제공함으로써 이 문제를 해결한다.
<발명의 개요>
따라서, 본 발명의 한 목적은 유제품 스트림으로부터 시알릴올리고사카라이드를 가공하는 신규 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 시알릴올리고사카라이드의 분리 전에 락토스가 가수분해되도록 처리된 유제품 스트림으로부터 시알릴올리고사카라이드를 가공하는 신규 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은
i) 락토스 및 시알릴올리고사카라이드를 포함하는 유제품 스트림의 락토스를 가수분해시키는 단계, 및
ii) 시알릴올리고사카라이드를 분리하는 단계
를 포함하는, 시알릴올리고사카라이드 및 락토스를 포함하는 유제품 스트림으로부터 시알릴올리고사카라이드를 가공하는 방법에 의해 충족된다.
락토스가 글루코스와 갈락토스로 가수분해된 유제품 스트림으로 분리를 수행하였을 때, 시알릴올리고사카라이드의 순도가 향상될 수 있음을 발견하였다.
본 발명은 부분적으로, 락토스가 글루코스와 갈락토스로 가수분해된 폐기물 스트림으로 분리를 수행하는 경우에 시알릴올리고사카라이드가 보다 용이하게 분리된다는 발견을 토대로 완성된 것이다.
가수분해된 유제품 스트림의 여과는, 폐기물 스트림이 올리고사카라이드 및 락토스를 포함한다면 수행될 수 있다. 그러나, 대부분의 유제품 스트림은 올리고사카라이드 이외의 부가 성분, 예를 들어 단백질, 염류 및 지방을 함유하고 있고, 따라서 이들은 당업자에게 공지된 통상적인 방법에 의해 제거될 수 있다.
예를 들어, 유제품 스트림은 여과에 의해, 그리고 당업자에게 공지된 통상적인 방법에 의해 올리고사카라이드 분획으로 정제될 수 있다.
나노여과 막은 분자량 컷오프 (cut off)가 약 35,000인 역삼투 막일 것이며, 그 예로는 데잘 (Desal)사에서 제조한 G20이 있다.
나노여과는 10 내지 1,000 lbs/psi, 바람직하게는 50 내지 800 lbs/psi, 보다 바람직하게는 100 내지 400 lbs/psi의 양압에서 수행된다.
나노여과의 온도는 특별히 한정되지는 않지만, 대체로 10℃ 내지 약 40℃에서 수행될 수 있다. 낮은 pH 및 높은 온도에서는 시알릴올리고사카라이드가 분해되기 시작할 것이다.
나노여과 막의 크기 (표면적)는 처리될 유제품 스트림의 부피, 나노여과될 용액 중의 물질 농도, 및 원하는 처리량에 따라 당업자에 의해 적당하게 선택될 수 있다.
올리고사카라이드 함유 분획을 얻은 후, 시알릴올리고사카라이드는 락토스의 가수분해 및 분리에 의해 더 정제될 수 있다.
가공될 폐기물 스트림의 락토스를 가수분해시키는 데 사용되는 방법은 특별히 한정되지는 않는다. 락토스의 글루코스-갈락토스 결합을 선택적으로 분해하는 가수분해 효소로 처리하는 것이 바람직하다. 가수분해 처리의 이용은, 시알릴올리고사카라이드 성분을 거의 가수분해시키지 않으면서 락토스를 모노사카라이드인 글루코스와 갈락토스로 가수분해하는 데 충분하다.
본 발명에 있어서, 시알릴올리고사카라이드에는 3' 시알릴락토스, 6' 시알릴락토스, 6' 시알릴락토사민, 3' 시알릴락토사민 및 디시알로락토스가 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다.
바람직하게는, 락토스의 가수분해율 대 시알릴올리고사카라이드의 가수분해율의 비율이 10:1을 초과, 보다 바람직하게는 15:1을 초과, 보다 더 바람직하게는 20:1을 초과, 보다 더 바람직하게는 500:1을 초과, 보다 더 바람직하게는 50,000:1을 초과하도록 가수분해를 수행한다.
한 실시양태에서, 가수분해는 효소, 구체적으로는 β-갈락토시다제 효소에 의해 촉매된다. 적합한 β-갈락토시다제 효소는 과도한 실험없이 당업자에게 공지된 통상적인 방법으로 얻을 수 있다. 바람직한 실시양태에서, β-갈락토시다제는 아스퍼질러스 (Aspergillus)의 발효에 의해 제조된다. 적합한 효소는 뉴욕의 엔자임 디벨롭먼트 코포레이션 (Enzyme Development corp)에서 얻을 수 있다. 또한, 적합한 효소는 존슨 앤드 존슨 (Johnson and Johnson)의 맥네일 컨슈머 프로덕츠 디비전 (McNeil Consumer products division)의 락타이드 (등록상표, Lactide)로서 입수할 수 있다.
통상적으로, 효소에 의한 가수분해는 물과 같은 수성 매질에서 수행되며, 이 매질에는 당업자에게 공지된 부가 성분이 더 포함될 수도 있다.
유제품 스트림의 pH는 시알릴올리고사카라이드에 대한 락토스의 가수분해율 차이를 최대화시키도록 당업자에게 공지된 편리한 방법에 의해 조정할 수 있다. 예를 들어, 3 내지 8, 바람직하게는 4 내지 7, 보다 바람직하게는 약 5.5의 pH를 선택할 수 있다. 목적한 pH의 범위는 HCl, H2SO4, HOAc, 옥살산, 시트르산 및 락트산과 같은 양성자성 산을 첨가함으로써 얻을 수 있다.
또한, 필요한 경우에는 NaOH, NaHCO3, 암모니아와 같은 적합한 염기를 첨가하여 pH를 조정할 수도 있다.
pH가 글루코스-갈락토스 결합의 절단에 대해 최적 활성을 나타내도록 하기 위해, 반응 매질을 완충시킬 수 있다. 적합한 완충액은 당업자에 의해 선택될 수 있다. 그러나, 반응 매질의 이온 강도를 최소화시킨다는 관점에서 고용적의 완충액을 선택한다.
유장은 통상적으로 락토스를 이용하여 락트산을 생성하는 박테리아의 작용으로 인해 산성을 띠기 때문에 적합한 가수분해 매질이다.
유제품 스트림의 가수분해를 위해 사용되는 효소의 양은 특별히 한정되지 않고, 주어진 활성의 해당 효소에 대해 비용 및 시간이 효율적인 가수분해를 얻을 수 있도록 선택할 수 있다. 4,500 활성 단위의 β-갈락토시다제가 0.45 g의 락토스를 함유하는 용액의 99％가 넘는 양을 약 1시간에 가수분해시키는 데 효과적이며, 여기서 활성 단위는 1분에 1 μM (342 g)의 락토스를 가수분해시키는 단위이다. 허용가능한 가수분해율은 0.45 g의 락토스에 작용하는 단지 40 활성 단위로 관찰된다.
반응 온도는 특별히 한정되지 않고, 비용 및 시간이 효율적인 가수분해를 얻을 수 있도록 선택하며, 통상적으로 10 내지 55℃, 바람직하게는 20 내지 40℃, 보다 바람직하게는 25 내지 38℃, 보다 더 바람직하게는 약 37℃이다. 온도 범위의 상한에서 선택성의 손실이 관찰되지는 않지만, 높은 온도 및 낮은 pH (pH 약 2)의 조합은 시알릴올리고사카라이드 및 β-갈락토시아제 효소의 분해를 초래할 수 있다.
유제품 스트림의 락토스 성분을 가수분해시킨 후, 가수분해된 물질을 시알릴올리고사카라이드 함유 분획 및 글루코스/갈락토스 함유 분획으로 분리할 수 있다.
가수분해된 유제품 스트림으로부터 시알릴올리고사카라이드 성분의 분리는 당업자에게 공지된 통상적인 방법에 의해, 예를 들어 여과 (나노여과 및 한외여과, 결정화 및 크로마토그래피)에 의해 수행될 수 있다.
분리는, 분자량 및(또는) 전하를 기초로 분리하는, 막을 통한 나노여과에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 적합한 막은 나선형으로 감긴 데잘 GK 시이트 막, 세라믹, 폴리에테르 술폰, 폴리비닐 디플루오라이드 및 재생 셀룰로스이다. 시알릴올리고사카라이드에 대해 글루코스 및 갈락토스를 선택함에 있어서, 일반적인 조 건하에서의 통상적인 막 선택성은 50:1을 초과, 바람직하게는 75:1을 초과, 보다 바람직하게는 100:1을 초과, 보다 더 바람직하게는 500:1을 초과한다.
나노여과 조건은 허용가능한 속도로 허용가능한 수준의 분리를 달성하도록 당업자에 의해 선택될 수 있다. 압력 (통상적으로 10 내지 1,000 psig, 바람직하게는 200 내지 300 psig), 온도 (통상적으로 10 내지 60℃, 바람직하게는 25 내지 38℃) 및 유속은, 허용 가능한 수준의 분리를 달성하기에 충분하도록 조정해야 한다. pH는 특별히 한정되지 않지만, 3 미만의 pH에서는 시알릴락토스가 대체로 막을 통과해 버린다.
바람직한 실시양태에서, 결과의 시알릴올리고사카라이드 함유 성분은 시알릴올리고사카라이드 대 락토스의 비율이 50:1을 초과, 바람직하게는 75:1을 초과, 보다 바람직하게는 100:1을 초과, 보다 더 바람직하게는 500:1을 초과하여 가수분해 전의 올리고사카라이드 성분에 비해 시알릴올리고사카라이드가 풍부하다.
나노여과 후의 미투과물은 잔류하는 락토스의 함량이 5 중량％ 이하, 바람직하게는 3 중량％ 이하, 보다 바람직하게는 1 중량％ 이하, 보다 더 바람직하게는 0.5 중량％ 이하이다.
나노여과 후의 미투과물은 잔류하는 글루코스와 갈락토스의 합한 함량이 5 중량％ 이하, 바람직하게는 3 중량％ 이하, 보다 바람직하게는 1 중량％ 이하, 보다 더 바람직하게는 0.5 중량％ 이하이다.
본 발명에 따라 가공되는 유제품 스트림은 치즈 제조 공정시 생성되는 임의의 폐기물 스트림으로부터 얻을 수 있다. 예를 들어, 산 유장은 탈지우유가 응집 되어 희고 연한 치즈 (cottage cheese)를 생성할 때 고형물을 분리시킴으로써 생성된다. 산 유장은 락트산 함량이 높다는 특징이 있다. 치즈를 전유(全乳)로부터 제조할 때, 남는 액체는 스위트 (sweet) 유장인데, 이 스위트 유장은 증발에 의해 더 가공되어 건조 유장 분말을 생성할 수 있다. 스위트 유장은 또한 건조, 미네랄 제거 및 증발에 의해 미네랄이 제거된 유장 투과물을 생성할 수 있다. 또한, 스위트 유장은 한외여과에 의해 유장 투과물 및 유장 투과물 농축액을 생성할 수 있다. 유장 투과물은 락토스의 결정화에 의해 더 가공되어 락토스 및 모액을 생성할 수 있다. 유장 투과물로부터의 락토스 결정화에 의해 생성된 모액은 당업계에 "델락 (Delac)"으로 공지되어 있다. 적합한 유제품 스트림에는 초유, 우유, 분유, 전유장, 미네랄이 제거된 유장 투과물, 미네랄이 제거된 유장 투과물로부터의 재생 스트림, 유장 투과물, 결정화된 락토스, 분무 건조된 락토스, 유장 분말, 식용 락토스, 락토스, 정제 락토스 및 미국 약전 (USP) 락토스가 포함된다. 바람직하게는 락토스의 결정화에 의해 생성된 수성 모액 물질 (즉, 델락)이 사용된다.
시알릴올리고사카라이드 분획의 제거 전에, 시알릴올리고사카라이드의 함량을 증진시키기 위해 유제품 스트림을 가공할 수 있다. 예를 들어, 여전히 단백질 분획을 함유하는 유제품 스트림은 트랜스시알리다제 효소로 처리하여 시알릴화 단백질로부터 시알산기를 락토스에 전달함으로써 시알릴올리고사카라이드의 농도를 증가시킬 수 있다. 적합한 트랜스시알리다제 효소는 트리파노솜 (Trypanosome)으로부터 입수할 수 있다. 적합한 반응 조건은 25 내지 40℃, 바람직하게는 약 37℃의 온도, 500 u/L의 효소 농도, 5 내지 10 중량％, 바람직하게는 약 7 중량％의 용 질 농도, 및 4 내지 11, 바람직하게는 약 6의 pH이다.
유동성 치즈 유장은 통상적으로 건조되어, 비흡습성이고 고분산성인 분말을 생성한다. 신선한 유동성 유장은 슬러지 제거형 정화기를 통과함으로써 정화된다. 유장을 분리하여 지방을 제거한 후, 이중 또는 삼중 효과의 증발기에서 약 62 중량％의 고형물 함량으로 농축시킨다. 이 고형물은 실온에서 분리에 의해 수거하거나, 또는 보다 바람직하게는 농축된 유장을 냉각시킨 후에 고형물을 수거한다.
가공될 유장 스트림이 유장을 건조시켜 얻은 고형물인 경우, 이 고형물을 우선 물에 용해시키는데, 물 1 L당 바람직하게는 약 1 내지 620 g, 보다 바람직하게는 50 내지 200 g, 보다 더 바람직하게는 약 100 g의 고형물을 용해시킨다. 치즈 유장을 건조시켜 얻은 고형물의 용해는 실온에서 수행되거나, 또는 용해 과정을 가속화시키고 용해되는 고형물의 양을 증가시키기 위해 승온에서 수행될 수 있다. 바람직하게는 20 내지 80℃의 온도가 적합하다.
당업자에게 공지된 임의의 기술이 (+)로 대전된 물질을 제거하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 유장 단백질이 흡수되도록 하는 적합한 기술로는 문헌 [J.N. DeWitt et al, Neth. Milk Dairy J., 40:41-56 (1986)] 및 [J.S. Ayers et al, New Zealand J. Dairy Sci. & Tech., 21:21-35 (1986)]에 기재된 바와 같이 양이온 교환 수지와 접촉시키는 것, 또한 일본 특허 공개 제52-151200호 및 제63-39545호, 및 일본 특허 제2-104246호 및 2-138295호에 기재된 방법들이 있다.
적합한 양이온 교환 수지는 당업자에게 공지된 통상적인 기술에 의해 제조할 수 있다. 예를 들어, 적합한 양이온 교환 수지는 중합가능한 일관능성 및 다관능 성 단량체의 혼합물로부터 라디칼 에멀전 중합 기술에 의해 제조한 후, 양성자화된 형태로 존재하는 카르복실산기 또는 술폰산기와 같은 산성기로 관능화시킬 수 있다.
양이온 교환 수지에서의 가교결합도는 양이온 교환 컬럼의 작동 조건에 따라 선택할 수 있다. 가교결합도가 높은 수지는 내구성 및 고도의 기계적 일체성이라는 장점을 제공하지만, 다공성이 감소되고 물질 이동이 저하되는 단점이 있다. 가교결합도가 낮은 수지는 더 약하고 이동상의 흡수에 의해 팽윤되는 경향이 있다. 적합한 수지는 2 내지 12％의 가교결합도, 바람직하게는 8％의 가교결합도를 갖는 것이다.
양이온 교환 수지의 입도는 (+)로 대전된 물질을 여전히 효과적으로 제거하면서 유제품 스트림의 효율적인 유동을 허용하도록 선택한다. 30×18 cm 컬럼에 대해 적합한 입도는 100 내지 200 메쉬이다.
적합한 양이온 교환 수지에는 CM-세파덱스 (Sephadex), SP-세파덱스, CM-세파로스 (Sepharose), S-세파로스, CM-셀룰로스, 셀룰로스 포스페이트, 술폭시에틸-셀룰로스, 앰벌라이트, 다우엑스-50W, 다우엑스 HCR-S, 다우엑스 마크로포러스 수지 (Dowex Macroporous Resin), 듀올릿 (Duolit) C433, SP 트리스아크릴 플러스-M, SP 트리스아크릴 플러스-LS, 옥시셀룰로스, AG 50W-X2, AG50W-X4, AG50W-X8, AG50W-X12, AG50W-X16, AG MP-50 수지, 바이오-렉스 (Bio-Rex) 70이 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다. 보다 바람직하게는, 적합한 수지는 다우엑스 (상표명, DOWEX) 50x8 (다우 케미칼 (Dow Chemical)에서 시판하는 폴리스티렌 가교결합 수지 에 연결된 방향족 술폰산) 및 앰벌리스트 (상표명, AMBERLYST)-15, 앰벌라이트 (상표명, AMBERLITE) IR-120 및 앰벌라이트 (상표명)-200 산성 수지이다.
유제품 스트림은, 유장 단백질 및 (+)로 대전된 다른 물질이 양이온 교환 수지에 흡수되도록 하는 임의의 적합한 방식으로 양이온 교환 수지와 접촉할 수 있다. 바람직하게는, 양이온 교환 수지를 컬럼에 로딩하고, 유제품 스트림을 이 컬럼에 통과시켜 유장 단백질을 제거한다. 일정량의 양이온 교환 수지를 (+)로 대전된 물질의 제거를 위해 선택하는데, 그 양은 처리될 유제품 스트림에 따라 현저히 달라질 것이다. 통상적으로, 폐기물 스트림이 유장 투과물인 경우에는 양이온 교환 수지에 대한 유제품 스트림의 로딩율이 5:1 내지 20:1, 바람직하게는 8:1 내지 15:1, 보다 바람직하게는 9:1 내지 12:1 (부피/부피)이다.
접촉이 컬럼에서 이루어지는 경우, 유제품 스트림은 바람직하게는 1 내지 70 cm/분, 보다 바람직하게는 2 내지 15 cm/분, 보다 더 바람직하게는 4.6 cm/분의 속도로 통과한다. 적합한 압력은 원하는 유속을 얻을 수 있도록 선택한다. 통상적으로, 1 내지 100 psig의 압력이 선택된다. 또한, 적합한 유속은 컬럼의 용출 말단에 음압을 가하여 용출액을 수거함으로써 얻을 수 있다. 양압과 음압의 조합도 이용할 수도 있다.
유제품 스트림을 양이온 교환 수지와 접촉시키는 데 사용되는 온도는, 그 온도가 폐기물 스트림의 성분을 분해할 정도로 지나치게 높지 않다면 특별히 제한받지 않는다. 일반적으로, 17 내지 25℃의 주변 실온이 사용된다.
별법으로, (+)로 대전된 물질은 전기영동, 한외여과, 역삼투 또는 염 침전과 같은 기술에 의해 제거될 수 있다.
3' 시알릴락토스, 6' 시알릴락토스 및 6' 시알릴락토사민과 같은 시알릴올리고사카라이드는 박테리아 접착 방지제, 감염 방지제, 및 유아용 조제분유를 위한 첨가제로서 유용하다. 시알산 함유 조성물의 유용성은 미국 특허 제5,270,462호에 보고된 바 있다. 또한, 시알릴락토스는 관절염의 치료법에 유용한 것으로 보고되었다 (미국 특허 제5,163,374호). 3'-시알릴락토스는 헬리코박터 파일로리 (Helicobacter pylori)에 의해 유발되는 위궤양의 예방 및 치료에 사용될 수 있다.
역삼투는 바람직하게는 300 내지 1,600 psi, 보다 바람직하게는 400 내지 600 psi, 보다 더 바람직하게는 450 psi의 압력에서 수행된다.
역삼투에 의해 염을 제거한 후, 결과의 물질을 농축하여 3'-시알릴락토스 및 6'-시알릴락토스와 같은 시알릴올리고사카라이드를 함유하는 고형물을 제공할 수 있는데, 이는 물과 유기 용매의 혼합물로부터 재결정화될 수 있다.
바람직하게는, 침전 용매는 에탄올, 아세톤, 메탄올, 이소프로판올, 디에틸 에테르, t-부틸 메틸 에테르, 에틸 아세테이트, 헥산, 테트라히드로푸란 및 물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
또한, 3' 시알릴락토스, 6' 시알릴락토스 및 6' 시알릴락토사민을 포함하는 시알릴올리고사카라이드의 혼합물을 함유하는 음이온 교환 컬럼으로부터의 용출액에서는, pH 4 내지 6에서 아세트산 나트륨, 아세트산 암모늄 또는 리튬염 (예를 들어, 아세트산 리튬, 과염소산 리튬, 염화 리튬 및 브롬화 리튬) 등의 적합한 염의 완충액을 용출액으로 사용하는 다우엑스 1x2 음이온 교환 수지 컬럼 크로마토그래 피에 의해 그 안에 함유된 시알릴올리고사카라이드를 분리할 수 있다. 아세트산 리튬 용액이 바람직하다.
적합한 음이온 교환 수지는 상기 설명한 바와 같이 당업자에게 공지된 통상적인 기술에 의해 제조할 수 있다.
음이온 교환 수지에서의 가교결합도는 음이온 교환 컬럼의 작동 조건에 따라 선택할 수 있다. 적합한 수지는 2 내지 12％의 가교결합도, 바람직하게는 2％의 가교결합도를 갖는 것이다.
음이온 교환 수지의 입도는 (-)로 대전된 물질을 크로마토그래피에 의해 여전히 효과적으로 분리하면서 유제품 스트림의 효율적인 유동을 허용하도록 선택한다. 20×100 cm 컬럼에 대해 적합한 입도는 200 내지 400 메쉬이다.
적합한 음이온 교환 수지에는 DEAE 세파덱스, QAE 세파덱스, DEAE 세파로스, Q 세파로스, DEAE 세파클 (Sephacel), DEAE 셀룰로스, 엑테올라 (Ecteola) 셀룰로스, PEI 셀룰로스, QAE 셀룰로스, 앰벌라이트, 다우엑스 1-X2, 다우엑스 1-X4, 다우엑스 1-X8, 다우엑스 2-X8, 다우엑스 마크로포러스 수지, 다우엑스 WGR-2, DEAE 트리스아크릴 플러스-M, DEAE 트리스아크릴 플러스-LS, 앰벌라이트 LA-2, AG 1-X2, AG 1-X4, AG 1-X8, AG 2-X8, AG MP-1 수지, AG 4-X4, AG 3-X4, 바이오-렉스 5 및 앨리콰트 (ALIQUAT)-336 (헨켈 코포레이션 (Henkel Corp.)에서 시판하는 트리카프릴릴메틸암모늄 클로라이드)이 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다. 바람직한 수지는 다우엑스 1x2 (다우 케미칼에서 시판하는 폴리스티렌 가교결합 수지에 연결된 트리-메틸벤질 암모늄) 및 앰벌리스트 및 앰벌라이트 염기성 수지이다.
분리하고자 하는 시알릴올리고사카라이드의 혼합물은 음이온 교환 수지 상에서 컬럼 크로마토그래피를 적용한다. 음이온 교환 수지의 양은 상이한 시알릴올리고사카라이드를 분리할 수 있도록 선택한다. 통상적으로, 음이온 교환 수지에 대한 시알릴올리고사카라이드의 로딩율은, 0 내지 10 mM 염의 로딩 농도에서 수지 1 L당 물질 0.1 내지 5 g, 바람직하게는 0.2 내지 4 g, 보다 바람직하게는 1 g이다. 크로마토그래피는 1 내지 20 cm/시, 바람직하게는 4.6 cm/시의 표면 속도로 수행한다. 적합한 압력은 원하는 유속을 얻을 수 있도록 선택한다. 통상적으로, 0 내지 22 psig의 압력이 선택된다. 또한, 적합한 유속은 컬럼의 용출 말단에 음압을 가하여 용출액을 수거함으로써 얻을 수 있다. 양압과 음압의 조합도 이용할 수도 있다.
유제품 스트림을 음이온 교환 수지와 접촉시키는 데에는, 그 온도가 시알릴올리고사카라이드의 성분을 분해할 정도로 지나치게 높지 않다면 어떤 온도라도 무방하다. 일반적으로, 17 내지 25℃의 주변 실온이 사용된다.
완충 용출액이 리튬염인 경우, 개개의 시알릴올리고사카라이드는 용출액을 농축하여 고형물을 형성하고 그 리튬염을 유기 용매로 세척 제거함으로써 단리할 수 있다. 리튬염 용출액으로부터 시알릴올리고사카라이드의 리튬염을 단리하는 것은 앞서 설명한 바와 같다.
시알릴올리고사카라이드의 나트륨염은 당업자에게 공지된 통상적인 이온 교환 기술에 의해 얻을 수 있다.
완충 용출액이 리튬염이 아닌 경우, 개개의 시알릴올리고사카라이드는 역삼 투 기술에 의해 단리할 수 있다.
또한, 본 발명은
i) 락토스 및 시알릴올리고사카라이드를 포함하는 유제품 스트림의 락토스 성분을 가수분해시키는 단계,
ii) 시알릴올리고사카라이드 성분을 단리하는 단계, 및
iii) 상기 시알릴올리고사카라이드 성분을 조성물에 첨가하는 단계
를 포함하는, 시알릴올리고사카라이드 함유 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 시알릴올리고사카라이드 함유 조성물은 시알릴올리고사카라이드를 함유하는 임의의 비-자연발생적 조성물이다. 본 발명의 방법에 있어서, 시알릴올리고사카라이드 성분은 조성물에 첨가될 수 있고, 부가 성분이 시알릴올리고사카라이드 성분에 첨가되어 최종 조성물을 형성할 수 있다.
제조 가능한 시알릴올리고사카라이드 함유 조성물의 비제한적인 예로는 유아용 조제분유, 화장용 조성물, 제약 조성물 및 식료품이 포함된다. 시알릴올리고사카라이드는 인간의 모유에서 발견되며, 유아용 조제분유에 시알릴올리고사카라이드를 혼입시키면 인간의 모유와 보다 유사한 조성의 유아용 조제분유를 얻을 수 있다. 시알릴올리고사카라이드를 피부에 국소 투여하는 것은 여러가지 잇점이 있기 때문에, 시알릴올리고사카라이드를 함유하는 화장용 조성물은 바람직하다. 시알릴올리고사카라이드는 관절염의 치료 방법, 및 헬리코박터 파일로리에 의해 유발되는 위궤양의 치료 및 예방에 유용한 것으로 보고되었기 때문에, 시알릴올리고사카라이드를 함유하는 제약 조성물의 제조는 유용하다. 시알릴올리고사카라이드의 소비는 신경 세포의 건강에 유익할 수 있기 때문에, 시알릴올리고사카라이드를 포함하는 식료품은 유용할 것이다.
또한, 본 발명은
i) 시알릴올리고사카라이드,
ii) 글루코스, 및
iii) 갈락토스
를 포함하며, 글루코스 및 갈락토스가 0.9:1 내지 1.1:1, 바람직하게는 0.95:1 내지 1.05:1의 비율로 존재하는 조성물에 관한 것이다.
락토스의 가수분해 결과, 시알릴올리고사카라이드와 글루코스 및 갈락토스를 함유하는 유제품 스트림 성분이 생성되는데, 여기서 글루코스 및 갈락토스는 거의 1:1의 비율로 존재하며, 통상적으로 0.95:1 내지 1.05:1의 비율로 존재한다. 이와 같은 조성물은 β-갈락토시다제 효소 및(또는) 락토스를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 유제품 스트림의 락토스 성분을 가수분해시킴으로써 글루코스 및 갈락토스를 제조하는 방법에 관한 것이다. 유제품 스트림의 락토스 성분 가수분해에 대해 상기 기재된 조건을 이용한 후에 시알릴올리고사카라이드 성분을 단리함으로써, 유제품 스트림으로부터 글루코스 및 갈락토스를 제조하는 방법이 설명되어 있다. 가수분해된 유제품 스트림으로부터의 글루코스 및 갈락토스의 단리는, 상기 기재된 나노여과 기술과 같은 여과에 의해 수행될 수 있다. 글루코스 및 갈락토스를 제조하는 방법은 시알릴올리고사카라이드 성분을 단리하는 단계를 더 포함할 수 있고, 그 결과 글루코스 및 갈락토스를 포함하는 생성물 스트림과 시알릴 올리고사카라이드를 포함하는 생성물 스트림을 얻을 수 있다. 글루코스 및 갈락토스를 제조하는 방법은 당업자에게 공지된 통상적인 방법에 의해 갈락토스로부터 글루코스를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있고, 그 결과 글루코스를 포함하는 생성물 스트림과 갈락토스를 포함하는 생성물 스트림을 얻을 수 있다. 본 발명에 있어서, 글루코스를 포함하는 생성물 스트림, 갈락토스를 포함하는 생성물 스트림, 글루코스 및 갈락토스를 포함하는 생성물 스트림, 및 시알릴올리고사카라이드를 포함하는 생성물 스트림은 언급한 성분을 60 중량％ 이상, 바람직하게는 75 중량％ 이상, 보다 바람직하게는 90 중량％ 이상, 보다 더 바람직하게는 95 중량％ 이상 포함할 것이며, 여기서 중량％는 생성물 스트림의 고형물 함량 기준이다.
본 발명의 다른 특징은 하기 예시적 실시양태의 설명에 의해 명백해질 것이며, 이는 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아니라 본 발명을 예시하기 위해 제시된 것이다.
<실시예 1>
4,500 단위의 β-갈락토시다제를 pH 5.5 및 37℃의 수성 매질 중에서, 약 0.45 g의 락토스 및 0.1 g의 3' 시알릴락토스를 함유하는 한외여과된 유장 투과물에 첨가하였다. 60분 후, 유장 투과물의 조성을 BioRad HPX-87H 컬럼 상의 HPLC에 의해 분석함으로써 측정했는데, 이는 99％를 초과하는 원래 3' 시알릴락토스 함량에서 원래 락토스 함량의 1％ 미만을 함유하였다.
<실시예 2>
실시예 1의 가수분해된 유장 투과물로부터 글루코스와 갈락토스를 분리하는 것은 200 내지 300 psig의 압력에서 나노여과에 의해 수행하였다. 고형물 제거의 효과는 하기에 상세히 기재하였다.
존재하는 고형물 80％ 고형물 제거를 위한 투석여과의 수 고형물의 평균 제거율 3' 시알릴락토스의 평균 제거율
글루코스, 갈락토스 3-5 65-72％ <0.1％

<실시예 3>
비교 목적으로, 약 0.45 g의 락토스 및 0.1 g의 3' 시알릴락토스를 함유하는 유장 투과물을, 데잘 GK 막을 이용하여 200 내지 300 psig의 압력으로 나노여과시켰다. 유장 투과물은 β-갈락토시다제 효소 처리에 의한 가수분해를 수행하지 않았다. 고형물의 제거 효과는 하기에 상세히 기재하였다.
존재하는 고형물 80％ 고형물 제거를 위한 투석여과의 수 고형물의 평균 제거율 3' 시알릴락토스의 평균 제거율
락토스 >7 25-40％ <0.1％

* * * * * * * * *
상기 교시사항에 기초하여 본 발명의 다양한 변화 및 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서, 본 발명은 하기 첨부된 청구항의 범위 내로 이해해야 하며, 또한 본 발명은 본원에 구체적으로 설명된 것과는 다르게 수행될 수 있다.

Claims (19)

  1. i) 락토스 및 시알릴올리고사카라이드를 포함하는 유제품 스트림의 락토스 성분을 가수분해시키는 단계, 및
    ii) 시알릴올리고사카라이드 성분을 단리하는 단계
    를 포함하는 유제품 스트림의 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서, 가수분해가 β-갈락토시다제 효소로 수행되는 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 락토스 가수분해율 대 시알릴올리고사카라이드 가수분해율의 비율이 10:1인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 시알릴올리고사카라이드 성분이 막 여과에 의해 단리되는 것인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 막 여과가 나노여과인 방법.
  6. 제4항에 있어서, 나노여과가 데잘 (Desal) Gk 막을 이용하여 수행되는 것인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 시알릴올리고사카라이드 성분과 함께 단리된 락토스의 함량이 5 중량％ 이하인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 시알릴올리고사카라이드 성분과 함께 단리된 글루코스 및 갈락토스의 함량이 5 중량％ 이하인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 시알릴올리고사카라이드 성분이 3' 시알릴락토스, 6' 시알릴락토스, 6' 시알릴락토사민, 3' 시알릴락토사민, 디시알로락토스 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 시알릴올리고사카라이드를 포함하는 것인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 락토스의 가수분해 결과 글루코스 및 갈락토스가 생성되며, 상기 글루코스 및 상기 갈락토스를 단리하는 단계를 더 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 갈락토스로부터 글루코스를 분리하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. i) 락토스 및 시알릴올리고사카라이드를 포함하는 유제품 스트림의 락토스 성분을 가수분해시키는 단계,
    ii) 시알릴올리고사카라이드 성분을 단리하는 단계, 및
    iii) 상기 시알릴올리고사카라이드 성분을 유아용 조제분유에 첨가하는 단계
    를 포함하는, 시알릴올리고사카라이드 함유 유아용 조제분유의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. i) 락토스 및 시알릴올리고사카라이드를 포함하는 유제품 스트림의 락토스 성분을 가수분해시켜 글루코스 및 갈락토스를 생성하는 단계, 및
    ii) 글루코스 및 갈락토스를 단리하는 단계
    를 포함하는, 글루코스 및 갈락토스의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 갈락토스로부터 글루코스를 분리하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. i) 락토스 및 시알릴올리고사카라이드를 포함하는 유제품 스트림의 락토스 성분을 가수분해시키는 단계,
    ii) 시알릴올리고사카라이드 성분을 단리하는 단계, 및
    iii) 상기 시알릴올리고사카라이드 성분을 화장용 조성물에 첨가하는 단계
    를 포함하는, 시알릴올리고사카라이드 함유 화장용 조성물의 제조 방법.
  18. i) 락토스 및 시알릴올리고사카라이드를 포함하는 유제품 스트림의 락토스 성분을 가수분해시키는 단계,
    ii) 시알릴올리고사카라이드 성분을 단리하는 단계, 및
    iii) 상기 시알릴올리고사카라이드 성분을 제약 조성물에 첨가하는 단계
    를 포함하는, 시알릴올리고사카라이드 함유 제약 조성물의 제조 방법.
  19. i) 락토스 및 시알릴올리고사카라이드를 포함하는 유제품 스트림의 락토스 성분을 가수분해시키는 단계,
    ii) 시알릴올리고사카라이드 성분을 단리하는 단계, 및
    iii) 상기 시알릴올리고사카라이드 성분을 식료품에 첨가하는 단계
    를 포함하는, 시알릴올리고사카라이드 함유 식료품의 제조 방법.
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