KR20010041516A

KR20010041516A - 음이온 교환 크로마토그래피를 사용한 유기산의 정제

Info

Publication number: KR20010041516A
Application number: KR1020007009686A
Authority: KR
Inventors: 엘란코반 폰남팔람
Original assignee: 미시간 바이오테크놀로지 인스티튜트
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1999-03-01
Publication date: 2001-05-25
Also published as: BR9908464A; JP2002505310A; EP1059975A2; WO1999044707A3; AU2976199A; WO1999044707A2; CN1292023A; EP1059975A4; US6284904B1; CA2321759A1

Abstract

유기산 및 아미노산을 포함한 카르복시산을 정제 및 산성화하는 비용 효율적인 방법이 개시된다. 본 방법은 음이온 형태의 카르복시산을 음이온 교환 컬럼과 결합시키고 컬럼을 세척함으로써 불순물을 제거하는 것을 포함한다. 카르복시 음이온은 수지를 강한 무기 음이온으로 세척함으로써 카르복시산으로서 치환된다. 본 방법은 발효 브로쓰, 가수분해물, 및 폐기물 스트림을 포함한 다양한 산업 공급원으로부터 유기 카르복시산 및 아미노산을 제거하는데 효과적이다.

Description

음이온 교환 크로마토그래피를 사용한 유기산의 정제 {PURIFICATION OF ORGANIC ACIDS USING ANION EXCHANGE CHROMATOGRAPHY}

발명의 배경

산업적 발효 브로쓰, 가수분해물, 및 폐기물 스트림은 숙신산과 같은 유기산 뿐만 아니라 아미노산을 포함한, 다량의 카르복시산의 공급원이다. 이러한 카르복시산은 많은 상업적 응용분야에서 사용될 수 있다.

예컨대, 숙신산은 중요한 필수 화학약품이 될 가능성을 가진 4개 탄소의 디카르복시산이다. 숙신산은 소비 제품 산업용 많은 중요한 중간체 및 전문 화학약품의 합성에 있어서 중간체으로서 기능할 수 있다. 필수 화학제품으로서, 숙신산은 많은 벤젠류의 필수품 및 중간 석유화학 제품을 대체할 수 있고, 그 결과 250여개의 벤젠 유도체 화학약품의 제조 및 소비로 인한 오염을 크게 감소시킬 수 있다. 숙신산은 식품 첨가제, 식물 성장 촉진제로서, 약품 뿐만 아니라 락커, 염료, 및 향료용 중합체 및 수지의 제조에 있어서 중간체로서 사용된다.

현재, 숙신산은 무수 말레산을 통하여 부탄으로부터 석유화학적으로 생성된다. 미국에서 소비되는 숙신산의 거의 모두가 해외에서 수입된다. 현재, 숙신산의 세계 시장은 연간 1억 파운드이다.

숙신산은 습식 밀링 에탄올 제조에 있어서 곡물 발효 동안 소량 함께 생성된다. 전분성 작물 및 셀룰로오스성 당류와 같은 다양한 농업용 및 임업용 원료로부터 생성될 수도 있다. 이로부터 이러한 중요한 화합물을 정제하는 비용 효율적인 방법의 개발은 1억 부셸을 초과하는 곡물 단독에 대한 추가적인 부가가치 필수품 판로를 제공할 것이다.

발효 브로쓰로부터 고순도의 카르복시산을 수득하기 위한 방법들이 있다. 그러나, 이러한 방법은 상용화하기에는 공정을 엄청나게 고가로 만드는 수많은 작업을 포함한다.

카르복시산이 당류와 같은 기타 화합물로부터 분리될 수 있는 한 방법은, 예컨대 음이온 교환 크로마토그래피를 통한 것이다. 양성자 첨가되지 않은 경우, 카르복시기는 음이온 교환 수지상에서 양으로 하전된 부분과 이온 결합을 허용하는 음전하를 가지며, 기타 물질은 물로 수지를 세척함으로써 제거된다. 일반적으로, 목적하는 음이온은 컬럼을 수산화 나트륨과 같은 염기 용액으로 세척함으로써 음이온 교환 수지로부터 유리된다. 그러나, 이러한 방법은 관심이 있는 분자를 그의 산의 형태 보다는 염의 형태로 유리시킨다. 그러므로, 분자의 산의 형태가 요구되는 경우에는, 산성화 단계 및 추가적인 정제 단계를 포함시키는 것이 필수적이며, 이것은 산의 정제 비용에 현저히 기여한다. 산업적 발효, 가수분해물, 및 폐기물 스트림을 카르복시산의 공급원으로서 이용하는 상업적 실행가능성은 이러한 공급원으로부터 정제된 카르복시산을 회수하는 비용 효율적인 방법에 의존한다.

당해 기술분야에서 요구되는 것은 비용 효율적인 카르복시산의 정제 방법이다.

발명의 개요

본 발명은 하기 단계를 포함하는, 카르복시산 함유 용액으로부터 카르복시산을 정제하는 방법이다: (a) 용액을 음이온 교환 수지에 적용하는 단계; (b) 중성 분자, 양이온, 분자량이 큰 화합물, 및 세포 파편을 제거시키고 수지상에 카르복시 음이온의 보유를 허용하는 조건하에서 수지를 세척하는 단계; (c) 카르복시산을 실질적으로 전부 치환시키는데 유효한 일정량의 보다 강한 음이온으로 수지를 세척함으로써 수지로부터 카르복시산을 치환시키는 단계; 및 (d) 용리액에서 카르복시산을 회수하는 단계. 한 바람직한 구현예에서, 본 발명의 방법은 카르복시산 치환 단계 이후에 수지와 결합된 무기 이온을 수산화 이온과 실질적인 교환을 허용하는데 충분한 양의 강염기로 수지를 처리함으로써 수지를 재생시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 방법에 의해 회수되는 카르복시산의 특정 성질에 따라, 이러한 화합물은 결정화 또는 증발식 증류를 포함하지만 이에 한정되지 않는 어떠한 적당한 방법에 의해 추가로 정제 또는 농축될 수 있다.

다른 구현예에서는, 본 발명은 에스테르를 생성하기 위하여 적당한 강산을 포함한 알코올을 사용하여 음이온 교환 수지로부터 카르복시 음이온을 용리함으로써 대응 카르복시산으로부터 정제된 에스테르를 생성하는 방법이다.

본 발명의 한 목적은 용액으로부터 카르복시산을 회수 및 정제하는 비용 효율적인 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 방법은 다용도이고 아미노산을 포함한 널리 여러 가지 상이한 카르복시산에 있어서 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징, 및 장점은 명세서의 고찰시 분명해질 것이다.

여러 가지 도면의 간단한 설명

도 1은 음이온 교환 크로마토그래피를 사용한 카르복시산 정제와 관련된 단계의 개략도이다.

발명의 상세한 설명

본 발명은 본 발명은 하기 단계를 포함하는, 카르복시산 함유 용액으로부터 카르복시산을 정제하는 방법이다: (a) 용액을 음이온 교환 수지에 적용하는 단계; (b) 카르복실레이트 이온 이외의, 용액중에 존재하는 물질의 제거를 허용하는 조건하에서 수지를 세척하는 단계; (c) 카르복시산을 치환시키는데 유효한 일정량의 보다 강한 음이온으로 수지를 세척함으로써 수지로부터 카르복시산을 치환시키는 단계; 및 (d) 용리액에서 카르복시산을 회수하는 단계.

확대된 베드 이온 교환 기술에 기초한 본 발명의 방법은 주요 단위 조작을 보다 적게 사용하기 때문에 상당히 비용 절약적으로 발효 브로쓰로부터 순수한 숙신산 결정을 회수하도록 할 것이라는 점에서 표준 방법에 비하여 개선성을 나타낸다.

한 바람직한 구현예에서, 제안된 조작은 음이온 교환 수지가 재생되도록 한다. 제안된 교환 방법은 하기와 같다. 우선, 카르복시 음이온은 카르복시산 분자 및 수지상의 이온 위치 사이에서 이온 결합을 형성함으로써 강한 음이온 교환 수지에 흡착된다. 이 단계에서, 대부분의 중성 또는 양이온성 물질, 또는 큰 분자 또는 세포 파편이 수지를 통과한다. 그 다음에, 수지는 이온 교환 수지에 갖힌 비결합 오염물질을 제거하기 위하여 물과 같은 액체로 세척된다. 세척 단계 이후에, 카르복시 음이온은 흡착된 카르복시 음이온을 보다 강한 무기 이온으로 교환시킴으로써 수지로부터 치환되며, 이로써 카르복시산의 유리를 일으킨다. 음이온 교환 수지는 수지상의 음이온 교환 위치를 재생시킴으로써 카르복시 음이온 흡착의 추가적인 싸이클을 위하여 준비된다. 이는 무기 음이온을 수산화 이온으로 교환되도록 하는 수산화 나트륨과 같은 강염기로 수지를 처리함으로써 수행된다. 최종 결과는 산성화 및 정제된 카르복시산 생성물이다.

음이온 교환 수지는 염 또는 염기 형태로 존재한다. 유기 염 혼합물로부터 유기 음이온을 흡착하기 위하여, 수지는 수산화 나트륨을 사용한 재생 과정 동안 염 형태에서 염기 형태로 전환되어야 한다. 정제 방법의 단계는 하기와 같다:

1) 수지 교환 위치의 재생

2) 수지와 카르복실레이트 음이온의 흡착

3) 카르복시 이온의 치환 및 카르복시산으로서의 유리

4) 무기 음이온의 유리 및 수지의 재생

하기 실시예에서, Rohm and Hass Amberlite IRA 900, 400, 458, 또는 440 음이온 교환 수지 또는 Dow Chemical 음이온 교환 수지가 본 발명의 방법을 사용한 카르복시산의 정제에 효과적인 것으로 밝혀졌다. 당업자는 어떠한 강염기 음이온 교환 수지도 본 발명의 방법에 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 강염기 음이온 교환 수지는 이러한 유형의 수지가 대부분의 당류를 통과시키는 반면 음이온(예컨대, 숙시네이트 또는 아세테이트)을 선택적으로 흡착하기 때문에 선택되었다. 본 선택에서 고려된 수지의 성질은 표적 유기산 또는 아미노산 이온 대 기타 불순물에 대한 수지의 상대적 친화도, 카르복시 이온을 흡착시키는 커패시티, 및 치환중의 유리능을 포함한다.

하기 실시예에서, 수지로부터 비결합 물질을 제거하기 위한 세척 단계 동안 물이 사용되었다. 그러나, 적당한 세척 조건을 제공하는 어떠한 액체도 세척 단계에서 사용될 수 있다. 적당한 세척 조건은 중성 또는 양이온성 분자, 큰 분자, 세포 파편, 및 세포를 제거시키는 반면, 동시에 대부분의 결합된 카르복실레이트 음이온을 수지상에 보유시키는 조건이다. 기타 적당한 세척액의 예는 특정 완충 용액 및 용매를 포함한다. 본 발명에서 세척액으로서 사용되는 용액은 불필요한 물질을 실질적으로 전부 제거시키는 반면, 대부분의 음이온을 수지에 결합한 채로 보유시킬 수 있어야 한다는 점에서 물과 유사한 성질을 가져야 한다.

임의적으로, 묽은 발효 브로쓰가 카르복시 음이온 공급원으로서 사용되는 경우, 수지를 통과하는 어떠한 세포 또는 배지도 발효 탱크 또는 폐기물 처리 탱크로 회수될 수 있다.

유리 단계는 컬럼에 적용되는 당량수가 수지와 결합한 카르복실레이트 음이온의 당량과 동일하거나, 보다 바람직하게는 초과하는 농도의 강한 무기산을 사용함으로써 수행된다. 설명을 위하여, 실시예에서는, 음이온 교환 수지에 결합한 숙시네이트의 2.55 당량은 2M H₂SO₄(4당량/L)로 용출된다. 다른 실시예에서, 카르복시 음이온을 카르복시산으로서 유리시키기 위하여 HCl이 사용되었다. 질산, 인산, 및 특정 극성 아민을 포함하나, 이에 한정되지 않는 기타 강산이 카르복실레이트 이온을 카르복시산으로서 유리시키기 위하여 사용될 수도 있는 것으로 기대된다.

카르복시산이 수지로부터 제거된 후에, 생성물 스트림은 추가적으로 정제될 수 있다. 하기 실시예에서, 순수한 숙신산 결정을 생성하기 위하여 증발식 증류가 사용되었다. 그러나, 카르복시산을 정제하기 위한 어떠한 적당한 정제 방법도 본 발명에서 사용될 수 있다. 예컨대, 정제된 유기산 또는 아미노산을 수득하기 위하여 증류, 추출, 전기투석, 및 기타 정제 방법을 사용할 수 있다.

카르복시산의 정제 뿐만 아니라, 본 발명의 방법은 대응 에스테르를 순수한 형태로 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 이온 교환 수지의 적당한 선택과 함께, 유기 음이온은 우선 흡착된 다음, 대응 에스테르를 순수한 형태로 생성하기 위하여 알코올로 용리될 수 있다. 수지 선택에서 고려할 인자는 사용되는 용매에서의 안정성, 증가된 온도에서의 안정성, 및 선택된 용매로 처리할 때 음이온의 유리능을 포함한다. 선택된 이온 교환 수지 및 무기산은 에스테르화 촉매로서도 사용될 수 있다.

하기 실시예는 숙신산 및 아세트산이 본 발명의 방법에 의해 정제될 수 있음을 설명한다. 당업자는 본 방법이 유기산 뿐만 아니라 아미노산을 포함한 어떠한 카르복시산을 정제하기 위하여도 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

하기 실시예에서, 본 방법은 발효 브로쓰, 생체(biomass) 가수분해물, 및 묽은 폐기물 스트림으로부터 카르복시산을 정제하는데 효과적인 것으로 증명되었다.

하기 비한정적인 실시예는 단지 예시적인 것으로 간주된다.

실시예

발효 브로쓰로부터 숙시네이트의 제거

이온 교환전 발효 브로쓰중의 숙신산의 총질량 = 4kg

이온 교환전 숙신산 브로쓰의 부피 = 4L

HPLC에 의한 숙시네이트 농도 = 58.14g/L

HPLC에 의한 락테이트 농도 = 5.05g/L

HPLC에 의한 아세테이트 농도 = 3.89g/L

발효 브로쓰 pH =

교환후 숙시네이트 용액의 질량(잔류물) = 19.2Kg

교환후 숙시네이트 용액의 부피(잔류물) = 19.2L

HPLC에 의한 숙시네이트 농도 = 4.28g/L

락테이트 농도 = 0.23g/L

아세테이트 농도 = 0.34g/L

잔류물의 pH = 9.3

이온 교환 컬럼 베드 부피 = 7L

이온 교환 컬럼 직경 = 4"

유속 = 21.6L/hr

3BV/hr

이온 교환 컬럼에 흡착된 숙시네이트 총량 = 58.14×4-

4.28×19.2

= 150.38g

이온 교환 컬럼에 흡착된 총 당량수 = 150.38/59

= 2.55eq

본 작업시 이온 교환 컬럼의 흡착 커패시티 = 0.36eq/L

컬럼에 흡착된 락테이트의 양 = 5.05×4-

0.23×19.2

컬럼에 흡착된 아세테이트의 양 = 3.89×4-

0.34×19.4

= 8.96g

음이온 교환 수지로부터 숙신산의 치환

숙시네이트 흡착 이온 교환 수지를 약 4L H₂SO₄(2M)로 용리시켰고 물 약 20L로 세척을 계속하였다. 숙신산 생성물로서 2개 분획을 수집하였다. 이러한 생성물을 산 농도에 대하여 분석하였다.

분획 1 용리의 질량 = 5.2Kg

분획 1의 부피 = 5.2L

숙신산 농도 = 8.47g/L

락트산 농도 = 0.14h/L

아세트산 농도 = 0.12g/L

용액의 pH = 3.2

이온 교환 수지로부터 치환된 숙시네이트의 = 5.2×8.47

제 1분획중의 양 = 44.04g

분획 2 용리의 질량 = 12.4Kg

분획 2 용리의 부피 = 12.4L

숙신산 농도 = 3.49g/L

락트산 농도 = 0

아세트산 농도 = 0.02

이온 교환 수지로부터 치환된 = 12.4×3.49

숙신산의 제 2분획중의 양 = 42.16g

이온 교환 수지로부터 치환된 = 44.04+42.16

숙신산의 총질량 = 86.2g

이온 치환 방법에 의해 용리된 숙신산의 백분율 = 86.2/150.38

× 100

= 57.3%

본 방법에 의해 용리된 아세테이트의 백분율 = 5.2×0.12/8.96

× 100

= 7.2%

본 방법에 의해 용리된 락테이트의 백분율 = 52×0.14/

15.78 × 100

= 4.6%

상기 실험은 숙신산이 보다 낮은 pK_a값을 가진 다른 산으로 숙신산을 선택적으로 치환함으로써 산으로서 용리될 수 있거나, 약염기 음이온이 강염기 음이온에 의해 교환될 수 있음을 보여주었다. 이 방법은 아세트산 및 락트산에 비하여 숙신산의 선택적인 회수를 허용한다. 순수한 숙신산을 결정화에 의해 생성할 수 있었다. 숙신산의 추가적인 정제를 증발식 증류에 의해 수행하여 99%를 초과하는 순도의 숙신산 결정을 수득하였다. 결정화 공정 동안 아세트산을 증기로 회수할 수 있었고 락트산은 모액중에 잔류하였다.

아세테이트 및 당류를 함유한 생체 가수분해물로부터 아세테이트 이온의 제거

이온 교환전 아세테이트 당류 용액의 질량 = 81.6Kg

이온 교환전 아세테이트 당류 용액의 부피 = 81.6L

HPLC에 의한 아세테이트 농도 = 4.53g/L

이온 교환후 아세테이트의 질량(잔류물) = 96.2Kg

이온 교환후 아세테이트의 부피 = 96.2L

이온 교환 컬럼 베드 부피 = 8.13L

이온 교환 컬럼 직경 = 4"

유속 = 21L/hr

= 2.58BV/hr

HPLC에 의한 아세테이트 농도 = 1.73g/L

이온 교환 컬럼에 흡착된 아세테이트의 총량 = 4.53×81.6-

1.7×96.2

= 203.22g

이온 교환 컬럼에 흡착된 총당량수 = 203.22/60

= 3.38eq

이온 교환 수지의 교환 커패시티 = 3.38eq/8.13L

= 0.42eq/L

음이온 교환 수지로부터 아세트산의 치환

아세테이트 흡착 이온 교환 수지를 4당량의 4L 황산으로 용리시켰고 물로 세척을 계속하였다. 아세트산 생성물로서 2개 분획을 수집하였다. 이러한 생성물을 HPLC에 의하여 산 농도에 대하여 분석하였다.

분획 1 생성물의 질량 = 4.0Kg

분획 1 생성물의 부피 = 4.0L

HPLC에 의한 아세트산 농도 = 9.65g/L

치환된 아세트산의 분획 1중의 질량 = 38.4g

분획 2 생성물의 질량 = 3.8Kg

분획 2 생성물의 부피 = 3.8L

아세트산 농도 = 39.8g/L

치환된 아세트산의 분획 2중의 질량 = 151.2g

이온 교환 수지로부터 용리된 아세트산의 총질량 = 38.4+151.2

= 189.64g

본 방법에 의해 용리된 아세트산의 백분율 = 189.4/203.22

= 93.3%

상기 실험은 보다 강한 음이온으로 아세테이트 이온을 선택적으로 치환함으로써 아세트산을 염 용액으로부터 회수할 수 있음을 보여주었다. 본 실시예에서, 약염기 음이온인 아세테이트 이온을 보다 강한 염기 음이온인 술페이트 이온에 의해 치환시켰다. 아세트산을 증발식 증류에 의해 보다 농축 및 정제시켰다.

아세테이트, 당류 및 술페이트를 함유한 이온 교환 과정중 수집된 고 pH 폐기물 스트림으로부터 아세테이트 제거

이온 교환전 아세테이트 용액의 질량 = 49.0Kg

비중 = 1.012

이온 교환전 용액의 부피 = 49.0×1.012

= 49.59L

HPLC에 의한 아세테이트의 농도 = 1.99g/L

HPLC에 의한 술페이트의 농도 = 5.19g/L

HPLC에 의한 글루코오스의 농도 = 2.75g/L

용액의 초기 pH = 9.33

이온 교환 컬럼의 베드 부피 = 7L

이온 교환 컬럼의 직경 = 4"

유속 = 21.6L/hr

= 3BV/hr

이온 교환 공정후 아세테이트의 질량(잔류물) = 60.6Kg

비중 = 1.005

잔류물의 부피 = 60.90L

용액의 최종 pH = 11.5

이온 교환후 아세테이트 농도 = .38g/L

이온 교환후 술페이트 농도 = 1.44g/L

이온 교환후 당 농도 = 2.19g/L

이온 교환 수지에 흡착된 총 아세테이트 = 49.59×1.99-

60.9×0.38

= 75.54g

컬럼에 흡착된 총 술페이트 = 49.59×5.19-

60.9×1.44

= 169.68

이온 교환 수지에 흡착된 당량수 = 75.54/60 +

169.68/49

= 4.72eq

음이온 교환 수지로부터 아세트산의 치환

아세테이트 흡착 이온 교환 수지를 2당량의 4L 황산으로 용리시켰고 물로 세척을 계속하였다. 아세트산 생성물로서 2개 분획을 수집하였다. 이러한 생성물을 HPLC에 의하여 산 농도에 대하여 분석하였다.

분획 1 용리의 질량 = 20Kg

산 치환의 부피 = 20L

아세트산 농도 = 2.11g/L

용액의 pH = 3.2∼5.0

제거된 아세트산의 양 = 2.11×20

= 42.4g

본 방법에 의해 용리된 아세테이트의 백분율 = 42.4/75.54

× 100

= 55.86%

이 공정 동안 황산은 용리되지 않았고, 당류는 거의 용리되지 않았다. 아세트산을 증발식 증류 또는 스팀 스트리핑에 의해 용이하게 농축 및 정제하였다. 이러한 식품 등급의 아세트산은 천연원 또는 생체로부터 생성되며 석유원으로부터 합성되지 않는다.

락트산, 숙신산, 및 시트르산의 정제를 위한 수지 재생

하기 실시예에서 기술된 바와 같은 락트산, 숙신산, 및 시트르산의 정제를 위하여, 2개의 1인치 직경, 4피트 높이, 약 500ml의 베드 부피 컬럼을 이온 교환에 사용하였다.

처음에, 컬럼을 시간당 2 베드 부피(BV)의 유속으로 4% NaOH 용액, 2 내지 3 베드 부피의 수산화 나트륨 용액을 가지고 재생시켰다.

재생된 컬럼을 시간당 2 BV의 유속으로 4 베드 부피의 탈염수, 보다 높은 유속으로 2 베드 부피의 탈염수를 가지고 세척하였다. 이러한 물세척은 컬럼으로부터 비흡착된 수산화 나트륨 용액을 실질적으로 전부 세척하였다. 이 때에, 컬럼은 흡착 싸이클을 위해 준비되었다.

락테이트 이온 흡착 및 치환

최초의 정제는 시간당 1 베드 부피의 유속으로 2시간 동안 컬럼을 통과시킨 10%(대략) 락트염 용액으로 수행하였다. 락테이트 고갈된 용액을 수집하여 락트 농도에 대하여 분석하였다. 그 다음에, 컬럼을 2 베드 부피의 물로 세척하였다. 락트 이온을 시간당 1 베드 부피의 유속으로 4% HCl 용액을 가지고 치환하였다. 치환된 락트산 용액을 수집하여 HPLC로 락트산 농도에 대하여 분석하였다. 용리된 용액은 락테이트 염으로부터 생성된 락트산 용액이다. 이 묽은 용액으로부터 증발 결정화에 의해 순수한 락트산을 생성할 수 있었다.

하기 계산은 음이온 교환 크로마토그래피에 의해 염으로부터 생성된 묽은 산의 양을 나타낸다.

흡착 싸이클: 작업Ⅰ 작업 Ⅱ

컬럼을 통해 공급된 락테이트의 총질량 = 721g 865g

초기 락트 농도 = 82g/L 82g/L

컬럼의 바닥에서 수집된 고갈된

락트 용액의 질량 = 784g 827g

고갈된 용액중의 락트 농도 = 0g/L 0g/L

컬럼에 의해 흡착된 락트 이온의 질량 =

(1ml 용액을 1g으로 가정) = 59g 70g

치환 싸이클 : 작업Ⅰ 작업 Ⅱ

치환 싸이클의 종말시 수집된

묽은 산 용액의 질량 = 1383g 1498g

치환된 용액중의 락트산 농도 = 29g/L 29g/L

치환된 락트산의 총질량 =

= 40g 43g

본 음이온 교환 방법에 의해 치환된 =

락트산의 백분율 = 59% 61%

이러한 결과는 락트산을 음이온 교환 크로마토그래피에 의해 락트산으로서 정제할 수 있음을 증명한다.

숙시네이트 이온 흡착 및 치환 계산:

숙신산을 락트산 정제를 위한 상기 방법을 사용하여 묽은 염 용액으로부터 정제하였다.

흡착 싸이클: 작업Ⅰ 작업 Ⅱ

컬럼을 통과한 숙시네이트의 총질량 = 1093g 1334g

초기 숙신 농도 = 100g/L 100g/L

컬럼 바닥에서 수집된

고갈된 숙신 용액의 질량 = 1040g 1242g

고갈된 용액중의 숙신 농도 = 0g/L 0g/L

이온 교환 수지에 의해 흡착된 =

숙신 이온의 질량 = 109.3g 133.4g

(용액 1ml를 1g으로 가정)

흡착 싸이클: 작업Ⅰ 작업 Ⅱ

고갈된 용액의 종말시에 수집된

묽은 산 용액의 질량 = 1357g 998g

치환된 용액의 숙신산 농도 = 54.5g/L 53.5g/L

치환된 숙신산의 총질량 =

= 67.7% 40%

상기 실시예는 숙신산을 음이온 교환 크로마토그래피에 의해 숙시네이트 용액으로부터 숙신산으로서 생성할 수 있음을 보여주었다. 순수한 숙신산 결정을 증발 결정화에 의해 이 용액으로부터 생성할 수 있다.

시트레이트 이온 흡착 및 치환

시트르산을 락트산 정제를 위한 상기 방법을 사용하여 묽은 염 용액으로부터 정제하였다.

흡착 싸이클: 작업Ⅰ 작업 Ⅱ

컬럼을 통과한 시트레이트의 총질량 = 869g 954g

초기 시트르 농도 = 64g/L 66g/L

컬럼 바닥에서 수집된

시트레이트 고갈된 용액의 질량 = 829g 920g

고갈된 용액중의 시트르 농도 = 0g/L 0g/L

이온 교환 수지에 의해 흡착된 =

시트르 이온의 질량 = 55.6g 61g

(용액 1ml를 1g으로 가정)

흡착 싸이클: 작업Ⅰ 작업 Ⅱ

치환 싸이클의 종말시에 수집된

묽은 산 용액의 질량 = 2077g 1869g

치환된 용액의 시트르산 농도 = 23g/L 29g/L

치환된 시트르산의 총질량 =

= 47.7g 54g

본 음이온 교환 방법에 의해 치환된 =

시트르산의 백분율 = 86% 88.5%

상기 실시예는 시트르산을 음이온 교환 크로마토그래피에 의해 시트레이트 용액으로부터 시트르산으로서 정제할 수 있음을 증명한다. 순수한 시트르산 결정을 증발 결정화 또는 기타 방법에 의해 이 치환된 산 용액으로부터 생성할 수 있다.

상기 실시예는 유기산이 음이온 교환 크로마토그래피에 의하여 묽은 유기산염으로부터 유기산으로서 생성될 수 있음을 증명한다.

동일한 방식으로, 유기산의 양성자 첨가되지 않은 음이온은 음이온 교환 크로마토그래피에 의하여 묽은 발효 브로쓰, 가수분해물 용액 또는 묽은 폐기물 스트림으로부터 산 형태로 흡착, 정제 및 치환될 수 있다.

또한, 아미노산 및 기타 하전된 화합물은 이온 교환 수지 및 치환 용액을 선택함으로써 본 크로마토그래피 방법에 의해 흡착, 정제 및 치환될 수 있다.

본 방법은 적당한 이온 교환 수지 치환 용액 및 치환 용액 농도를 선택함으써 최적화될 수 있다.

상기 실시예는 유기산(아세트산, 숙신산, 락트산, 시트르산 등)이 이온 교환 크로마토그래피에 의해 발효 브로쓰, 생체 가수분해물 또는 묽은 폐기물 스트림으로부터 정제되고 보다 강한 산 또는 강염기 음이온에 의해 산성화 및 치환될 수 있음을 보여준다. 생성물은 염 형태와 대조적인 것으로서 순수한 산 형태로 회수된다. 비이온성 불순물은 본 방법에 의하여 생성물로부터 제거된다.

본 발명은 카르복시산이 2차적인 부산물(예컨대, 숙시네이트는 곡물의 발효에 의해 에탄올 생성 동안 생성된다) 또는 발효 반응의 1차적인 생성물(특정 미생물은 숙신산, 아세트산, 또는 피루브산과 같은 특정 카르복시산을 비교적 대량으로 생성한다)로서 생성되는 발효 반응으로부터 카르복시산을 회수하기 위하여 사용될 수 있다.

특정 증식 조건하에서 특정 카르복시산을 대량 생산할 수 있는 많은 세균성 및 진균성 분리균들이 당해 분야에서 공지되어 있다. 대량으로 특정 카르복시산을 정제하고자 하는 자는 특정 증식 조건하에서 목적하는 카르복시산을 생산할 수 있는 미생물을 선택하여, 이러한 조건하에서 미생물을 배양하고, 본원에 개시된 방법을 사용하여 배지로부터 카르복시산을 회수함으로써 본 발명의 개시내용을 이용하여 용이하게 이를 실시할 수 있다.

예로서, 숙시네이트를 분리하고자 하는 자는 글루코오스 함유 배지에 pH 5.9 내지 6.4에서 과량의 CO₂와 함께 Anaerobiospirillum succiniciproducens(ANS) ATCC 29305와 같은 생물을 배양함으로써 이를 실시할 수 있다. 아세트산 생성에 의한 탄소 손실을 감소시킴으로써 숙시네이트 수율을 보다 증가시키기 위해서는, ANS 53488과 같은 아세테이트 음성 돌연변이체를 사용할 수 있다.

본 발명은 예시된 구현예에 한정되지 않지만, 하기 청구범위의 범주내에 존재하는 바와 같은 변경 및 변형을 모두 포함하는 것으로 간주된다.

Claims

(a) 카르복시산 함유 용액을 음이온 교환 수지와 접촉시키는 단계;

(b) 카르복실레이트 음이온 이외의 물질을 제거하기에 적당한 조건하에서 수지를 세척하는 단계;

(c) 카르복실레이트 음이온을 대응 카르복시산으로 치환시키는데 유효한 양으로, 카르복실레이트 음이온 보다 강한 무기 음이온, 또는 음이온의 산 형태를 사용하여 수지를 세척함으로써 수지로부터 카르복실레이트 음이온을 카르복시산으로서 치환시키는 단계; 및

(d) 카르복시산을 함유한 분획을 수집하는 단계를 포함하는, 카르복시산 함유 용액으로부터 카르복시산을 회수하는 방법.
제 1항에 있어서, 카르복시산 함유 용액이 발효 브로쓰, 생체 가수분해물, 대응 카르복실레이트 음이온의 염 형태의 묽은 용액, 및 폐기물 스트림으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 단계 (d)의 카르복시산 함유 분획으로부터 카르복시산을 정제하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 3항에 있어서, 정제 단계가 결정화 및 증류로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 접촉 단계가 카르복시산 함유 용액을 고정 베드 음이온 교환 수지에 적용함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 접촉 단계가 카르복시산 함유 용액을 통하여 유동화된 수지 베드를 통과시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 단계 (c)의 치환 세척액이 단계 (c)의 카르복실레이트 음이온 보다 강한 음이온의 산 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 단계 (c)의 치환 세척액이 무기 음이온의 산 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7항에 있어서, 단계 (c)의 치환 세척액이 극성 아민을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2항에 있어서, 카르복시산 함유 용액이 발효 브로쓰인 것을 특징으로 하는 방법.
제 2항에 있어서, 카르복시산 함유 용액이 생체 가수분해물인 것을 특징으로 하는 방법.
제 2항에 있어서, 카르복시산 함유 용액이 폐기물 스트림인 것을 특징으로 하는 방법.
제 2항에 있어서, 카르복시산 함유 용액이 대응 카르복실레이트 음이온의 염 형태의 묽은 용액인 것을 특징으로 하는 방법.
(a) 카르복시산 함유 용액을 음이온 교환 수지와 접촉시키는 단계;

(b) 카르복실레이트 음이온 이외의 물질을 제거하기에 적당한 조건하에서 수지를 세척하는 단계;

(c) 카르복시산을 치환시키는데 유효한 양으로, 카르복실레이트 음이온 보다 강한 무기 음이온, 또는 음이온의 산 형태를 포함하는 알코올을 사용하여 수지를 세척함으로써 수지로부터 카르복실레이트 음이온을 카르복시산으로서 치환시키는 단계; 및

(d) 에스테르를 함유한 분획을 수집하는 단계를 포함하는, 카르복시산 함유 용액으로부터 에스테르를 생성하는 방법.
제 14항에 있어서, 단계 (d)의 에스테르를 정제하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.