KR101802343B1 - 1,5-디아미노펜탄의 정제방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발효로 생산된 1,5-디아미노펜탄의 탄산염을 포함한 반응액을 탈탄산 단계 및 pH 조절 단계를 통해서 정제하는 방법을 제공한다, 또한 상기 방법으로 정제된 1,5-디아미노펜탄을 제공한다.

Description

1,5-디아미노펜탄의 정제방법 {Refining method of organic amine}
1,5-디아미노펜탄의 정제방법에 관한 것이다
1,5-디아미노펜탄(cadaverine)은 라이신(Lysine) 발효액으로부터 균체를 제거한 후 탈탄산효소(LDC, Lysine Decarboxylase)를 사용하여 카르복실기를 제거함으로써 제조할 수 있다. 다르게는, 1,5-디아미노펜탄은 탈탄산활성을 가지는 균체를 사용하여 직접 제조할 수 있다. 상기 1,5-디아미노펜탄은 제조방법에 따라 황산염, 탄산염 등의 염의 형태로 얻어질 수 있다.
예를 들어, 1,5-디아미노펜탄의 황산염에 아디프산(adipic acid)을 첨가하여 1,5-디아미노펜텐 아디프염을 결정으로 회수할 수 있다. 다르게는, 1,5-디아미노펜탄의 탄산염을 그대로 결정으로 회수할 수 있다.
그러나, 상기 제조방법들은 수율이 낮고, 1,5-디아미노펜탄이 염(salt)의 형태로 얻어지므로 염을 제거하고 순수한 1,5-디아미노펜탄을 얻기 위하여는 추가적인 공정이 요구된다.
따라서, 상기 발효액으로부터 1,5-디아미노펜탄을 직접 효과적으로 정제하는 방법이 요구된다.
한 측면은 새로운 1,5-디아미노펜탄의 정제방법을 제공하는 것이다.
다른 한 측면은 상기 방법으로 정제된 1,5-디아미노펜탄을 제공하는 것이다.
한 측면에 따라,
1,5-디아미노펜탄의 탄산염을 포함하는 발효액을 농축하는 단계;
상기 발효액의 농축물에 산을 첨가하여 pH4 내지 pH 7.0 의 탄산이 제거된 산성 조성물을 준비하는 단계;
상기 산성 조성물에 염기를 첨가하여 pH 12.0 내지 pH 14 의 염기성 조성물을 준비하는 단계; 및
상기 염기성 조성물로부터 1,5-디아미노펜탄을 회수하는 단계;를 포함하는 1,5-디아미노펜탄의 정제방법이 제공된다.
다른 한 측면에 따라,
상기의 방법으로 정제된 1,5-디아미노펜탄이 제공된다.
한 측면에 따르면 1,5-디아미노펜탄의 탄산염을 포함하는 발효액에 산을 첨가시켜 탄산을 제거한 후, 염기를 첨가함에 의하여 고순도 1,5-디아미노펜탄을 높은 수율로 얻을 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 1,5-디아미노펜탄 정제 방법의 순서도이다.
도 2는 실시예 1의 정제방법에서 회수단계를 보다 구체적으로 도시한 순서도이다.
이하에서 예시적인 일구현 예에 따른 1,5-디아미노펜탄의 정제방법 및 상기 방법으로 정제된 1,5-디아미노펜탄에 관하여 더욱 상세히 설명한다.
일구현 예에 따른 1,5-디아미노펜탄의 정제방법은 1,5-디아미노펜탄의 탄산염을 포함하는 발효액을 농축하는 단계; 상기 발효액의 농축물에 산을 첨가하여 pH4 내지 pH 7.0의 탄산이 제거된 산성 조성물을 준비하는 단계; 상기 산성 조성물에 염기를 첨가하여 pH 12.0 내지 pH 14 의 염기성 조성물을 준비하는 단계; 및 상기 염기성 조성물로부터 1,5-디아미노펜탄을 회수하는 단계;를 포함하다.
상기 정제방법은 1,5-디아미노펜탄의 탄산염을 포함하는 중성 발효액을 농축하여 발효액의 농축물을 준비한 후, 상기 농축물에 산을 첨가하여 탄산이 제거된 산성 조성물을 준비하고, 상기 산성 조성물에 염기를 첨가하여 1,5-디아미노펜탄의 비탄산염으로부터 1,5-디아미노펜탄을 분리한 후, 1,5-디아미노펜탄을 선택적으로 회수함으로써 간단하게 고순도의 1,5-디아미노펜탄을 높은 수율로 얻을 수 있다.
예를 들어, 라이신 발효액에 탈탄산효소를 사용하거나 탈탄산효소를 포함하는 미생물을 발효시킴으로써 1,5-디아미노펜탄이 생성됨과 동시에 라이신의 탈카르복실화 반응의 부산물인 탄산염은 생성된 1,5-디아미노펜탄과 반응하여 1,5-디아미노펜탄의 탄산염을 형성하게 된다. 이렇게 1,5-디아미노펜탄의 탄산염을 포함하는 발효액이 준비될 수 있다.
상기 발효액을 농축하는 단계에서는 발효액에 포함된 용매의 일부가 제거될 수 있으며 1차 농축단계에 해당한다. 상기 용매의 일부가 제거됨에 의하여 발효액에 포함된 1,5-디아미노펜탄의 농도가 증가할 수 있다. 상기 용매는 예를 들어 물이다. 예를 들어, 상기 중성 발효액을 농축하는 단계에서 농축되지 않은 발효액에 포함된 최초 용매의 40% 이상, 바람직하게는 50% 이상, 보다 바람직하게는 60% 이상, 보다 더 바람직하게는 70% 이상이 제거될 수 있다.
상기 정제방법에서 발효액을 농축하는 단계는 100℃ 이하의 증기온도에서 수행될 수 있다. 즉, 발효액으로부터 기화되는 증기의 온도가 100℃ 이하인 조건에서 농축이 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 정제방법에서 발효액을 농축하는 단계는 10℃ 내지 100℃ 의 증기온도, 바람직하게는 30℃ 내지 80℃ 의 증기온도, 보다 바람직하게는 45℃ 내지 70℃ 의 증기온도에서 수행될 수 있다. 상기 조건에서 용매가 더욱 용이하게 제거될 수 있다.
상기 정제방법에서 발효액을 농축하는 단계는 760mmHg 이하의 감소된 압력에서 수행될 수 있다. 즉, 발효액과 평형인 증기의 압력이 760mmHg 이하인 조건에서 농축이 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 정제방법에서 발효액을 농축하는 단계는 10 내지 760mmHg의 압력, 바람직하게는 40 내지 500mmHg의 압력, 더욱 바람직하게는 70 내지 200mmHg의 압력에서 수행될 수 있다. 상기 조건에서 용매가 더욱 용이하게 제거될 수 있다.
발효액을 농축하여 얻어지는 농축물(즉, 농축 결과물)에 포함된 용매의 함량은 농축물 총 중량을 기준으로 10 내지 50중량% 일 수 있다. 예를 들어, 상기 농축물의 용매 함량은 농축 결과물 총 중량을 기준으로 15 내지 45중량%일 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 42중량% 일 수 있다. 상기 용매는 물일 수 있다.
발효액의 pH는 중성이며, 바람직하게는 pH 7.0에서 8.0이며, 발효액을 농축하여 얻어지는 농축물의 pH는 8.0에서 9.0이다.
상기 농축물은 1,5-디아미노펜탄의 탄산염을 포함하며, 상기 1,5-디아미노펜탄의 탄산염에서 탄산을 제거하여 1,5-디아미노펜탄의 비탄산염을 생성하는 반응은 하기 반응식 1로 표시될 수 있다. 그리고, 상기 정제방법에서 산성 조성물이라 함은 발효액으로부터 탄산염이 제거되어 1,5-디아미노펜탄이 비탄산염의 형태로 포함되는 조성물을 의미한다.
<반응식 1>
(H3NC5H10NH3)2+-CO3 2- + 산(acid) → (H3NC5H10NH3)2+-비탄산염+ CO2 + 2H2O
상기 반응식 1에서 보여지는 바와 같이, 디아미노펜탄의 탄산염에서 탄산이온은 산과 반응하여 물과 이산화탄소로 분해되고, 이산화탄소는 기화되어 제거된다.
상기 정제방법에서 탈탄산 공정에서 사용될 수 있는 산(acid)은 염산, 황산, 인산, 아세트산, 및 질산 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 조성물의 pH를 산성으로 만들어 줄 수 있는 것으로서 당해 기술분야에서 사용 가능한 것이라면 모두 가능하다. 상기 탈탄산 공정에 사용되는 산은 기상, 액상 또는 이들의 혼합상일 수 있다.
상기 정제방법에서 산성 조성물의 pH는 7.0 미만, 바람직하게는 4.0 내지 5.0일 수 있다. 산성 조성물의 pH가 7.0 이상이면 1,5-디아미노펜탄의 탄산염 중 일부에서 탄산염이 분리되지 않아 염기성 조성물로 바뀌는 단계에서 1,5-디아미노펜탄이 순수한(free) 형태로 전환되지 않기 때문에 증류 단계에서 1,5-디아미노펜탄의 분리가 어려울 수 있다. 결과적으로, 1,5-디아미노펜탄의 회수율이 낮아질 수 있다.
상기 탄산이 제거된 산성 조성물에서 용매 함량이 지나치게 낮으면 염기성 조성물을 준비하는 단계에서 다량의 염이 석출될 수 있다. 한편, 상기 산성 조성물에서 용매의 함량이 지나치게 많으면 염기성 조성물로부터 1,5-디아미노펜탄을 제거하는데 많은 시간이 소요될 수 있다. 상기 용매는 물일 수 있다. 예를 들어, 상기 산성 조성물에서 용매의 함량은 산성 조성물 총중량을 기준으로 35 내지 45 중량%일 수 있다.
상기 정제방법에서 염기성 조성물의 준비에 사용되는 염기는 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화칼륨, 수산화바륨 및 수산화암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 조성물의 pH를 염기성으로 만들어 줄 수 있는 것으로서 당해 기술분야에서 사용 가능한 것이라면 모두 가능하다.
상기 정제방법에서 염기성 조성물의 pH는 12 이상, 바람직하게는 12.0 내지 14.0일 수 있다. 염기성 조성물의 pH가 12.0 미만이면 1,5-디아미노펜탄 중 일부가 비탄산염과 결합된 상태로 존재함에 의하여 증류에 의하여 1,5-디아미노펜탄의 분리가 어려울 수 있다. 결과적으로, 1,5-디아미노펜탄의 회수율이 낮아질 수 있다.
상기 정제방법에서 1,5-디아미노펜탄을 회수하는 단계는 염기성 조성물에서 상기 1,5-디아미노펜탄의 탄산염이 다시 생성되기 전에 수행될 수 있다. 상기 염기성 조성물에서 시간이 지남에 따라 1,5-디아미노펜탄과 대기 중의 이산화탄소가 결합하여 1,5-디아미노펜탄의 탄산염이 형성되어 증류에 의하여 회수될 수 있는 1,5-디아미노펜탄의 함량이 감소할 수 있다. 따라서, 염기성 조성물이 준비되는 즉시 또는 이와 동시에 1,5-디아미노펜탄이 회수될 수 있다.
구체적으로, 상기 정제방법에서 염기성 조성물로부터 1,5-디아미노펜탄을 회수하는 단계는 상기 염기성 조성물로부터 증류에 의하여 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 조성물을 분리하는 2차 농축 단계와 상기 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 조성물에서 1,5-디아미노펜탄을 분별증류하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 염기성 조성물로부터 상기 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 조성물을 분리하여 저장한 후, 필요에 따라 상기 분리된 조성물이 1,5-디아미노펜탄을 회수하는 단계에 사용될 수 있다. 상기 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 조성물은 구성 성분 중에서 1,5-디아미노펜탄의 함량이 염기성 조성물에 비하여는 높지만 최종 정제 결과물에 비하여는 1,5-디아미노펜탄의 함량이 낮은 조성물을 의미한다.
상기 정제방법에서 상기 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 조성물은 기상, 액상 또는 이들의 혼합상일 수 있다. 즉, 상기 정제방법에서 요구되는 조건에 따라 상기 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 조성물의 상태가 달라질 수 있다.
상기 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 조성물을 분리하는 단계는 증류에 의하여 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 증기 및/또는 응축액을 회수한다. 상기 분리단계는 이중 자켓 반응기에서 수행할 수 있다.
상기 정제방법에서 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 조성물을 분리하는 단계는 30℃ 내지 180℃의 증기온도 및 10mmHg 내지 760mmHg의 압력, 바람직하게는 40℃ 내지 120℃의 증기온도 및 60mmHg 내지 200mmHg의 압력에서 수행될 수 있다. 상기 조건에서 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 조성물이 높은 수율로 분리될 수 있다. 상기 온도 및 압력 범위에서 분리되는 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 조성물은 응축에 의하여 액상으로 얻어질 수 있다.
상기 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 조성물의 저장은 예를 들어 반응기의 상단과 증류탑의 사이에 배치되는 저장조에 의하여 이루어질 수 있으나, 반드시 이러한 구성으로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 모든 저장 방법이 가능하다.
다르게는, 상기 정제방법에서 증류에 의하여 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 조성물을 분리하는 단계와 분별증류에 의하여 1,5-디아미노펜탄을 회수하는 단계가 연속적으로 수행될 수 있다. 즉, 상기 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 조성물이 염기성 조성물에서 증류에 의하여 분리됨과 동시에 다시 분별증류에 의하여 1,5-디아미노펜탄과 다른 성분으로 분리되어 1,5-디아미노펜탄이 회수될 수 있다. 상기 분별증류에 의하여 얻어지는 1,5-디아미노펜탄은 최종 결과물이다.
상기 정제방법에서 1,5-디아미노펜탄을 회수하는 단계는 증류탑에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 염기성 조성물을 포함하는 반응기에서 기화된 1,5-디아미노펜탄을 주성분으로 포함하는 조성물이 연속적으로 증류탑에 투입되어 1,5-디아미노펜탄이 선택적으로 회수될 수 있다. 예를 들어, 상기 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 조성물은 증류탑의 중간 위치에 투입될 수 있으나, 투입 위치는 구체적인 반응 조건 및 증류탑의 조건에 따라 변경될 수 있다.
상기 정제방법에서 증류탑은 30℃ 내지 180℃의 증기온도 및 10mmHg 내지 760mmHg의 압력에서 작동될 수 있다. 예를 들어, 상기 증류탑은 40℃ 내지 120℃의 증기온도 및 60mmHg 내지 200mmHg의 압력에서 작동될 수 있다. 상기 범위의 온도 및 압력에서 1,5-디아미노펜탄 이 높은 수율로 얻어질 수 있다.
상기 정제방법에서 1,5-디아미노펜탄은 증류탑의 하부에서 회수될 수 있으며, 상기 증류탑의 상부에서는 예를 들어, 물과 암모니아가 회수될 수 있다.
상기 정제방법에서 1,5-디아미노펜탄을 주성분으로 하는 조성물이 제거된 후 나머지 염기성 조성물로부터 부산물이 회수될 수 있다. 예를 들어, 염기성 조성물에서 1,5-디아미노펜탄을 주성분으로 하는 조성물이 제거된 후 남은 슬러리로부터 추가 정제단계를 거쳐 부산물이 회수될 수 있다. 또한, 슬러리가 균체를 포함하는 경우에는 상기 슬러리에 증류수를 추가로 투입하여 슬러리를 완전히 용해하여 균체를 분리한 후 부산물을 회수할 수 있다.
예를 들어, 1,5-디아미노펜탄은 다음과 같이 정제될 수 있다.
발효 단계
먼저 미생물을 배양하여 L-라이신(L-Lysin) 및 이의 염을 포함하는 발효액이 준비되고, 상기 발효액에서 균체 제거 후 효소 전환반응을 통해 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 발효액이 제조될 수 있다. 제조된 발효액에 포함된 1,5-디아미노펜탄의 58%는 탄산염 형태이고 42%는 황산염 형태이다.
1차 농축 단계(물 제거 단계)
다음으로 발효액에서 물을 제거하여 발효액을 농축시킨다.
상기 물의 제거에 사용되는 방법은 감압 농축법 및/또는 증발 농축법 등이다. 이에 사용되는 농축기의 종류는 특별히 이에 제한되지 않고, 원심 농축기, 증발 농축기, 대류순환식 농축기, 저온감압 농축기, 회전식 감압 농축기, 감압증발 농축기, 박막 농축기 및 판형 농축기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 농축기를 이용할 수 있다.
예를 들어, 상기 농축 방법 중에서 저온 감압 농축법을 이용하여 농축할 수 있다. 구체적으로는, 상기 균체가 제거되거나 제거되지 않은 발효액의 농축은 10℃ 내지 100℃, 바람직하게는 45℃ 내지 70℃의 증기 온도 및 10 mmHg 내지 760mmHg, 바람직하게는 70mmHg 내지 200mmHg의 압력에서 수행될 수 있다. 상기 물이 제거된 농축액의 물 함량은 농축된 발효액 총 중량을 기준으로 15 중량% 내지 45중량%일 수 있고, 예를 들어 20 중량% 내지 43중량%, 예를 들어 30 중량% 내지 42중량%일 수 있다.
탈탄산 단계(탄산이 제거된 산성 조성물 준비 단계)
다음으로, 농축된 발효액에 산을 첨가하여 산성 조성물을 준비한다.
상기 농축된 발효액을 산성으로 만들어 pH를 낮춤으로써 탄산을 제거한다. 탈탄산 단계에서 사용되는 산은 염산, 황산, 인산, 아세트산 및 질산 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 조성물의 pH를 7.0 미만의 산으로 만들어 줄 수 있는 것으로서 당해 기술분야에서 사용 가능한 것이라면 모두 가능하다.
상기 정제방법에서 탈탄산을 위해 조성물의 pH는 7.0 미만, 바람직하게는 4.0 내지 5.0일 수 있다. 산성 조성물의 pH가 7.0 이상이면 1,5-디아미노펜탄의 탄산염 중 일부에서 탄산염이 분리되지 않아 염기성 조성물로 바뀌는 단계에서 1,5-디아미노펜탄이 순수한(free) 형태로 전환되지 않음에 의하여 증류 단계에서 1,5-디아미노펜탄의 분리가 어려울 수 있다. 결과적으로, 1,5-디아미노펜탄의 회수율이 낮아질 수 있다.
pH 조절 단계(염기성 조성물 준비 단계)
다음으로, 탄산이 제거된 산성 조성물에 염기를 첨가하여 염기성 조성물을 준비하다.
탄산이 제거된 발효액, 즉 산성 조성물에 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화칼륨, 수산화바륨 및 수산화암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 염기를 첨가하여 pH를 조절할 수 있고, 예를 들어 수산화나트륨을 첨가하여 pH를 조절할 수 있다. 상기 염기성 조성물의 pH가 12.0 이상, 바람직하게는 12.0 내지 14.0로 조절될 수 있다. 상기 염기성 조성물의 pH가 12.0 미만이면 1,5-디아미노펜탄 중 일부가 염과 결합된 상태로 존재함에 의하여 후속적인 1,5-디아미노펜탄의 분리가 어려울 수 있으나, 상기 염기성 조성물의 pH가 12.0 이상이면 상기 염기성 조성물에서 1,5-디아미노펜탄에 결합된 염이 분리되어 1,5-디아미노펜탄의 증류가 용이해질 수 있어 결과적으로 1,5-디아미노펜탄의 회수율이 향상될 수 있다.
회수단계
회수단계는 구체적으로 2차 농축 단계 및 증류 단계로 나눌 수 있으나 실제로는 연속적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도2를 참조할 수 있다.
2차 농축 단계(1,5-디아미노펜탄을 포함하는 증기 및/또는 응축액 분리)
다음으로, 염기성 조성물에서 증류에 의하여 1,5-디아미노펜탄을 주성분으로 포함하는 증기 및/또는 응축액을 회수한다.
상기 2차 농축 단계는 염기성 조성물을 다시 농축기에 넣고 예를 들어 10~760mmHg의 진공상태에서 수행되거나, 60~200mHg의 진공상태에서 수행될 수 있다. 상기 2차 농축 단계는 예를 들어 30~180℃의 온도, 또는 40~120℃의 온도에서 수행될 수 있다.
증발된 증기는 응축된 후 액체로 증류탑에 투입될 수 있고, 응축시키지 않고 바로 증류탑에 투입될 수도 있다. 즉, 후속 증류 단계에 사용될 수 있다.
2차 농축 단계에서 농축기로부터 1,5-디아미노펜탄이 증발됨에 따라 농축기에 잔류하는 하부액의 pH가 감소하므로 염기를 추가적으로 투입하여 하부액의 pH를 12.0~14.0로 유지할 수 있다. 또한, 하부액의 슬러리 상태를 유지하기 위해 증류수를 일정하게 투입하여 슬러리에 포함된 고체/액체 비율을 0.1~2.0, 바람직하게는 0.5~1.5로 유지할 수 있다.
2차 농축단계에서 남은 슬러리는 추가정제공정을 거쳐 부산물로 활용 가능하다. 균체분리하지 않은 발효액의 경우 증류수를 추가로 투입하여 슬러리를 완전히 용해하여 균체분리 후 모액에서 부산물을 회수할 수도 있다.
분별증류 단계(고순도 1,5-디아미노펜탄의 회수)
상기 2차 농축단계에서 발생된 1,5-디아미노펜탄을 주성분으로 포함하는 증기 및/또는 응축액으로부터 고순도의 1,5-디아미노펜탄을 분리한다.
상기 2차 농축 단계와 증류단계는 연속적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 2차 농축단계에서 농축된 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 증기가 증류단계를 위해 증류탑의 중간 높이 위치로 바로 투입될 수 있다.
상기 2차 농축 단계는 염기성 조성물을 다시 농축기에 넣고 예를 들어 10~760mmHg의 진공상태에서 수행되거나, 60~200mHg의 진공상태에서 수행될 수 있다. 상기 2차 농축 단계는 예를 들어 30~180℃의 온도, 또는 40~120℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 압력조건 및 온도조건하에서 증류됨으로써 증류탑의 상부로는 물과 암모니아가 분리되고, 하부로는 1,5-디아미노펜탄이 분리된다.
상기 방법으로 정제된 1,5-디아미노펜탄은 40중량% 이상의 회수율, 60중량% 이상의 회수율, 바람직하게는 65중량% 이상의 회수율, 더욱 바람직하게는 75% 이상의 회수율, 더욱 더 바람직하게는 85% 이상의 회수율, 가장 바람직하게는 90.0중량% 이상의 회수율을 가질 수 있다.
또한, 상기 방법으로 정제된 1,5-디아미노펜탄은 99.0중량% 이상의 순도 및 90.0중량% 이상의 회수율을 가질 수 있다. 상기 순도는 용매를 제외한 성분들에 대한 순도이다. 예를 들어, 상기 용매는 물일 수 있다.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.
(1,5-디아미노펜탄의 정제)
실시예 1: 1,5-디아미노펜탄의 정제방법
(발효단계)
미생물을 배양하여 L-라이신(L-Lysin) 및 이의 황산염을 포함하는 발효액이 준비되고, 상기 발효액에서 균체 제거 후 탈탄산효소 전환반응을 통해 L-라이신(L-Lysin)의 카르복실기가 제거되고, 이를 통해 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 발효액이 제조될 수 있다. 제조된 발효액에는 탄산염 형태의 1,5-디아미노펜탄이 58%이고, 황산염 형태의 1,5-디아미노펜탄이 42% 이다.
(1차 농축 단계)
상기 1,5-디아미노펜탄 발효액 1,000g을 1L 농축기(Eyela사 제조)에 투입하고, 47℃의 증기온도 및 80mmHg의 압력으로 유지하면서 발효액의 60%를 제거하여 농축하였다. 이 때, 제거된 응축수는 600g이었고, 제거된 응축수 중에 1,5-디아미노펜탄은 검출되지 않았다. 하기 표 1은 1차 농축 단계 전, 후의 성분 분석표이다. 하기 표 1의 1,5-디아미노펜탄, 아미노산, 유기산과 이온은 HPLC로 분석하였고, 수분분석은 Karl-fisher 수분 측정법을 이용하여 분석하였다.
성분 발효액(g) 1차 농축 후 잔류액(g) 1차 농축 후 제거된 응축수 (g)
물 760.6 160.6 600.0
1,5-디아미노펜탄 123.4 123.4 0.0
아미노산 1.5 1.5 0.0
이온 110.2 110.2 0.0
유기산 1.1 1.1 0.0
균체 3.2 3.2 0.0
합계 1,000.0 400.0 600.0
(탈탄산 단계)
상기 1차 농축 후 잔류액 400g에 황산 (순도 98%) 70.8g을 첨가하여 탄산 31.1g을 제거하였다. 얻어진 산성 조성물의 pH는 4.5 이었다.
(pH 조절 단계)
상기 탄산을 제거한 농축액 439.7g에 1,5-디아미노펜탄/수산화나트륨 몰비 3당량의 가성소다(수산화나트륨 50%) 290.4g을 첨가하여 농축액의 pH를 13.4로 조절하였다.
하기 표 2는 탈탄산 및 pH 조절 단계에서의 성분 분석표이다. 하기 표 2의 1,5-디아미노펜탄, 아미노산, 유기산과 이온은 HPLC로 분석하였고, 수분분석은 Karl-fisher 수분 측정법을 이용하여 분석하였다.
성분 1차 농축 후 잔류액(g) 황산 투입 후 농축액(g) 가성소다 투입 후 농축액(g)
물 160.6 174.8 381.7
1,5-디아미노펜탄 123.4 123.4 123.4
아미노산 1.5 1.5 1.5
이온 110.2 135.7 219.2
유기산 1.1 1.1 1.1
균체 3.2 3.2 3.2
합계 400.0 439.7 730.1
(회수 단계: 2차 농축 단계)
상기 가성소다를 투입한 잔류액을 1L 이중 자켓 반응기에 투입하였다. 상기 이중 자켓 반응기의 상부는 트레이(tray) 형태의 총 20단의 증류탑(Aceglass사 제조)의 하부로부터 10단 부분에 연결되어 있다. 상기 이중 자켓 반응기는 50 내지 130℃의 증기온도 및 80mmHg의 압력에서 상기 잔류액을 추가로 농축하였다. 상기 이중 자켓 반응기는 초기에 수분 증발로 인해 47℃의 증기온도로 유지되다가 1,5-디아미노펜탄이 증발되면서 113℃까지 증기온도가 상승하였다. 1,5-디아미노펜탄이 주성분으로 포함된 증기를 20단의 증류탑으로 투입하였다.
(회수 단계: 분별증류 단계)
상기 1,5-디아미노펜탄이 주성분으로 포함된 증기를 20단의 증류탑으로 투입하여 증류탑의 상부에서 물과 1,5-디아미노펜탄가 459g이 회수되고, 증류탑의 하부에서 1,5-디아미노펜탄이 111.2g (HPLC 순도 99.91중량%, 수분 제외)이 회수되었고, 1,5-디아미노펜탄의 회수율은 90.11중량%이었다.
상기 증류탑은 50 내지 113℃의 증기온도 및 80mmHg의 압력에서 1,5-디아미노펜탄을 분별증류하였다.
하기 표 3은 pH 조절 및 회수 단계에서의 성분 분석표이다. 하기 표 2의 1,5-디아미노펜탄, 아미노산, 유기산과 이온은 HPLC로 분석하였고, 수분분석은 Karl-fisher 수분 측정법을 이용하여 분석하였다.
성분 가성소다 투입 후 농축액(g) 증류탑 하부에서 회수된
농축액(g)		 증류탑 상부에서 회수된
농축액(g)		 2차 농축 후 반응기 잔류액(g)
물 381.7 0.1 357.9 23.7
1,5-디아미노펜탄 123.4 111.2 1.1 11.1
아미노산 1.5 0.0 0.0 1.5
이온 219.2 0.0 0.0 219.2
유기산 1.1 0.0 0.0 1.1
균체 3.2 0.0 0.0 3.2
합계 730.1 111.3 359.0 259.8
증류탑 하부에서 얻어진 1,5-디아미노펜탄의 회수율은 90.2중량%이었다.
실시예 2
탄산을 제거한 농축액 439.7g에 1,5-디아미노펜텐/수산화나트륨 몰비 2.5당량의 가성소다(수산화나트륨 50%) 242.0g을 첨가하여 농축액의 pH를 13.3으로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1와 동일한 방법으로 1,5-디아미노펜탄의 정제를 수행하였다.
증류탑 하부에서 얻어진 1,5-디아미노펜탄의 회수율은 86.9중량%이었다.
실시예 3
탄산을 제거한 농축액 439.7g에 1,5-디아미노펜텐/수산화나트륨 몰비 2당량의 가성소다(수산화나트륨 50%) 193.6g을 첨가하여 농축액의 pH를 11.5로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1와 동일한 방법으로 1,5-디아미노펜탄의 정제를 수행하였다.
증류탑 하부에서 얻어진 1,5-디아미노펜탄의 회수율은 42.6중량%이었다.
비교예 1
탈탄산 단계 없이, pH 조절 단계에서 1,5-디아미노펜텐/수산화나트륨 몰비 3당량의 가성소다(수산화나트륨 50%) 290.4g을 첨가하여 농축액의 pH를 13.8로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 1,5-디아미노펜탄의 정제를 수행하였다.
증류탑 하부에서 얻어진 1,5-디아미노펜탄의 회수율은 63.0중량%이었다.
비교예 2
탈탄산 단계 없이, pH 조절 단계에서 1,5-디아미노펜텐/수산화나트륨 몰비 2.5당량의 가성소다(수산화나트륨 50%) 242.0g을 첨가하여 pH 13.5로 조절된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 1,5-디아미노펜탄의 정제를 수행하였다.
증류탑 하부에서 얻어진 1,5-디아미노펜탄의 회수율은 61.2중량%이었다.
비교예 3
탈탄산 단계 없이, pH 조절 단계에서 1,5-디아미노펜텐/수산화나트륨 몰비 2.0당량의 가성소다(수산화나트륨 50%) 193.6g을 첨가하여 pH 13.5로 조절된 것을 제외한 나머지 공정은 동일한 방법으로 1,5-디아미노펜탄의 정제를 수행하였다.
증류탑 하부에서 얻어진 1,5-디아미노펜탄의 회수율은 30.0중량%이었다.
평가예 1
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 얻어진 1,5-디아미노펜탄의 회수율을 1차 농축액의 탈탄산 여부와 1,5-디아미노펜텐/수산화나트륨 몰비를 하기 표 4에 나타내어 1차 농축액의 탈탄산 여부와 1,5-디아미노펜텐/수산화나트륨 몰비 변화에 따른 1,5-디아미노펜탄 회수율 차이를 평가하였다.
탈탄산 여부 1,5-디아미노펜탄 /수산화나트륨 몰비 염기성 조성물의 pH 1,5-디아미노펜탄 회수율[중량%]
실시예1 O 3.0 13.4 90.2%
실시예2 O 2.5 13.3 86.9%
실시예3 O 2.0 11.5 42.6%
비교예1 X 3.0 13.8 63.0%
비교예2 X 2.5 13.5 61.2%
비교예3 X 2.0 13.5 30.0%
상기 표 4에서 보여지는 바와 같이 탈탄산 단계를 추가함에 의하여 1,5-디아미노펜탄의 회수율이 현저히 증가하였다.

Claims (10)

  1. L-라이신 및 이의 황산염을 포함하는 미생물 발효액에 산첨가 없이 탈탄산효소전환 반응을 수행하여 준비된, 1,5-디아미노펜탄의 탄산염 및 황산염을 포함하는 발효액을 농축하는 단계;
    상기 발효액의 농축물에 산을 첨가하여 pH 4 내지 pH 7.0 의 탄산이 제거된 산성 조성물을 준비하는 단계;
    상기 산성 조성물에 염기를 첨가하여 pH 12.0 내지 pH 14 의 염기성 조성물을 준비하는 단계; 및
    상기 염기성 조성물로부터 1,5-디아미노펜탄을 회수하는 단계;를 포함하는 1,5-디아미노펜탄의 정제방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 발효액을 농축하는 단계가 10℃ 내지 100℃ 의 증기온도에서 수행되는 정제방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 산성 조성물의 pH가 4.0 내지 5.0 인 정제방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 산은 염산, 황산, 인산, 아세트산 및 질산 으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 정제방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 염기가 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화칼륨, 수산화바륨 및 수산화암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 정제방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 염기성 조성물로부터 1,5-디아미노펜탄을 회수하는 단계가
    상기 염기성 조성물로부터 증류에 의하여 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 조성물을 분리하는 단계; 및
    상기 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 조성물에서 분별증류에 의하여 1,5-디아미노펜탄을 회수하는 단계를 포함하는 정제방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 증류에 의하여 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 조성물을 분리하는 단계와 분별증류에 의하여 1,5-디아미노펜탄을 회수하는 단계가 연속적으로 수행되는 정제방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 분별증류가 증류탑에서 수행되며, 상기 증류탑의 하부에서 1,5-디아미노펜탄이 회수되는 정제방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 1,5-디아미노펜탄을 포함하는 조성물이 제거된 염기성 조성물로부터 부산물을 회수하는 정제방법.
  10. 삭제
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