KR20010049918A - 고순도 자일리톨의 제조 방법 - Google Patents

고순도 자일리톨의 제조 방법 Download PDF

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오노에리코
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에가시라 구니오
아지노모토 가부시키가이샤
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Abstract

자일리톨 생산균을 사용하여 자일리톨을 제조하는 방법에서, 수득된 자일리톨 용액으로부터 고순도의 자일리톨을 공업적으로 효율이 양호하게 수득하는 수단을 제공한다.
본 발명은 (1) 자일리톨 생산균을 수성 배지중에서 배양하여 수득된 배양액으로부터 고형물을 제거하고, (2) 수득된 고형물 제거액으로부터 양이온 교환 수지 및 음이온 교환 수지를 사용하여 이온성 물질을 제거하여 탈염하고, (3) 수득된 탈염액을 강산성 양이온 교환 수지를 사용하는 크로마토그래피로 처리하여 자일리톨과 기타 당 및 당 알콜류를 분리하며, (4) 수득된 자일리톨 용액(분획)으로부터 자일리톨을 고순도로 분리 수득하는 것을 특징으로 하는 고순도 자일리톨의 제조 방법(1 단계 탈염법) 및 이러한 제조 방법에서 공정 (2)의 탈염처리에 앞서 이온 배제법에 의한 탈염처리를 실시하여 이온성 물질 대부분을 제거하는 것을 특징으로 하는 고순도 자일리톨의 제조 방법(2 단계 탈염법)에 관한 것이다.

Description

고순도 자일리톨의 제조 방법 {Process for producing xylitol of high purity}
본 발명은 자일리톨의 제조 방법, 상세하게는 자일리톨 생산균의 배양액(자일리톨 효소 반응액이나 자일리톨 발효액)으로부터 이온 교환 수지를 교묘하게 이용하여 자일리톨을 고순도로 분리 수득할 수 있는 고순도 자일리톨의 제조 방법에 관한 것이다.
자일리톨은 천연에도 널리 존재하며 딸기, 칼리플라워, 상치, 시금치 등의 과일이나 야채 등에도 함유되는 천연 감미료이다. 자일리톨은 설탕에 거의 필적하는 감미도를 가지면서 저칼로리라는 특성을 가지며 또한 항충식성(蟲蝕性)이라는 큰 특성을 가지고 있다.
자일리톨은 문헌[미국 특허 제4008825호]에 기재되어 있는 바와 같이 주로 식물성 원료에 함유된 자일란을 가수분해하여 수득되는 자일로스를 다시 환원하여 제조된다. 이러한 방법에서는 식물성 원료에 함유된 자일로스의 함량이 낮으므로 가수분해의 결과, 수득되는 자일로스의 수율이 낮으며 추가하여 다른 펜토오스나 헥소오스 등의 많은 불순물이 존재한다는 문제점이 있다. 또한, 가수분해의 과정에서 많은 폐액을 발생시켜 환경보전을 위한 폐액 처리에 많은 비용이 소비된다는 문제점도 있다.
이와 같이 수득된 자일로스는 촉매의 존재하에 환원되어 자일리톨로 변환되지만 자일로스와 함께 생긴 다른 펜토오스나 헥소오스 등의 불순물은 자일로스와 함께 환원되면 자일리톨과 구조가 유사한 당 알콜로 변환되며 문헌[일본 공개특허공보 제(소)55­2690호, 일본 특허공보 제(소)61­15054호, 제(소)58-35169호] 등에 기재된 바와 같이 목적하는 자일리톨로부터 여기에 끼어드는 다수 종류의 당 알콜의 분리를 수행하는 것이 필요하다.
따라서 자일로스는 자일란의 가수분해물로부터 가능한 한 고순도 형으로 추출하는 것이 요망된다. 자일로스의 순도가 낮으면 이것을 환원하여 수득되는 자일리톨의 정제 공정이 번잡화되며 나아가서는 자일리톨의 생산 원가의 상승으로 이어지기 때문이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 출발물질의 입수가 용이하며 발생하는 폐기물의 양이 적고 나아가서는 염가인 자일리톨의 제조 방법이 요망되고 있다.
이러한 제조 방법으로서 용이하게 입수할 수 있는 글루코스로부터 자일로스를 경유하지 않고 미생물에 의해 자일리톨을 제조하는 방법이 검토되고 있으며 예를 들면, 문헌[일본 국제공개특허공보 제(평)8­505522호]에는 효모를 사용하여 글루코스로부터 자일리톨을 생산하고 있다.
글루코스를 원료로 하는 미생물을 사용하는 자일리톨의 제조 방법은 식물 원료에 함유된 자일란의 가수분해나 금속 촉매를 사용하는 자일로스의 수소 부가 등의 비교적 가혹한 조건 및 위험을 수반하는 공정을 경유하지 않고 자일리톨을 온화한 조건으로 제조할 수 있으며 제조 원가의 절감으로 이어진다.
그러나 미생물에 의해 생성되는 자일리톨은 부생하는 유기산(예: 시트르산, 아세트산, 글루콘산, 푸마르산 및 말산) 및 부생하는 당 및 당 알콜(예: 글루코스, D-아라비톨 및 글리세린)을 함유하는 경우가 있으며, 또한 배지 성분이나 미생물 유래의 성분 등을 함유하며 자일리톨 생산균의 배양액(자일리톨 효소 반응액이나 자일리톨 발효액)을 그대로 농축하여 자일리톨의 결정 석출을 실시해도 순도가 좋은 자일리톨 결정을 얻는 것은 어렵다. 또한 문헌[일본 국제공개특허공보 제(평)8­505522호]에는 발효에 따른 자일리톨의 정제에 대해 언급은 하고 있지만 구체적인 자일리톨 정제 방법의 개시는 없으며 또한 이밖에 글루코스를 출발물질로 하는 미생물을 사용하는 자일리톨을 제조하는 방법에서는 자일리톨을 정제하는 수단은 아직 공지되어 있지 않다. 따라서 미생물을 사용하여 제조하는 자일리톨 함유액(자일리톨 발효액이나 자일리톨 효소 반응액)으로부터 간편한 방법에 의해 고순도의 자일리톨을 회수할 수 있으면 공업상 염가로 용이하게 자일리톨을 얻을 수 있다.
본 발명은 자일리톨 생산균을 사용하여 자일리톨을 제조하는 방법에서, 수득된 자일리톨 용액(자일리톨 생산균의 배양액, 예를 들면, 자일리톨 효소 반응액이나 자일리톨 발효액)으로부터 최종적으로 고순도의 자일리톨을 공업적으로 효율이 양호하게 분리 수득하는 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 양이온 교환 수지 「UBK­ 550」에 의한 이온 배제 분리 크로마토그래프를 도시한다 [실시예 3의 공정 (2a)].
본 발명자는 고순도 자일리톨의 제조 방법에 관해 예의 연구의 결과, 이온 교환 수지를 교묘하게 이용하는 것으로 자일리톨의 효소 반응액이나 발효액 등의 자일리톨 생산균의 배양액으로부터 고순도의 자일리톨을 분리 수득할 수 있는 것을 밝혀내고 이러한 발견에 근거하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은 (1) 자일리톨 생산균을 수성 배지중에서 배양하여 수득된 배양액으로부터 고형물을 제거하고, (2) 수득된 고형물 제거액으로부터 양이온 교환 수지 및 음이온 교환 수지를 사용하여 이온성 물질을 제거하여 탈염하고, (3) 수득된 탈염액을 강산성 양이온 교환 수지를 사용하는 크로마토그래피로 처리하여 자일리톨과 기타 당 및 당 알콜류를 분리하며, (4) 수득된 자일리톨 용액(분획)으로부터 자일리톨을 고순도로 분리 수득하는 것을 특징으로 하는 고순도 자일리톨의 제조 방법, 및 이러한 제조 방법의 공정 (1) 및 공정 (2) 사이에 이온 배제의 공정을 추가하여 탈염을 2 단계로 실시하여, (1) 자일리톨 생산균을 수성 배지중에서 배양하여 수득된 배양액으로부터 고형물을 제거하고, (2a) 수득된 고형물 제거액으로부터 강산성 양이온 교환 수지를 사용하여 이온성 물질의 대부분을 이온 배제법에 의해 분리하여 탈염하고, (2b) 수득된 이온 배제 처리액(탈염액)으로부터 양이온 교환 수지 및 음이온 교환 수지를 사용하여 잔존하는 이온성 물질을 제거하여 탈염하고, (3) 수득된 탈염액을 강산성 양이온 교환 수지를 사용하는 크로마토그래피로 처리하여 자일리톨과 기타 당 및 당 알콜류를 분리하며, (4) 수득된 자일리톨 용액(분획)으로부터 자일리톨을 고순도로 분리 수득하는 것을 특징으로 하는 고순도 자일리톨의 제조 방법에 관한 것이다.
하기에 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 방법에 따라 처리해야 되는 자일리톨 효소 반응액이나 자일리톨 발효액은 예를 들면, 자일리톨 생산균 글루코노박터 옥시단스(Gluconobacter oxydans) ATCC 제621호를 D-아라비톨 함유 배지에서 배양하여 배지에 함유되는 D-아라비톨을 자일리톨로 변환함으로써(효소 반응) 수득할 수 있다. 또한, D-아라비톨은 예를 들면, 문헌[Can. J. Microbiol., 31(l985) 467 내지 471]에 기재된 바와 같은 공지된 미생물학적 방법으로 글루코스로부터 발효적으로 생성시킬 수 있다. 이와 같이 생성시킨 D-아라비톨은 발효액으로부터 일단 분리하거나 이와 같이 분리하지 않고 발효액 그대로 자일리톨 생산균의 배지(효소 반응액)로 할 수 있다. 어느 것으로 해도 자일리톨은 최종적으로는 자일리톨 생산균에 의한 효소 반응(Enzymation) 또는 발효(Fermentation)에 의해 생산된다.
이와 같이 수득되는 자일리톨 생산균의 배양액(자일리톨의 효소 반응액이나 자일리톨 발효액)에는 균체 기타 불용성분(고형물)이 함유되어 있으므로, 우선 이러한 고형물을 원심분리 등의 적당한 수단에 의해 제거한다[공정 (1)].
이와 같이 수득되는 고형물 제거액에는 미반응 원료(미대사 원료), 중간체의 당이나 당 알콜, 유기산 등의 부산물, 및 배지 성분으로서 부가된 무기염류가 불순물로서 함유되어 있다. 이러한 불순물의 제거는 먼저 유기산을 비롯한 이온성 물질의 제거, 즉 탈염을 실시한다. 자일리톨의 효소 반응액이나 발효액으로부터 이들을 탈염하지 않고 자일리톨을 예를 들면, 결정 석출 분리하려고 하는 경우, 농축하여 자일리톨의 씨드 결정을 부가하여 결정 석출을 실시해도 자일리톨은 석출되지 않거나 석출해도 현저하게 수율이 저하된다.
이온성 물질은 예를 들면, 자일리톨 용액을 미쓰비시가가쿠(주)의「SK-1B」와 같은 양이온 교환 수지 및 동일하게 상기 회사제의 「WA30」과 같은 음이온 교환 수지를 통과시킴으로써 자일리톨 용액으로부터 제거한다[공정 (2)].
탈염을 종료한 용액은 이의 고형분은 자일리톨이 대부분이지만 근소하지만 미반응 원료 또는 미대사 원료 및 중간체인 당이나 당 알콜의 비이온성 불순물을 함유하고 있다. 그래서 이들 불순물을 강산성 양이온 교환 수지를 사용하여 크로마토그래피 분리를 실시한다[공정 (3)].
이러한 크로마토그래피 분리에는 예를 들면, 미쓰비시가가쿠(주)제의 강산성 양이온 교환 수지 「UBK­555」, 바람직하게는 Ca형으로 사용할 수 있다. 크로마토그래피 분리에 제공되는 자일리톨 용액은 고형분 농도가 10 내지 100g/㎗, 바람직하게는 30 내지 50g/㎗이며(소정의 자일리톨 용액이 이러한 범위를 벗어날 때에는 이 범위에서 고형분 농도를 희석, 농축함으로써 조정한다) 수지량에 대하여 5 내지 20%, 바람직하게는 5 내지 10%의 양을 부하한다. 크로마토그래피 분리에 의해 자일리톨의 분획과 기타 당이나 당 알콜의 분획과 분별된다. 기타 당이나 당 알콜 분획은 원하는 바에 따라 미생물에 의한 이들의 자일리톨로의 변환공정으로 복귀하여 자일리톨로 변환시킬 수 있다.
크로마토그래피 분리는 바람직하게는 탈염이 종료된 후에 실시한다. 이것은 이온성 물질의 불순물인 유기산이나 무기염에 의해 크로마토그래피용 강산성 양이온 교환 수지의 Ca 이온이 탈리되는 것을 방지하기 때문이다.
목적하는 자일리톨은 크로마토그래피 분리에 의해 분획된 자일리톨 용액으로부터 고순도로 분리 수득할 수 있다[공정 (4)].
고순도 자일리톨의 상기한 자일리톨 분획으로부터의 분리 수득은 예를 들면, 자체 공지된 방법인 농축 결정 석출에 따를 수 있다. 이러한 농축 결정 석출은 예를 들면, 자일리톨 용액을 고형분 농도로서 35 내지 85g/10g-물까지 농축하고 여기에 씨드 결정을 부가하여 서서히 냉각함으로써 실시할 수 있다. 생성된 자일리톨의 결정을 여과, 원심분리 등의 적절한 방법으로 고액 분리하는 것으로 자일리톨을 고순도로 분리 수득할 수 있다. 이러한 분리 수득은 또한, 자체 공지된 방법인 유기용매 부가 결정 석출에 따를 수 있다. 즉, 자일리톨 분획에 적어도 물과 혼화하는 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알콜 등의 저급 알콜(유기용매)를 부가하면 알콜에 난용성인 자일리톨이 석출된다. 생성된 자일리톨의 결정을 농축 결정 석출하는 경우와 동일하게 여과, 원심분리 등의 적절한 방법으로 고액 분리하는 것으로 자일리톨을 고순도로 분리 수득할 수 있다. 또는 농축 결정 석출과 유기용매 부가 결정 석출을 조합하여 실시할 수 있다. 예를 들면, 자일리톨의 분획을 어느 정도 농축하여 놓고 여기에 유기용매를 부가하여 자일리톨을 석출시키는 것이다.
그런데, 이상은 탈염공정을 1 단계로 실시하는 본 발명의 실시 양태(1 단계 탈염법)의 설명이지만, 이러한 실시 양태는 당해 탈염공정의 전공정으로서 이온 배제에 의한 탈염공정을 추가하여 실시할 수 있다(2 단계 탈염법).
하기에 2 단계 탈염법의 탈염공정에 관해서 상세하게 기재한다.
1 단계 탈염법에 관해서 먼저 설명한 바와 같이 자일리톨 생산균의 배양액으로부터 고형물을 제거하여 수득되는 자일리톨 용액에는 또한 유기산이나 무기염류의 불순물이 잔존하고 있다.
그런데, 유기산을 분리하는데는 통상적으로 이온 교환 수지를 사용하는 이온 교환법에 의해 실시되지만 이러한 방법에서는 유기산이 충분하게 흡착될 수 있을 만큼의 수지를 준비하여 여기에 흡착시켜 유기산을 분리하지 않으면 안된다. 또한 수지를 재이용하기 위해서는 다량의 산이나 알칼리를 사용하여 흡착한 유기산을 용리시키지 않으면 안되며, 따라서 대량의 배출수가 발생하며 원재료비 및 폐액 처리비의 비용이 발생된다. 따라서 수지의 사용량은 적은 편이 양호하고, 유기산을 보다 용이한 방법으로 분리할 수 있으면 수지의 사용량을 삭감할 수 있어 자일리톨의 제조 원가도 절감할 수 있으며, 나아가서는 공업상 염가로 용이하게 자일리톨을 수득할 수 있다.
이를 가능하게 하는 것이 먼저 설명한 1 단계 탈염법에서의 양이온 교환 수지 및 음이온 교환 수지를 사용하여 실시하는 탈염공정[공정 (2b)] 전에 이온 배제법에 의한 탈염공정[공정 (2a)]을 추가하여 탈염을 2회 실시하는 2 단계 탈염법이다. 이와 관련하여 공지된 바와 같이 이온 교환 수지를 전해질 용액에 침지하면 도난(Donnan) 배제에 의해 수지의 쌍이온을 함유하는 전해질은 배제되어 이온 교환 수지 중에 진입하는 것을 방해한다. 한편, 비전해질은 이온 교환 수지에 배제되지 않고 수지중에 진입할 수 있다. 이러한 현상을 이용하여 전해질 및 비전해질의 양쪽을 함유하는 용액을 이온 교환 수지 칼럼을 통과시켜 수지에 배제되는 전해질 함유 분획을 먼저 칼럼을 통과시키고, 이후에 칼럼을 나가는 비전해질 함유 분획을 회수하는 방법을 이온 배제법이라고 한다.
이온 배제법에 의한 탈염[공정 (2a)]은 예를 들면, 미쓰비시가가쿠(주)제의 「UBK­550」과 같은 강산성 양이온 교환 수지, 바람직하게는 Na형 또는 NH3형으로 사용한다. 이온 배제에 제공되는 자일리톨 용액은 고형분 농도가 10 내지 100g/㎗, 바람직하게는 25 내지 70g/㎗이며 수지량에 대하여 5 내지 20%, 바람직하게는 5 내지 10%의 양을 부하한다. 이에 따라 유기산은 이의 80% 정도가 즉, 이온성 물질의 대부분이 자일리톨 용액으로부터 제거된다.
잔존하는 이온성 물질은 먼저 설명한 1 단계 탈염법에서 탈염처리에 의해 제거된다. 즉, 이온 배제법에 의한 탈염처리[공정 (2a)]를 경유하는 자일리톨 용액을 예를 들면, 미쓰비시가가쿠(주)제의「SK-1B」와 같은 양이온 교환 수지 및「WA30」과 같은 음이온 교환 수지를 통과시킴으로써 자일리톨 용액으로부터 제거한다[공정 (2b)].
2 단계 탈염법은 1 단계 탈염법에서의 탈염공정[공정 (2)]을 상기에서 설명한 바와 같은 이온 배제법에 의한 탈염공정[공정 (2a)] 및 양이온 교환 수지 및 음이온 교환 수지를 사용하는 탈염공정[공정 (2b)]로 변경한 것을 제외하고는, 1 단계 탈염법과 동일하다. 따라서, 2 단계 탈염법은 더 이상의 설명을 요하지 않는다.
실시예
하기에서는 실시예로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
또한 하기에 기재된 각 성분의 정량분석은 HPLC로 실시한다. 이의 분석 조건은 다음과 같다.
(a) 자일리톨, 아라비톨 및 자일로스의 3 종류의 성분에 관해서는:
칼럼: 쇼와덴코(주)제 HPLC 칼럼 「Shodex SUGARSC-1211」 (6mmψ×250mm)
칼럼 탱크온도: 60℃
용출액: 아세토니트릴/물= 40/60
검출: RI 검출기
(b) 아세트산, 시트르산 및 글루콘산의 3 종류의 성분에 관해서는:
칼럼: YMC사제 HPLC 칼럼「YMC YMC­pack0DS­AM303」
(4.6mmψ×250mm)
칼럼 탱크온도: 20℃
용출액: 0.1M Na2P04완충액(pH= 2.8)/아세토니트릴= 95/5
검출: UV 검출기(220nm)
실시예 1 (D-아라비톨로부터 출발하는 1 단계 탈염법)
(1) 자일리톨 생산균의 배양에 의한 자일리톨의 생성과 자일리톨 생산균의 배양액으로부터의 고형물의 제거[공정 (1)]:
감자 덱스트로스(Difco사제) 2.4%(w/v), 효모 추출물(Difco사제) 3%, 고기 추출물(Difco사제) 0.5% 및 글리세롤 1.5%를 함유하는 수성 배지(pH= 7.0) 3.7L를 120℃에서 15분 동안 가열하여 살균한다. 또한, D-아라비톨을 120℃에서 15분 동안 가열하여 살균한 다음, 상기한 배지에 2%(w/v)가 되는 양으로 부가한다. 이러한 배지에 글루코노박터 옥시단스(Gluconobacter oxydans) ATCC 제621호를 접종하고 30℃에서 3일 동안 진탕 배양한다. 수득된 배양액으로부터 원심분리에 의해 균체를 수집하고 생리식염수로 1회 세정한다.
0.1M 인산 완충용액(pH= 6.0)에 D-아라비톨을 최종 농도 5%(w/v)가 되도록 용해하여 320㎖의 용액을 조제한다. 이러한 용액을 기본 배지(반응액)로 하며 여기에 상기 집균 세정한 균체를 습중량으로 약 10%(w/v)가 되도록 부가하며, 또한 배양 진행중(반응시)에 배지의 pH 저하를 방지하기 위해 탄산칼슘을 2%(w/v)가 되도록 부가하여 30℃에서 진탕 배양을 실시한다. 또한, 탄소원으로서 배양 개시할 때에 글루코스를 1%(w/v)의 양으로 그리고 배양 개시후 6시간 후에 에탄올을 5%(w/v)의 양으로 부가한다. 배양 개시후 24시간 후에는 4.9g/㎗-배양액의 자일리톨(D-아라비톨에 대한 수율 98%)이 생성된다.
이러한 시점에서 배양을 종료하고 수득된 배양액(자일리톨 효소 반응액)을 원심분리로 처리하여 균체 기타 불용 성분(고형물)을 제거한 다음, 다시 0.2㎛의 멤브레인 필터로 여과한다.
수득된 여과액은 260㎖이며, 여기에는 자일리톨이 4.5g/㎗, 아세트산이 3.4g/㎗, 글루콘산이 1.77g/㎗ 그리고 인산이 0.10g/㎗의 농도로 함유되어 있다.
(2) 이온 교환 크로마토그래피에 의한 이온성 물질의 제거[공정 (2)]:
이전 공정 (1)에서 수득한 자일리톨 용액으로부터 200㎖를 취하고 이것을 우선 미쓰비시가가쿠(주)제의 양이온 교환 수지 「SK-1BL」(H형) 200㎖를 채운 칼럼을 통과시킨 다음, 상기 회사제의 음이온 교환 수지「MARATH0N A2MxBD」(0H형) 250㎖를 채운 칼럼을 통과시켜 탈염한다.
회수된 탈염액은 510㎖이며, 여기에는 자일리톨이 1.43g/㎗, 그리고 글루콘산이 0.03g/㎗의 농도로 함유되어 있다.
(3) 당 및 기타 당 알콜류의 크로마토그래피에 의한 분리[공정 (3)]:
공정 (1) 및 (2)를 수회 반복하여 수득된 탈염액을 합체하여 농축한 다음, 다음 농도의 성분을 포함하는 자일리톨 용액을 수득한다. 즉, 자일리톨이 34.5g/㎗, D-아라비톨이 0.5g/㎗, 그리고 D-자일로스가 0.7g/㎗의 농도로 함유되어 있다.
미쓰비시가가쿠(주)제의 양이온 교환 수지「UBK­555」(Ca형)를 직경 5.0cm의 보온 재킷 부착 칼럼에 1,300㎖를 채우고 여기에 자일리톨 용액 125㎖를 부하하여 유속 9㎖/min의 탈이온수로 전개하고 RV= 0.74 내지 1.2 사이의 용액을 분획하여, 자일리톨을 8.2g/㎗, 그리고 D-아라비톨을 0.lg/㎗의 농도로 함유하는 용액 540㎖를 회수한다.
(4) 자일리톨의 분리 수득[공정 (4)]:
공정 (3)에 준하여 분획된 자일리톨을 7.5g/㎗, 그리고 D-아라비톨을 0.09g/㎗의 농도로 함유하는 용액을 조제하여 이의 1,720㎖에 활성탄을 가하여 탈색하고 활성탄을 여과 분리한 다음, 여과액을 자일리톨의 농도가 45g/10g-물로 될 때까지 농축한다. 농축후에 자일리톨의 씨드 결정을 부가한 다음, 약 3.5시간에 걸쳐 60℃로부터 25℃까지 온도 조절을 하면서 천천히 냉각한 후에 밤새 교반하여 자일리톨의 결정 석출을 완결시킨다.
결정 석출 종료후에 결정을 분리하여 소량의 물로 세정하여 건조시킨 바, 순도 99.1%의 자일리톨 결정이 80.1g 수득된다. 이러한 결정은 이의 수분이 0.9%이며 다른 성분은 확인되지 않으며, 결과적으로 고순도의 자일리톨 결정인 것으로 확인된다.
실시예 2 (D-아라비톨의 발효로부터 출발하는 1 단계 탈염법)
YM 배지(Difco사제)에 데바리오마이세스 한세니이 변종 한세니이 (Debaryomyces hansenii var.hansenii) IF0 0060주를 접종하고 30℃에서 3일 동안 배양한다.
D-글루코스 10%, 펩톤 0.5%, KH2P040.1%, MgS040.05%, 그리고 효모 추출물 0.2%를 함유하는 배지(pH= 6.0)를 120℃에서 15분 동안 가열하여 살균한다. 살균한 다음, 배양 진행중에 배지 pH의 저하를 방지하기 위해 별도 살균한 CaC03를 2%(w/v) 부가한다. 이러한 배지에 상기한 배양물을 10%(v/v)의 양으로 접종하고 30℃에서 배양한다. 배양 3일째에는 3.6g/㎗의 D-아라비톨(D-글루코스에 대해 수율 36%)이 생성된다.
수득된 D-아라비톨 발효액의 1,000㎖를 실시예 1의 공정 (1)에서 기본 배지로 변경하는 것을 제외하고는, 상기 실시예에서와 동일하게 처리하여 최종적으로 고순도 자일리톨 결정 15.8g을 수득한다.
실시예 3 (D-아라비톨로부터 출발하는 2 단계 탈염법)
(1) 자일리톨 생산균의 배양에 의한 자일리톨의 생성과 자일리톨 생산균의 배양액으로부터의 고형물의 제거[공정 (1)]:
실시예 1의 공정 (1)에서와 완전히 동일하게 실시하여 불용 성분(고형물)을 제거하고 멤브레인 필터로 여과한 자일리톨을 함유하는 여과액[실시예 1의 공정 (1)에서의 여과액과 동일한 조성]을 수득한다.
(2) 이온 배제법에 의한 이온성 물질의 배제[공정 (2a)]:
직경 5.6cm의 칼럼에 미쓰비시가가쿠(주)제의 양이온 교환 수지 「UBK­550」(Na형을 암모니아수로 치환하여 얻은 NH3형)을 1,700㎖로 채우고 여기에 공정 (1)에서 수득한 여과액을 농축하여 수득한 자일리톨을 45.1g/㎗, D-아라비톨을 0.5g/㎗, 시트르산을 5.9g/㎗, 그리고 글루콘산을 11.0g/㎗를 함유하는 자일리톨 수용액 110㎖를 부하하여 유속 8㎖/min의 탈이온수로 전개한다.
하기에 기재된 도 1에 도시된 바와 같이 자일리톨, 아라비톨 및 유기산류가 분리되고 자일리톨을 6.9g/㎗, D-아라비톨을 0.08g/㎗, 시트르산을 0.06g/㎗, 그리고 글루콘산을 0.64g/㎗를 함유하는 자일리톨 수용액 580㎖가 회수된다.
(3) 이온 교환 크로마토그래피에 의한 이온성 물질의 제거[공정 (2b)]:
이전 공정 (2a)의 방법에 따라 이온 배제법에 의한 탈염을 실시한 다음, 통상적인 방법에 따라 실시예 1의 공정 (2)에서와 동일하게 하여 양이온 교환 수지 및 음이온 교환 수지에 의해 탈염을 실시한다.
(4) 당 및 기타 당 알콜류의 크로마토그래피에 의한 분리[공정 (3)]:
공정 (1) 내지 (2b)를 반복하여 실시예 1의 공정 (3)에서와 동일한 조성, 즉 자일리톨을 34.5g/㎗, D-아라비톨을 0.5g/㎗, 그리고 D-자일로스를 0.7g/㎗를 함유하는 자일리톨 용액을 수득한다.
미쓰비시가가쿠(주)제의 양이온 교환 수지 「UBK­ 555」(Ca형)이 1,300㎖ 들어 있는 직경 5.0cm의 보온 재킷 부착 칼럼에 자일리톨 용액의 125㎖를 부하하여 유속 9㎖/min의 탈이온수로 전개한다. RV= 0.74 내지 1.2 사이의 용액을 분획하여 실시예 1의 공정 (3)에서와 동일하게 자일리톨을 8.2g/㎗, 그리고 D-아라비톨을 0.1g/㎗을 함유하는 용액 540㎖를 회수한다.
(5) 자일리톨의 분리 수득[공정 (4)]:
실시예 1의 공정 (4)의 방법에 준하여 상기 공정에서와 동일한 조성의 자일리톨 용액으로부터 상기 공정에서와 동일한 순도의 자일리톨을 동일량 수득한다.
실시예 4 (D-아라비톨의 발효로부터 출발하는 2 단계 탈염법)
실시예 2에서와 동일하게 하여 D-아라비톨 발효를 실시하여 수득하는 D-아라비톨의 발효액 1,050㎖를 실시예 2에서와 동일하게 처리하여 고순도 자일리톨 결정을 17.4g 수득한다.
본 발명은 자일리톨 생산균을 사용하여 자일리톨을 제조하는 방법에서, 수득된 자일리톨 용액(자일리톨 생산균의 배양액, 예를 들면, 자일리톨 효소 반응액이나 자일리톨 발효액)으로부터 최종적으로 고순도의 자일리톨을 공업적으로 효율이 양호하게 분리 수득하는 방법을 제공한다.

Claims (7)

  1. (1) 자일리톨 생산균을 수성 배지중에서 배양하여 수득된 배양액으로부터 고형물을 제거하고, (2) 수득된 고형물 제거액으로부터 양이온 교환 수지 및 음이온 교환 수지를 사용하여 이온성 물질을 제거하여 탈염하고, (3) 수득된 탈염액을 강산성 양이온 교환 수지를 사용하는 크로마토그래피로 처리하여 자일리톨과 기타 당 및 당 알콜류를 분리하며, (4) 수득된 자일리톨 용액(분획)으로부터 자일리톨을 고순도로 분리 수득하는 것을 특징으로 하는 고순도 자일리톨의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 공정 (3)에서의 강산성 양이온 교환 수지가 Ca형인 것을 특징으로 하는 고순도 자일리톨의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공정 (1)에서의 자일리톨 생산균의 배양액이 D-아라비톨, D-자일로스 또는 글루코스를 출발물질로 하며, 최종적으로 자일리톨 생산균을 배양한 배양액인 것을 특징으로 하는 고순도 자일리톨의 제조 방법.
  4. (1) 자일리톨 생산균을 수성 배지중에서 배양하여 수득된 배양액으로부터 고형물을 제거하고, (2a) 수득된 고형물 제거액으로부터 강산성 양이온 교환 수지를 사용하여 이온성 물질의 대부분을 이온 배제법에 의해 분리하여 탈염하고, (2b) 수득된 이온 배제 처리액(탈염액)으로부터 양이온 교환 수지 및 음이온 교환 수지를 사용하여 잔존하는 이온성 물질을 제거하여 탈염하고, (3) 수득된 탈염액을 강산성 양이온 교환 수지를 사용하는 크로마토그래피로 처리하여 자일리톨과 기타 당 및 당 알콜류를 분리하며, (4) 수득된 자일리톨 용액(분획)으로부터 자일리톨을 고순도로 분리 수득하는 것을 특징으로 하는 고순도 자일리톨의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 공정 (3)에서의 강산성 양이온 교환 수지가 Ca형인 것을 특징으로 하는 고순도 자일리톨의 제조 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 공정 (2a)에서의 강산성 양이온 교환 수지가 Na형 또는 NH3형인 것을 특징으로 하는 고순도 자일리톨의 제조 방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 공정 (1)에서 자일리톨 생산균의 배양액이 D-아라비톨, D-자일로스 또는 글루코스를 출발물질로 하며, 최종적으로 자일리톨 생산균을 배양하는 배양액인 것을 특징으로 하는 고순도 자일리톨의 제조 방법.
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