KR101816504B1 - 감압에서의 발효 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발효 방법에 관한 것으로, 여기서 탄수화물 공급원을 발효 조건하에 수성 발효액에서 미생물과 접촉시켜, 염, 또는 물의 비점보다 높은 비점을 갖는 생성물인 발효 생성물을 형성하고, 상기 발효 방법은, 대기압 미만이고, 반응 배지가 발효 온도에서 이의 비점에 있는 값 이상인 압력에서 수행하며, 물은 발효 동안 발효 개시시에 반응기에 존재하는 액체 용적의 적어도 20%인 양으로 반응기로부터 증발되고 제거된다. 실질적인 양의 물을 제거하면서 감압에서 발효 방법의 수행은 수많은 이점을 갖는 것으로 밝혀졌다. 이는 시스템에 과잉의 물을 갖는 문제점을 해결하며, 이는 반응열의 제거를 보장하고, 개선된 발효 품질을 유도할 수 있다.

Description

감압에서의 발효 방법{FERMENTATION PROCESS AT REDUCED PRESSURE}

발효 방법은 당해 기술분야에 익히 공지되어 있다. 이들은 락트산, 아세트산, 프로피온산 및 숙신산을 포함한 산, 알콜(예: 에탄올, 프로판올, 부탄올 및 에리트리톨) 및 생물체 유래의 다른 수많은 성분들(예: 비타민)과 같은 다수의 상이한 성분들을 제조하는데 사용된다.

당해 기술분야에서, 개선된 발효 방법에 대한 계속적인 요구가 존재한다. 본 발명은 이제 당해 기술분야에 공지된 다양한 발효 방법과 관련된 다수의 문제점을 해결한 개선된 발효 방법을 제공한다.

본 발명은 발효 방법에 관한 것으로, 여기서 탄수화물 공급원을 발효 조건하에 수성 발효액(fermentation broth)에서 미생물과 접촉시켜, 염, 또는 물의 비점보다 높은 비점을 갖는 생성물인 발효 생성물을 형성하고, 상기 발효 방법은, 대기압 미만이고, 반응 배지가 발효 온도에서 이의 비점에 있는 값 이상인 압력에서 수행하며, 물은 발효 동안 발효 개시시에 반응기에 존재하는 액체 용적의 적어도 20%인 양으로 반응기로부터 증발 제거된다.

본 발명의 쟁점은 발효 방법이 감압, 즉 대기압 미만인 압력에서 수행되어, 실질적인 양의 물을 증발 및 제거한다는 것이다. 압력의 하한은 반응 배지가 발효 조건하에 액체 상으로 존재해야 한다는 것을 고려한다. 이는 발효 온도에서, 압력이 발효 배지가 이의 비점 또는 그 이상이어야 할 것을 의미한다. 이는 하기에서 보다 상세히 논의될 것이다.

본 발명에 따르는 발효 방법은 다수의 이점을 갖는다.

본 발명의 한 특징은 당해 기술분야에 공지된 일부 발효 방법과 관련된 과잉의 물의 문제점을 해결하는 것이다. 발효 방법에서, 공급원, 일반적으로 탄수화물 공급원은, 예를 들면, 용해된 형태로, 물과 함께 반응기로 첨가된다. 또한, 부가 스트림(예: pH 조절제)이 다시 수용액의 형태로, 종종 첨가될 수 있다. 이는 희석된 생성물 스트림의 형성을 유도할 수 있으며, 이는, 예를 들면, 방법 동안 물 제거 단계의 사용을 필요로 할 수 있다. 그러나, 이는 다수의 단점을 갖는다. 반응 배지가 제거되는 첫 번째 장소에서, 이는 액체 생성물의 제거와 관련될 수 있고, 이는 당해 방법에서 수율 손실을 유도한다. 또한, 발효 동안 또는 발효 후에 제거된 물의 용적이 큰 경우에, 이는 성질상 고가인 대형 장치의 사용을 필요로 한다. 따라서, 비용-효율적인 방법으로 발효기에서 과잉의 물을 감소시키는 발효 방법에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명에 이르러, 이 문제점이 감압하에 발효를 수행함으로써 훌륭한 방법으로 해결될 수 있음이 밝혀졌다. 압력의 감소는 이어서 제거되는 물의 증가된 증발 및 이와 함께 보다 농축된 생성물 스트림을 유도한다.

본 발명에 따르는 방법의 추가 이점은 발효 동안 생성된 열의 제거에 있다.

통상적으로, 발효 방법은 일정한 온도에서 수행한다. 발효 동안 생성된 열은 시스템으로부터 제거할 필요가 있다. 본 발명에 따르는 방법에서, 진공의 적용은 액체의 증발을 야기하며, 이는 시스템으로부터 열의 제거를 유도한다. 따라서, 발효 방법 동안 생성된 열의 제거에 대한 필요성을 감소시키는 것이 본 발명에 따르는 방법의 이점이다.

발효 온도를 필요한 값으로 유지하기 위하여, 시스템에 부가의 열을 제공할 필요가 있을 수 있다. 저품질의 폐열이 이러한 부가 열을 제공하기 위하여 사용되는 경우에, 본 발명에 따르는 방법은 방법-효율성 방식으로 수행할 수 있다. 적절한 저품질의 폐열은 발효 방법 자체로부터, 방법에 추가되는 농축 단계로부터, 또는 다른 유용한 공급원으로부터 유도할 수 있다. 따라서, 한 양태로, 본 발명에 따르는 방법에 저품질 폐열을 제공할 수 있다. 본 명세서의 맥락에서, 저품질 폐열이란 표현은 100℃ 미만, 보다 특히는 70℃ 미만의 온도인 뜨거운 유용 스트림으로부터 유도되는 열을 의미한다. 공급 온도가 발효 온도보다 5 내지 25℃ 높은, 보다 특히는 5 내지 15℃ 높은 스트림의 사용이 특히 매력적이다.

감압이 물보다 높은 휘발성을 갖는 반응 생성물을 제거하기 위하여 적용되고, 동시-증발된 물은, 예를 들면, 콘덴서를 사용하여 부분적으로 응축되어 반응 용기로 다시 공급되는 발효 방법이 당해 기술분야에 기술되었음을 주지한다. 본 명세서가 물이 제거됨을 언급하는 경우에, 이는 실제로 제거되고, 증발되지 않고, 응축되어 반응기로 직접 다시 공급됨을 의미하는 것으로 숙련가에게는 명백할 것이다.

본 발명의 추가 특징은 물이 다른 수단을 통해, 예를 들면, 부 스트림(side stream)으로서 제거되는 발효 시스템에 비하여 증가된 수율의 발효 생성물이 수득될 수 있다는 것이다. 이는 기질 g당 목적 생성물의 수율과 발효 배지 ℓ당 목적 생성물의 수율 중 어느 하나 또는 이들 둘 다에 해당될 수 있다. 이는 감압의 적용으로 인한 증발을 통해 잉여 수의 제거가 다른 수단을 통해, 예를 들면, 부 스트림으로서의 제거와 대조적으로, 발효 생성물의 제거를 동반하지 않기 때문이다. 또한, 본 발명에 따르는 방법에서, 물이 증발을 통해 제거되기 때문에, 반응기로부터 제거된 물 스트림은 부가의 정제를 필요로 하지 않을 수 있다.

또한, 본 발명의 방법이 개선된 발효 품질을 유도할 수 있음을 밝혀내었다. 임의의 이론으로 제한하려는 것은 아니지만, 감압의 적용은 미생물을 억제하거나, 최종 생성물에서 이취(off-odours), 풍미 상실 또는 다른 바람직하지 못한 특성을 야기하는 저-비점 오염물의 증발을 야기할 수 있다고 의심된다.

본 발명의 방법은 염이거나, 물의 비점보다 높은 비점을 갖는 발효 생성물의 형성에 적용시킬 수 있다. 발효 생성물이 물의 비점 미만인 비점을 갖는다면, 이는 감압에서 증발되어 물과 함께 제거될 것이다. 이는 함수량이 감소되고 생성물 수율이 증가된 발효액의 제공인, 본 발명의 근본적인 문제점을 해결하지 못한다.

본 발명에 따르는 방법은 수많은 형태의 발효 방법에 있어서의 적용을 밝혀내었다. 이는 혐기성 조건하에 수행되는 발효 방법에 특히 적합한 것으로 밝혀졌다.

본 발명에 따르는 방법을 통해 제조될 수 있는 적절한 생성물은 유기산(또는 이의 염)(예: 락트산, 아세트산, 프로피온산 및 숙신산), 알콜(예: 부탄올 및 에리트리톨) 및 수많은 다른 생물체 유래의 성분들(예: 비타민)을 포함한다. 주 생성물로서 유기산의 제조가 바람직하며, 락트산 및 숙신산(또는 이의 염)의 제조가 특히 바람직하다.

본 발명의 방법에서, 주요 발효 생성물로서 또한 제시되는, 발효 생성물 또는 발효가 목적인 생성물(들)은 염(들)이고/이거나, 물의 비점보다 높은 비점을 갖는 것을 의도하고 있다. 즉, 그들은 액체 또는 고체 형태로 발효 배지에 잔류해야 한다. 이는 염이 아니고 물의 비점 미만인 비점을 갖는 부산물의 형성을 배제하지 않으며, 그들은 따라서 진공의 적용으로 인해 발효 방법 동안 전체적으로 또는 부분적으로 제거된다. 주요 발효 생성물(또는 생성물들)의 총 수율은 일반적으로 전환된 기질 g당 생성물의 g으로서 계산되는, 적어도 20중량%, 특히 적어도 30중량%, 보다 특히 적어도 50중량%이다. 발효 특성에 따라, 주요 발효 생성물(또는 생성물들)의 총 수율은 전환된 기질 g당 생성물의 g으로서 계산되는, 적어도 60중량%, 종종 적어도 80중량%, 보다 특히 적어도 80중량%, 또는 심지어 적어도 90중량%일 수 있다.

본 발명은 전체 에탄올 및 이산화탄소가 전환된 기질의 양에 대해 계산하는 경우, 생성물의 70중량% 이상을 차지하는, 에탄올의 제조가 목적인 발효 방법에 관한 것은 아님을 주지한다. 본 발명은 수소가 주 생성물인 발효 방법에 관한 것도 아님을 주지한다.

상기 논의한 바와 같이, 발효는 대기압 미만의 압력에서 수행한다. 방법이 수행될 수 있는 최소 압력은 발효 온도에 의해 결정한다. 압력은 적어도 발효 배지가 이의 비점 또는 이의 비점 미만에 있도록 높아야 한다. 발효 배지의 온도가 이의 비점보다 높으면, 발효 배지는 증발되고, 온도는 배지가 이의 비점에 이를 때 까지 떨어질 것이다. 환언하면, 본 발명에 따르는 방법을 위한 최소 압력은 발효 온도에서 액체의 증기압이다.

반응 배지의 비점은 액체의 증기압이 액체를 둘러싼 주위 압력과 동일한 온도이다. 비등은 액체 어디서든 분자가 증기 상으로 빠져나가, 액체에 버블을 형성하는 방법이다. 비점은 또한, 포화 온도, 즉 제시된 압력에서 액체가 열 에너지로 포화되고, 임의의 에너지의 부가는 상 전이를 일으키는 포화 온도로서 제시될 수 있다.

발효는 각 경우를 기준으로 하여 선택되는 발효 온도에서 수행된다. 목적 생성물의 최대 수율 및 최대 전환율이 고려된다. 적절한 조건을 선택하는 것은 숙련가의 범위 내에 속한다. 온도는, 예를 들면, 방법의 개시시에 성장을 최적화하고 방법의 말기 가까이에 수율을 최적화하기 위하여 발효 방법에 따라 변할 수 있다. 이는 발효 압력을 변화시킬 수 있다.

부수적으로, 놀랍게도, 발효 배지가 비등하는 압력에서 본 발명의 방법을 수행할 수 있음을 밝혀냈음을 주지해야 한다. 확실히, 미생물은 비등하는 배지에 의해 둘러싸임에 의해 치명적으로 영향을 받지 않는다. 따라서, 수성 발효 배지가 발효가 수행되는 온도에서 비등하도록 압력을 선택하는 것이 본 발명의 특별한 양태이다.

본 발명에 따르는 방법에 적용되는 압력은 대기압에서 수행되는 방법에 비하여, 물의 증발을 증가시키기 위하여 대기압 미만이다. 예를 들면, 압력은 20 내지 950mbar, 보다 특히는 40 내지 500mbar가 되도록 선택할 수 있다.

본 발명에 따르는 방법에서, 물은 발효 동안 발효의 개시시에 반응기에 존재하는 액체 용적의 적어도 20%인 양으로 반응기로부터 증발되고 제거된다. 제거되는 물의 양이 적으면, 본 발명과 관련된 이점은 그들이 이와 관련된 비용에 균형을 이루는 정도로 수득될 수 없다. 제거하고자 하는 물의 양은 다수의 특징에 따라 좌우된다. 한 특징은 기질 스트림의 농도이다. 기질이, 예를 들면, 셀룰로즈 가수분해물의 경우 비교적 희석된 형태로 제공된다면, 기질이 보다 농축된 형태로 제공되는 경우보다 더 많은 물을 제거하는 것이 바람직할 것이다. 희석된 스트림, 예를 들면, 염기와 같은 pH 조절제의 희석된 스트림이 발효 동안 첨가된다면, 상기 스트림이 제공되지 않는 경우, 또는 보다 농축된 스트림이 제공되는 경우보다 더 많은 물을 제거하는 것이 바람직할 것이다. 제거되는 물의 양에 대한 상한은 반응 용기에 잔류하는 물의 양에 따라 좌우된다. 이는 반응기의 적절한 혼합을 허용하기에 충분해야 한다. 상기 내용을 고려하면서, 제거할 물의 적절한 양을 결정하는 것은 숙련가의 범위 내에 속한다.

이들 다양한 파라미터에 따라, 발효 동안 제거되는 물의 양은 발효 개시시에 반응기에 존재하는 액체 용적의 적어도 40%, 보다 특히는 적어도 50%일 수 있다. 반응기로 공급되는 희석된 기질 스트림 또는 다른 액체의 경우에, 물의 양은 훨씬 더 클 수 있는데, 예를 들면, 적어도 75%, 또는 어떤 경우에 적어도 100%일 수 있다.

일반적으로, 본 발명에 따르는 방법에서 제거되는 물의 양은 압력이 감소되는 동안의 시간 및 발효 배지에 공급되는 열의 양을 선택함으로써 조절한다. 상기 내용을 고려함으로써, 원하는 양의 물이 제거되도록 발효 조건을 선택하는 것은 숙련가의 영역 내에 속한다.

본 발명의 한 양태로, 물은 하기에 보다 상세히 논의되는 바와 같이, 발효 동안 첨가된다. 이 양태에서, 증발에 의해 반응기로부터 제거되는 물의 용적은 발효 동안 첨가되는 전체 물의 적어도 1%, 특히 적어도 5%, 보다 특히 적어도 10%가 되도록 압력을 선택하는 것이 바람직할 수 있다. 이 양태에서, 제거되는 물의 용적은 종종 발효 동안 첨가되는 전체 물의 최대 50%이다.

일부 발효 방법에 있어서, 수용액은, 예를 들면, pH 조절제를 첨가하기 위하여 발효 동안 또는 공급 배치식 방법으로 첨가한다. 이들 방법에서, 물의 제거가 특히 관심이 갈 수 있는데, 이는 어떤 경우에 발효 동안 첨가되는 물의 양이 아주 실질적일 수 있기 때문이다. 한 예로서, 높은 기질 농도가 발효를 억제하지만, 생성물은, 예를 들면, 고체이기 때문에 그렇치 않은 상황을 언급할 수 있다.

한 양태로, 본 발명은 염 또는 산을 포함한 생성물을 제조하기 위한 발효 방법에 관한 것이다. 이들 발효 방법에서, 미생물은 산을 생성하며, 염기 용액을 발효 배지에 가하여 당면한 미생물에 필요한 범위 내로 pH를 유지하고, 산을 이의 상응하는 염으로 전체적으로 또는 부분적으로 전환시킨다. 이러한 염기 첨가는 바람직하지 못한 다량의 물의 첨가를 수반할 수 있다.

본 발명에 따르는 방법을 통해 제조될 수 있는 산은 카복실산, 특히 탄소수 2 내지 8의 모노카복실산, 디카복실산 및 트리카복실산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 카복실산을 포함한다. 예로 락트산, 프로피온산, 시트르산, 말산, 말레산, 푸마르산, 아디프산, 숙신산, 타르타르산, 알파-케토글루타르산, 옥살로아세트산, 아세트산 및 아크릴산이나, 이들의 염을 포함한다. 현 시점에서, 락트산 또는 숙신산, 또는 이들의 염의 제조를 목적으로 하는 발효 방법이 상당히 바람직하다.

본 발명에 따르는 한 양태에서, 이의 염 형태로 존재하거나, 물의 비점보다 높은 비점을 갖는 생성물이 목적인 반면, 주요 부산물은 물의 비점 미만인 비점을 갖는 발효 과정이 사용된다. 이 경우에, 감압하에 발효의 수행은 실질적인 양의 바람직하지 않은 부산물의 제거를 보장한다. 이러한 형태의 발효의 한 예는 산, 특히 아세트산의 형성이 에탄올의 생성과 수반되는 혼합된 산 발효일 것이다.

상기 논의된 바와 같이, 발효 동안, 산의 형성은 pH의 감소를 야기한다. 이에 대응하고 미생물이 작용할 수 있는 범위 내로 pH를 유지하기 위하여, 염기성 용액이 통상적으로 발효 동안 첨가된다. 적절한 염기성 용액은 (수)산화칼슘, 탄산칼슘, 중탄산칼슘, (수)산화마그네슘, 수산화나트륨, 수산화암모늄, 수산화칼륨, 탄산마그네슘, 중탄산나트륨, 중탄산칼륨 중의 하나 이상을 포함하는 용액을 함유한다. 염기의 용해도에 따라, 상기 언급된 염기성 용액은 염기가 완전히 용해되고, 용액은 고체 성분을 함유하지 않는다는 의미의 실제 용액일 수 있다. 그러나, 염기성 용액은 또한 슬러리일 수 있고, 이는 용해된 염기 이외에, 고체 입자를 함유한다. 본 명세서 내에서, 용어 용액은 두 양태를 모두 포함하고자 한다.

일반적으로, 염기성 용액은 발효액의 pH를 약 3 내지 9, 보다 특히는 5.5 내지 약 7.0으로 조절하기에 효과적인 양으로 첨가한다.

마그네슘 염의 용액, 특히 수산화마그네슘 용액은 적절한 펌프 능력(pumpability)을 허용하도록 비교적 묽어야 하는 것으로 발견되었다. 따라서, 이 경우에, 염기성 용액의 농도는 비교적 다량의 물이 첨가됨으로 인해, 비교적 낮다.

따라서, 한 양태로, 본 발명은 마그네슘 염의 염기성 용액이 pH를 소정의 범위로 유지하기 위하여 사용되는 산의 발효 제조 방법에 관한 것이다.

락트산의 제조는 본 발명의 바람직한 양태이다. 따라서, 한 양태로, 본 발명은 발효 동안 pH를 소정의 범위로 유지하기 위하여 염기성 용액을 발효액에 첨가하면서, 탄수화물 공급원을 발효 조건하에 수성 발효액에서 락트산의 제조에 적합한 미생물과 접촉시켜 락트산 발효 생성물을 형성하는, 락트산의 제조 방법에 관한 것이다.

락트산 발효 제조는 당해 기술분야에 익히 공지되어 있다. 하기의 기술은 단지 일반적인 설명으로서 제시되었다.

예를 들면, 락트산 제조시 탄수화물 공급원은 일반적으로 하나 이상의 당, (액화) 전분, 당 시럽 또는 유장, 글루코즈, 프럭토즈, 또는 갈락토즈, 또는 이당류(예: 수크로즈 또는 락토즈), 식물 기원의 가수분해물인 헥소즈 및 펜토즈(예: 유기성 폐기물, 목재, 밀짚 등)를 포함한다.

적절한 미생물은 락토바실러스 종(Lactobacillus sp .), 예를 들면, 엘. 델브루엑키(L. delbrueckii), 바실러스 코굴란스(Bacillus coagulans), 바실러스 써모아밀로보란스(Bacillus thermoamylovorans), 바실러스 스미티(Bacillus smithii), 게오바실러스 스테아로써모필루스(Geobacillus stearothermophilus) 및 에스케리키아 콜라이(Escherichia Coli)를 포함한다.

각각의 미생물은 이 자신의 최적의 pH 및 온도 범위를 갖는다. 사용될 수 있는 압력은 미생물에 대한 최적의 온도에 따라 좌우된다.

그렇게 바람직하다면, 효소는 탄수화물 공급원의 미생물에 의해 처리될 수 있는 화합물로의 전환을 돕기 위해 발효 방법 동안 첨가될 수 있다.

본 발명에 사용하기에 적합한 발효 방법을 수득하기 위하여 기질, 미생물 및 반응 조건의 적합한 조합을 선택하는 것은 숙련가의 범위 내에 속한다.

본 발명의 한 양태로, 발효는 공급물을 미생물 및 효소와 접촉시키는 동시 당화 발효(SSF: simultaneous saccharification and fermentation) 방법이다.

동시 당화 발효 방법에서, 저-가치의 공급원을 효소 방법에 적용시켜 당을 생성하고, 이는 동시에 미생물을 사용하여 최종 발효 생성물, 예를 들면, 락트산으로 발효시킨다. SSF 방법은 감압하에 발효시키기 위한 관심가는 후보자로, 이는 이 방법에서 효소 반응으로부터 생성되는 바람직하지 못한 부산물이 휘발화에 의해 시스템으로부터 적어도 부분적으로 제거되기 때문임을 밝혀냈다.

저-가치의 공급원은 전분 및 전분의 부분 가수분해물로부터 선택할 수 있으며, 후자는 또한 액화 전분, 말토-덱스트린 또는 말토올리고당으로서 공지되어 있다. 발효 배지에 첨가될 수 있는 적절한 효소는 하나 이상의 알파-아밀라제 또는 글루코아밀라제 또는 풀루라나제를 포함한다. 이와 달리, 저-가치의 공급원은 셀룰로즈-함유 물질(예: 유기성 폐기물)로부터 선택할 수 있다. 이 경우에, 적절한 효소는 셀룰라제를 포함한다.

따라서, 한 양태로, 본 발명은 락트산 또는 이의 염의 제조 방법에 관한 것으로서, 여기서 저-가치의 공급원을 당 성분으로 전환시킬 수 있는 적어도 하나의 효소를 포함하는 배지에서 저-가치의 공급원을 당화시키고, 동시에 미생물을 사용하여 당 성분을 발효시키며, 임의로 배지로부터 락트산을 분리함을 포함하고, 상기 발효 방법은, 대기압 미만이고, 적어도, 반응 배지가 발효 온도에서 이의 비점에 있는 값인 압력에서 수행되는, 저-가치의 공급원을 동시 당화 발효 방법에 적용시킨다.

적절한 SSF 방법, 특히 저-가치의 공급원이 전분 및 전분의 부분 가수분해물(후자는 또한 액화 전분, 말토-덱스트린 또는 말토올리고당으로서 공지되어 있다)로부터 선택되고, 발효 배지에 첨가될 수 있는 적절한 효소는 알파-아밀라제 또는 글루코아밀라제 또는 풀루라나제 중 하나 이상을 포함하는 방법에 대한 추가 정보는, 제WO 03095659호를 참조하며, 이의 기술은 본 명세서에 참조로 인용된다.

일반적으로, 감압의 사용은 발효의 특성 및 조건에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 본 발명은 발효 생성물의 물 함량을 감소시키고, 생성물 수율을 증가시키고자 하는 모든 발효 방법에 적용시킬 수 있다.

특별한 발효 과정이 본 발명에 의해 적용시킴으로써 적절히 채택될 수 있는 지를 결정하는 것은 숙련가의 범위 내에 속한다. 추가의 설명은 필요치 않다.

본 발명은 실시예에 또는 실시예로 제한하지 않으면서, 하기의 실시예에 의해 설명될 것이다.

실시예 1

7ℓ 교반 발효기에는 헤드 스페이스에 결합된 외부 콘덴서가 장착되어 있다. 콘덴서는 저온 유지장치에 의해 4℃로 유지한다. 발효기 및 콘덴서는 진공 펌프에 의해 배기시킬 수 있다. 발효기에서, 수크로즈 1000g 및 탈염수 2700g을 함유하는 발효 배지를 제조한다. 인산이암모늄 및 황산이암모늄은 질소 공급원으로서 첨가한다. 당해 기술분야에서 통상적인 비타민 및 미량 원소를 첨가한다.

락트산 생성 미생물의 10% 접종원을 발효 배지에 가하고, 발효 배지는 55℃의 반응 온도로 만든다. 미생물은 락트산을 생성한다. 배지의 pH는 수산화마그네슘의 슬러리를 첨가함으로써 6.4의 값으로 계속해서 모니터링하고 유지한다.

24시간 후, 발효 배지 위로의 압력을 120mbar의 값으로 감소시킨다. 발효 배지의 온도는 55℃에서 유지한다. 발효 배지는 발효 동안 비등하는 것으로 관찰되었다. 그러나, 락트산 제조 프로필은 대기 조건에서의 발효에 견줄만 한 것으로 나타났다. 6시간 내에, 물 1800㎖가 외부 콘덴서에서 증발되고 응축된다. 발효는 진행되도록 방치시킨다. 모든 당이 소비되는 경우에, 발효액의 용적은 3200㎖이다. 통상적인 대기 발효에 비하여, 감압에서 발효의 수행은 발효액의 용적을 거의 50%만큼 감소시킨다. 또한, 최종 발효액 ℓ당 고체 마그네슘 락테이트 g인, 발효 수율은 증가되는 것으로 밝혀졌다.

본 실시예에서, 발효 동안 반응기로부터 증발 제거되는 물의 양은 발효의 개시시에 반응기에 존재하는 액체 용적에 대해 계산하는 경우에, 67%이다.

실시예 2

70ℓ 스테인레스 스틸 교반 발효기에는 헤드 스페이스에 결합된 외부 플레이트 및 프레임 콘덴서와 응축물 수거 용기가 장착되어 있다. 발효기 및 콘덴서는 가변 구동 막 진공 펌프에 의해 배기시킬 수 있다. 발효기는 이중 벽이며, 수-가열 욕에 의해 원하는 온도에서 유지한다. 발효기에서, 수크로즈 18㎏ 및 탈염수 50L를 함유하는 발효 배지를 제조한다. 인산이암모늄 및 황산이암모늄은 질소 공급원으로서 가한다. 당해 기술분야에서 통상적인 비타민 및 미량 원소를 첨가한다.

락트산 생성 미생물의 5.8L 접종원을 발효 배지에 가하고, 발효 배지는 55℃의 반응 온도로 만든다. 미생물은 락트산을 생성한다. 배지의 pH는 20.7중량%의 수산화마그네슘 슬러리를 첨가함으로써 6.4의 값으로 계속해서 모니터링하고 유지한다.

18시간 후, 발효 배지 위로의 압력을 110 내지 125mbar의 값으로 감소시킨다. 이 압력은 진공 펌프에 결합된 디지틀 진공 측정기에 의해 유지한다. 발효 배지의 온도는 수-가열 조에 결합된 온도 프로브에 의해 55℃에서 유지한다. 콘덴서는 냉각수에 의해 20℃에서 유지한다. 발효 배지는 발효 동안 비등하는 것으로 관찰되었다. 거품발생을 감소시키기 위하여 소포제 100㎖를 가한다. 14시간 후, 물 32L가 외부 콘덴서에서 증발되고 응축되었다. 락트산 제조 프로필(profile)은 대기 조건에서의 발효에 견줄만 한 것으로 유지된다. 모든 당이 소비되는 경우에, 발효액의 용적은 66L이다. 통상적인 대기 발효에 비하여, 감압(진공)에서 발효의 수행은 발효액의 액체 용적을 약 43%만큼 감소시킨다. 또한, 최종 발효액 ℓ당 고체 마그네슘 락테이트 g인, 발효 수율은 증가되는 것으로 밝혀졌다. 감압하에 수행되는 발효 방법에 의해 생성되는 락테이트의 총 양은 대기 조건하에 수행되는 견줄만한 방법에 의해 생성되는 총 양과 견줄만 하다.

본 실시예에서, 발효 동안 반응기로부터 증발 제거되는 물의 양은 발효의 개시시에 반응기에 존재하는 액체 용적에 대해 계산하는 경우에, 64%이다.

Claims (16)

1. 반응기 내에서 탄수화물 공급원을 수성 발효액(fermentation broth)에서 산을 생성하는 미생물(acid-producing microorganism)과 발효 조건하에서 접촉시켜, 물의 비점보다 높은 비점을 갖는 산 또는 이의 염인 발효 생성물을 형성하는 발효 방법으로서,
   상기 발효 생성물이 탄소수 2 내지 8의 모노카복실산, 디카복실산 및 트리카복실산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 카복실산, 또는 이들의 염을 포함하고,
   발효 동안 pH를 3 내지 9의 범위로 유지하기 위하여 염기성 용액을 상기 발효액에 첨가하고,
   상기 발효 방법을 수행하는 압력은, 대기압 미만이면서 상기 미생물을 포함하는 수성 발효액이 발효 온도에서 그의 비점에 있는 값 이상이고,
   상기 발효 온도에서 상기 미생물은 상기 산을 생성하고,
   상기 압력 하에서 물이 발효 개시 시에 반응기에 존재하는 액체 용적의 20%이상의 양으로 발효 동안 상기 반응기로부터 증발 제거되는,
   발효 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 압력이 발효가 수행되는 온도에서 상기 수성 발효액이 비등하도록 선택되는, 발효 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 압력이 40 내지 500mbar이도록 선택되는, 발효 방법.
4. 제1항에 있어서, 물이 발효 동안 첨가되며, 상기 압력은 상기 반응기로부터 증발 제거되는 물의 용적이 발효 동안 첨가되는 전체 물의 1% 이상이 되도록 선택되는, 발효 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 반응기로부터 증발 제거되는 물의 용적이 발효 동안 첨가되는 전체 물의 5% 이상인, 발효 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 반응기로부터 증발 제거되는 물의 용적이 발효 동안 첨가되는 전체 물의 10% 이상인, 발효 방법.
7. 제4항에 있어서, 상기 반응기로부터 증발 제거되는 물의 용적이 발효 동안 첨가되는 전체 물의 50% 이하인, 발효 방법.
8. 제1항에 있어서. 상기 pH가 5.5 내지 7의 범위로 유지되는, 발효 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 방법의 상기 발효 생성물이 전환된 기질 g당 생성물의 g으로서 계산하여 30중량% 이상의 수율로, 탄소수 2 내지 8의 모노카복실산, 디카복실산 및 트리카복실산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 카복실산, 또는 이들의 염을 포함하는, 발효 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 발효 생성물이 락트산, 프로피온산, 시트르산, 말산, 말레산, 푸마르산, 아디프산, 숙신산, 타르타르산, 알파-케토글루타르산, 옥살로아세트산 및 아세트산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 카복실산, 또는 이들의 염을 포함하는, 발효 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 발효 생성물이 락트산 또는 숙신산, 또는 이들의 염을 포함하는, 발효 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 발효 생성물이 락트산 또는 이의 염을 포함하는, 발효 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 염기성 용액이 산화칼슘, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 중탄산칼슘, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 수산화나트륨 및 수산화칼륨 중의 하나 이상을 포함하는, 발효 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 염기성 용액이 수산화마그네슘을 포함하는, 발효 방법.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발효 방법이, 공급물을 미생물 및 효소와 접촉시키는 동시 당화 발효(simultaneous saccharification and fermentation) 방법인, 발효 방법.
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