KR101980598B1 - 올리고당 및 펄프를 제조하는 방법 - Google Patents
올리고당 및 펄프를 제조하는 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101980598B1 KR101980598B1 KR1020170098192A KR20170098192A KR101980598B1 KR 101980598 B1 KR101980598 B1 KR 101980598B1 KR 1020170098192 A KR1020170098192 A KR 1020170098192A KR 20170098192 A KR20170098192 A KR 20170098192A KR 101980598 B1 KR101980598 B1 KR 101980598B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pulp
- enzyme
- treated
- solid
- extract
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
- C12P19/04—Polysaccharides, i.e. compounds containing more than five saccharide radicals attached to each other by glycosidic bonds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D25/00—Filters formed by clamping together several filtering elements or parts of such elements
- B01D25/12—Filter presses, i.e. of the plate or plate and frame type
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Zoology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
본 발명은 목질계 제지용 펄프를 셀룰라제 및 자일라나제와 동시에 효소 반응시키는 것을 특징으로 하는 자일로올리고당 및 용해용 펄프를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 자일로올리고당 및 용해용 펄프를 제조하는 방법은 한 번의 알칼리 용액 처리를 포함하기 때문에 공정이 간편하고 동시에 자일로올리고당을 고수율로 추출할 수 있고 자일란 함량이 매우 작은 고품위의 용해용 펄프를 수득할 수 있다.
Description
본 발명은 올리고당 및 용해를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 목질계 바이오매스로부터 효소 반응을 이용하여 자일로올리고당 및 용해용 펄프를 제조하는 방법에 관한 것이다.
펄프는 용도에 따라 크게 제지용 펄프(paper pulp)와 용해용 펄프(dissolving pulp)(또는 "섬유용 펄프"라고도 함)로 나눌 수 있다. 제지용 펄프는 종이, 판지 등의 제조에 사용되는 펄프를 말하고, 용해용 펄프는 화학섬유(예, 인조 견사, 스테이플파이버), 셀로판, 플라스틱, 필름, 합성풀 등 셀룰로오스 화학제품의 원료로 사용되는 펄프를 말한다. 용해용 펄프는 제지용 펄프에 비하여 화학적으로 더 정제되며 순도가 규정되어 있다.
용해용 펄프는 예비 가수분해 크라프트법(kraft process) 또는 산성 아황산법(acid sulfite process)에 의해 제조 획득하는 파생 셀룰로스로서, 주로 비스코스 레이온(viscose rayon), 셀룰로스 에스테르(cellulose ester)[셀룰로스 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로스 프로피오네이트(cellulose propionate), 셀룰로스 부틸레이트(cellulose butyrate), 셀룰로스 나이트레이트(cellulose nitrate)]와 셀룰로스 에테르(cellulose ether)[카복시메틸셀룰로스(carboxy methyl cellulose), 에틸셀룰로스 에스테르(ethyl cellulose ether), 메틸셀룰로스 에스테르(methyl cellulose ester)]의 제조에 사용되며, 여기에서 대부분은 방직산업에 사용된다.
비스코스 레이온 및 셀룰로스 파생물 산업이 발전함에 따라, 특히 레이온 스테이플(rayon staple)이 발전함에 따라 용해용 펄프의 수요가 급증하고 있다. 용해용 펄프 생산에 사용되는 원료는 주로 코튼 린터(cotton linter), 목재, 대나무이고, 목화 재배 면적이 해마다 감소하고 새로운 씨 없는 목화의 재배와 노동원가가 증가하고 있기 때문에 코튼 린터의 생산량도 해마다 감소하고 가격파동도 커지고 있다.
비스코스 레이온 등급의 용해용 펄프는 α-셀룰로스 순도가 높아야, 용해용 펄프 생산 과정에서 반드시 원료 중의 헤미셀룰로스, 특히 자일란(xylan)을 5 중량% 이하의 함량이 되게 제거하여야 한다. 그 이유는 이물질 때문에 공정 화학품 소모가 비교적 높아져 비스코스 레이온 생산 과정에 영향을 미치기 때문이다. 헤미셀룰로스를 더욱 잘 제거하고, 셀룰로스의 분해(degradation)를 줄이기 위하여, 종래의 용해용 펄프를 제작하는 비등 공정(boiling process)에 있어서 비등 전에 가수분해 공정을 추가한다. 즉, 예비 가수분해 크라프트법 또는 아황산염의 다단계 비등을 진행하는데, 국내외의 다단계 비등 공정에 있어서 다수가 무기산 촉매제, 간헐식 비등 공정을 채택한다. 상기 생산 공정의 가수분해 과정은 무기산을 첨가하기 때문에 고온에서 셀룰로스에 대해 비교적 강한 분해 작용하여 상기 중합도에 비교적 큰 영향을 미치며, 상기 공정은 예비 가수분해 설비에 대한 내식성 기준이 비교적 높다. 간헐식 가수분해와 비등 공정에는 주로 포트 채우기, 증기 가열, 예비 가수분해 반응, 비등이 포함되며, 간헐식의 생산 방식은 연속 생산을 유지할 방법이 없어 생산효율에 영향을 미친다.
자일로올리고당(xylo-oligosaccharide)은 2~8개의 D-자일로오스로부터 β-1,4-자일로오스 글리코시드 결합을 통해 형성되며, 이는 기능성 올리고당류의 중요 구성원이다. 자일로올리고당의 당도(saccharinity)는 자당 및 글루콘산보다 낮고, 자당 당도의 약 40%에 달한다. 자일로올리고당은 pH 및 열에 대한 안정성이 비교적 양호하고, 산성 조건(pH=2.5-7) 하에서의 가열에 의해서도 기본적으로 분해되지 않으므로, 요구르트, 유산균 음료, 탄산 음료 등 산성 음료에 많이 사용된다. 자일로올리고당은 보통 자일란을 다량 함유하는 식물 원료로부터 제조하는데, 예를 들면 목분, 옥수수심, 목화씨 껍질, 벼 껍질, 평지씨 껍질 원료를 엔도형 자일라나제를 이용해 가수분해한 후, 분리 정제하여 얻는다.
최근 원료비의 절감, 제조공정의 단순화 및 설비 시설의 최소화를 고려하여 목질계 바이오매스로부터 용해용 펄프와 유용한 당류를 동시에 제조하는 방법이 제시되었다. 예를 들어, 미국등록특허공보 제6057438호에는 (1) 제지용 크라프트 펄프를 수용성 수산화나트륨 용액과 50~100℃의 온도에서 접촉시키는 단계; (2) (1) 단계에서 얻은 슬러리를 고/액 분리하고, 분리된 고체 재료로부터 수산화나트륨을 제거하는 단계; (3) (2) 단계에서 얻은 고체 재료를 자일라나제(xylanase) 효소 용액과 접촉시키는 단계; (4) (3) 단계에서 얻은 슬러리를 고/액 분리하는 단계; (5) (4) 단계에서 얻은 고체 재료를 수용성 수산화나트륨 용액과 50~100℃의 온도에서 접촉시키는 단계; (6) (5) 단계에서 얻은 슬러리를 고/액 분리하고, 분리된 고체 재료로부터 수산화나트륨을 제거하여 용해용 펄프를 수득하는 단계; 및 (2) 및/또는 (6) 단계에서 얻은 액상을 탄소수가 1 내지 4인 적어도 하나의 알칸올(alkanol)과 혼합하여 자일란(xylan) 침전물을 생성시키고 고/액 분리하여 자일란(xylan)을 회수하는 단계를 포함하는, 용해용 펄프와 자일란을 동시에 생산하는 공정이 개시되어 있다. 또한, 미국등록특허공보 제6512110호에는 제지용 크라프트 펄프를 알칼리 및 자일라나제(xylanase) 효소와 순차적으로 접촉시켜 자일란을 추출하는 단계; 추출된 자일란을 회수하는 단계; 회수된 자일란을 산 가수분해 또는 효소 가수분해하여 자일로스로 전환시키는 단계; 자일로스를 과포화 조건에서 결정화시키고 결정화된 자일로스를 회수하는 단계; 및 알칼리 및 자일라나제(xylanase) 효소 처리된 펄프를 수용성 알칼리 용액으로 처리하고 수세하여 용해용 펄프를 수득하는 단계를 포함하는, 제지용 목질계 펄프로부터 자일로스와 용해용 펄프를 동시에 생산하는 공정이 개시되어 있다. 그러나 상기 선행기술들에 개시된 공정은 용해용 펄프 등급을 만족시키기 위해 2번의 알칼리 용액 처리를 필요로 하고 자일란 등의 추출 효율에 한계가 있다.
본 발명은 종래의 기술적 배경하에서 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 공정이 간편하면서도 목질계 제지용 펄프와 같은 목질계 바이오매스로부터 고품위의 용해용 펄프와 고수율의 자일로올리고당을 제조하는 방법을 제공하는데에 있다.
본 발명의 발명자들은 표백 크라프트 펄프 슬러리를 특정 조합의 효소와 반응시킨 후 고/액 분리하면 한 번의 알칼리 용액으로 처리하여도 고품위의 용해용 펄프를 얻을 수 있고 자일로올리고당을 고수율로 얻을 수 있다는 점을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
상기 목적을 해결하기 위하여 본 발명은 (a) 목질계 제지용 펄프 슬러리에 셀룰라제 및 자일라나제를 첨가하고 효소 반응시켜 자일로올리고당을 포함한 당류를 추출하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 결과물인 효소 처리된 펄프 슬러리를 고/액 분리하여 고상의 효소 처리된 펄프와 액상의 효소 처리 추출액을 수득하는 단계; (c) 상기 (b) 단계의 결과물인 효소 처리 추출액을 정제 및 분리하여 자일로올리고당을 수득하는 단계; (d) 상기 (b) 단계의 결과물인 효소 처리된 펄프와 알칼리 수용액을 혼합하여 펄프 슬러리를 제조하고 알칼리 반응시켜 펄프에 함유된 잔여 자일란을 추출하는 단계; 및 (e) 상기 (d) 단계의 결과물인 알칼리 처리된 펄프 슬러리를 고/액 분리하여 추출된 자일란을 제거하고 펄프 고형분 중량을 기준으로 자일란 함량이 5%(w/w) 미만인 용해용 펄프를 수득하는 단계를 포함하는, 자일로올리고당 및 용해용 펄프를 제조하는 방법을 제공한다.
상기 (a) 단계의 목질계 제지용 펄프는 목질계 원료로부터 제조된 것이라면 그 제조방법은 크게 제한되지 않으며 효소 반응에 의한 자일로올리고당 추출 효율 및 최종 목적물인 용해용 펄프의 품위를 고려할 때 표백 크라프트 펄프(bleached Kraft pulp, BKP)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 (a) 단계의 목질계 제지용 펄프 슬러리의 펄프 고형분 농도는 효소 반응 효율을 고려할 때 5~15%(w/w)인 것이 바람직하고 7.5~12.5%(w/w)인 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 (a) 단계의 셀룰라제 및 자일라나제를 합한 총 첨가량은 효소 반응에 의한 자일로올리고당 추출 효율 및 최종 목적물인 용해용 펄프의 품위를 고려할 때 펄프 고형분 중량을 기준으로 0.2~1.5%(w/w)인 것이 바람직하고 0.4~1.2%(w/w)인 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 (a) 단계의 셀룰라제 대 자일라나제의 중량비는 자일로올리고당 추출 효율 및 최종 목적물인 용해용 펄프의 품위를 고려할 때 9:1 내지 1:9인 것이 바람직하고 3:7 내지 7:3인 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 (a) 단계의 목질계 제지용 펄프 슬러리의 pH는 셀룰라제 및 자일라나제의 효소 활성을 고려할 때 5.0~6.5인 것이 바람직하고 5.0~6.0인 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 (a) 단계의 효소 반응 온도는 셀룰라제 및 자일라나제의 효소 활성을 고려할 때 45~65℃인 것이 바람직하고, 50~60℃인 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 (a) 단계의 효소 반응 시간은 자일로올리고당 추출 효율 및 최종 목적물인 용해용 펄프의 품위를 고려할 때 2~10 hr인 것이 바람직하고, 3~9 hr인 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 (b) 단계 또는 (e) 단계에서 사용되는 고/액 분리는 고상 함유 슬러리를 고상과 액상으로 분리하는 공지의 다양한 방법에 의해 수행될 수 있고, 분리 효율을 고려할 때 프레스 필터 또는 원심분리에 의해 수행되는 것이 바람직하고 프레스 필터에 의해 수행되는 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 (c) 단계는 구체적으로 효소 처리 추출액을 활성탄으로 처리하여 탈색하고 이온교환수지로 처리하여 탈염한 후, 정제된 효소 처리 추출액을 크로마토그래피로 분리하여 자일로올리고당 함유 시럽을 수득하는 것으로 구성될 수 있다. 상기 (c) 단계에서 수득한 자일로올리고당 함유 시럽의 자일로올리고당 함량은 전체 당류의 중량을 기준으로 70%(w/w) 이상, 예를 들어 70~95%(w/w)인 것이 바람직하고 공정의 경제성을 고려할 때 70~90%(w/w)인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 (c) 단계는 더 구체적으로 효소 처리 추출액을 당 농도가 20~40브릭스(Brix), 바람직하게는 25~35 브릭스(Brix)가 되도록 1차 농축하고, 1차 농축액을 활성탄으로 처리하여 탈색하고, 강산성 양이온 교환수지 및 약염기성 음이온 교환수지에 순차적으로 통과시켜 탈염하고, 정제된 효소 처리 추출액을 당 농도가 50~70 브릭스(Brix), 바람직하게는 55~65 브릭스(Brix)가 되도록 2차 농축하고, 2차 농축액을 크로마토그래피 칼럼에 통과시켜 자일로올리고당(xylooligosaccharide) 함량이 약 70%(w/w) 이상, 예를 들어 70~90%(w/w)인 자일로올리고당 함유 시럽을 수득하는 것으로 구성될 수 있다. 상기 자일로올리고당 함유 시럽은 분무 건조, 동결 건조 등과 같은 다양한 건조 방법을 통해 분말 형태 등으로 고형화될 수 있다.
또한, 상기 (d) 단계의 알칼리 수용액은 자일란 추출 효율, 고/액 분리에 의한 자일란 제거의 용이성 및 최종 목적물인 용해용 펄프의 품위를 고려할 때 5~15%(w/w) 농도의 수산화나트륨 수용액인 것이 바람직하고, 7.5~15%(w/w) 농도의 수산화나트륨 수용액인 것이 바람직하다.
또한, 상기 (d) 단계의 효소 처리된 펄프와 알칼리 수용액을 혼합하여 제조한 펄프 슬러리의 펄프 고형분 농도는 자일란 추출 효율, 고/액 분리에 의한 자일란 제거의 용이성 및 최종 목적물인 용해용 펄프의 품위를 고려할 때 5~15%(w/w)인 것이 바람직하고 7.5~15%(w/w)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 (d) 단계의 알칼리 반응 온도는 자일란 추출 효율 및 최종 목적물인 용해용 펄프의 품위를 고려할 때 20~40℃인 것이 바람직하고 25~35℃인 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 (d) 단계의 알칼리 반응 시간은 자일란 추출 효율 및 최종 목적물인 용해용 펄프의 품위를 고려할 때 30분 내지 2 hr인 것이 바람직하고 45분 내지 90분인 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 (e) 단계에서 알칼리 처리된 펄프 슬러리를 고/액 분리하여 추출된 자일란을 제거하면 고상의 알칼리 처리 펄프를 수득하게 되는데, 잔여의 알칼리를 제거하기 위해 수득한 고상의 알칼리 처리 펄프를 물로 수세하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 자일로올리고당 및 용해용 펄프를 제조하는 방법은 한 번의 알칼리 용액 처리를 포함하기 때문에 공정이 간편하고 동시에 자일로올리고당을 고수율로 추출할 수 있고 자일란 함량이 매우 작은 고품위의 용해용 펄프를 수득할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
1. 실험 재료
(1) Celluclast® 1.5L
- 셀룰라제(cellulase; CAS 등록번호 : 9012-54-8) 함유 액상 제품
- 활성 : 700 EGU/g
- 공급자 : Novozyme A/S(덴마크)임
(2) Shearzyme® 500L
- 자일라나제(xylanase; CAS 등록번호 : 9025-57-4) 함유 액상 제품
- 활성 : 500 FXU-S/g
- 공급자 : Novozyme A/S(덴마크)임
(3) 표백 크라프트 펄프(bleached Kraft pulp, BKP)
표백 크라프트 펄프는 크라프트 펄핑 공정(Kraft pulping process)에 의해 제조된 제지용 펄프로서, 제지회사에서 제조한 것을 사용하였다. 구체적으로 목재 칩(wood chip)을 고온/고압에서 유화소다(Na2S)와 가성소다(NaOH) 혼합액으로 증해하고 세척하여 1차적으로 리그닌을 제거하고 산소 탈리그닌화 공정으로 잔존 리그닌을 제거한 후 미표백 크라프트 펄프(unbleached Kraft pulp)를 수득하였다. 이후, 미표백 크라프트 펄프(unbleached Kraft pulp)를 표백 처리하여 함유되어 있는 착색 성분을 제거하고 표백 크라프트 펄프를 제조하였다. 본 발명의 실시예에서 사용한 표백 크라프트 펄프(bleached Kraft pulp, BKP)는 셀룰로스(cellulose) 약 79.5 중량%, 자일란(xylan) 약 18.5 중량% 및 기타 성분 약 2.0 중량%로 구성된다.
2.
자일로올리고당
및 용해용 펄프의 제조
제조예 1.
고형분 농도가 10 중량%인 표백 크라프트 펄프(bleached Kraft pulp, 이후 'BKP'라 함) 슬러리의 pH를 염산 수용액 또는 수산화나트륨 수용액을 이용하여 약 5.5 수준으로 조정하였다. 이후, BKP 슬러리의 온도로 약 55℃로 조정하고, Celluclast® 1.5L을 BKP 고형분 중량을 기준으로 0.5%(w/w)의 양으로 첨가하고 약 4시간 동안 효소 반응을 진행하여 펄프를 가수분해하고 동시에 펄프에 함유된 당류를 추출하였다. 효소 반응 종료 후, 효소 처리된 슬러리를 프레스 필터 여과 장치를 이용하여 고상의 효소 처리된 BKP와 액상의 효소 처리 추출액으로 분리하였다.
이후, 액상의 효소 처리 추출액을 당 농도가 약 30 브릭스(Brix)가 되도록 농축한 후 pH 3~4 및 60~80℃의 온도 조건에서 활성탄으로 처리하고 강산성 양이온 교환수지 및 약염기성 음이온 교환수지에 순차적으로 통과시켜 정제하였다. 이후, 정제된 효소 처리 추출액을 당 농도가 약 60 브릭스(Brix)가 되도록 농축하고 크로마토그래피 칼럼에 통과시켜 자일로올리고당(xylooligosaccharide) 함량이 약 70~90%(w/w)인 자일로올리고당 함유 시럽을 수득하였다.
또한, 고상의 효소 처리된 BKP에 10%(w/w) 농도의 수산화나트륨 수용액을 첨가하여 BKP 고형분 농도가 10 중량%인 BKP 슬러리를 제조하고 약 30℃에서 60분 동안 알칼리 반응을 진행하여 효소 처리된 BKP에 함유된 자일란(xylan)을 추출하였다. 알칼리 반응 종료 후, 알칼리 처리된 BKP 슬러리를 프레스 필터 여과 장치를 이용하여 고상의 펄프와 액상의 자일란 추출액으로 분리하고, 고상의 펄프를 증류수로 수세하여 용해용 펄프를 수득하였다.
제조예 2 내지 제조예 15.
효소 반응시 사용된 효소의 종류, 효소 첨가량 및 반응 시간을 다르게 변경한 점을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법 및 동일한 조건으로 고상의 효소 처리된 BKP와 액상의 효소 처리 추출액을 수득하고 후처리하여 자일로올리고당(xylooligosaccharide) 및 용해용 펄프를 제조하였다.
하기 표 1에 제조예 1 내지 제조예 15에서 사용한 효소 반응 조건을 나타내었다.
| 제조예 구분 | 투입 효소 | 효소 1 및 효소 2의 중량비 | 효소 전체 투입량(%, w/w) | 효소 반응 온도(℃) | 효소 반응 시간(hr) |
| 제조예 1 | 효소 1 | - | 0.5 | 55 | 4 |
| 제조예 2 | 효소 1 | - | 1.0 | 55 | 4 |
| 제조예 3 | 효소 1 | - | 1.0 | 55 | 8 |
| 제조예 4 | 효소 2 | - | 0.5 | 55 | 4 |
| 제조예 5 | 효소 2 | - | 1.0 | 55 | 4 |
| 제조예 6 | 효소 2 | - | 1.0 | 55 | 8 |
| 제조예 7 | 효소 1 및 효소 2 | 1:9 | 0.5 | 55 | 4 |
| 제조예 8 | 효소 1 및 효소 2 | 3:7 | 0.5 | 55 | 4 |
| 제조예 9 | 효소 1 및 효소 2 | 5:5 | 0.5 | 55 | 4 |
| 제조예 10 | 효소 1 및 효소 2 | 7:3 | 0.5 | 55 | 4 |
| 제조예 11 | 효소 1 및 효소 2 | 9:1 | 0.5 | 55 | 4 |
| 제조예 12 | 효소 1 및 효소 2 | 1:9 | 1.0 | 55 | 4 |
| 제조예 13 | 효소 1 및 효소 2 | 5:5 | 1.0 | 55 | 4 |
| 제조예 14 | 효소 1 및 효소 2 | 9:1 | 1.0 | 55 | 4 |
| 제조예 15 | 효소 1 및 효소 2 | 5:5 | 1.0 | 55 | 8 |
* 효소 1 : Celluclast® 1.5L
* 효소 2 : Shearzyme® 500L
* 효소 전체 투입량 : BKP 고형분 중량 기준
3.
자일로올리고당
및 용해용 펄프의 제조 공정에서 효소 반응 산물의 특성 및 알칼리 반응 산물의 특성 분석
(1) 효소 반응 후 당 전체 추출량 및 당 조성
제조예 1 내지 제조예 15에서 효소 반응 종료 후 수득한 액상의 효소 처리 추출액을 HPLC로 분석하여 당 전체 추출량 및 추출액의 당 조성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. HPLC 분석 조건은 다음과 같다.
* HPLC 장치 : Agilent Technology 1260 Infinity
* HPLC 칼럼 : Shodex Sugar SP0810
* HPLC 검출기 : RI(Refractive Index) detector
* 이동상 용매 : 물
* 유량 : 0.5 ㎖/min
* 칼럼 온도 : 80℃
* 검출기 온도 : 50℃
| 제조예 구분 | 당 전체 추출량(g/100g pulp) | 추출액 당 조성(전체 당류 중량 기준) | |||
| COS(%, w/w) | G(%, w/w) | XOS(%, w/w) | X(%, w/w) | ||
| 제조예 1 | 2.4 | 73.4 | 10.5 | 15.8 | 0.3 |
| 제조예 2 | 3.2 | 70.2 | 12.5 | 16.8 | 0.5 |
| 제조예 3 | 3.3 | 69.9 | 12.7 | 16.8 | 0.6 |
| 제조예 4 | 2.5 | 0.0 | 0.0 | 93.6 | 6.4 |
| 제조예 5 | 3.1 | 0.0 | 0.0 | 92.5 | 7.5 |
| 제조예 6 | 3.2 | 0.0 | 0.0 | 91.8 | 8.2 |
| 제조예 7 | 5.3 | 26.9 | 5.2 | 61.4 | 6.5 |
| 제조예 8 | 6.0 | 28.1 | 5.3 | 60.2 | 6.4 |
| 제조예 9 | 6.9 | 31.8 | 5.4 | 56.6 | 6.2 |
| 제조예 10 | 6.4 | 33.8 | 5.5 | 53.3 | 7.4 |
| 제조예 11 | 6.2 | 32.7 | 5.5 | 52.9 | 8.9 |
| 제조예 12 | 7.1 | 41.0 | 6.1 | 43.4 | 9.5 |
| 제조예 13 | 9.9 | 44.3 | 6.2 | 39.9 | 9.6 |
| 제조예 14 | 8.9 | 46.8 | 6.3 | 35.7 | 11.2 |
| 제조예 15 | 12.2 | 46.8 | 8.2 | 31.8 | 13.2 |
* COS : 약 2-8개의 D-glucose가 beta(1→4) 결합된 형태의 cello-oligosaccharide
* G : Glucose
* XOS : 약 2-8개의 D-xylose가 beta(1→4) 결합된 형태의 xylo-oligosaccharide
* X : xylose
(2) 알칼리 반응에 의해 수득한 용해용 펄프의 성분
제조예 1 내지 제조예 15에서 알칼리 반응에 의해 수득한 용해용 펄프의 성분을 분석하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
| 제조예 구분 | 용해용 펄프 성분 구성(펄프 고형분 중량 기준) | |
| cellulose(%, w/w) | xylan(%, w/w) | |
| 제조예 1 | 91.3 | 6.7 |
| 제조예 2 | 91.9 | 6.1 |
| 제조예 3 | 92.4 | 5.9 |
| 제조예 4 | 92.6 | 5.7 |
| 제조예 5 | 92.9 | 5.6 |
| 제조예 6 | 93.1 | 5.4 |
| 제조예 7 | 93.6 | 4.8 |
| 제조예 8 | 93.8 | 4.3 |
| 제조예 9 | 94.5 | 4.0 |
| 제조예 10 | 94.0 | 4.0 |
| 제조예 11 | 93.9 | 4.2 |
| 제조예 12 | 94.3 | 4.2 |
| 제조예 13 | 94.5 | 4.0 |
| 제조예 14 | 94.5 | 4.0 |
| 제조예 15 | 94.5 | 4.0 |
| 비교제조예 1 | 90.8 | 7.5 |
* 비교제조예 1 : 표백 크라프트 펄프를 효소로 처리하지 않고 제조예 1과 동일한 조건과 방법으로 알칼리 반응을 실시함
상기 표 2 내지 표 3에서 보이는 바와 같이 표백 크라프트 펄프를 셀룰라제 단독으로 처리하거나 자일라나제 단독으로 처리하면 당 전체 추출량이 작고 알칼리 반응에 의해 잔여 자일란을 제거하여도 용해용 펄프의 자일란 함량이 여전히 5%(w/w)를 초과하였다. 반면, 크라프트 펄프를 셀룰라제 및 자일라나제로 동시에 처리하면 당 전체 추출량 및 자일로올리고당의 추출율이 높고 알칼리 반응에 의해 잔여 자일란을 제거하면 용해용 펄프의 자일란 함량이 5%(w/w) 미만으로 크게 감소하였다.
이상에서와 같이 본 발명을 상기의 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명이 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (10)
- (a) 목질계 제지용 펄프 슬러리에 셀룰라제 및 자일라나제를 첨가하고 효소 반응시켜 자일로올리고당을 포함한 당류를 추출하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계의 결과물인 효소 처리된 펄프 슬러리를 고/액 분리하여 고상의 효소 처리된 펄프와 액상의 효소 처리 추출액을 수득하는 단계;
(c) 상기 (b) 단계의 결과물인 효소 처리 추출액을 정제 및 분리하여 자일로올리고당을 수득하는 단계;
(d) 상기 (b) 단계의 결과물인 효소 처리된 펄프와 알칼리 수용액을 혼합하여 펄프 슬러리를 제조하고 알칼리 반응시켜 펄프에 함유된 잔여 자일란을 추출하는 단계; 및
(e) 상기 (d) 단계의 결과물인 알칼리 처리된 펄프 슬러리를 고/액 분리하여 추출된 자일란을 제거하고 펄프 고형분 중량을 기준으로 자일란 함량이 5%(w/w) 미만인 용해용 펄프를 수득하는 단계를 포함하는 방법으로서,
상기 (a) 단계의 셀룰라제 및 자일라나제를 합한 총 첨가량은 펄프 고형분 중량을 기준으로 0.2~1.5%(w/w)이고, 셀룰라제 대 자일라나제의 중량비는 9:1 내지 1:9이고, 효소 반응 온도는 45~65℃이고, 효소 반응 시간은 2~10 hr인 것을 특징으로 하는, 자일로올리고당 및 용해용 펄프를 제조하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계의 목질계 제지용 펄프는 표백 크라프트 펄프(bleached Kraft pulp, BKP)인 것을 특징으로 하는, 자일로올리고당 및 용해용 펄프를 제조하는 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계 또는 (e) 단계에서 사용되는 고/액 분리는 프레스 필터 또는 원심분리에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 자일로올리고당 및 용해용 펄프를 제조하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (c) 단계는 효소 처리 추출액을 활성탄으로 처리하여 탈색하고 이온교환수지로 처리하여 탈염한 후, 정제된 효소 처리 추출액을 크로마토그래피로 분리하여 자일로올리고당 함유 시럽을 수득하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 자일로올리고당 및 용해용 펄프를 제조하는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 자일로올리고당 함유 시럽의 자일로올리고당 함량은 전체 당류의 중량을 기준으로 70%(w/w) 이상인 것을 특징으로 하는, 자일로올리고당 및 용해용 펄프를 제조하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계의 알칼리 수용액은 5~15%(w/w) 농도의 수산화나트륨 수용액인 것을 특징으로 하는, 자일로올리고당 및 용해용 펄프를 제조하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계의 효소 처리된 펄프와 알칼리 수용액을 혼합하여 제조한 펄프 슬러리의 펄프 고형분 농도는 5~15%(w/w)이고 알칼리 반응 온도는 20~40℃이고 알칼리 반응 시간은 30분 내지 2 hr인 것을 특징으로 하는, 자일로올리고당 및 용해용 펄프를 제조하는 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170098192A KR101980598B1 (ko) | 2017-08-02 | 2017-08-02 | 올리고당 및 펄프를 제조하는 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170098192A KR101980598B1 (ko) | 2017-08-02 | 2017-08-02 | 올리고당 및 펄프를 제조하는 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190014407A KR20190014407A (ko) | 2019-02-12 |
| KR101980598B1 true KR101980598B1 (ko) | 2019-05-21 |
Family
ID=65369465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170098192A KR101980598B1 (ko) | 2017-08-02 | 2017-08-02 | 올리고당 및 펄프를 제조하는 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101980598B1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102389473B1 (ko) * | 2019-12-20 | 2022-04-25 | 대상 주식회사 | 바이오매스로부터 오탄당 기반 올리고당을 제조하는 방법 |
| PT118045A (pt) | 2022-06-15 | 2023-12-15 | Inst Superior Tecnico | Processo de produção de xilooligossacarídeos a partir de pasta celulósica kraft branqueada por hidrólise enzimática em meio aquoso |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2301371C (en) * | 1999-03-23 | 2009-09-01 | Oji Paper Co., Ltd. | Process for bleaching lignocellulose pulp |
-
2017
- 2017-08-02 KR KR1020170098192A patent/KR101980598B1/ko active IP Right Grant
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "Wood Deterioration and Preservation, Chapter 12 Enzyme Processes for Pulp and Paper: A Review of Recent Developments", pp. 210-239, American Chemical Society (2003.)* |
| Bioresource Technology, Vol. 241, pp. 537-544 (2017.06.01.) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190014407A (ko) | 2019-02-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7812153B2 (en) | Process for manufacturing high purity xylose | |
| US6057438A (en) | Process for the co-production of dissolving-grade pulp and xylan | |
| US8986501B2 (en) | Methods for removing hemicellulose | |
| US6512110B1 (en) | Process for the production of xylose from a paper-grade hardwood pulp | |
| CN106661834B (zh) | 用于处理木质纤维素材料的方法 | |
| US20160040360A1 (en) | Processes for pretreating and purifying a cellulosic material | |
| JP2006296224A (ja) | 高純度キシロオリゴ糖組成物 | |
| JPS6052800B2 (ja) | 植物性原料からのグルコ−スの製法 | |
| EP2992135A1 (en) | Integrated processes for purifying a cellulosic material | |
| US20160369455A9 (en) | Methods for removing hemicellulose | |
| US20140048222A1 (en) | Methods for removing hemicellulose | |
| US6752902B2 (en) | Preparation of chemical pulp and xylose, utilizing a direct acid hydrolysis on the pulp | |
| WO2014179673A1 (en) | Processes for purifying a cellulosic material | |
| US4681935A (en) | Procedure for recovering soluble carbohydrates contained in wood | |
| CN110616237A (zh) | 一种汽爆植物纤维原料制备低聚木糖的方法 | |
| Jacquemin et al. | Comparison of different twin-screw extraction conditions for the production of arabinoxylans | |
| KR101980598B1 (ko) | 올리고당 및 펄프를 제조하는 방법 | |
| JP2017113024A (ja) | キシラン含有物の製造方法 | |
| JP3951545B2 (ja) | キシロオリゴ糖の製造方法 | |
| JP2001226409A (ja) | キシロオリゴ糖組成物 | |
| KR100939551B1 (ko) | 셀로비오스의 정제 방법 및 제조 방법 | |
| CN1410451A (zh) | 用稻草制取羧甲基纤维素和木糖的方法 | |
| WO2015021130A1 (en) | Processes for purifying a cellulosic material | |
| KR101584208B1 (ko) | 옥피를 이용하여 자일로스가 풍부한 자일란을 제조하는 방법 | |
| EP1325961A1 (en) | A process for the production of crystalline xylose |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |