KR20000009984A - 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르의 결정화 방법 - Google Patents

알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르의 결정화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸에스테르((α- L- Aspartyl - L- Phenylalanine Methylester, 이하 알파-아스파탐;α-Aspartame; APM 이라 함) 수용액의 결정화에 있어서 고온의 알파-아스파탐 과포화용액을 냉기층에 접촉 및 냉각시켜 결정화하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 알파-아스파탐 용액을 2내지 10wt%농도로 제조하여 분사용기에 담고 외부의 장치로부터 냉기를 직접 결정관 상부로 흐르게 하여 일정한 냉기층을 형성하게 한 후 상기의 용액을 분사시켜 냉각하므로서 양질의 알파-아스파탐 결정을 얻는 방법이다. 알파-아스파탐은 물 또는 물과 혼합된 유기용매를 사용하며 아스파탐의 결정화에 영향을 주지않는 기체를 사용하여 아스파탐 결정관 상부에 냉기층을 형성하도록 하여 종래의 아스파탐 결정화방법에서 나타나는 여과 및 탈수의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 아스파탐 결정화 방법이다.

Description

알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르의 결정화 방법
본 발명의 목적은 쉽게 여과 및 건조가 가능하여 효과적으로 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌메틸에스테르(이하, 아스파탐이라 함)의 생산이 가능하도록 하는 결정화방법에 관한 것이다. 본 발명은 아스파탐 용액을 분산시켜주면서 동시에 상기의 용액을 냉기층에 직접 접촉시켜 아스파탐 결정을 얻는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 알파-아스파탐은 아미노산계 감미료로서 설탕의 맛과 유사한 특성과 동시에 칼로리가 낮기 때문에 설탕을 대체하는 감미료로 식품, 음료, 아이스크림 등에 다양하게 이용되고 있는 식품첨가물이다.
아스파탐은 여러 가지 방법에 의해 제조가 가능하지만 공업적으로 아스파탐을 생산하는 방법으로 미국특허 제4,284,721호는 N-보호된-L-아스파트산을 효소 존재하에 L-페닐알라닌메틸에스테르와 커플링반응을 시켜 결합된 N-보호된 아스파탐의 보호기를 제거하여 아스파탐을 제조한다. 또 다른 방법으로 미국특허 제3,786,039호는 N-보호된 L-아스파트산무수물을 유기용매 존재하에 L-페닐알라닌메틸에스테르와 커플링시켜 N-보호된 아스파탐을 제조한 후 생성된 N-보호기를 제거하면 아스파탐이 생성된다. 상기 방법중에서 어느 방법을 사용하더라도 반응혼합물로부터 아스파탐을 분리하여 최종산물을 얻기 위해서는 결정화 과정은 필수적 단계이다.
일본특개소 98-177952호는 알파 아스파탐을 수용액에서 결정화시키는 방법으로 알파 아스파탐의 초기농도가 2-10wt%이고, 아스파탐 용액을 기계적 교반등의 강제유동을 부여하지 않으면서 열전도제어 방법에 의해 냉각시켜 아스파탐 결정을 얻는 제조방법에 관한 것이다. 그러나 상기의 발명은 샤벳트 형태의 결정상태로 결정관으로 부터의 배출이 용이하지 않은 단점이 있다. 또한 아스파탐 수용액을 강제적 교반없이 정체하여 냉각시키므로 결정화 시간이 장시간 소요되고 냉각표면과 아스파탐 용액간 최대거리를 명시하였고 이 요구조건을 만족시키기 위해 특정한 결정화장치의 사용을 제안하고 있으며, 이 장치를 사용하지 않고는 공업적으로 사용할 수가 없다.
유럽공개특허 0,523,813호에는 아스파탐 용액을 얼음과 직접 접촉시켜 냉각시켜 상기의 용액으로 부터 아스파탐 결정을 얻는 방법으로 얼음이 직접 아스파탐 용액에 첨가되므로서 용액을 희석시켜 최종 결정화 수율이 낮아지는 단점이 있다.
미국특허 5,502,238호는 강제적 교반에 의해 pH 3 이하의 아스파탐 수용액을 균질화시키면서 염기를 이용하여 상기의 용액을 중화시켜 결정화하는 방법으로 pH 3이상의 결정화가 시각적으로 확인되기 시작할 때 부터는 더 이상 기계적으로 교반하지 않는 아스파탐 결정화방법에 관한 것이다. 그러나 상기의 발명은 고온에서 중화시키므로서 아스파탐의 분자내 고리화합물인 5-벤질-3,6-디옥소-2-피페라진 아세트산(DKP)이 증가하기 쉬워 균일한 품질의 제품을 얻기가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 방법으로서 아스파탐 용액을 결정관내로 분사시키면서 동시에 상기의 용액에 직접 냉기를 불어넣어 냉각하면 용액으로 부터 아스파탐 결정이 효과적으로 얻어지는 것을 발견하였다. 이렇게 얻어진 결정은 기존의 과포화된 아스파탐 용액으로 부터 단순 석출된 결정에 비해 일반적으로 결정으로서 만족할만한 성질과 특성을 가진 양질의 아스파탐 결정형태로서 여과특성이 우수하고 건조가 용이한 장점이 있다. 또한 냉각판을 사용하지 않으므로서 결정이 냉각표면에 접착되어 용출하는데 따르는 문제점도 해결하였다. 본 발명은 여과 및 건조가 용이하여 효과적으로 알파-L-아스파틸-L-페닐알라닌 메틸에스테르의 생산이 가능한 결정화 방법을 제공하는데 있다.
도 1 은 아스파탐 결정화에 사용된 냉각기 및 냉각과정을 나타내는 모식도
도 2 는 아스파탐 결정화에 사용된 냉각기 및 냉각과정을 나타내는 모식도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 분사장치 2 : 냉각기
3 : 냉각자켓 4 : 조결관
5 : 배출구 6 : 팬
7 : 교반기 8 : 펌프
9 : 원심분리기
알파-아스파탐의 결정화 과정은 일반적으로 다음과 같은 과정을 거쳐 실행된다.
(1) 합성반응을 통해 형성된 아스파탐 용액(여기서, 용매는 물, 유기용매, 또는 물/유기용매 혼합계)을 냉각시킴으로써 아스파탐 결정을 침전시킨후, 정제한다. 또는 불순물이 함유된 아스파탐 결정을 물, 유기용매, 또는 물/유기용매 혼합계에서 재용해시켜 얻은 아스파탐 용액을 냉각시켜 얻은 아스파탐 결정을 정제한다.
(2) 침전으로 형성된 아스파탐 결정은 고체-액체 상분리가 가능한 즉 원심분리기 등과 같은 장치를 이용하여 분리 및 탈수시킨다 .
(3) 탈수된 결정을 건조한 후 결정화된 알파-아스파탐을 얻는다.
본 발명은 도 1에 표시된 바와 같이 냉기를 포화시킨 결정관에 상부에서 부터 아스파탐 용액을 일정속도로 분사시켜 준다. 직접 결정관내에 냉기를 투입하면서 동시에 상기의 용액을 계속 분사시켜주면 결정관 하부에 용액이 모이게 되고 결정이 석출되면서 결정의 숙성화가 이루어진다. 이러한 방법은 기존의 급속냉각 방식에 비해 커다란 결정의 수득이 가능하며 또한 조결에 의한 숙성과정이 필요없는 장점이 있다. 또한 교반에 의해 얻어진 침상형 아스파탐 결정에 비해 결정의 크기가 크므로 여과 및 탈수에도 효과적이다.
본 발명은 아스파탐 결정화에 대한 개선된 방법으로 상세히 설명하면 다음과 같은 과정을 포함한다. 첫째, 아스파탐 용액을 제조하여 분사용기에 담는다. 둘째, 외부의 장치로부터 냉기를 결정관내로 계속 흐르게 하여 아스파탐 분사방울과 직접 접촉할 수 있게 하고 결정관내 상부온도를 아스파탐결정화에 효과적인 온도로 유지시켜 준다. 셋째, 상기의 아스파탐 용액을 효과적인 상태의 냉기가 흐르고 있는 결정관을 통과할 수 있도록 분사시켜준다. 넷째, 과포화상태의 아스파탐 분사방울이 냉기를 통과하면서 냉각되어 결정관 하단부에 모이고 적당한 온도를 유지시켜주면 아스파탐 슬러리가 형성된다.
아스파탐 용액은 물 혹은 물을 포함한 혼합용매, 즉 물과 혼합하는 유기용매 25wt%이상을 포함하는 혼합용매로 아스파탐을 용해시켜 만든 용액을 모두 포함한다. 특히 유기용매는 탄소수 1내지 3이하의 저급알코올 사용이 적당하다. 더우기 저급알코올 사용은 진공하에 결정화된 슬러리로부터 용매를 제거하는 결정화이후 단계에 용이하고, 혼합용매계의 사용은 보다 많은 양의 아스파탐을 용해시킬 수 있는 장점이 있다.
아스파탐 용액을 분사시켜 통과시키는 냉기층은 용액의 분사방울 냉각에 용이하면서 용액에는 영향을 주지 않는 기체는 모두 사용이 가능하며 특히 찬 공기, 질소, 비활성기체 등의 사용이 적당하다. 아스파탐 분사 방울과 냉기층과의 온도차이가 실질적으로 크지않게 하여 냉기층을 통과하면서 과도한 핵 발생이 되지 않도록하여야 한다. 냉기층의 유입온도는 -5∼50℃로 아스파탐 분사방울의 온도보다 크지 않게한다. 특히 0∼20℃가 바람직하다. 냉기층의 유입속도는 일정하게 유지시켜주며 그 속도는 아스파탐 용액 분사방울 하강속도보다 크지않게 하여 분사방울의 하강흐름을 방해하지 않게한다.
본 발명의 방법에 사용된 알파 아스파탐 용액의 농도는 용액의 온도에서의 포화농도에 대하여 90% 이상인 것이 바람직하다. 특히 아스파탐 용액의 농도는 양질의 결정을 얻기위해서는 2∼10wt% 농도가 적당하며 아스파탐 용액의 pH는 3내지 6이고 4내지 5가 적당하다. 상기의 아스파탐 용액의 온도는 보통 40∼ 80℃이고 특히 50∼60℃가 바람직하며 이를 결정관내의 냉기층을 통과하도록 일정한 크기와 적당한 속도로 결정관내로 분사시켜 준다.
아스파탐 과포화 용액으로 부터 아스파탐 결정을 효과적으로 얻는 방법은 냉각층을 통과하는 아스파탐 분사방울의 투입시간과 분사방울의 크기 및 냉기층 통과전후의 온도 등에 영향을 받는다. 아스파탐 용액의 분사장치는 각종 노즐로서 예를들면 스프레이노즐, 압력노즐, 회전노즐 및 분무기 등이 사용 가능하며 일반적 분사장치를 모두 포함한다. 분사방울을 만드는 장치는 일반적으로 냉기층 상부 가까이 위치하게 하며 아스파탐 분사방울 크기는 지름이 약 0.05mm∼10mm 되도록하고 평균 0.1∼5mm이 적당하다. 아스파탐 분사액이 냉기층을 통과하는 시간은 1분내에 통과 가능하며 2내지 30초 정도가 적당하다.
다음의 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 것으로서 이들 실시예가 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
< 실시예 1 >
도 1과 같이 냉각기(2)가 장착된 스테인레스 강철 결정관 상부에 0oC의 찬공기를 계속 순환시키면서 온도 55oC의 아스파탐 4.8 wt% 아스파탐 수용액을 연속적으로 노즐장치(1)를 분사방울 지름 평균 0.1∼0.5mm로 분사시킨다. 분사된 아스파탐 용액은 냉기층을 통과한 후 결정관 하단부에 모이게 된다. 결정관 하단부는 외부의 냉각자켓(3)을 통해 냉매를 흐르게하여 결정관 하단부의 온도가 6∼8oC로 유지해주면서 결정을 1시간 정도 숙성시킨다. 이렇게 얻어진 아스파탐 슬러리를 조결관(4)에 이송한 후 고체-액체 상분리를 위해 교반한 후 원심분리기(5)투입하여 원심효과 600G로 분리하여 함수율 38%의 아스파탐을 얻었다.
< 실시예 2 >
실시예 1과 동일하게 하여 아스파탐 수용액 분사방울의 지름을 평균 2∼3mm로 달리하여 냉각층에 분사시켜 냉기층을 통과하도록 하였다. 원심분리기에 투입 후 얻어진 아스파탐의 함수율은 52% 였다.
< 실시예 3 >
실시예 1과 동일하게 하여 물과 메탄올 25%(w/w)혼합용매로 온도 60oC의 5.4wt% 아스파탐 용액을 만들어 함수율 36%의 아스파탐 케이크를 얻었다.
< 실시예 4 >
실시예 3과 동일하게 하여 아스파탐 용액의 분사방울의 지름을 평균 2∼3mm로 달리하여 냉각층에 분사시켜 냉기층을 통과하도록 하였다. 이렇게 하여 함수율 47% 아스파탐 케이크를 얻었다.
< 실시예 5 >
실시예 1과 같으나 아스파탐 분무액이 통과하는 냉기층의 온도를 10oC 로 유지하며 순환시켰다. 결정관 하단부의 온도를 15∼20oC로 한 후 1시간정도 아스파탐 결정을 숙성시켰다. 원심분리기로 고체-액체 상분리한 후 함수율 43%의 아스파탐 케이크를 얻었다.
< 실시예 6 >
제 2도와 같은 결정관에 0oC 의 냉기를 순환시켜 주면서 5.5wt% 아스파탐 용액을 분사시켜준다. 아스파탐 용액을 연속적으로 넣어주면서 결정관내의 판에 일정량 축적된 아스파탐을 결정관 하단부로 이송시켜 숙성시킨다. 결정관 하단부는 외부자켓을 통해 10oC로 냉각시켜 얻은 아스파탐 슬러리는 고체-액체상분리를 위해 조결관에 이송한 후 교반하여 원심분리기로 투입되어 원심분리 효과 600G로 원심분리 후 얻어진 아스파탐의함수율은 36%였다.
본 발명은 고온의 아스파탐 과포화 용액을 냉기층을 직접 통과하게 하므로서 냉각이 효과적으로 일어나 아스파탐 결정을 얻을 수 있다. 이는 열전도에 의한 냉각방식에 비해 냉각시간이 짧고 양질의 아스파탐 결정을 얻을 수 있어 여과 및 건조에 용이하다. 또한 본 발명은 종래의 방법에 의한 아스파탐 결정화 방법에서 나타나는 여과 및 탈수의 문제점을 해결할 수 있다.

Claims (10)

  1. 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르 용액을 분사용기에 담고 외부의 장치로 부터 냉기를 직접 결정관 상부로 흐르게 하여 일정한 냉기층을 형성하게 한 후 아스파탐 용액을 그 냉기층을 통과하도록 분사시켜 냉각하여 결정화하는 것을 특징으로 하는 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르 용액으로 부터 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르 결정화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르 용액의 농도를 2내지 10wt %로 함을 특징으로 하는 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르 결정화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르 용액의 분사장치 내의 온도를 20∼60oC로 함을 특징으로 하는 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르 결정화 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르 용액은 물 혹은 물과 혼합하는 유기용매를 사용하여 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르를 용해시키는 것을 특징으로 하는 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르 결정화 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 물과 혼합하는 유기용매는 탄소수 1내지 3이하의 알콜을 사용하는 것을 특징으로 하는 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르 결정화 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 냉기층의 기체는 공기, 질소, 비활성기체를 사용함을 특징으로 하는 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르 결정화 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 결정관내에 흐르는 냉기층의 온도는 -5내지 50oC이며 직접 결정관내로 순환시켜 주는 것을 특징으로 하는 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르 결정화 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 분사는 분사노즐, 회전노즐 또는 분무노즐을 이용하는 것을 특징으로 하는 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르 결정화 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 분사용기의 위치는 결정관내 냉기층 가까이 위치하도록하여 분사액의 하강흐름에 방해가 되지않는 위치에서 분사시키는 것을 특징으로 하는 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르 결정화 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 분사되는 방울의 크기는 지름이 평균 0.05내지 10 mm로 하는 것을 특징으로 하는 알파-엘-아스파틸-엘-페닐알라닌 메틸 에스테르 결정화 방법.
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