KR20090106543A

KR20090106543A - 발효에 의해 생성되는 화합물을 상이한 농도로 함유하는 생성물을 수득하는 방법

Info

Publication number: KR20090106543A
Application number: KR1020097015413A
Authority: KR
Inventors: 마티아스 몰; 스테판 스토크하머; 한스 크리스티안 알트; 요아힘 폴리슈; 클라우스 후트마허
Original assignee: 에보니크 데구사 게엠베하
Priority date: 2006-12-23
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2009-10-09
Also published as: CN101688225A; WO2008077774A3; US20100304449A1; WO2008077774A2; HUE030380T2; DE102006061479A1; EP2102352B1; DK2102352T3; MX2009006816A; CN101688225B; ES2587575T3; BRPI0720672B1; EP2102352A2; BRPI0720672A2; PL2102352T3

Abstract

본 발명은 발효에 의해 생성되는 표적 물질, 특히 아미노산 또는 비타민을 포함하는 상이한 생성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

발효, 아미노산, 비타민, 리보플라빈

Description

발효에 의해 생성되는 화합물을 상이한 농도로 함유하는 생성물을 수득하는 방법 {METHOD FOR OBTAINING PRODUCTS CONTAINING DIFFERENT CONCENTRATIONS OF COMPOUNDS PRODUCED BY FERMENTATION}

본 발명은 발효에 의해 생성되는 1종 이상의 표적 물질, 특히 L-아미노산 또는 비타민을 상이한 농도로 포함하는 생성물을 수득하는 방법에 관한 것이다.

동물 사료에는 동물의 필요에 따라 특히 아미노산 또는 비타민이 보충된다. 동물 사료를 예를 들어 L-트레오닌으로 보충하기 위해, 현재까지는 활성 성분 함량이 98％를 초과하는 결정질 L-트레오닌이 사용되었다. 순수 결정질 물질을 단리하기 위해서는, 발효에 의해 생성되는 L-트레오닌을 복잡한 공정 단계에서 조질 발효 브로쓰의 다른 성분들로부터 분리하고 결정화시켜야 한다. 여기서, 다량의 부산물 및 후처리에 필요한 시약을 폐물로서 처분해야 한다. 또한, 이러한 단리 공정은 폐 스트림 중 L-트레오닌의 분율을 회피할 수 없기 때문에 항상 수율의 손실을 수반한다. 그러나, 동물 사료에서 사용하기 위해서는 고순도의 아미노산이 요구되지 않는다. 또한, 발효 브로쓰는 종종 영양상 가치있는 물질을 또한 포함하며, 이는 발효에 의해 생성되는 아미노산을 발효 브로쓰의 다른 성분과 함께 고체 동물 사료로 전환시키는 것이 적절하게 여겨짐을 의미한다.

L-아미노산의 발효 제조 방법 및 이의 정제 방법은 오랫 동안 알려져 있었다. 예를 들면, L-트레오닌의 제조는 미국 특허 제4,278,765호에 기재되어 있으며, L-트립토판, L-페닐알라닌 및 L-티로신의 제조는 미국 특허 제5,605,818호에 기재되어 있다.

발효 브로쓰 기재의 아미노산을 함유하는 동물 사료 첨가제의 제조 방법은 미국 특허 제4,777,051호, 유럽 특허 제0 615 693 B호 및 유럽 특허 제0 533 039 B호에 공지되어 있다.

미국 특허 제4,777,051호에는 하류의 추가 건조 단계를 포함하는 분무 건조 방법이 개시되어 있다. 제1 단계에서는, L-아미노산 함량이 전체 고체 함량을 기준으로 20 중량％ 내지 60 중량％인 다양한 기원의 트립토판 또는 트레오닌 용액을 분무하여, 잔여 수분이 5％ 내지 15％인 반건조 과립을 수득한다. 이어서, 습윤 과립을 천공된 기저를 갖는 컨베이어 벨트 건조기 상에 전개시키고, 고온의 공기로 건조를 완료하여, 잔여 수분이 약 4 중량％인 생성물을 수득한다.

유사하게, 유럽 특허 제0 615 693호에 따르면, 과립화는 2 단계 건조 방법으로 수행된다.

성분들 중 일부를 제거한 다음, 발효 브로쓰를 70 중량％ 이상이 최대 입자 크기가 100 ㎛인 미세 미립자 물질로 분무 건조시키고, 제2 단계에서는 이러한 방식으로 수득되는 미세 미립자 물질을 축적하여 미세 미립자 물질을 30 중량％ 이상으로 포함하는 과립을 수득한다.

유사하게, 유럽 특허 제0 809 940 B1호에는 발효 브로쓰 기재의 동물 사료 첨가제의 과립화 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은, 정상 상태 유동화 층을 제조하는데 필요한 에너지 이외에 목적하는 입자 직경 및 목적하는 벌크 밀도를 확립하기에 적합한 양의 에너지를 기계적 수단에 의해 유동화 층에 도입하면서, 유동화 층에서 한 단계로 발효 브로쓰를 과립화하고 압축하고 건조시키는 것을 특징으로 한다.

이들 방법에서는 a) 목적하는 표적 물질을 생성하는 미생물을 적합한 매질 중에서 발효시켜, 내부에 표적 물질을 축적시키고, b) 이어서, 발효 동안 형성되는 바이오매스(biomass)를 전부 또는 일부 분리하고, c) 이러한 방식으로 수득되는 용액 또는 현탁액을, 물을 증발시켜 농축시키고, d) 상기로부터 예를 들어 과립화, 분무 과립화 또는 축적 과립화와 같은 공지된 방책에 의해 상기 표적 물질을 포함하는 고체 생성물을 수득하는 것이 통상적이다.

상이한 조건으로 인해 발효 방법의 수율이 변화할 수 있기 때문에, 발효를 완료한 다음에 발효 브로쓰의 표적 물질 함량을 분석하는 것이 유리하다. 생성물 중 농도가 너무 낮은 경우에는 표적 물질을 첨가하거나, 농도가 너무 높은 경우에는 불활성 보조제(adjuvant)를 첨가함으로써, 이러한 변화를 상쇄시킨다 (표준화). 이러한 방법에서, 생성물 중 발효로부터의 외래 물질의 함량은 이송 비용에 불리한 영향을 미친다. 이러한 방법의 이점은, 결정화시킨 순수 표적 화합물의 단리에 필요한 모액으로부터의 분리로 인한 수율의 손실이 발생하지 않기 때문에 생성물이 표적 물질을 전량 포함한다는 점이다.

정제된 표적 화합물의 경우에는, 외래의 분획물을 포함하지 않기 때문에 활 성 성분의 분율을 기준으로 운반 동안 낮은 이송 비용이 발생한다.

또한, 결정질 표적 생성물을 단리하는 경우, 상기한 발효 브로쓰 중 농도를 표준화할 필요가 없어진다.

본 발명의 목적은 순수 표적 생성물로의 후처리 동안의 통상적인 수율 손실을 크게 또는 완전하게 회피하고, 고체 생성물, 및 표적 물질을 보다 낮은 분율로 포함하는 고체 생성물이 생성되게 하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은

a) 목적하는 표적 물질을 생성하는 미생물을 적합한 매질 중에서 발효시켜, 내부에 표적 물질을 축적시키고,

b) 이어서, 발효 동안 형성되는 바이오매스를 전부 분리하고,

c) 이러한 방식으로 수득되는 용액 또는 현탁액을, 물을 증발시켜 농축시키고, 표적 물질을 침전, 특히 결정화시키고,

d) 침전된 또는 결정화된 물질을 분리하고,

e) 분리된 용액 (모액 I이라 칭함) 중에 존재하는 표적 물질을, f) 가열하여 모액 I의 물 함량을 감소시키고, 이로부터 g) 표적 물질을 포함하는 추가의 고체를 수득하여, 목적하는 생성물 형태로 전환시키는

복수의 단계로 표적 생성물을 제조하는 방법을 제공한다.

도 1 및 2는 모액 I의 후처리의 두 상이한 변형을 제공한다.

주어진 조건에 따라, 각 표적 물질의 용해된 잔여물이 분리된 모액 I 중에 남게 된다.

그 농도는, 예를 들면 다양한 물질에 대해 공지된 온도, 농도 및 용해도 거동 사이의 관계를 통해 제어될 수 있다. 모액 중에 용해된 표적 물질의 양은, 상기 모액 I로부터 수득된 고체 생성물이 40 중량％ 내지 85 중량％, 바람직하게는 60 중량％ 내지 85 중량％의 사용자에게 매력적인 표적 물질의 함량 (건조 질량 기준) (80℃ 내지 90℃에서 건조시킴)을 갖도록 조정되어야 한다. 또한, 예를 들면 도 1의 단계 e)로부터 함량이 대략 98 중량％ 내지 99 중량％ (건조 질량 기준)인 순수 표적 물질을 수득하고, 이를 공지된 방식으로 과립 또는 일부 다른 목적하는 입자 형태로 전환시킨다. 순수 L-트레오닌 과립의 제조 방법은, 예를 들면 국제 특허 제WO 2005/00675호에 기재되어 있다. 또다른 방법에서는, 순수 결정의 현탁액을 제조하고, 이어서 이로부터 과립을 수득한다.

한 변형에서는, 분리된 모액 I을 재처리하여, 바이오매스을 분리하는 동안 표적 물질 쪽으로 분리되지 않은, 발효 브로쓰의 추가의 용해된 성분을 포함하는 생성물을 수득한다. 여기서, 상기 모액을, 물을 증발시켜 농축시키고, 표적 물질을 이의 물리화학적 특정에 의해 결정된 용해도 거동에 따라 침전시킨다. 단지 고비용으로 제거될 수 있는 물이 후속 과립화 공정 (도 1의 단계 6, 7, 8)에서 부담이 되지 않도록 상기 공정 지점에서 물을 분리하는 것이 에너지적으로 보다 바람직하다.

한 바람직한 실시양태에서는, 형성된 현탁액을 습식 분쇄하여, 과립화시킨다. 그러나, 다른 과립화 방법을 사용하는 것이 또한 가능하다. 모액 I 중 함량이 최종 생성물의 목적하는 값에 도달하지 않은 경우, 발효 브로쓰의 추가의 성분을 포함하는 이러한 과립의 표적 물질 함량은 고체 또는 용해된 형태의 표적 물질을 첨가함으로써 상기 값으로 증가시킬 수 있다. 표적 물질은, 바람직하게는 물을 증발시켜 농축시키기 전에 모액 I에 목적하는 양으로 첨가된다 (도 1의 단계 6). 이는 바람직하게는 고체-액체 분리 (단계 3)로부터 분리된 고체이다.

또다른 변형에서는, 모액 I을 마찬가지로 물을 증발시켜 농축시키지만, 표적 물질을 바람직하게는 냉각 결정화에 의해 침전시키고, 이로써 형성된 모액 II로부터 분리한다 (도 2의 단계 8).

이를 배출시키거나, 모액 I로 일부 반환시킨다. 이는 바람직하지 않게 사이클 내에 부산물이 축적되는 것을 회피한다.

상기 후처리에서 생성되는 결정은 일반적으로 시판 제품으로는 적합하지 않다. 한 바람직한 변형에서는, 상기를 바이오매스 무함유 발효 브로쓰를 농축시키기 전 또는 그 동안 또는 그 후 발효 브로쓰로부터 바이오매스를 분리한 직후의 공정으로 다시 도입하여, 상기 브로쓰 중 표적 물질의 농도를 증가시킨다. 도 2에 따라, 공정으로의 반환은 단계 1 이후 단계 2에서 수행한다.

부분 스트림의 정량적 비율은 순수 표적 물질, 및 상기 표적 물질을 80 중량％ (건조 질량 기준)로 포함하는 생성물을 제조한 하기 예를 언급하여 설명할 수 있다. 바이오매스를 분리한 후, 예를 들면 발효 브로쓰로부터 건조 질량 100 kg 중에 90 kg이 표적 물질, 예를 들면 L-트레오닌이고 10 kg이 고체 성분인 여액을 수득한다. 이는 분석을 통해 쉽게 확인할 수 있다. 여액 중 용해 비율을 표적 물질 50 kg이 결정화되도록 조정한다. 이때, 나머지 40 kg은 모액 중 부산물 10 kg과 함께 있는다. 상기로부터, 도 1에 나타낸 방법을 통해, 80 중량％ 농도의 건조 생성물을 수득하는 것이 가능하다. 표적 물질의 함량이 상이한 생성물을 유도하는 이러한 정량적 스트림의 분배는 생성물 분할(split)이라 칭한다.

본 발명에 따른 방법은 발효에 의해 생성될 수 있으며, 결정화 또는 침전에 의해 바이오매스가 제거된 발효 브로쓰로부터 분리될 수 있는 표적 물질을 위해 특히 적합하다. 이는 특히 L-아미노산, 비타민, 예를 들면 D-판토텐산 또는 이의 염, 및 또한 리보플라빈을 포함한다.

L-아미노산의 경우, 특히 L-트레오닌, L-호모세린, L-트립토판, L-발린, L-아르기닌, L-메티오닌, L-류신, L-이소류신 및 L-티로신, 및 특히 L-트레오닌이 언급된다. 또한, 발효에 의해 생성된 L-리신이 본 발명에 따라 후처리될 수 있다. 방법은 미생물의 종, 속 또는 과에 의해 제한되지 않는다.

표적 물질을 생성하며 본 발명에 따라 사용되는 미생물은 바람직하게는 코리네박테리움(Corynebacterium) 속, 바실루스(Bacillus) 속, 에스체리키아(Escherichia) 속, 아스페르길루스(Aspergillus) 속, 락토바실루스(Lactobacillus) 속, 특히 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum), 바실루스 수브틸리스(Bacillus subtillis), 에스체리키아 콜라이(Escherichia coli) 또는 아스페르길루스 니제르(Aspergillus niger)의 균주로부터 선택된다.

바람직하게는 결정질인 순수한 형태의 표적 물질의 한 분획물, 및 발효로부터의 2차 성분과 표적 물질을 포함하는 추가의 분획물을 생성하는 본 발명에 따른 결합된 제조법은

- 모액의 부적합한 후처리로 인해 순수 표적 물질만 배향되는 것과 관련된 수율 손실이 회피되고,

- 긴 채널 분포로 인한 결합된 제조법으로부터의 바람직하게는 결정질인 순수한 생성물 형태를 사용함으로써 발효로부터의 모든 2차 성분을 포함하는 생성물만이 생성되도록 방법을 배향시키는 경우에 발생하는 높은 이송 비용이 회피되고,

- 적합한 공정 제어를 통해 2차 성분이 제공된 생성물 분획물 중 활성 성분 함량의 표준화가 단순하며 (즉, 불활성 물질의 첨가가 불필요함),

- 에너지 집약적인 건조 및 과립화가 단지 공정의 한 부분 스트림에 적용되기 때문에, 발효로부터의 2차 성분을 포함하는 단일 생성물의 제조를 포함하는 방법에 비해 에너지 비용이 감소된다는 이점을 포함한다.

<본 발명의 방법을 예로서 나타내는 도면의 설명>

도 1: 생성물 분할

1 바람직하게는 한외여과(ultrafiltration)에 의한 바이오매스의 분리

2 필요에 따라 한 단계인, 증발 및 결정화

3 고체-액체 분리 (모액 I)

4 분리된 결정의 후처리, 예를 들면 과립화 및 건조

5 순수 표적 물질

6 분리된 모액 I로부터의 증발 및 결정화

7 형성된 현탁액의 후처리: 습식 분쇄

8 과립화

9 생성물 2: 발효 브로쓰로부터의 2차 성분과 표적 물질을 포함함

도 2: 결정질 생성물의 수득

1 한외여과에 의한 바이오매스의 분리

2 9로부터의 결정의 도입

3 필요에 따라 한 단계인, 증발 및 결정화

4 고체-액체 분리 (모액 I)

5 예를 들면 과립화 및 건조에 의한, 분리된 결정의 후처리

6 생성물 1: 순수 표적 물질

7 모액 I로부터의 증발 및 결정화

8 또한, 필요에 따른, 냉각 결정화에 의한 결정화

9 고체-액체 분리

10 7 이후의 공정에서 형성된 모액 II의 부분 스트림의 반환

Claims

a) 목적하는 표적 물질을 생성하는 미생물을 적합한 매질 중에서 발효시켜, 내부에 표적 물질을 축적시키고,

b) 이어서, 발효 동안 형성되는 바이오매스(biomass)를 전부 분리하고,

c) 이러한 방식으로 수득되는 용액 또는 현탁액을, 물을 증발시켜 농축시키고, 표적 물질을 침전, 특히 결정화시키고,

d) 침전된 또는 결정화된 물질을 분리하고,

e) 분리된 용액 (모액 I이라 칭함) 중에 존재하는 표적 물질을 목적하는 생성물 형태로 전환시키고,

또한 f) 모액 I의 물 함량을 증발에 의해 감소시키고,

g) 이로부터 표적 물질을 포함하는 추가의 고체를 수득하는

복수의 단계로 발효에 의해 생성되는 1종 이상의 표적 물질을 포함하는 생성물을 수득하는 방법.
제1항에 있어서, 모액 I의 물 함량을 감소시키고, 농축된 모액 I을 더 가공하여, 발효에 의해 수득되는 표적 물질 및 발효 브로쓰의 추가의 성분으로 이루어진 고체 생성물을 수득하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 모액 I로부터 과립을 제조하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 모액 I에 순수 표적 물질을 첨가하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 모액 I로부터, 표적 물질의 함량이 건조 질량 기준으로 40 중량％ 내지 85 중량％인 고체를 수득하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 모액 I로부터, 표적 물질의 함량이 건조 질량 기준으로 98 중량％ 내지 99 중량％인 과립화된 표적 물질, 및 표적 물질의 함량이 건조 질량 기준으로 40 중량％ 내지 85 중량％인 고체를 수득하는 방법.
제1항에 있어서,

모액 I의 물 함량을 감소시키고,

a) 농축된 모액 I로부터 표적 물질을 결정화시키고, 결정을 분리하고,

b) 상기를, 사용된 발효 브로쓰로부터 바이오매스를 전부 분리한 직후의 공정에 재도입하고,

c) 표적 물질을 분리한 후 수득된 모액 II를 표적 물질을 배출하거나 이를 모액 I로 완전 또는 일부 반환하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 표적 물질로서 발효에 의해 생성되는 L-아미노산, 비타민 또는 리보플라빈을 후처리하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 표적 물질이 L-트레오닌, L-호모세린, L-트립토판, L-발린, L-아르기닌, L-메티오닌, L-류신, L-이소류신 및 L-티로신으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물인 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 표적 물질이 D-판토텐산 및 이의 염인 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

a) 제1항의 a) 내지 d)에 따라 발효에 의해 L-트레오닌을 생성시키고, 분리하고,

b) 분리된 L-트레오닌을 과립화시켜, L-트레오닌 함량이 대략 98 중량％ 내지 99 중량％인 과립을 수득하고,

c) 모액 I로부터 L-트레오닌의 함량이 건조 질량 기준으로 40 중량％ 내지 85 중량％인 고체를 수득하는 방법.
제7항에 있어서,

a) 제1항의 a) 내지 d)에 따라 발효에 의해 L-트레오닌을 생성시키고, 분리 하고,

b) 분리된 L-트레오닌을 과립화시켜, L-트레오닌 함량이 대략 98 중량％ 내지 99 중량％인 고체를 수득하는 방법.