KR20090045070A - 말티톨의 증발결정화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은

건조 물질을 기준으로 85％ 이상의 말티톨 풍부 함량, 바람직하게는 건조 물질을 기준으로 89％ 내지 99％의 말티톨 풍부 함량, 보다 더 바람직하게는 건조 물질을 기준으로 93％ 내지 95％의 말티톨 풍부 함량을 갖는 말티톨 용액을 제조하는 단계,

증발결정화기(evapocrystallizer)에서 진공하에 상기 말티톨 용액을 농축하여 말티톨 과포화도가 말티톨의 준안정 구역내에 존재하는 말티톨 시럽을 수득하는 단계,

과포화된 말티톨 용액에 말티톨 시드(seed) 결정을 분산된 형태로 시딩하는 단계,

온도 조건, 증발 증기의 펌핑에 의한 격렬한 교반 조건, 및 결정화되는 말티톨 시럽의 공급 조건을 제어함으로써, 말티톨의 준안정 구역내에서 말티톨의 과포화도를 일정하게 유지시키면서 결정화를 수행하는 단계, 및

이렇게 수득된 결정을 회수하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는, 증발결정화에 의한 말티톨 결정의 제조 방법에 관한 것이다.

말티톨, 증발결정화, 말티톨 결정

Description

말티톨의 증발결정화 방법 {PROCESS FOR THE EVAPOCRYSTALLIZATION OF MALTITOL}

본 발명은 결정화가 진공하에 매우 짧은 시간 동안 증발에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 말티톨의 결정화 방법에 관한 것이다.

본 발명은 보다 구체적으로는 먼저 반포화된(sub-saturated) 말티톨이 매우 풍부한 말티톨 용액을 증발시켜 부분 진공하에 측정된 온도에서 말티톨의 준안정 구역내에서 과포화시키는 것을 포함하는 방법에 관한 것이다.

그 후, 과포화 용액 중 크기 및 분산이 제어된 말티톨 시드(seed) 결정을 이용하여 시딩을 수행한다.

그 후, 본 발명은 온도 조건, 증발 동안 증기 펌핑에 의한 교반 조건, 및 결정화될 말티톨 시럽의 공급 조건을 제어함으로써 결정의 전체 성장 기간 동안 말티톨 과포화 상태를 일정하게 유지시키는 것을 포함한다.

따라서, 본 발명은 2시간 미만내에 완벽하게 제어된 입도 분포의 말티톨 결정을 수득할 수 있게 한다.

말티톨 (1,4-O-α-D-글루코피라노실-D-글루시톨)은 말토스의 수소화에 의해 수득된 폴리올이다.

말티톨 분자에서 환원 말단의 부재는 말티톨에게 높은 열 안정성 및 화학적 안정성을 부여한다.

말티톨은 수크로스보다 칼로리가 낮지만, 당과 유사한 감각 수용성을 갖는다. 그것은 비-우식원(non-cariogenic)이므로, 다수의 식품 및 제약 용품에 사용된다.

지금까지 공지된 말티톨의 유일한 결정질 형태는 미국 특허 제4 408 041호에 기재된 무수 형태이다.

실제로, 상기 특허의 공개일인 1983년이 되어서야 하야시바라(Hayashibara) 회사가 최초로 말티톨 결정의 생성을 기술하였다.

이전에는, 이러한 폴리올은 항상 비결정성 생성물로서 간주되었었다. 실제로, 이러한 잘못된 가설은 과포화 용액으로부터 말티톨을 결정화시키는 것이 만니톨 또는 에리트리톨과 같은 다른 폴리올의 경우에서와 같이 용이하게 제어되지 않는다는 사실로부터 기인한다. 또한, 말티톨 용액은 3 이상의 중합도를 갖는 폴리올로 구성된 다수의 불순물을 함유하였다.

말티톨에 고유한 특정 특성, 예컨대 특히 그의 용해도 또한 관찰된 장해의 원인이다.

본 발명의 목적 상 용어 "말티톨 용해도"란 고체 상태의 말티톨과 평형 상태인 포화 용액의 말티톨 농도를 의미한다.

소정 온도에서 말티톨 용액의 "말티톨 과포화"는 본 발명의 목적 상 순수한 형태의 포화 용액의 말티톨 질량 대 물 질량을 기준으로 한, 용액의 말티톨 질량 대 물 질량의 비로서 정의된다.

통상적으로 온도 함수로서 말티톨 용해도 곡선 및 과포화 한계 곡선 (σ로 기재됨)은 용액 중 말티톨의 거동을 반영하며, 온도 함수로서 농도 영역을 다음의 3가지 구역으로 나눈다:

1) 결정화가 가능하지 않은 포화 아래 (σ < 1),

2) 핵 생성 및 성장이 일어날 수 있는 준안정 구역 σ = 1 내지 σ = 1.08 및

3) 자발적인 핵 생성, 성장 및 비결정화가 비제어된 방식으로 일어날 수 있는 불안정한 구역 σ = 1.08 초과.

특정 화합물의 준안정 구역은 통상적으로 성장하거나 사라질 수 있는 시드 결정의 자발적인 발생 (이렇게 형성된 시드는 균일하지 않고 불규칙한 형태를 가짐)을 특징으로 한다.

말티톨의 경우, 준안정 구역의 과포화 한계는 σ = 1.08이다 (문헌 [Schouten et al. 1999, Carbohydrate Research, 322, 298-302]). 이 값은 다른 당과 비교할 때 비교적 작은 값이며, 결정화 제어를 특히 까다롭게 만든다.

수 중 말티톨의 용해도는 결정 성장을 좌우하는 구동력을 나타내는 과포화의 측정을 위해 중요하다.

수 중 말티톨의 용해도에 영향을 미치는 모든 인자 중에서, 온도가 가장 두드러진 효과를 주는 인자인 것으로 생각된다 (문헌 [Ohno and Hirao, 1982, Carbohydrate Research, 108, 163-171]).

온도가 증가할 때 말티톨의 용해도는 효과적으로 상당히 증가한다. 한 증상으로서, 용해도는 8.5℃하에 물 100 ml 당 132.5 g에서 90℃하에 물 100 ml 당 567.3 g으로 증가한다 (식품 생물물리학(Food Biophysics)에서 발표 대기 중인 에이. 가르살라오위(A. GHARSALLAOUI) 등에 의한 논문).

지금까지, 선행 기술에 기재된 말티톨 결정화 방법에서 이러한 기본 규칙의 사용은 단지 혼합된 결과만을 초래하였다.

이것은 결정화가 항상 미지수이고 제어되지 않는 다수의 인자가 연관된 복잡한 공정이기 때문이다.

또한, 결정의 최종 형상은 결정화 조건에 크게 좌우되는 것을 언급하여야 한다. 또한, 본 출원인에 의해 그의 특허 EP 905 138호에 기재된 바와 같이, 불순물은 상이한 농도의 말토트리이톨의 존재하에 말티톨 결정의 프리즘 및 양추(bipyramidal) 형태와 같이, 결정의 형상 (또는 체형)을 변형시킬 수 있다.

또한, 불순물은 결정화를 완전히 막는 정도까지 결정화에 다수의 다른 영향을 미칠 수 있다.

또한, 결정화가 제어되지 않을 경우, 구조가 보다 안정한 상태를 향해 변할 수 있는 비결정성 생성물이 수득될 수도 있다. 이러한 "유리 전이"는 구조 및 환경적 조건인 온도 및 습도에 따라 달라진다.

일반적으로, 결정화는 2개의 기본 메카니즘: 핵 생성 및 결정 성장이 전체적으로 관여하는 물리적 방법으로 간주된다.

2가지 현상은 과포화 용액에서 일어나며, 과포화 용액을 얻기 위한 방식과 관련하여, 다양한 결정화 방식이 구별된다: 냉각, 증발 또는 이 둘의 조합에 의해 과포화가 이루어지는 열적 방법, 및 공용매, 또는 계의 특성을 개질시키는 첨가제의 첨가를 포함하는 방법.

결정화될 화합물의 용해도가 온도에 따라 급속하게 증가할 경우, 냉각은 적합한 결정화 방법을 구성할 수 있으며, 실제로, 종종 가장 빈번하게 사용되는 방법이다.

용액은 특정 과포화 수준으로 냉각된다. 계면 (또는 결정 시드)의 생성은 갑작스런 또는 느린 냉각에 의해, 또는 다수의 경우 시딩에 의해 얻어질 수 있다.

실제로, 선택은 용질 및 목적하는 결정의 성질에 따라 달라진다.

결정의 확대는 일반적으로 온도를 서서히 감소시킴으로써 수행된다. 따라서, 이러한 유형의 방법에서, 온도 프로필은 중요한 제어 인자이다. 결정화 과정중에 있는 물질과 냉각 유체 사이의 온도 차이는, 냉각 공정, 즉 또다른 이동 저항을 생성하는 "크러스트" 또는 "라이닝"으로 공지된 고체 침착 방법에 사용된 열 교환기의 금속 표면 상에 결정 형성의 위험을 방지하기 위하여, 너무 커서는 안된다.

산업적으로, 말티톨의 냉각에 의한 결정화는 결정 성장의 속도에 의해서가 아니라, 결정화되는 용액의 냉각 용량에 의해 제한된다.

따라서, 말티톨의 경우, 냉각에 의한 결정화 단계는 종종 증발에 의한 농축 단계 후 수행되며, 이는 과포화를 얻은 후 이를 유지시킬 수 있게 한다.

따라서, 감소된 순도의 생성물을 얻을 위험을 수반하지 않고 단일 단계에서 허용가능한 수율이 달성될 수 없는 것으로 보인다.

말티톨의 경우, 방법은 일반적으로 여러 단계로 수행되며, 결정의 분리 후 제1 결정화로부터 유도된 모액은 새로운 결정화에 공급물로 사용된다.

이러한 제거에 의한 결정화 단계에 대한 별법은 일반적으로 모조 이동층에서 크로마토그래피에 의한 모액의 처리일 수 있다.

또한, 증발 단계와 냉각 단계의 조합은 고온 용액을 감압하의 챔버에 도입함으로써 수행될 수 있다.

이것은 자발 ("플래시(flash)") 증발, 압력의 점진적 감소를 초래하여 과포화를 유지할 수 있게 한다. 특정 과포화 값으로부터 출발하여, 냉각 공정을 수행한다.

최초의 시판용 반결정질 말티톨 분말은, 당 또는 폴리올 결정으로 이루어진 시드를 첨가하여 최선의 경우 90％ 이하일 수 있는 풍부 함량을 나타내는 탈수화된 말티톨 용액을 고체로 응고시키는 것을 포함하는 "벌크 용액" 기술을 통해 제조되었다. 이러한 방법은, 예를 들어 특허 JP 57-47680호 및 JP 58-158145호에 기재되어 있다.

또한, 미국 특허 제4 408 401호에서는 예비결정화된 용액 또는 마세큐트(massecuite)의 분무화(atomization)에 의한, "전당(total sugar)"으로 공지된 미분 결정질 혼합물의 제조가 제안되었다. 이것은 또한 다량의 폴리올, 예컨대 소르비톨, 말토트리이톨, 말토테트라이톨 및 더 높은 중합도를 갖는 다른 폴리올을 함유하는 과포화 말티톨 수용액의 매우 느린 냉각에 의해 수득된다.

이러한 매우 느린 냉각 및 말티톨 시드 결정의 첨가는 이러한 말티톨 결정의 형성 및 성장 방법에서 사실상 필수적이다.

그러나, 이러한 "전당"은 약 40분 동안 추가로 건조되고, 10시간 동안 숙성될 필요가 있기 때문에 충분한 결정질이 아니다.

그러나, 수증기에 대한 그의 안정성은 보통이며, 그것은 종종 저장시 고체로 응고되는 문제가 있다.

본 출원인은 그의 특허 EP 185 595호 및 EP 189 704호에서, 연속적인 크로마토그래피를 통한 분별 기술을 기초로 하는 방법을 사용하여 매우 높은 풍부 함량의 결정질 말티톨 분말의 제조를 제안함으로써 이러한 문제점에 대한 제1 해결책을 제공하는 것에 기여하였다.

이러한 방법은, 이러한 폴리올이 특히 풍부한 크로마토그래프 분획물중에 존재하는 말티톨의 수용액의 결정화를 통해 경쟁력 있는 비용으로 99％ 초과의 순도를 갖는 분말을 수득할 수 있게 한다.

한편으로는 "벌크 용액"으로 공지된 기술 및 다른 한편으로는 수용액의 결정화의 기술은 결정질 말티톨의 생성에 산업적으로 사용되는 유일한 방법으로 오랫동안 간주되어 왔다.

그러나, 산업상 성취하기에 가장 어려운 단계는 여전히 결정의 크기 및 형상의 제어이다.

특히, 말티톨의 결정화는 대용량 결정화기에서 마찰에 의해, 냉각에 의해 또는 건조 동안 분진을 발생시킨다.

미세한 결정의 존재, 입도의 불균일성 및 말티톨의 본래의 흡습성은 폴리올 결정화 분야의 전문가가 결정질 말티톨 분말의 저장, 수송 및 컨디셔닝에 일반적으로 사용되는 조건하에 수증기 및 온도에 대하여 장기간의 안정성을 보정할 수 있는 결정화 방법을 모색하게 하였다.

그 후, "벌크 용액" 및 수용액의 냉각에 의한 결정화 기술과 함께 증발 결정화 방법이 연구되었다.

그러나, 말티톨의 결정화에 대한 이러한 연구의 대부분은 증발과 냉각을 조합한 과도하게 긴 종래 방법을 사용하였다.

특히, 그것은 결정 파괴, 분진 형성 및 흡습성 증가와 같은 기계적 결과의 고려없이 수집된 후 건조되고 분쇄되는 벌크 용액 중 결정의 숙성을 보장하는 것에 관해 종종 문제가 있었다.

언급될 수 있는 예로는 다음을 들 수 있다:

- 시딩없이 말티톨의 제조를 교시한 특허 출원 US 2006/0 078 662호. 용액을 먼저 증발에 의해 4.5％ 내지 6％의 잔여 습도로 농축시킨 후, 10 내지 20℃의 온도로 냉각시킨다. 농축된 및 냉각된 용액을 최종적으로 압출기에 공급한다.

분쇄 후 수득된 생성물은 불안정한 생성물의 특성인 0.2％ 내지 0.8％의 잔여 습도와 함께 50 내지 500 ㎛의 과도하게 분산된 입도, 및 저순도 생성물의 특성인 144 내지 148℃의 융점 (순수한 말티톨의 융점은 146 내지 147℃임)을 갖는다.

- 국제 특허 출원 WO 2005/014 608호에는 크로마토그래프 분리에 의해 농후화된 후 (건조 중량 기준으로 92％ 초과의 말토스 함량), 농축 및 그 후 고화 또는 결정화하고 건조시키기 전에 촉매적으로 수소화된 말토스-풍부 시럽 (건조 중량 기준으로 70％ 내지 80％)의 제법이 기재되어 있다. 말티톨 결정은 97％ 이상의 말티톨 풍부 함량에 대해 98.5％의 고체 함량을 갖는다.

그러나, 이러한 결정화를 사용하여 크로마토그래피 후 말티톨 용액을 정제할 경우, 대개 다수의 긴 복잡하고 힘든 단계의 방식에 의한다.

- 특허 출원 EP 139 573호에는 압축 증기의 열을 사용하여 열 교환기의 증발기 외부에서 가열되는 말티톨 용액의 표면 "플래시" 증발 및 연속적인 재순환이 기재되어 있다.

용액의 일부분을 결정과 함께 수집하여 상기 결정을 모액으로부터 분리한 후, 모액을 재순환시킨다. 결정은 결정화기의 스템에서 경사분리에 의해 일부분씩 수집된다.

그러나, 이 방법은 다수의 개별 공정 (플래시 증발, 증기 압축, 열 교환, 경사분리)을 포함하며, 이들은 공정을 특히 매력적이지 않게 또는 산업상 실용적이지 않게 만든다.

- 마지막으로, 국제 특허 출원 WO 02/04473호는 당 산업에서 통상적으로 사용된 결정화 방법을 모델로 한, 실험실 조건하에 수행된 증발결정화 방법을 통한 말티톨 결정의 제조를 포함한다.

이 방법은 본질적으로 광범위한 범위의 잔류 올리고머를 함유하는 수소화된 말토스 시럽에 첨가된 불순물로 수행된 증발결정화로 이루어진다.

특허 출원 WO 02/4473호에는 50％ 내지 80％의 말티톨 및 60％ 내지 70％의 고체 수율을 갖는 결정질 말티톨의 제조가 기재되어 있다. 이러한 수율은 모액과 결정 사이에 고체의 차이를 사용하여 증발결정화 후에 수득된다.

이러한 농도의 고체는 펌핑 및 원심분리 단계와 같은 단계에서 발생할 수 있는 문제점이 제공되면 산업적 조건으로 전치될 수 없다.

또한, 증발에 의한 결정화는 단독으로 사용되지 않고, 냉각 단계와 조합하는 것을 필요로 한다.

사실상, 단지 결정화 개시제만이 증발에 의해 제조되며, 결정화 그 자체는 통상적으로 30시간 동안의 냉각에 의해 수행된다.

본 발명자들은 수행된 과포화가 너무 높아서 수득된 결정의 크기 또는 형상을 효과적으로 제어할 수 없다는 것을 발견하였다.

실제로, 말티톨의 준안정 구역의 한계는 σ = 1.08이며, 특허 출원 WO 02/4473호에서 언급된 과포화는, 정의에 의한 제어될 수 없는 불안정한 구역내에 있다는 것을 기억해야 한다.

마지막으로, 불량하게 정의된 수율은 결정의 실제 수율보다는 원심분리기에 보유된 말티톨 크림의 질량과 더 관련이 있다.

상기로부터, 본 발명자들은 장기간 힘들고 어려운 복잡한 단계를 수행하지 않고, 말티톨 결정의 크기 및 형상을 제어할 수 있는 말티톨 결정화 방법에 대한 충족되지 않은 요구가 존재한다고 결론지었다.

본 출원인은 그의 이름으로, 결정화 시드의 품질의 제어, 및 결정 성장 동안 말티톨 용해도 및 말티톨 용액 과포화의 조건의 제어를 바탕으로 하는 현저하게 빠른 말티톨 증발결정화 방법을 제안함으로써 지금까지 융화되기 어려운 것으로 간주되었던 모든 이러한 목적을 융화시켰다.

따라서, 본 발명은

a) 건조 물질을 기준으로 85％ 이상의 말티톨 풍부 함량, 바람직하게는 건조 물질을 기준으로 89％ 내지 99％의 말티톨 풍부 함량, 보다 바람직하게는 건조 물질을 기준으로 93％ 내지 95％의 말티톨 풍부 함량을 갖는 말티톨 용액을 제조하는 단계,

b) 증발결정화기(evapocrystallizer)에서 진공하에 상기 말티톨 용액을 농축하여 말티톨 과포화도가 말티톨의 준안정 구역내에 존재하는 말티톨 시럽을 수득하는 단계,

c) 과포화된 말티톨 용액에 말티톨 시드(seed) 결정을 분산된 형태로 시딩하는 단계,

d) 온도 조건, 증발 증기의 펌핑에 의한 격렬한 교반 조건, 및 결정화되는 말티톨 시럽의 공급 조건을 제어함으로써, 말티톨의 준안정 구역내에서 말티톨 과포화도를 일정하게 유지시키면서 결정화를 수행하는 단계, 및

e) 이렇게 수득된 결정을 회수하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는, 증발결정화에 의한 말티톨 결정의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 말티톨 결정화 방법을 통한 진공하 증발로 종래 냉각 방법과 비교하여 결정화 시간을 상당히 감소시켰으며, 균일한 크기 및 좁은 입도 분포의 말티톨 결정을 수득할 수 있다.

본 발명에 따른 증발에 의한 결정화 방법은 말티톨 용액을 과포화 시점까지 증발시킨 후, 시딩하고, 과포화도를 일정하게 유지시켜 시드 결정의 확대를 이루는 것으로 이루어진다.

제1 단계는 건조 물질을 기준으로 85％ 이상의 말티톨 풍부 함량, 바람직하게는 건조 물질을 기준으로 89％ 내지 99％의 말티톨 풍부 함량, 보다 더 바람직하게는 건조 물질을 기준으로 93％ 내지 95％의 말티톨 풍부 함량을 갖는 말티톨 용액을 제조하는 것으로 이루어진다.

본 발명에서, 풍부 함량에 대한 개념은 결정질 말티톨 조성물에 존재하는 모든 탄수화물을 기준으로 건조 중량/건조 중량으로 표현되는 말티톨의 백분율에 상 응하는 것으로 이해되어야 한다.

이러한 탄수화물은 폴리올, 예컨대 특히 소르비톨, 3의 중합도 (또는 DP)를 갖는 폴리올 및 4의 DP를 갖는 폴리올일 수 있다. 이러한 풍부 함량은 보통 고성능 액체 크로마토그래피에 의해 측정된다.

말티톨 용액의 제조는 당업자에게 공지된 임의의 방법을 통해 수행될 수 있다.

예를 들어, 말티톨 시럽이 건조 물질을 기준으로 85％ 이상의 말티톨 풍부 함량, 바람직하게는 건조 물질을 기준으로 89％ 내지 99％의 말티톨 풍부 함량, 보다 더 바람직하게는 건조 물질을 기준으로 93％ 내지 95％의 말티톨 풍부 함량을 함유하고, 건조 물질을 기준으로 1％ 이하, 바람직하게는 건조 물질을 기준으로 0.5％ 이하의 말토트리이톨 함량을 갖도록 기재된 방법의 단계를 제어함으로써, 본 출원인이 소유자인 특허 EP 905 138호의 교시를 따를 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 제2 단계는 이렇게 제조된 말티톨 용액을 진공하에 농축하여 말티톨 과포화도가 말티톨의 준안정 구역내에 존재하는 말티톨 시럽을 수득하는 것으로 이루어진다.

말티톨 용액의 농축은 상기 용액으로부터 물을 증발시킴으로써 수행되며, 이러한 증발은 증발결정화기 또는 재순환 루프에 배치된 열 교환기를 통해 포화 증기를 공급함으로써 수행된다.

이렇게 수득된 말티톨 용액의 과포화물을 생성하기 위하여, 용액은 말티톨 농도가 그의 용해도를 초과하여 말티톨의 준안정 구역에 위치하는 1.04 내지 1.08 의 과포화도를 갖는 초기 시럽을 생성하도록 개질되어야 한다.

본 출원인은 75 내지 85℃의 쿠킹 온도에서 20 내지 30 kPa의 부분 진공하에 93％ 내지 95％의 풍부 함량을 갖는 말티톨 용액에 대해 이러한 과포화 값이 얻어진다는 것을 측정하였다.

이후에 예시되는 바와 같이, 공칭 값이 22 kPa로 설정될 경우, 이것은 76℃의 쿠킹 온도에 상응한다.

증발 제거되는 물의 양은 초기 말티톨 농도로부터 계산에 의해 결정된다.

본 발명에 따른 방법의 제3 단계는 1.04 내지 1.08의 과포화 값, 예를 들어 1.05 또는 1.07의 값이 얻어진 후에, 과포화된 말티톨 용액에 말티톨 시드 결정을 분산된 형태로 시딩하는 것으로 이루어진다.

이러한 시딩은 레이저 입도분석(laser granulometry)에 의해 측정된 평균 크기 10 내지 50 ㎛, 바람직하게는 20 내지 30 ㎛, 보다 바람직하게는 약 25 ㎛를 갖는 말티톨 결정으로 수행된다.

이러한 크기는 제조사의 기술 안내서 및 설명서에 따라, 분말 분산 모듈 (건조 경로)이 장착된, 베크만-코울터(Beckman-Coulter)로부터의 LS 230 유형의 레이저 산란 입도분석기 상에서 측정된다.

LS 230 레이저 산란 입도분석기의 측정 범위는 0.04 ㎛ 내지 2000 ㎛이다.

호퍼하에 스크류 속도 및 분산 슈트의 진동 강도의 작동 조건은 광학 농도가 4％ 내지 12％, 이상적으로는 8％이도록 결정된다.

결과는 부피 백분율로 계산되며, ㎛로 표현된다.

시드로서 사용된 말티톨 결정은 포화 말티톨 용액, 또는 폴리에틸렌 글리콜, 특히 PEG-300, 결정의 분산 및 분리를 허용하는 비교적 높은 점도를 갖는 식품 등급 용매에 분산되며, 일반적으로 그의 작은 크기로 인해 응집된다.

결정화 시드의 분산은 부분 진공 및 고온에 의해 응집 및 트윈 형성을 최소화할 수 있다.

도입되는 시드의 양은 (로제(ROGE) 및 마틀로우티(MATHLOUTHI) (AVH Association, 12th Symposium - Reims, March 2005)로부터의) 하기 수학식 (f)에 따라 수득되는 결정의 이론상 크기의 함수로서 계산된다.

<수학식 f>

상기 식에서,

m_c: 수득된 결정의 질량

m_s: 시드 결정의 질량

L_c: 결정화 후 결정의 평균 크기

L_s: 시드 결정의 크기

(문헌 [B. ROGE et al., AVH Association - 12th Symposium - Reims, March 2005, pp. 15 - 22]을 따름).

본 발명에 따른 방법의 제4 단계는 온도 조건, 증발 증기의 펌핑에 의한 격 렬한 교반 조건, 및 결정화될 말티톨 시럽의 공급 조건을 제어함으로써 말티톨 과포화도를 말티톨의 준안정 구역내에 일정하게 유지시키면서 결정화를 수행하는 것으로 이루어진다.

공기가 마세큐트로 들어가지 않도록 주의하면서 (이는 공기가 진공, 쿠킹 온도 뿐만 아니라 매질의 과포화도를 변화시키며, 임의의 자발 핵 생성이 방지되어야 하기 때문임) 수행된 결정화 시드의 도입 단계 후, 일정하게 유지되는 부분 진공하에 결정 성장 단계를 수행하였다.

과포화된 말티톨 용액이 증발결정화기에서 격렬하고 잘 제어되게 교반되도록 증발을 수행한다.

실제로 상기 용액으로부터 증발되는 물은 용액을 격렬하게 교반시키는 펌핑 현상을 생성한다.

이러한 현상은 기계적 교반에 의해 생성되는 것보다 훨씬 더 큰 진폭으로 용액을 교반시킬 수 있다.

그 후, 증발된 물은 증발결정화기로부터 제거되거나, 증발결정화기내에서 응축된다.

또한, 증발결정화기로 도입되는 용액의 건조 물질은 펌핑하는데 필요하고 충분한 포화 수증기 양이 얻어지도록 조정된다.

또한, 증발의 제어에 의해 유도된 격렬한 교반은 열 및 물질 전달의 균질성을 허용하여, 증명되는 바와 같이, 결정의 성장을 제어하고, 종래 기술에서 일반적으로 관찰된 고체로의 응고 문제의 원인인 미세 입자를 생성하는 자발적인 핵 생성 을 감소시킨다는 것을 인지해야 한다.

또한, 본 출원인은 본 발명에 따른 방법의 상기 제4 단계를 이하에 예시되는 바와 같이 각각의 단계가

- 외부 증발에 의한 농축 단계 및 그 후

- 일정한 전체 농도에서 "응축" 정치 단계 (내부 증발)

로 구성된 연속 단계로 수행할 것을 권고한다.

마세큐트의 증발에 의한 농축 단계는 "마세큐트 쿠킹"으로 공지되어 있다. 그것은 결정 성장에 의해 유도된 말티톨 모액의 과포화 감소를 보상할 수 있다.

증발결정화는 총 2시간 미만, 바람직하게는 30 내지 90분, 보다 더 바람직하게는 40 내지 70분 동안 수행된다.

본 출원인이 알고 있는 바로는, 매우 급속하게 말티톨을 결정화시키는 방법은 선행 기술에 기재되어 있지 않다. 따라서, 결정화 시간은 냉각에 의한 결정화에 필요한 시간보다 10 내지 40배 더 짧다.

쿠킹 온도는 70 내지 85℃, 바람직하게는 72 내지 80℃로 일정하게 유지된다.

본 발명에 따른 방법의 마지막 제5 단계는 결정질 말티톨의 회수로 이루어진다.

결정의 세척은 당업자에게 공지된 임의의 방법에 의해 수행된다.

수득된 결정은 형상, 크기 및 입도 분포에 관하여 분석된다.

결정 체형은 광학 및 전자 현미경법 둘다에 의해 측정된다.

광학 현미경법에서는, 결정을 유리 도가니에 넣고, 250의 최대 배율을 갖는 대물 렌즈가 장착된 니콘 쌍안현미경하에 조사한다. 카메라는 컴퓨터 기반 영상 포착 시스템에 연결된다.

영상은 256 수준의 회색 상으로 얻어지며, 752 × 548 픽셀의 해상도를 갖는다. 샘플을 초기 단계로 유지시키는데 바람직한 냉광을 제공하는 광섬유에 의해 샘플은 조사된다.

전자 현미경법에서는, 쿠안타(Quanta) 200 FEG FEI 주사 전자 현미경을 사용하여 관찰을 수행한다.

결정은 2 내지 5 kV의 전압하에 관찰된다. 50 내지 350배의 배율을 갖는 현미경하에 사진을 찍은 후, 인화하는 동안 사진을 확대하였다.

본 출원인에 의해 그의 특허 EP 905 138호에 교시된 바와 같이, 1％ 미만의 말토트리이톨을 함유하는 말티톨 용액의 결정화에 의해 수득된 결정은 양추 형상을 갖는다.

레이저 입도분석기로 측정된 결정의 크기는 50 내지 550 ㎛, 바람직하게는 150 내지 400 ㎛, 보다 바람직하게는 150 내지 350 ㎛이다.

본 출원인은 놀랍게도 수득된 말티톨 결정의 입도 분포가 분산 계수가 60％를 초과하지 않는, 바람직하게는 45％ 내지 55％의 값을 초과하지 않는 가우스 타입(Gaussian type)이라는 것을 발견하였다.

또한, 약 0.5％ 말토트리이톨을 함유하는 93％ 말티톨 용액에 적용된 본 발명에 따른 증발결정화 방법은 급속하게 양추 형상의 결정을 생성하며, 상기 결정의 매우 좁은 입도 분포는 매우 넓은 온도 범위 (15 내지 30℃) 및 상대 습도 범위 (45％ 내지 75％)내에서 변하는 저장 조건하에 고체로 응고되지 않는 우수한 유동성을 갖는 유체 말티톨 분말을 수득할 수 있게 한다는 것을 인지해야 한다.

마지막으로, 결정화 수율은 마세큐트의 건조 중량을 기준으로 마세큐트로부터 회수된 결정의 건조 중량으로 표현되며, 55％ 내지 65％로 비교적 높다.

본 발명은 예시 및 비제한 목적으로 제공된 하기 실시예를 읽음으로써 보다 명확하게 이해될 것이다.

<실시예>

결정화는 준안정 구역의 한계내의 말티톨 농도에 이를 때까지 말티톨 용액을 증발시킨 후, 시딩하고, 상기 한계내에서 과포화를 유지시켜 시드 결정의 확대를 달성하는 것으로 이루어졌다.

결정화는 부피가 6 m³인 용기로 구성된 중심벽에 배치된 교반기가 장착된 산업용 증발결정화기에서 수행하였다. 원통형 관식 열 교환기에 포화 수증기를 공급하였다. 수증기는 보일러에 의해 1 bar (100 kPa)의 압력으로 제공되었다. 쿠킹 온도는 계속해서 제어되었다.

막 압력 스위치가 장착된 액체-고리 펌프를 사용하여 부분 진공을 수득하였다. 공칭 압력은 22 kPa로 유지시켰으며, 이는 72 내지 74℃의 증기 온도 및 76℃의 쿠킹 온도에 상응하였다.

마세큐트의 쿠킹은 과포화 고체 함량에 도달할 때까지 증기를 외부 증발시킴 으로써 수행하였다.

그 후, 물 증발 단계 및 내부 물 응축 단계를 교대로 수행하여 과포화 및 특히 결정화 동안 증기 펌핑에 의한 격렬한 교반을 제어하였다.

또다른 새로운 포화 증기를 필요할 경우 공급하여 마세큐트의 교반을 유지시켰다.

쿠킹 말엽의 온도는 80℃였다.

PEG-300에 분산된 (약 25 ㎛의) 보정된 말티톨 결정을 시드의 경사분리를 방지하기에 충분한 양으로 벌크 용액에 도입함으로써 입자화를 수행하였다.

결정화는 부분 진공 (22 kPa)하에 수행하였으며, 다음을 포함하였다:

- 1.07의 과포화도를 얻도록 증발에 의해 용액 농축. 증발 제거되는 물의 양은 초기 농도로부터 계산에 의해 결정하였다.

- 원하는 과포화도에 도달되었을 때, 소정량의 보정된 시드를 도입하여 시딩하였으며, 그 양은 상기 제공된 수학식 (f)에 따라 계산하였다.

이러한 입자화 후의 기간은 하기 표에 나타낸 바와 같이, 정치 기간이 개재된 여러 증발 단계로 이루어졌다.

단계 중 결정화는 54분 동안 지속하였으며, 온도는 76℃ 내지 80℃였다. 그 후, 결정의 회수를 수행하였다. 물을 이용한 2번의 연속 세척으로 원심 분리 및 결정의 건조 후 유동성 건조 결정의 분말을 회수하였다.

<표 I>

<표 II>

응축 단계는 일반적으로 결정화 동안 용액의 말티톨 풍부 함량의 감소를 수반하는 결정화 속도의 저하를 극복할 수 있게 하였다.

<표 III>

본 발명에 따른 방법을 통한 진공하 증발로 종래 냉각 방법과 비교하여 결정화 시간을 상당히 감소시켰으며, 균일한 크기 및 좁은 입도 분포의 양추 결정을 수득할 수 있었다.

Claims (7)

1. a) 건조 물질을 기준으로 85％ 이상의 말티톨 풍부 함량, 바람직하게는 건조 물질을 기준으로 89％ 내지 99％의 말티톨 풍부 함량, 보다 바람직하게는 건조 물질을 기준으로 93％ 내지 95％의 말티톨 풍부 함량을 갖는 말티톨 용액을 제조하는 단계,

   b) 증발결정화기(evapocrystallizer)에서 진공하에 상기 말티톨 용액을 농축하여 말티톨 과포화도가 말티톨의 준안정 구역내에 존재하는 말티톨 시럽을 수득하는 단계,

   c) 과포화된 말티톨 용액에 말티톨 시드(seed) 결정을 분산된 형태로 시딩하는 단계,

   d) 온도 조건, 증발 증기의 펌핑에 의한 격렬한 교반 조건, 및 결정화되는 말티톨 시럽의 공급 조건을 제어함으로써 말티톨의 준안정 구역내에서 말티톨의 과포화도를 일정하게 유지시키면서 결정화를 수행하는 단계, 및

   e) 이렇게 수득된 결정을 회수하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는, 증발결정화에 의한 말티톨 결정의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 증발결정화를 75 내지 85℃의 쿠킹 온도 및 20 내지 30 kPa의 압력하에 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 시딩을 크기가 10 내지 50 ㎛, 바람직하게는 20 내지 30 ㎛, 보다 바람직하게는 약 25 ㎛인 결정을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 말티톨 시드 결정을 응집체 또는 트윈(twin)의 형성을 방지하기 위하여 포화 말티톨 시럽 및 폴리에틸렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 비교적 높은 점도의 식품 등급 용매, 특히 PEG-300에 분산시킨 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 증발결정화가 증발/응축 단계 및 응축 단계에 의해 2시간 미만, 바람직하게는 30 내지 90분, 보다 더 바람직하게는 40 내지 70분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 수득된 말티톨 결정의 입도가 50 내지 550 ㎛, 바람직하게는 150 내지 400 ㎛, 보다 바람직하게는 150 내지 350 ㎛인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 수득된 말티톨 결정의 입도 분포가 분산 계수가 60％를 초과하지 않는, 바람직하게는 45％ 내지 55％의 값을 초과하지 않는 가우스 타 입(Gaussian type)인 것을 특징으로 하는 방법.