KR101677773B1 - 세포내 유용물질의 선택적 추출 분리를 위해 분무와 감압의 공정조합에 의한 식물 또는 동물 출발물질의 세포용해 - Google Patents

세포내 유용물질의 선택적 추출 분리를 위해 분무와 감압의 공정조합에 의한 식물 또는 동물 출발물질의 세포용해 Download PDF

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Abstract

후속단계로서 세포 유용물질의 선택적 추출 분리와 가압, 분무 및 감압의 공정조합에 의해 생원성 현탁 원료의 세포를 파쇄하기 위한 방법으로서, 적어도 하나 이상의 저장실이 생원성 원료로 구성된 현탁액의 저장실로서 제공하고 적어도 하나 이상의 또 다른 저장실이 용매의 저장실로서 활용되며, 세포 추출물을 하나의 세포 파쇄장치에서 생산하는 단계, 상기 세포 추출물을 가스에 의해 추출단계로 유입시키는 단계 및 세포 유용물질을 동반한 상기 가스를 분리단계에서 압력 감소에 의해 상기 세포 유용물질로부터 분리하는 단계를 포함하며,
ㆍ 상기 생원성 원료로 구성된 현탁액을 증압장치에 의해 100-2500 bar로 가압하고,
ㆍ 상기 용매를 증압장치에 의해 100-2500 bar로 가압하며,
ㆍ 상기 용매와 현탁액을 함께 압력이 100-2500 bar인 하나의 관에서 혼합하여 혼합용액을 제조하고,
ㆍ 상기 혼합용액을 100 내지 2500 bar의 압력과 10 내지 90℃의 온도에서 적어도 하나 이상의 분사구를 통해 상대적으로 저압인 소실로 분무시키는 방법이 제공된다.

Description

세포내 유용물질의 선택적 추출 분리를 위해 분무와 감압의 공정조합에 의한 식물 또는 동물 출발물질의 세포용해{CELL LYSIS OF PLANT OR ANIMAL STARTING MATERIALS BY A COMBINATION OF A SPRAY METHOD AND DECOMPRESSION FOR THE SELECTIVE EXTRACTION AND SEPARATION OF VALUABLE INTRACELLULAR MATERIALS}
본 발명은 후속단계에서 식물 또는 동물 원료의 세포 안에 함유된 구성성분을 선택적으로 추출 분리하기 위해 분무공정을 세포의 감압공정과 조합하여 상기 식물 또는 동물 원료의 세포를 파쇄하기 위한 방법에 관한 것이다.
이와 관련하여 알려진 기계적 세포파쇄법에는 대부분의 경우 고압에서 회전 칼날을 이용하여 실시하는 균질화 방법, 교반밀에서 파쇄하는 방법, 좁은 구멍을 통해 시료를 고압 압착하는 방법 또는 초음파 균질기를 적용하는 방법이 있다.
이들 기계적 방법의 단점은 마찰에 의해 세포에 작용되는 전단력으로, 이 전단력을 극복하기 위해 고속으로 시도하는 경우 열이 생성되며 결과적으로 고온이 발생한다. 발생된 고온은 방출되는 세포 추출물의 구성성분에 대한 악영향을 수반한다.
보다 적합한 방법으로 제공되는 것은 세포의 물리적 감압이다. 헨리의 법칙(Henry's law)에 의하면, 가스압력이 높을수록 세포내 현탁 가스의 농도는 높아지므로 급격한 배압이 일어나 세포막은 파열하게 된다. 이러한 세포막 파열은 용존 가스가 충분히 빨리 빠져나올 수 없고 세포 내에서 기포로 점점 커져가는 형태로 발생되기 때문에 일어난다. 그 결과, 세포에 작용하는 기계적인 부하는 세포가 파열되고 세포 내용물이 방출될 때까지 증가하게 된다.
감압법의 주요 단점은 상대적으로 해체하기 쉬운 세포만을 효율적으로 파쇄시킬 수 있다는 점으로, 효소의 이용과 같은 비-기계적인 파쇄공정을 추가적으로 적용할 필요가 있다. 환언하면, 이러한 단점에 의해 감압법을 이용한 파쇄공정은 대규모로 적용하는데 있어 실익이 없다.
종래기술에 따르면, 추출은 초임계 유체를 이용하여 수행된다. 용어 "초임계 유체"는 순수 물질의 관련 상태도에서 정의되는 임계온도와 임계압력 이상의 기체 또는 액체를 의미한다. 초임계 유체를 이용하는 장점은 초임계 범위에서 난용성 물질의 용해도를 증가시킨다는데 있다. 더 나아가 압력 또는 온도 변화를 통해 용해도를 더 제어할 수 있다. 일례로서 WO 2008/05537 A1에 기재된 바와 같이 초임계 CO2를 이용한 차나무(tea plant)의 카페인 제거를 들 수 있다. 그러나 화학 산업과 식료품 산업에서의 다른 용도는 예를 들면 초임계 CO2 또는 초임계 프로판을 이용한 오일, 마늘, 생강, 후추 또는 칠리고추 분말의 추출과 같이 한편으로는 잘 정립된 방법 뿐이다.
공보 WO 2008/061716 A1은 추가적으로 압력을 증가시키지 않고 용해도를 더 증가시키기 위해 통상 적용되는 연행제(entraining agent)를 필요로 하지 않는 더욱 개선된 추출법을 기재하고 있다.
EP 0 941 140 B1호는 초임계 또는 거의 임계상태의 이산화탄소를 이용하여 발효 배지로부터 다양한 산물의 추출법을 기재하고 있다. 이 특허에 기재된 추출법은 수계 현탁액을 기재로 하고 있다. 물질의 세포파쇄와 추출을 동시에 수행한다는 내용은 없다. 초임계 또는 거의 임계상태의 용매가 상대적으로 양호한 수용해도를 갖는 이산화탄소이므로 함수량이 높은 추출물이 얻어질 것으로 예상된다. 더욱이, 선택된 추출온도가 상대적으로 높아 추출물질과 물의 다양한 가수분해반응이 발생할 수 있다.
US 5,306,637호는 효소 파쇄와 후속단계의 급격한 배압을 결합시켜 세포를 파열시키고 그 안에 함유된 유용물질을 효과적으로 방출시키는 세포파쇄 방법을 기재하고 있다. 그러나 적용된 압력이 너무 낮아 포화 기간이 연장되는 것을 감안해야 한다. 이 발명은 미생물 세포를 파쇄하고 단백질 또는 핵산과 같은 세포내 성분을 추출하기 위해 초임계 또는 거의 초임계 상태인 이산화탄소를 사용하고 경우에 따라 황산화물, 일산화질소, 과산화수소, 에탄올과 같은 연행제 또는 이들 연행제의 혼합물을 추가로 첨가한 이산화탄소를 사용한다. 단백질 또는 핵산은 사용 가스 내 이들 물질의 용해도에 의해 분리하는 것이 아니라 현탁액으로부터 이들 물질을 침전시킴으로써 분리한다. 여기서, 상기 가스 혼합물의 회수에 큰 문제점이 있어 기재된 공정은 산업적인 규모로 적용되지 않고 있다.
WO91/01367호는 가스 형태이고 임계온도가 0 내지 100℃인 용매를 먼저 선택하고 있다. 이 용매를 그의 임계압력에 근접하거나 훨씬 높은 압력과 임계온도에 근접한 온도로 만든다. 이후, 이 용매를 세포물질의 현탁액과 접촉시켜 소정 조건하에서 세포를 포화시킨다. 다음 단계에서, 압력을 낮추면 세포막이 부분적으로 파쇄되고 세포 성분이 방출된다. 이후, 파쇄된 세포물질을 제2보일러로 도입한다. 그러나 종래기술로부터 알 수 있듯이, 이러한 방법으로 용해되어 방출되는 단백질과 핵산은 초임계 또는 거의 임계상태의 용매에서는 용해도가 극히 낮다.
이로부터 종래 세포파쇄 방법의 지속적인 개선 노력에도 불구하고 세포 추출물 내에는 분리할 물질의 실질적인 잔류물이 여전히 남게 됨을 알 수 있다.
이에, 종래 공정을 개선시켜 초임계 용매 또는 용매로 세포 추출물로부터 원하는 난용성 세포내 유용물질의 수율과 순도를 가능한 한 최대로 달성할 필요성이 여전히 있으며, 이는 본 명세서에 기재되어 있는 발명에서 해결하고자 하는 과제이다.
이 과제는 후속단계로서 세포 유용물질의 선택적 추출 분리를 포함하여 가압, 분무 및 감압의 공정조합에 의한 생원성(biogenic) 현탁 원료의 세포를 파쇄하기 위한 방법에 의해 해결되는 바, 상기 방법에 의하면 생원성 원료로 구성된 현탁액의 저장실로서 제공되는 적어도 하나 이상의 저장실과 용매의 저장실로서 활용되는 적어도 하나 이상의 또 다른 저장실을 구비하고, 세포 추출물이 하나의 세포 파쇄장치에서 생산되며, 상기 세포 추출물이 가스에 의해 추출단계로 유입되며, 세포 유용물질을 동반한 상기 가스가 분리단계에서 압력 감소에 의해 세포 유용물질로부터 분리된다. 상기 생원성 원료의 현탁액은 증압장치에 의해 100 내지 2500 bar로 가압되고, 상기 용매 역시 증압장치에 의해 100 내지 2500 bar로 가압된 후; 상기 용매와 현탁액은 함께 압력이 100 내지 2500 bar인 하나의 관에서 혼합되어 혼합용액을 제조하고, 상기 혼합용액은 100 내지 2500 bar의 압력과 10 내지 90℃의 온도에서 적어도 하나 이상의 분사구를 통해 상대적으로 저압인 소실(cubicle)로 분무된다. 이 방법에 의해 생원성 현탁 원료의 세포파쇄와 세포 유용물질의 용해가 동시에 이뤄진다.
일반적으로, 생원성 현탁 원료와 용매로 구성된 혼합용액의 선택된 압력이 높을수록 세포파쇄가 개선된다. 설비비용과 공정 기술-관련 고려할 사항을 감안하면, 1300 내지 1600 bar의 압력 범위 내에서 혼합용액을 체류시키는 것이 가장 유리하다.
본 발명에 따른 방법의 일실시형태에서, 생원성 원료의 현탁액과 혼합되는 용매는 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부틸렌, 기타 포화 또는 불포화 탄화수소류, 이산화탄소, 아산화질소, 디메틸 에테르, 육불화황, R 134a, R125, R32, R141b, 프레온 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된다. 경우에 따라, 생원성 원료의 현탁액과 혼합되는 상기 용매는 탄화수소가 아닌 초임계 유체이다. 초임계 또는 거의 임계상태의 용매에는 물이 거의 용해되지 않는 것을 특징으로 한다.
경우에 따라, 생원성 원료로 구성된 상기 현탁액은 분무되기 전에 용매에 의해 포화 또는 과포화될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 유리한 일실시형태에서, 상기 생원성 원료는 세정, 여과, 분쇄, 연마 또는 선별법에 의해 전처리된다.
가압, 분무 및 감압에 의해 생원성 현탁 원료를 세포파쇄하기 위한 본 발명의 방법을 구성할 수 있는 또 다른 형태는 다른 파쇄방법과의 조합과 관련이 있다. 이에 따라 조합될 수 있는 파쇄방법은 고압 균질기, 볼밀, 초음파 균질기, 프렌치 프레스(French press) 및 충격 파열 장치에 의한 세포파쇄법을 포함하는 일군의 기계적 공정으로부터 선택된다. 대안으로, 이들 파쇄공정은 항생제, 킬레이트 형성제, 카오트로픽제(chaotropic agent), 세제 및 알칼리 처리에 의한 세포파쇄법을 포함하는 일군의 화학적 방법으로부터 선택된다. 이들 파쇄방법에 의해 세포벽은 투과(permeabilization) 또는 비누화(saponification)된다. 나아가 본 발명의 방법은 효소, 파아지(phage), 자기분해(autolysis)에 의한 세포파쇄법을 포함하는 일군의 생물학적 방법으로부터 선택되는 파쇄법과 결합될 수 있다. 경우에 따라, 본 발명의 방법은 동결 및 해동, 열분해 또는 감압에 의한 세포파쇄법을 포함하는 일군의 물리적 방법으로부터 선택될 수 있다.
경우에 따라, 상기 적용된 생원성 현탁 원료는 조류(algae)로 구성된다.
본 발명의 방법을 구성할 수 있는 다른 형태는 추출 대상인 세포 유용물질과 관련이 있다. 한편으로, 이들 세포 유용물질은 카로틴(carotene) 또는 크산토필(xanthophyll)과 같은 카로티노이드류이다. 대안으로, 추출 대상으로서 세포 유용물질은 아스타잔틴(astaxanthin)이다. 나아가 상기 생원성 현탁 원료에 함유되어 있는 유지류의 물질 군으로부터 추출되는 세포 유용물질이 바람직하다.
본 발명은 종래 공정을 개선시켜 초임계 용매 또는 용매로 세포 추출물로부터 원하는 난용성 세포내 유용물질의 수율과 순도를 가능한 한 최대로 달성하는 효과를 제공한다.
본 발명의 예시적인 일 실시형태가 도 1에 도시되어 있고 아래에서 보다 상세히 설명한다:
도 1: 후속단계로서 세포 유용물질의 선택적 추출 분리를 포함하여 가압, 분무 및 감압의 공정조합에 의해 생원성 현탁 원료의 세포를 파쇄하기 위한 본 방법의 방법을 개략적으로 도시하고 있는 공정도이다.
도 1에는 생원성 현탁 원료를 수용하는 저장실(1)과 용매를 수용하는 또 다른 저장실(4)이 도시되어 있다. 생원성 현탁 원료(2)는 펌프(3)에 의해 100 내지 2500 bar의 압력범위로 가압된다. 용매(5) 역시 펌프(6)에 의해 100 내지 2500 bar의 압력범위로 가압된다. 따라서 생원성 현탁 원료(2)와 용매(5)는 동일 압력으로 가압되거나, 대안으로, 서로 다른 압력으로 가압될 수 있다. 이어서, 가압된 생원성 원료(7)는 가압된 용매(8)와 함께 100 내지 2500 bar의 압력 범위로 가압된 하나의 관으로 보내져 혼합용액(9)을 얻는다. 상기 관의 압력은 압력계(10)를 통해 제어된다. 이후, 혼합용액(9)은 혼합용액(9)을 소실(12)로 주입시키는 분사기(11)를 통해 혼합용액의 압력보다 낮은 소실(12)로 도입된다. 이와 같이, 혼합용액(9)의 압력 감소와 분무공정은 동시에 수행된다. 혼합용액(9)에 대해 역류 공급되는 추출용매(16)가 소실(12)로 공급된다. 이때, 추출용매(16)는 저장실(4)로부터 공급되므로 분무와 감압의 공정조합에 의해 세포를 파쇄하기 위해 사용된 용매와 같다. 추출 그 자체는 종래기술의 표준 조건에 따라 실시된다. 압력 감소 후, 상기 용매를 포함하여 추출된 물질은 기류(13)에 의해 상기 추출된 물질을 상기 용매로부터 분리하는 분리기로서 제공되는 소실(14)로 이송된다. 이렇게 함으로써, 상기 용매는 반송관(15)을 통과하여 용매를 수용하는 저장실(4)로 도입되고 추출된 물질은 기류(18)로서 소실(14)로부터 빠져나간다.
이와 다른 경우로 소실(14)이 추출실로서 제공되는 경우에는 추출 용매(17)가 기류(13)와 역류로 소실(14)로 이송되는데, 이 경우 기류(13)는 소실(12)로부터 세포파쇄된 물질이 된다. 이때, 추출은 종래기술의 표준 조건에 따라 실시된다. 추출압력은 소실(12)에서 관리되는 압력과 동일한 수준에서 유지된다. 이 공정변수에 의해, 분리기(도 1에는 미도시)로서 제공되는 소실이 추가적으로 필요하다.
이때 관찰되는 공정 매개변수는 용매(5)로서 CO2를 사용하는 경우 300 내지 2500 bar의 압력 범위와 10 내지 90℃의 온도 범위와 5 내지 90 kg/kg의 용매(5) 대 생원성 현탁 원료(2)의 비가 최적이다. 상기 공정을 C2 내지 C4 탄화수소를 사용하여 진행하는 경우, 압력 범위는 100 내지 2500 bar의 값으로 설정될 수 있고, 용매(5) 대 생원성 현탁 원료(2)의 비는 1 내지 60 kg/kg으로 제한되어야 한다. 상기 공정은 일괄식으로도 연속식으로도 진행될 수 있다.
이와 같이 매우 높은 압력, 낮은 온도와 경우에 따라 연속식 공정방식으로 정의되고 특징화된 공정조건에 의해 고농도와 고순도의 원하는 유용물질을 추출할 수 있다.
또한, 본 출원은 특허청구범위에 기재된 발명에 관한 것이지만, 다음과 같은 태양을 포함할 수도 있다.
1. 후속단계로서 세포 유용물질의 선택적 추출 분리와 가압, 분무 및 감압의 공정조합에 의해 생원성 현탁 원료의 세포를 파쇄하기 위한 방법으로서,
Figure 112016000789117-pct00016
적어도 하나 이상의 저장실이 생원성 원료로 구성된 현탁액의 저장실로서 제공되고,
Figure 112016000789117-pct00017
적어도 하나 이상의 또 다른 저장실이 용매의 저장실로서 활용되며,
Figure 112016000789117-pct00018
세포 추출물을 하나의 세포 파쇄장치에서 생산하는 단계, 그리고 이어서
Figure 112016000789117-pct00019
추출단계에서 상기 세포 추출물에 추출 용매를 관류시키는 단계, 및
Figure 112016000789117-pct00020
세포 유용물질을 동반한 상기 가스를 분리단계에서 압력 감소에 의해 세포 유용물질로부터 분리하는 단계를 포함하고,
Figure 112016000789117-pct00021
상기 생원성 원료로 구성된 현탁액을 증압장치에 의해 100-2500 bar의 압력으로 가압하며,
Figure 112016000789117-pct00022
상기 용매를 증압장치에 의해 100-2500 bar의 압력으로 가압하고,
Figure 112016000789117-pct00023
상기 용매와 현탁액을 함께 압력이 100-2500 bar인 하나의 관에서 혼합하여 혼합용액을 제조하는,
방법에 있어서,
Figure 112016000789117-pct00024
상기 혼합용액을 100 내지 2500 bar의 압력과 10 내지 90℃의 온도에서 적어도 하나 이상의 분사구를 통해 상대적으로 저압인 소실로 분무시키는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 상기 1.에 있어서, 상기 생원성 원료의 현탁액과 혼합되는 용매가 에탄, 프로판, 부탄, 이산화탄소, 아산화질소, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 기타 포화 또는 불포화 탄화수소류, 디메틸 에테르, 육불화황, R 134a, R125, R32, R141b, 프레온 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 상기 1. 또는 2.에 있어서, 상기 생원성 원료로 구성된 현탁액이 혼합되는 용매가 탄화수소가 아닌 초임계 유체인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 상기 1. 내지 3. 중 어느 하나에 있어서, 상기 생원성 원료로 구성된 현탁액이 분무되기 전에 상기 용매에 의해 포화되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 상기 1. 내지 3. 중 어느 하나에 있어서, 상기 생원성 원료로 구성된 현탁액이 분무되기 전에 상기 용매에 의해 과포화되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 상기 1. 내지 5. 중 어느 하나에 있어서, 상기 적용된 용매가 회수되고 상기 용매용 저장실로 반송되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 상기 1. 내지 6. 중 어느 하나에 있어서, 상기 현탁액 형성 전에 생원성 원료가 세정, 여과, 분쇄, 연마 또는 선별법에 의해 전처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 상기 1. 내지 7. 중 어느 하나에 있어서, 상기 가압, 분무 및 감압의 공정조합에 의해 생원성 현탁 원료의 세포파쇄를 위한 방법이 고압 균질기, 볼밀, 초음파 균질기, 프렌치 압착기 및 충격 파열장치에 의한 세포파쇄를 포함하는 일군의 기계적 방법으로부터 선택되는 다른 파쇄법과 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 상기 1. 내지 8. 중 어느 하나에 있어서, 상기 가압, 분무 및 감압의 공정조합에 의해 생원성 현탁 원료의 세포파쇄를 위한 방법이 항생제, 킬레이트 형성제, 카오트로픽제, 세제 및 알칼리 처리에 의한 세포파쇄법을 포함하는 일군의 화학적 방법으로부터 선택되는 다른 파쇄법과 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 상기 1. 내지 9. 중 어느 하나에 있어서, 상기 가압, 분무 및 감압의 공정조합에 의해 생원성 현탁 원료의 세포파쇄를 위한 방법이 효소, 파아지 또는 자기분해에 의한 세포파쇄법을 포함하는 일군의 생물학적 방법으로부터 선택되는 다른 파쇄법과 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 상기 1. 내지 10. 중 어느 하나에 있어서, 상기 가압, 분무 및 감압의 공정조합에 의해 생원성 현탁 원료의 세포파쇄를 위한 방법이 동결 및 해동, 열분해 또는 감압에 의한 세포파쇄법을 포함하는 일군의 물리적 방법으로부터 선택되는 다른 파쇄법과 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 상기 1. 내지 11. 중 어느 하나에 있어서, 상기 적용된 생원성 현탁 원료가 조류인 것을 특징으로 하는 방법.
13. 상기 1. 내지 12. 중 어느 하나에 있어서, 상기 생원성 현탁 원료에 함유된 카로틴 또는 크산토필과 같은 카로티노이드류의 세포 유용물질이 추출되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 상기 1. 내지 13. 중 어느 하나에 있어서, 상기 생원성 현탁 원료에 함유된 세포 유용물질인 아스타잔틴이 추출되는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 상기 1. 내지 14. 중 어느 하나에 있어서, 상기 생원성 현탁 원료에 함유된 물질인 유지류로부터 세포 유용물질이 추출되는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 상기 1. 내지 15. 중 어느 하나에 있어서, 상기 용매 대 생원성 현탁 원료의 비가 1 내지 90 kg/kg인 것을 특징으로 하는 방법.
본 발명의 방법은 예를 들면 WO91/01367A1에 기재된 종래기술과 다음과 같이 2개의 실시예로 분리될 수 있다.
실시예 1:
A. 본 발명의 방법:
고형분 농도 181.1 g/kg, 오일 함량 약 13.7 중량%(건조중량이라 함)를 갖는 헤마토코쿠스 플루비알리스(Hematococcus pluvialis) 조류의 수성 현탁액 1 kg을 펌프에 의해 1500 bar의 압력으로 가압한 다음, 가압하에서 용매 CO2와 혼합한다. 이렇게 얻어진 혼합용액을 분사기를 통해 상대적으로 저압인 300 bar의 압력용기로 분무한다. 이러한 감압과 분무의 공정조합에 의해 혼합용액 내에서 조류가 파쇄되고 반응용기 내에서 혼합용액의 미세한 분무가 이루어진다. 이후, 파쇄된 조류를 포함하는 분무된 혼합용액을 300 bar에서 압력 변화없이 용매 CO2와 역류방향으로 압력용기 내에서 추출한다. 압력 감소 후, 추출된 물질을 CO2 용매와 함께 분리기로 이송하여 용매로부터 분리한다. 이 실시예에서, CO2 용매 대 생원성 현탁 원료의 비는 90 kg/kg이다.
이렇게 얻어진 산물은 약 0.27 kg이고 오일/물의 유제로 이루어져 있으며, 유제 중 오일-함유 상을 침전법에 의해 분리한다. 분리 결과, 조류 현탁액 1 kg 당 추출된 오일의 총량은 20.1g이다.
B. 종래기술의 방법:
고형분 농도 181.1 g/kg, 오일 함량 약 13.7 중량%(건조중량이라 함)를 갖는 헤마토코쿠스 플루비알리스 조류의 수성 현탁액 1 kg을 펌프에 의해 1500 bar의 압력으로 가압한 다음, 가압하에서 용매 CO2와 혼합한다. 이렇게 얻어진 혼합용액을 분사기를 통해 대기압으로 감압하여 용기로 이송하지만 이때 미세한 분무는 이뤄지지 않는다. 이러한 감압에 의해 혼합용액 내에서 조류가 파쇄된다. 이후, 파쇄된 조류 현탁액을 압력이 300 bar인 압력용기로 이송하여 분무한다. 파쇄된 조류를 포함하는 분무된 혼합용액을 혼합용액과 역류방향으로 추출한다. 따라서 이 방법에서는 감압과 분무가 2개의 연속적인 공정 단계로 진행되지만 동시에 진행되지는 않는다. 압력 감소 후, 추출된 물질을 용매와 함께 분리기로 이송하여 용매로부터 분리한다. 이 실시예에서, CO2 용매 대 생원성 현탁 원료의 비는 110 kg/kg이다.
이렇게 얻어진 산물은 약 0.20 kg이고 오일/물의 유제로 이루어져 있으며, 유제 중 오일-함유 상을 침전법에 의해 분리한다. 분리 결과, 조류 현탁액 1 kg 당 추출된 오일의 총량은 15.8g이다.
실시예 1에서 얻은 결과를 본 발명의 방법에 의해 생산 수율이 21.4% 만큼 증가될 수 있다고 해석할 수 있다.
실시예 2:
A. 본 발명의 방법:
고형분 농도 181.1 g/kg, 오일 함량 약 13.7 중량%(건조중량이라 함)를 갖는 헤마토코쿠스 플루비알리스 조류의 수성 현탁액 1 kg을 펌프에 의해 1000 bar의 압력으로 가압한 다음, 가압하에서 용매 프로판과 혼합한다. 이렇게 얻어진 혼합용액을 분사기를 통해 상대적으로 저압인 50 bar의 압력용기로 분무한다. 이러한 감압과 분무의 공정조합에 의해 혼합용액 내에서 조류가 파쇄되고 반응용기 내에서 혼합용액의 미세한 분무가 이루어진다. 이후, 파쇄된 조류를 포함하는 분무된 혼합용액을 50 bar에서 압력 변화없이 용매 프로판과 역류방향으로 압력용기 내에서 추출한다. 압력 감소 후, 추출된 물질을 용매와 함께 분리기로 이송하여 용매로부터 분리한다. 이 실시예에서, 프로판 용매 대 생원성 현탁 원료의 비는 8 kg/kg이다.
이렇게 얻어진 산물은 거의 순수한 오일로 이루어져 있다. 추출된 오일의 총량은 조류 현탁액 1 kg 당 22.1g이다.
B. 종래기술의 방법:
고형분 농도 181.1 g/kg, 오일 함량 약 13.7 중량%(건조중량이라 함)를 갖는 헤마토코쿠스 플루비알리스 조류의 수성 현탁액 1 kg을 펌프에 의해 1000 bar의 압력으로 가압한 다음, 가압하에서 용매 프로판과 혼합한다. 이렇게 얻어진 혼합용액을 분사기를 통해 대기압으로 감압하여 용기로 이송하지만 이때 미세한 분무는 이뤄지지 않는다. 이러한 감압에 의해 혼합용액 내에서 조류가 파쇄된다. 이후, 파쇄된 조류 현탁액을 압력이 50 bar인 압력용기로 이송하여 분무한다. 파쇄된 조류를 포함하는 분무된 혼합용액을 혼합용액과 역류방향으로 추출한다. 따라서 이 방법에 서는 감압과 분무가 2개의 연속적인 공정 단계로 진행되지만 동시에 진행되지는 않는다. 압력 감소 후, 추출된 물질을 용매와 함께 분리기로 이송하여 용매로부터 분리한다. 이 실시예에서, 프로판 용매 대 생원성 현탁 원료의 비는 11 kg/kg이다.
이렇게 얻어진 산물은 거의 순수한 오일로 이루어져 있다. 추출된 오일의 총량은 조류 현탁액 1 kg 당 18.8g이다.
실시예 2에서 얻은 결과를 본 발명의 방법에 의해 생산 수율이 15% 만큼 증가될 수 있다고 해석할 수 있다.
실시예 3:
A. 본 발명의 방법:
고형분 농도 181.1 g/kg, 아스타잔틴 함량 약 3 중량%(건조중량이라 함)를 갖는 헤마토코쿠스 플루비알리스 조류의 수성 현탁액 0.9 kg을 펌프에 의해 2400 bar의 압력으로 가압한 다음, 가압하에서 용매 CO2와 혼합한다. 이렇게 얻어진 혼합용액을 분사기를 통해 상대적으로 저압인 500 bar의 압력용기로 분무한다. 이러한 감압과 분무의 공정조합에 의해 혼합용액 내에서 조류가 파쇄되고 압력용기 내에서 혼합용액의 미세한 분무가 이루어진다. 이후, 파쇄된 조류를 포함하는 분무된 혼합용액을 500 bar에서 압력 변화없이 용매 CO2와 역류방향으로 압력용기 내에서 추출한다. 압력 감소 후, 추출된 물질을 CO2 용매와 함께 분리기로 이송하여 용매로부터 분리한다. 이 실시예에서, CO2 용매 대 생원성 현탁 원료의 비는 88 kg/kg이다.
이렇게 얻어진 산물은 약 0.29 kg이고 오일/아스타잔틴/물의 유제로 이루어져 있으며, 유제 중 오일-함유 상을 침전법에 의해 분리한다. 이어서, 사용된 조류 물질의 아스타잔틴 총 함량 대비 수율 88.1%의 아스타잔틴이 오일-함유 상으로부터 분리될 수 있다.
B. 종래기술의 방법:
고형분 농도 181.1 g/kg, 아스타잔틴 함량 약 3.0 중량%(건조중량이라 함)를 갖는 헤마토코쿠스 플루비알리스 조류의 수성 현탁액 0.9 kg을 펌프에 의해 2400 bar의 압력으로 가압한 다음, 가압하에서 용매 CO2와 혼합한다. 이렇게 얻어진 혼합용액을 분사기를 통해 대기압으로 감압하여 용기로 이송하지만 이때 미세한 분무는 이뤄지지 않는다. 이러한 감압에 의해 혼합용액 내에서 조류가 파쇄된다. 이후, 파쇄된 조류 현탁액을 압력이 500 bar인 압력용기로 이송하여 분무한다. 파쇄된 조류를 포함하는 분무된 혼합용액을 혼합용액과 역류방향으로 추출한다. 따라서 이 방법에서는 감압과 분무가 2개의 연속적인 공정 단계로 진행되지만 동시에 진행되지는 않는다. 압력 감소 후, 추출된 물질을 용매와 함께 분리기로 이송하여 용매로부터 분리한다. 이 실시예에서, CO2 용매 대 생원성 현탁 원료의 비는 115 kg/kg이다.
이렇게 얻어진 산물은 약 0.22 kg이고 오일/아스타잔틴/물의 유제로 이루어져 있으며, 유제 중 오일-함유 상을 침전법에 의해 분리한다. 이어서, 사용된 조류 물질의 아스타잔틴 총 함량 대비 수율 72.3%의 아스타잔틴이 오일-함유 상으로부터 분리될 수 있다.
실시예 3에서 얻은 결과를 본 발명의 방법에 의해 생산 수율이 21.8% 만큼 증가될 수 있다고 해석할 수 있다.
실시예 4:
A. 본 발명의 방법:
고형분 농도 181.1 g/kg, 아스타잔틴 함량 약 3 중량%(건조중량이라 함)를 갖는 헤마토코쿠스 플루비알리스 조류의 수성 현탁액 0.9 kg을 펌프에 의해 1600 bar의 압력으로 가압한 다음, 가압하에서 용매 부탄과 혼합한다. 이렇게 얻어진 혼합용액을 분사기를 통해 상대적으로 저압인 150 bar의 압력용기로 분무한다. 이러한 감압과 분무의 공정조합에 의해 혼합용액 내에서 조류가 파쇄되고 반응용기 내에서 혼합용액의 미세한 분무가 이루어진다. 이후, 파쇄된 조류를 포함하는 분무된 혼합용액을 150 bar에서 압력 변화없이 용매 부탄과 역류방향으로 압력용기 내에서 추출한다. 압력 감소 후, 추출된 물질을 부탄 용매와 함께 분리기로 이송하여 용매로부터 분리한다. 이 실시예에서, 용매 부탄 대 생원성 현탁 원료의 비는 8 kg/kg이다.
이렇게 얻어진 산물은 약 26.1 g이고 오일과 아스타잔틴으로 이루어져 있다. 이어서, 사용된 조류 물질의 아스타잔틴 총 함량 대비 수율 92.6%의 아스타잔틴이 오일-함유 상으로부터 분리될 수 있다.
B. 종래기술의 방법:
고형분 농도 181.1 g/kg, 아스타잔틴 함량 약 3.0 중량%(건조중량이라 함)를 갖는 헤마토코쿠스 플루비알리스 조류의 수성 현탁액 0.9 kg을 펌프에 의해 1600 bar의 압력으로 가압한 다음, 가압하에서 용매 부탄과 혼합한다. 이렇게 얻어진 혼합용액을 분사기를 통해 대기압으로 감압하여 용기로 이송하지만 이때 미세한 분무는 이뤄지지 않는다. 이러한 감압에 의해 혼합용액 내에서 조류가 파쇄된다. 이후, 파쇄된 조류 현탁액을 압력이 150 bar인 압력용기로 이송하여 분무한다. 파쇄된 조류를 포함하는 분무된 혼합용액을 혼합용액과 역류방향으로 추출한다. 따라서 이 방법에서는 감압과 분무가 2개의 연속적인 공정 단계로 진행되지만 동시에 진행되지는 않는다. 압력 감소 후, 추출된 물질을 용매와 함께 분리기로 이송하여 용매로부터 분리한다. 이 실시예에서, 부탄 용매 대 생원성 현탁 원료의 비는 11 kg/kg이다.
이렇게 얻어진 산물은 약 22.0 g이고 오일과 아스타잔틴으로 이루어져 있다. 이어서, 사용된 조류 물질의 아스타잔틴 총 함량 대비 수율 78.4%의 아스타잔틴이 오일-함유 상으로부터 분리될 수 있다.
실시예 4에서 얻은 결과를 본 발명의 방법에 의해 생산 수율이 18.1%만큼 증가될 수 있다고 해석할 수 있다.
본 발명의 방법에 따르면 다음과 같은 이점이 있다.
Figure 112011015793573-pct00001
본 발명의 방법은 세포내 구성성분에 작용하는 화학적 부하와 물리적 부하가 매우 작아 세포파쇄를 위한 적당한 방법이다.
Figure 112011015793573-pct00002
시료의 파쇄도를 상향시키고 세포핵 또는 미토콘드리아와 같은 거의 접근이 불가능했던 세포 소기관의 파쇄도 포함한다.
Figure 112011015793573-pct00003
파쇄된 세포의 균질도가 일정하여 후속 추출을 용이하게 한다.
Figure 112011015793573-pct00004
원료를 광범위하게 건조할 필요가 없다.
Figure 112011015793573-pct00005
원하는 세포 유용물질을 고농도 및 고순도로 얻을 수 있다.
1 생원성 현탁 원료를 수용하기 위한 저장실
2 생원성 현탁 원료
3 펌프
4 저장실
5 용매
6 펌프
7 가압된 생원성 현탁 원료
8 가압된 용매
9 혼합용액
10 압력계
11 주입 분사구
12 소실
13 기류
14 소실
15 반송관
16 추출용매
17 용매
18 기류
19 추출된 물질

Claims (16)

  1. 후속단계로서 세포 유용물질의 선택적 추출 분리를 위해 가압, 분무 및 감압의 공정조합에 의해 생원성 현탁 원료의 세포를 파쇄하기 위한 방법에 있어서,
    Figure 112016080516438-pct00025
    적어도 하나 이상의 저장실을 제공하여 생원성 원료로 구성된 현탁액의 저장실로서 제공하는 단계,
    Figure 112016080516438-pct00007
    적어도 하나 이상의 또 다른 저장실을 제공하여 용매의 저장실로서 활용하는 단계,
    Figure 112016080516438-pct00026
    상기 생원성 원료로 구성된 현탁액을 증압장치에 의해 100-2500 bar의 압력으로 가압하는 단계,
    Figure 112016080516438-pct00027
    상기 용매를 증압장치에 의해 100-2500 bar의 압력으로 가압하는 단계,
    Figure 112016080516438-pct00028
    상기 용매와 현탁액을 함께 압력이 100-2500 bar인 하나의 관에서 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계,
    Figure 112016080516438-pct00029
    상기 혼합용액을 100 내지 2500 bar의 압력과 10 내지 90℃의 온도에서 적어도 하나 이상의 분사구를 통해 상기 혼합용액의 압력 이하의 상대적으로 낮은 압력을 갖는 세포 파쇄장치의 소실로 분무하여, 하나의 세포 파쇄장치에서 세포 추출물을 생산하고, 그와 동시에 추출단계에서 상기 세포 추출물에 추출용매를 관류시키는 단계, 그리고 이어서
    Figure 112016080516438-pct00010
    분리단계에서 압력 감소에 의해, 세포 유용물질을 동반한 상기 추출용매를 세포 유용물질로부터 분리하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 생원성 원료의 현탁액과 혼합되는 용매가 에탄, 프로판, 부탄, 이산화탄소, 아산화질소, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 디메틸 에테르, 육불화황, R 134a, R125, R32, R141b, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 생원성 원료로 구성된 현탁액이 혼합되는 용매가 탄화수소가 아닌 초임계 유체인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 생원성 원료로 구성된 현탁액이 분무되기 전에 상기 용매에 의해 포화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 생원성 원료로 구성된 현탁액이 분무되기 전에 상기 용매에 의해 과포화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적용된 용매가 회수되고 상기 용매용 저장실로 반송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 현탁액 형성 전에 생원성 원료가 세정, 여과, 분쇄, 연마 또는 선별법에 의해 전처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가압, 분무 및 감압의 공정조합에 의해 생원성 현탁 원료의 세포파쇄를 위한 방법이 고압 균질기, 볼밀, 초음파 균질기, 프렌치 압착기 및 충격 파열장치에 의한 세포파쇄를 포함하는 일군의 기계적 방법으로부터 선택되는 다른 파쇄법과 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가압, 분무 및 감압의 공정조합에 의해 생원성 현탁 원료의 세포파쇄를 위한 방법이 항생제, 킬레이트 형성제, 카오트로픽제, 세제 및 알칼리 처리에 의한 세포파쇄법을 포함하는 일군의 화학적 방법으로부터 선택되는 다른 파쇄법과 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가압, 분무 및 감압의 공정조합에 의해 생원성 현탁 원료의 세포파쇄를 위한 방법이 효소, 파아지 또는 자기분해에 의한 세포파쇄법을 포함하는 일군의 생물학적 방법으로부터 선택되는 다른 파쇄법과 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가압, 분무 및 감압의 공정조합에 의해 생원성 현탁 원료의 세포파쇄를 위한 방법이 동결 및 해동, 열분해 또는 감압에 의한 세포파쇄법을 포함하는 일군의 물리적 방법으로부터 선택되는 다른 파쇄법과 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 생원성 현탁 원료가 조류인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 생원성 현탁 원료에 함유된 카로티노이드류의 세포 유용물질이 추출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 생원성 현탁 원료에 함유된 세포 유용물질인 아스타잔틴이 추출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 생원성 현탁 원료에 함유된 물질인 유지류로부터 세포 유용물질이 추출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용매 대 생원성 현탁 원료의 비가 1 내지 90 kg/kg인 것을 특징으로 하는 방법.
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