KR102104367B1 - 헤파린나트륨의 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 돼지 소창을 단백질 분해하고 수지에 흡착시켜 용출함으로써 헤파린나트륨 분말을 얻는 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다. 이를 위해, 원료인 냉동 돼지소창을 해동하기 위한 해동탱크(100); 해동된 원료를 분쇄하는 분쇄기(120); 분쇄된 원료를 염화나트륨 또는 단백질 분해효소와 함께 가수분해하는 반응조(200); 가수분해된 원료로부터 액상을 분리하기 위한 탈수기(130); 액상이 투입되고 내부에 음이온교환수지가 수용된 음이온교환수지흡착조(150); 흡착된 음이온교환수지가 염화나트륨 수용액과 함께 투입되어 용출되는 용출조(160); 용출조(160)의 하류에 설치되고 투입되는 에탄올에 의해 침전물이 형성되는 침전조(170); 및 침전물을 건조 및 분쇄하는 헤파린나트륨을 생성하는 건조분쇄기(180);가 제공된다.

Description

헤파린나트륨의 제조장치 및 제조방법{Manufacturing apparatus of Heparin Sodium and Manufacturing method}
본 발명은 돼지 소창으로부터 헤파린나트륨을 추출하는 것에 관한 것으로, 보다 상세하게는 돼지 소창을 단백질 분해하고 수지에 흡착시켜 용출함으로써 헤파린나트륨 분말을 얻는 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 헤파린은 간, 소창, 폐, 피부 등에 존재하는 황산화된 D-글루코사민, D-글루쿠론산, L-이두론산 등을 포함하는 산성 뮤코다당류의 혼합물로 1922년 W H 하우얼에 의하여 발견되었다. 헤파린은 실험용으로 채취된 혈액이 응고되는 것을 방지하기 위해 사용되었으며, 1940년대에 정맥혈전 같이 이미 정맥 내에 혈괴가 형성된 환자를 치료하기 위해 도입되었다.
헤파린은 강한 혈액 항응고활성을 가지고 있으며(대한구강악안면외과학회지, 29, 232 [0003] (2003)), 범발성 혈관 내혈액응고 증후군의 치료, 정맥혈전증, 심근경색증, 폐색전증, 뇌색전증, 사지동맥혈전 색전증, 수술중ㆍ수술 후의 혈전 색전증 등 여러 혈전 색전증의 치료 및 예방 이외에, 혈액투석, 인공심폐 등의 체외순환장치 사용시나 혈관 카테터 삽입시 또는 수혈 및 혈액 검사시 혈액응고의 방지에 사용되고 있다. 또, 헤파린은 혈액 항응고 활성 이외에, 리포단백 리파아제 활성화 작용, 항혈소판 응집작용, 혈압 저하작용, 항보체작용, 암전이 억제작용, 비만세포로부터의 탈과립 저해작용, 국부염증 억제, 진통 및 근조직의 혈행촉진 작용 등의 많은 생리활성을 가지는 것도 알려져 있다.
헤파린은 주로 소의 폐나 돼지의 장에서 추출하여 제조하였지만, 광우병 문제 이후, 의약품으로서의 헤파린의 기원은 거의 돼지 소창(소장) 점막(일명 : 곱)에서 유래하고 있다. 통상, 수용매에 돼지 소창점막을 현탁시켜 단백질을 소화시킨 다음 흡착제 등을 첨가하여 헤파린과 다른 뮤코폴리사카라이드(주로 콘드로이친황산 패밀리, 헤파란황산 등)를 복합체로서 추출하여 조원료로 하고 있다.
그러나, 돼지 소창(소장)은 한마리당 약 15m 정도의 길이와 약 1.6 kg의 무게인데 반해, 이로부터 추출할 수 있는 헤파린나트륨은 약 0.66g에 불과하다. 따라서, 적절량의 헤파린나트륨을 얻기 위해서는 굉장히 많은 양(약 10,000마리)의 돼지 소창이 필요하다. 이러한 대량의 돼지 소창을 종래의 기술로 처리하기 위해서는 많은 생산시설과 시간이 필요할 뿐만 아니라 처리 과정에서 다량의 폐수와 악취가 발생하는 문제점이 있었다. 이로 인해 처리 공장이나 시설은 추가적인 폐수 처리 시설을 갖추어야 하고 방류수의 오염문제나 주민들로부터의 민원등의 어려움을 겪어왔다.
1. 한국공개특허공보 제 10~2004-0071127호(비만세포 배양물로부터 헤파린의 제조방법), 2. 한국공개특허공보 제10~2013-0118307(고순도 헤파린 및 그 제조방법), 3. 한국등록특허공보 제10-0515706호(헤파린 제조방법), 4. 한국등록특허공보 특1982-0001739호(헤파린의 회수방법), 5. 한국등록특허공보 특1982-0000044호(헤파린의 추출방법).
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 대량의 돼지소창을 신속하고 친환경적으로 처리하여 헤파린나트륨을 획득할 수 있는 헤파린나트륨의 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 제조 공정에서 발생하는 각종 폐수와 처리수를 재활용함으로써 방류수를 최소화하고, 헤파린나트륨의 획득 수율을 높일 수 있는 헤파린나트륨의 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 원료인 냉동 돼지소창을 해동하기 위한 해동탱크(100); 해동된 상기 원료를 분쇄하는 분쇄기(120); 분쇄된 원료를 염화나트륨 또는 단백질 분해효소와 함께 가수분해하는 반응조(200); 가수분해된 원료로부터 액상을 분리하기 위한 탈수기(130); 액상이 투입되고 내부에 음이온교환수지가 수용된 음이온교환수지흡착조(150); 흡착된 음이온교환수지가 염화나트륨 수용액과 함께 투입되어 용출되는 용출조(160); 용출조(160)의 하류에 설치되고 투입되는 에탄올에 의해 침전물이 형성되는 침전조(170); 및 침전물을 건조 및 분쇄하는 헤파린나트륨을 생성하는 건조분쇄기(180);를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤파린나트륨의 제조장치가 제공된다.
또한, 해동탱크(100)와 분쇄기(120) 사이에는 해동된 원료에서 내피를 제거하는 내피제거기(110)가 더 설치된다.
또한, 탈수기(130)로부터 액상이 분리되고 남은 단백질 덩어리를 압축하는 프레스(140);를 더 포함하고, 프레스(140)로부터 발생하는 압축수를 액상으로 리턴시킬 수 있다.
또한, 반응조(200)에는 가수분해를 촉진하기 위하여 반응조(200)를 가온하는 스팀발생장치(250)가 더 포함된다.
또한, 반응조(200)는, 가수분해 원료가 수용되는 내부탱크(220); 및 내부탱크(220)와 소정의 스팀공간(230)을 형성한 채 이격된 외부탱크(210);로 구성되고, 내부탱크(220)와 연통하는 제 1 스팀관(256); 스팀공간(230)과 연통하는 제 2 스팀관(254); 스팀발생장치(250)에서 발생한 스팀을 제 1 스팀관(256)과 제 2 스팀관(254) 중 하나로 선택하여 공급하는 전환밸브(252);를 더 포함한다.
또한, 흡착된 음이온교환수지가 용출조(160)로 이송된 후, 음이온교환수지흡착조(150)의 잔여수를 별도로 저장하기 위한 재이용수 탱크(190)를 더 포함하고, 재이용수 탱크(190)내의 재이용수는 해동탱크(100)로 이송되어 재활용되거나 흡착된 음이온교환수지의 세척에 재활용된다.
또한, 흡착된 음이온교환수지가 용출조(160)로 이송된 후, 음이온교환수지흡착조(150)의 잔여수중 상청액은 반응조(200)로 리턴되도록 구성된다.
또한, 침전조(170)는 침전물을 배출한 후, 잔여 상청액으로부터 에탄올을 획득하기 위하여 가열장치와 냉각장치를 더 포함한다.
또한, 침전조(170)는 에탄올을 획득하고 남은 폐수를 반응조(200)로 리턴하도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 또 다른 카테고리로써, 전술한 제조장치를 이용한 헤파린나트륨의 제조방법에 있어서, 해동탱크(100)에 원료인 냉동 돼지소창을 담궈 해동하는 해동단계(S110); 해동된 원료의 내피를 제거하고, 분쇄기(120)에서 외피와 점막을 분쇄하는 분쇄단계(S130); 반응조(200)에 물, 분쇄된 원료와 수산화나트륨 그리고 염화나트륨 또는 단백질 분해효소를 투입하여 가수분해하는 가수분해단계(S140); 탈수기(130)에서 가수분해된 원료로부터 액상을 분리하여 농축하는 분리농축단계(S150); 음이온교환수지가 수용된 음이온교환수지흡착조(150)에 액상을 투입하여 음이온교환수지에 헤파린나트륨을 흡착시키는 흡착단계(S160); 용출조(160)에 음이온교환수지와 염화나트륨 수용액을 함께 투입하여 헤파린나트륨을 용출시키는 용출단계(S180); 침전조(170)에서 용출수와 에탄올을 함께 투입하여 침전물을 형성시키는 침전단계(S190); 및 건조분쇄기(180)로 침전물을 건조 및 분쇄하여(S200) 헤파린나트륨을 획득하는 획득단계(S210);를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤파린나트륨의 제조방법에 의해서도 달성될 수 있다.
또한, 가수분해단계(S140)는 4시간 동안 50℃로부터 90℃까지 점진적으로 승온될 수 있다.
또한, 가수분해단계(S140)에서, 물, 원료, 수산화나트륨 및 염화나트륨은 7 : 3 : 0.015 : 0.06 중량부로 투입되거나, 물, 원료, 수산화나트륨 및 단백질 분해효소가 7 : 3 : 0.015 : 0.012 중량부로 투입될 수 있다.
또한, 단백질 분해효소는 프로테아제를 포함한다.
또한, 용출단계(S180)에서 염화나트륨 수용액은 20%(w/v) ~ 30%(w/v) 농도이다.
또한, 용출단계(S180)는, 흡착된 음이온교환수지가 용출조(160)로 이송된 후, 음이온교환수지흡착조(150)의 상청액을 반응조(200)로 리턴하는 단계(S174); 및 음이온교환수지흡착조(150)의 잔여수를 재이용수 탱크(190)로 리턴하는 단계(S176);를 더 포함할 수 있다.
또한, 흡착단계(S160)와 용출단계(S180) 사이에는, 음이온교환수지흡착조(150)에서 꺼낸 음이온교환수지를 재이용수 탱크(190)의 재이용수로 세척하는 단계(S170)를 더 포함할 수 있다.
또한, 침전단계(S190)는, 침전조(170)가 침전물을 배출한 후, 잔여 상청액을 증류 및 냉각하여 에탄올을 획득하는 단계(S194); 및 에탄올이 제거된 폐수를 반응조(200)로 리턴하는 단계(S198);를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 대량의 돼지소창을 신속하고 친환경적으로 처리할 수 있다. 즉, 원료의 투입부터 헤파린나트륨의 획득까지 8 ~ 12시간이 소요되어 신속하게 처리가 가능하다. 또한, 전체 공정을 폐쇄 관로와 탱크로 구성함으로써 악취의 발생을 막고 자동화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 제조 공정에서 발생하는 각종 폐수와 처리수를 재활용함으로써 방류수를 최소화하여 친환경적이다. 그리고, 폐수나 처리수에 포함된 미량의 헤파린나트륨도 재활용되는 과정에서 다시 획득될 수 있으므로 획득 수율이 높아 경제성이 높다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤파린나트륨의 제조장치를 나타내는 시스템 구성도,
도 2는 도 1 중 반응조(200)의 개략적인 단면도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 헤파린나트륨의 제조방법을 나타내는 흐름도,
도 4는 도 3에 도시된 흐름도중 재이용수와 폐수의 재활용 단계를 추가한 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
실시예의 구성
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤파린나트륨의 제조장치를 나타내는 시스템 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 해동탱크(100)는 원료인 냉동 돼지소창(이하 : 원료라 함)을 해동하기 위해 구비된다. 해동탱크(100)는 담금 해동을 하기 위해 물이 담겨진 탱크이다. 해동탱크(100)내의 물은 재이용수 탱크(190)로부터 리턴되는 재이용수이고, 부족한 양만큼만 보충된다. 만약 원료가 냉장 상태로 투입되는 경우에는 처리과정에서 해동탱크(100)를 생략할 수 있다.
내피제거기(110)는 해동된 원료에서 외피와 점막을 긁어 내고, 나머지 내피(일명 : 케이싱)을 분리하는 장비이다. 내피제거기(110)는 내장으로부터 소세지 껍질이나 순대 껍질에 사용되는 케이싱을 분리해 내는 공정에서 종래부터 사용되어 왔다.
분쇄기(120)는 내피제거기(110)의 후단에 설치되며, 내피제거기(110)에서 배출되는 외피와 점막을 분쇄하는 믹서이다.
반응조(200)는 분쇄기(120)의 후단에 설치되며, 가수분해 반응이 이루어지는 밀폐형 탱크이다. 반응조(200)의 구체적인 구성은 도 2에서 추후 설명하도록 한다.
탈수기(130)는 반응조(200)의 후단에 설치되고, 가수분해된 원료를 대상으로 액상과 단백질 덩어리를 분리하는 장치이다. 탈수기(130)는 회전하는 원통형 스크린에 의해 액상이 도중에 분리되고, 스크린을 통과하지 못한 단백질 덩어리가 최종단에서 배출되는 구성이다. 이러한 탈수기(130)는 각종 산업분야에서 널리 사용되는 구성이다.
탈수기(130)의 최종단에는 프레스(140)가 설치되어, 이송된 단백질 덩어리를 주기적으로 압축한다. 압축된 단백질 덩어리는 별도 상품으로 활용되고, 압축과정에서 배출되는 압축수는 액상과 함께 수지흡착조(150)로 이송된다. 이는 단백질 덩어리 속에 포함된 액상도 버리지 않고 수거함으로써 헤파린나트륨의 수율을 높이기 위함이다.
음이온교환수지흡착조(150)는 탈수기(130)와 프레스(140)의 후단에 설치되며, 내부에 음이온교환수지가 들어 있는 탱크이다. 음이온교환수지는 투입되는 액상 및 압축수와 음이온 교환을 함으로써 헤파린나트륨이 수지에 흡착되도록 한다. 이러한 음이온교환수지는 세척을 통해 재사용된다. 또한, 흡착된 음이온교환수지가 용출조(160)로 이송된 후, 음이온교환수지흡착조(150)의 잔여수중 상청액은 반응조(200)로 리턴되도록 구성된다.
용출조(160)는 음이온교환수지흡착조(150)의 후단에 설치된다. 용출조(160)는 헤파린나트륨이 흡착된 음이온교환수지가 이송되고 별도로 공급되는 염화나트륨 수용액에 의해 헤파린나트륨이 용출되는 탱크이다.
침전조(170)는 용출조(160)의 하류에 설치되고 별도로 투입되는 에탄올에 의해 헤파린나트륨이 침전물로 형성되는 탱크이다. 침전조(170)는 하부로 침전물을 배출하고, 잔여 액체(상청액이나 폐수)를 별도 처리할 수 있도록 구성된다. 즉, 침전조(170)는 침전물을 배출한 후, 잔여 상청액으로부터 에탄올을 획득하기 위하여 가열장치와 냉각장치를 포함한다. 가열장치는 침전조(170) 둘레에 설치된 히터가 될 수 있고, 냉각장치는 침전조(170) 둘레에 설치된 수냉식 냉각관이 될 수 있다. 또한, 침전조(170)는 에탄올을 획득하고 남은 폐수를 반응조(200)로 리턴하도록 구성될 수 있다.
건조분쇄기(180)는 침전조(170)의 후단에 설치되며, 침전물을 건조하고 분쇄하여 최종 분말 형태의 헤파린나트륨을 획득하는데 사용된다. 이를 위해, 건조분쇄기(180)는 건조기와 분쇄기가 직렬 연결된 형태로 구성한다. 건조기는 열풍 건조 방식을 통해 그래뉼이나 작은 덩어리 형태의 고체를 만들어내고, 분쇄기는 이를 분쇄하여 고운입자형태로 만든다.
재이용수 탱크(190)는 음이온교환수지흡착조(150)의 잔여수를 방류하지 않고 별도로 저장하는 탱크이다. 재이용수 탱크(190)내의 재이용수는 해동탱크(100)로 이송되어 해동에 재활용되거나 흡착된 음이온교환수지의 세척에 다시 재활용된다. 또한, 재이용수 탱크(190)에는 멤프레인 필터가 구비되어 순환되는 재이용수를 여과한다. 이러한 구성을 통해 방류되는 폐수의 양을 최소화할 수 있다.
도 2는 도 1 중 반응조(200)의 개략적인 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 반응조(200)는 약 10톤의 처리용량을 갖는 이중 스테인레스 탱크이다. 반응조(200)의 단면 구성은 가수분해 원료(280)가 수용되는 내부탱크(220); 및 내부탱크(220)와 소정의 스팀공간(자켓, 230)을 형성한 채 이격된 외부탱크(210);로 구성된다.
반응조(200)의 상부에는 가수분해하기 위한 원료가 투입되는 원료관(240), 물이 투입되는 급수관(242), 단백질 분해효소 또는 염화나트륨이 투입되는 반응관(246) 및 수산화나트륨이 투입되는 이온농도관(248)이 구비된다. 그리고, 반응조(200) 내부의 가수분해원료(280)를 교반하기 위한 교반장치(244)가 설치된다. 그외에 반응조(200)에는 온도센서, 압력센서, 밸브 등이 더 구비된다. 반응조(200)의 하부에는 가수분해된 원료를 배출하기 위한 배출관(260)과 배출밸브(262)가 구성된다.
또한, 반응조(200)에는 가수분해를 촉진하기 위하여 반응조(200)를 가온하는 스팀발생장치(250)가 더 포함된다. 스팀발생장치(250)는 보일러가 될 수 있다. 스팀발생장치(250)는 전환밸브(252)까지 연장되고, 제 1 스팀관(256)은 내부탱크(220)와 전환밸브(252) 사이를 배관한다. 그리고, 제 2 스팀관(254)은 스팀공간(230)과 전환밸브(252) 사이를 배관한다. 전환밸브(252)는 스팀발생장치(250)에서 발생한 스팀을 제 1 스팀관(256)과 제 2 스팀관(254) 중 하나로 선택하여 공급하도록 한다. 변형예로서 전환밸브(252)를 생략하고 제 1 스팀관(256)과 제 2 스팀관(254)에 각각 차단 밸브를 설치할 수도 있다.
비록 본 발명의 구성에서는 대략적인 기계장치의 구성에 대해 설명하였으나 시스템 구성에 필요한 각종 펌프, 센서(예 : 압력센서, 온도센서, 타이머 등), 밸브, 제어부, 전기전자 장치의 구성도 필요한 요소마다 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
실시예의 동작
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 동작을 상세히 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 헤파린나트륨의 제조방법을 나타내는 흐름도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저, 해동단계(S110)에서, 해동탱크(100)에 원료인 냉동 돼지소창을 투입하여 담금해동한다. 1회 투입 준비량은 원료 약 5,000 kg(돼지 소창 약 4,000 마리 분량)으로 이를 소분하여 연속투입한다.
그 다음, 내피제거기(110)는 해동된 원료의 내피를 제거하여 내피를 별도를 배출하고(S125), 외피와 점막(곱)을 다음 공정으로 이송한다.
그 다음, 분쇄기(120)에서 외피와 점막을 분쇄한다(S130).
그 다음, 반응조(200)에 물, 분쇄된 원료와 수산화나트륨 그리고 염화나트륨 또는 단백질 분해효소를 투입하여 가수분해를 진행한다(S140). 가수분해단계(S140)는 4시간 동안 50℃로부터 90℃까지 점진적으로 승온하여 진행한다(S146). 승온을 위해 스팀발생장치(250)에서 고온의 스팀을 생성하며, 제 1 스팀관(256)을 통해 내부탱크(220)로 직접 스팀을 공급하여 가열할 수도 있고, 제 2 스팀관(254)을 통해 스팀공간(230)에 스팀을 공급함으로써 중탕 가열을 할 수도 있다. 직접 가열은 스팀의 소모량이 많아 에너지 소모가 많지만 빠른 반응이 가능하고, 중탕 가열은 소량의 스팀으로도 승온이 가능하나 시간이 더 소요된다는 차이가 있다. 본 실시예에서는 중탕 가열로 승온을 실시하였다.
또한, 가수분해단계(S140)에서, 물, 원료, 수산화나트륨 및 염화나트륨은 7 : 3 : 0.015 : 0.06 중량부로 투입되거나, 물, 원료, 수산화나트륨 및 단백질 분해효소가 7 : 3 : 0.015 : 0.012 중량부로 투입될 수 있다(S142). 즉, 물, 원료, 수산화나트륨 및 염화나트륨을 7,000 kg : 3,000 kg : 15 kg : 60 kg으로 투입한다. 또는 물, 원료, 수산화나트륨 및 단백질 분해효소를 7,000 kg : 3,000 kg : 15 kg : 12 kg으로 투입한다. 이 때 투입되는 단백질 분해효소는 프로테아제가 바람직하다. 또한, 수산화나트륨은 약 15 kg이 투입되지만 가수분해 원료(280)의 상태에 따라 pH 7 ~ 8 범위를 맞추기 위해 적절히 가감하여 투입할 수 있다.
약 4시간의 가수분해 과정중 교반장치(244)의 교반을 통해 가수분해를 촉진하고 균일한 반응이 이루어지도록 한다. 가수분해가 종료되면 배출밸브(263)를 열고 배출관(260)을 통해 탈수기(130)로 이송시킨다.
그 다음, 탈수기(130)에서 가수분해된 원료로부터 액상을 분리한다(S150). 분리된 액상은 다음 공정인 음이온교환수지흡착조(150)로 압송된다. 한편, 탈수기(130)에 의해 분리된 단백질 덩어리는 프레스(140)로 공급되고, 프레스(140)에 의해 압착됨으로써 압축수가 배출된다(S154). 배출된 압축수는 농축된 것으로써 분리된 액상과 함께 음이온교환수지흡착조(150)로 압송된다. 그리고, 압착된 단백질 덩어리는 별도로 활용된다(S152).
그 다음, 음이온교환수지가 들어 있는 음이온교환수지흡착조(150)에 액상을 투입하여 음이온교환수지에 헤파린나트륨을 흡착시킨다(S160). 흡착과정이 종료되면 액체를 배출하여 수지를 분리하고, 수지를 세척한다(S170).
그 다음, 용출조(160)에 세척된 음이온교환수지와 염화나트륨 수용액을 함께 투입(S185)하여 헤파린을 용리함으로써 헤파린나트륨 용리액을 용출시킨다(S180). 이때, 염화나트륨 수용액은20%(w/v) ~ 30%(w/v) 농도이다. 염화나트륨 수용액의 농도는 헤파린나트륨을 용출시키기에 충분한 농도면 족하고, 해당 범위를 초과할 필요가 없다. 용출수는 침전조(170)로 이송되고, 수지는 세척하여 재사용한다.
그 다음, 침전조(170)에서 용출수와 에탄올을 함께 투입하여(S192) 침전물을 형성시킨다(S190). 에탄올은 95 % 이상의 농도인 것이 바람직하다. 충분한 침전이 이루어진 후, 하부의 침전물은 침전조(170) 하부를 통해 배출한다. 그리고, 침전조(170)의 잔여 상청액을 증류(히터로 가열) 및 냉각(수냉식 냉각)하여(S196) 에탄올을 획득한다(S194). 이와 같이 획득된 에탄올은 침전조(170)에서 재사용된다. 이를 통해 사용된 에탄올이 버려져서 환경오염을 일으키는 것을 방지할 수 있고, 원가를 줄일 수 있는 경제성도 있다.
그 다음, 침전물은 건조분쇄기(180)로 이송되어 열풍으로 완전히 건조되고 분쇄되어(S200) 순도 높은 헤파린나트륨 분말을 획득하게 된다(S210).
도 4는 도 3에 도시된 흐름도중 재이용수와 폐수의 재활용 단계를 추가한 흐름도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 수지의 분리세척단계(S170)에서 상청액은 반응조(200)로 이송되어 재활용되고(S174), 그 밖의 잔여수는 재이용수탱크(190)로 리턴된다(S176). 또한, 수지의 분리세척단계(S170)에서 세척에 필요한 물도 재이용수탱크(190)로부터 공급받는 재이용수이다(S172).
재이용수탱크(190) 내의 재이용수는 멈브레인 필터를 통해 여과된 후 해동탱크(100)로 공급되어 담금해동에 필요한 물로 재활용되고(S112), 수지 세척에 재사용된다. 해동에 사용된 폐수는 방출되는 것이 아니라 반응조(200)로 보내져서 가수분해에 사용된다(S114). 이를 통해 극소량의 헤파린 성분도 버려지지 않고 획득수율을 높이는데 기여한다.
즉, 반응조(200)에 투입되는 물은 해동탱크(100)로부터의 폐수, 침전조(170)에서 발생하는 폐수가 되고, 모자라는 물은 급수를 통해 보충한다.
침전조(170)에서 상청액의 증류와 냉각을 통해 에탄올이 분리된 후의 폐수는 다시 반응조(200)로 보내져서 재활용된다(S198).
이와 같은 과정을 통해 방출되는 폐수의 양을 최소화하고, 소량의 헤파린이 버려지는 것도 방지할 수 있다. 또한, 전체 공정의 폐쇄형 탱크와 파이프로 구성함으로써 악취 발생을 최소화하며, 신속한 처리가 가능해졌다.
실험예
반응조(200)에서 물 7,000 kg에 대해 원료(돼지 소창의 외피와 점막) 약 3,000 kg 내외를 투입하고, 수산화나트륨(NaOH)로 pH 7.5를 조절하였다. 실험예 1 ~ 3은 단백질 분해를 위해 염화나트륨(NaCl)이 사용된 것이고, 실험예 4 ~ 6은 단백질 분해를 위해 프로테아제 효소가 사용되었다. 실온은 25℃이고, 스팀공간(230)으로 스팀을 공급하여 반응조(200)의 내부온도를 4시간동안 50℃로부터 90℃까지 천천히 승온하였다. 실험의 결과는 [표 1]에 나타난다.
실험예 물(kg) 원료(kg) NaOH(kg) NaCl(kg) 프로테아제(kg) 헤파린나트륨(kg)
1 7000 2905 13.4 59.3 - 1.1
2 7000 2500 12.3 58.2 - 1.0
3 7000 3100 14.5 61.1 - 1.1
4 7000 3121 14.4 - 12.2 1.4
5 7000 3054 14.1 - 11.9 1.5
6 7000 3072 13.9 - 12.1 1.3
[표 1]에 나타난 바와 같이, 가수분해를 위해 염화나트륨을 사용하는 것(실험예 1, 2, 3) 보다 프로테아제 효소를 사용하는 것(실험예 4, 5, 6)이 더 헤파린나트륨의 수득율이 높음을 확인할 수 있었다. 그러나, 염화나트륨과 프로테아제의 구매 비용을 감안하면 염화나트륨을 이용한 가수분해가 더 경제성이 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
100 : 해동탱크,
110 : 내피제거기,
120 : 분쇄기,
200 : 반응조,
130 : 탈수기,
140 : 프레스,
150 : 음이온교환수지흡착조,
160 : 용출조,
170 : 침전조,
180 : 건조분쇄기,
190 : 재이용수탱크,
200 : 반응조,
210 : 외부탱크,
220 : 내부탱크,
230 : 스팀공간,
240 : 원료관,
242 : 급수관,
246 : 반응관,
248 : 이온농도관,
250 : 스팀발생장치,
252 : 전환밸브,
254 : 제 2 스팀관,
256 : 제 1 스팀관,
260 : 배출관,
262 : 배출밸브,
280 : 가수분해 원료.

Claims (17)

  1. 원료인 냉동 돼지소창을 해동하기 위한 해동탱크(100);
    해동된 상기 원료를 분쇄하는 분쇄기(120);
    분쇄된 상기 원료를 염화나트륨 또는 단백질 분해효소와 함께 가수분해하는 반응조(200);
    가수분해된 상기 원료로부터 액상을 분리하기 위한 탈수기(130);
    상기 액상이 투입되고 내부에 음이온교환수지가 수용된 음이온교환수지흡착조(150);
    흡착된 상기 음이온교환수지가 염화나트륨 수용액과 함께 투입되어 용출되는 용출조(160);
    상기 용출조(160)의 하류에 설치되고 투입되는 에탄올에 의해 침전물이 형성되는 침전조(170); 및
    상기 침전물을 건조 및 분쇄하는 헤파린나트륨을 생성하는 건조분쇄기(180);를 포함하고,
    상기 반응조(200)에는 상기 가수분해를 촉진하기 위하여 상기 반응조(200)를 가온하는 스팀발생장치(250)가 더 포함되며, 그리고
    상기 반응조(200)는,
    가수분해 원료가 수용되는 내부탱크(220); 및
    상기 내부탱크(220)와 소정의 스팀공간(230)을 형성한 채 이격된 외부탱크(210);로 구성되고,
    상기 내부탱크(220)와 연통하는 제 1 스팀관(256);
    상기 스팀공간(230)과 연통하는 제 2 스팀관(254); 및
    상기 스팀발생장치(250)에서 발생한 스팀을 상기 제 1 스팀관(256)과 상기 제 2 스팀관(254) 중 하나로 선택하여 공급하는 전환밸브(252);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤파린나트륨의 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 해동탱크(100)와 상기 분쇄기(120) 사이에는 상기 해동된 원료에서 내피를 제거하는 내피제거기(110)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 헤파린나트륨의 제조장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탈수기(130)로부터 상기 액상이 분리되고 남은 단백질 덩어리를 압축하는 프레스(140);를 더 포함하고,
    상기 프레스(140)로부터 발생하는 압축수를 상기 액상으로 리턴시키는 것을 특징으로 하는 헤파린나트륨의 제조장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡착된 음이온교환수지가 상기 용출조(160)로 이송된 후, 상기 음이온교환수지흡착조(150)의 잔여수를 별도로 저장하기 위한 재이용수 탱크(190)를 더 포함하고,
    상기 재이용수 탱크(190)내의 재이용수는 상기 해동탱크(100)로 이송되어 재활용되거나 상기 흡착된 음이온교환수지의 세척에 재활용되는 것을 특징으로 하는 헤파린나트륨의 제조장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 흡착된 음이온교환수지가 상기 용출조(160)로 이송된 후, 상기 음이온교환수지흡착조(150)의 잔여수중 상청액은 상기 반응조(200)로 리턴되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 헤파린나트륨의 제조장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 침전조(170)는 상기 침전물을 배출한 후, 잔여 상청액으로부터 에탄올을 획득하기 위하여 가열장치와 냉각장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤파린나트륨의 제조장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 침전조(170)는 상기 에탄올을 획득하고 남은 폐수를 상기 반응조(200)로 리턴하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 헤파린나트륨의 제조장치.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 6 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 따른 제조장치를 이용한 헤파린나트륨의 제조방법에 있어서,
    해동탱크(100)에 원료인 냉동 돼지소창을 담궈 해동하는 해동단계(S110);
    해동된 상기 원료의 내피를 제거하고, 분쇄기(120)에서 외피와 점막을 분쇄하는 분쇄단계(S130);
    반응조(200)에 물, 분쇄된 상기 원료와 수산화나트륨 그리고 염화나트륨 또는 단백질 분해효소를 투입하여 가수분해하는 가수분해단계(S140);
    탈수기(130)에서 가수분해된 상기 원료로부터 액상을 분리하여 농축하는 분리농축단계(S150);
    음이온교환수지가 수용된 음이온교환수지흡착조(150)에 상기 액상을 투입하여 상기 음이온교환수지에 헤파린나트륨을 흡착시키는 흡착단계(S160);
    용출조(160)에 상기 음이온교환수지와 염화나트륨 수용액을 함께 투입하여 상기 헤파린나트륨을 용출시키는 용출단계(S180);
    침전조(170)에서 용출수와 에탄올을 함께 투입하여 침전물을 형성시키는 침전단계(S190); 및
    건조분쇄기(180)로 상기 침전물을 건조 및 분쇄하여(S200) 상기 헤파린나트륨을 획득하는 획득단계(S210);를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤파린나트륨의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가수분해단계(S140)는 4시간 동안 50℃로부터 90℃까지 점진적으로 승온되는 것을 특징으로 하는 헤파린나트륨의 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 가수분해단계(S140)에서,
    상기 물, 상기 원료, 상기 수산화나트륨 및 상기 염화나트륨은 7 : 3 : 0.015 : 0.06 중량부로 투입되거나,
    상기 물, 상기 원료, 상기 수산화나트륨 및 상기 단백질 분해효소가 7 : 3 : 0.015 : 0.012 중량부로 투입되는 것을 특징으로 하는 헤파린나트륨의 제조방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 단백질 분해효소는 프로테아제를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤파린나트륨의 제조방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 용출단계(S180)에서 상기 염화나트륨 수용액은 20%(w/v) ~ 30%(w/v) 농도인 것을 특징으로 하는 헤파린나트륨의 제조방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 용출단계(S180)는, 흡착된 상기 음이온교환수지가 상기 용출조(160)로 이송된 후,
    상기 음이온교환수지흡착조(150)의 상청액을 상기 반응조(200)로 리턴하는 단계(S174); 및
    상기 음이온교환수지흡착조(150)의 잔여수를 재이용수 탱크(190)로 리턴하는 단계(S176);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤파린나트륨의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 흡착단계(S160)와 상기 용출단계(S180) 사이에는,
    상기 음이온교환수지흡착조(150)에서 꺼낸 상기 음이온교환수지를 상기 재이용수 탱크(190)의 재이용수로 세척하는 단계(S170)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤파린나트륨의 제조방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 침전단계(S190)는,
    상기 침전조(170)가 상기 침전물을 배출한 후, 잔여 상청액을 증류 및 냉각하여 에탄올을 획득하는 단계(S194); 및
    상기 에탄올이 제거된 폐수를 상기 반응조(200)로 리턴하는 단계(S198);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤파린나트륨의 제조방법.
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