KR20130022059A - 발효액에서 1,4-디아미노부탄의 분리 및 정제하는 방법 - Google Patents

발효액에서 1,4-디아미노부탄의 분리 및 정제하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130022059A
KR20130022059A KR1020110084728A KR20110084728A KR20130022059A KR 20130022059 A KR20130022059 A KR 20130022059A KR 1020110084728 A KR1020110084728 A KR 1020110084728A KR 20110084728 A KR20110084728 A KR 20110084728A KR 20130022059 A KR20130022059 A KR 20130022059A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fermentation broth
diaminobutane
concentration
mmhg
impurities
Prior art date
Application number
KR1020110084728A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101286158B1 (ko
Inventor
곽원식
홍순원
신수안
이한원
Original Assignee
씨제이제일제당 (주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to KR1020110084728A priority Critical patent/KR101286158B1/ko
Application filed by 씨제이제일제당 (주) filed Critical 씨제이제일제당 (주)
Priority to CN201810086777.2A priority patent/CN108101791B/zh
Priority to BR112014004331-0A priority patent/BR112014004331B1/pt
Priority to ES12825496.8T priority patent/ES2637769T3/es
Priority to CN201280051758.7A priority patent/CN103890184A/zh
Priority to JP2014527076A priority patent/JP5996650B2/ja
Priority to PCT/KR2012/006761 priority patent/WO2013028030A2/ko
Priority to EP12825496.8A priority patent/EP2749649B1/en
Priority to PL12825496T priority patent/PL2749649T3/pl
Priority to AU2012299564A priority patent/AU2012299564B2/en
Priority to DK12825496.8T priority patent/DK2749649T3/en
Priority to MYPI2014000503A priority patent/MY168446A/en
Priority to US14/240,695 priority patent/US8927774B2/en
Priority to RU2014108016/10A priority patent/RU2573935C2/ru
Publication of KR20130022059A publication Critical patent/KR20130022059A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101286158B1 publication Critical patent/KR101286158B1/ko
Priority to JP2015256262A priority patent/JP2016101170A/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P5/00—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C12P5/02—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C209/00—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C209/82—Purification; Separation; Stabilisation; Use of additives
    • C07C209/86—Separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C209/00—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C209/82—Purification; Separation; Stabilisation; Use of additives
    • C07C209/84—Purification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/001—Amines; Imines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/02—Amides, e.g. chloramphenicol or polyamides; Imides or polyimides; Urethanes, i.e. compounds comprising N-C=O structural element or polyurethanes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

본 발명은 발효과정을 통해 생산되는 1,4-디아미노부탄 발효액으로부터 균체분리, 염 제거, 농축, 불순물 제거 및 회수단계를 거쳐서 고순도, 고수율의 1,4-디아미노부탄을 분리 및 정제하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 발효과정을 통해 생산되는 1,4-디아미노부탄 발효액으로부터 균체분리, 염 제거, 저온농축, 결정화, 여과, 고온농축 및 증류단계를 거쳐서 고순도, 고수율의 1,4-디아미노부탄을 분리 및 정제하는 방법에 관한 것이다.

Description

발효액에서 1,4-디아미노부탄의 분리 및 정제하는 방법{The seperation and purification method of 1,4-diaminobutane from a fermented solution}
본 발명은 발효액으로부터 고순도 및 고수율의 1,4-디아미노부탄을 분리 및 정제하는 방법에 관한 것이다.
1,4-디아미노부탄(일명 푸트레신, 1,4-diaminobutane)은 동물의 시체와 수컷의 정액에 다량으로 존재하는 물질로 화학산업에서 폴리아미드-4,6의 단량체로서 사용되고 있다. 현재까지 상용화된 공정은 화학공정으로 생산하고 있는데, 화학공정에서는 독성이 강한 시안화수소(일명 청산가리)와 아크릴로니트릴을 사용해 숙시노니트릴을 제조하게 되고, 탈수소화 공정을 거쳐서 합성된 1,4-디아미노부탄을 정제과정을 거쳐 순수한 1,4-디아미노부탄으로 생산하게 된다. 상기 화학공정은 원료물질 자체가 독성이 강하고, 탈수소화 공정을 위해 고온, 고압의 공정이 필요하고, 값 비싼 촉매를 사용해야 하는 문제점이 있다.
따라서 상기 화학공정의 대안으로 재생가능한 바이오매스 유래 탄소원으로부터 1,4-디아미노부탄을 생산하는 방법이 요구되는 실정이다.
최근에는 변이 미생물을 이용한 발효를 통한 1,4-디아미노부탄의 생산방법이 개발되고 있지만(대한민국 공개번호 제10-2009-0107920호), 발효액으로부터 1,4-디아미노부탄을 고순도, 고수율로 분리 및 정제하는 방법에 대한 연구는 부족한 실정이다.
이에, 본 발명자는, 1,4-디아미노부탄의 고순도, 고수율 분리 및 정제 방법에 대한 연구를 하던 중, 균체가 분리된 발효액에 염기성 물질을 첨가하여 생성된 염을 제거하는 단계를 거치고, 농축된 발효액의 결정화를 통해 불순물은 제거하는 단계를 거치고, 1,4-디아미노부탄을 회수 및 농축하는 단계를 반복함으로써 고순도, 고수율로 1,4-디아미노부탄을 얻을 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 발효과정을 통해 생산되는 1,4-디아미노부탄 발효액으로부터 균체분리, 염 제거, 농축, 불순물 제거 및 회수단계를 거쳐서 고순도, 고수율의 1,4-디아미노부탄을 분리 및 정제하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 발효과정을 통해 생산되는 1,4-디아미노부탄 발효액으로부터 균체를 제거하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 균체가 분리된 발효액에 염기성 물질을 첨가하여 생성된 염을 제거하는 단계(단계 2); 상기 단계 2의 염이 제거된 발효액을 농축시키는 단계(단계 3); 상기 단계 3의 농축된 발효액으로부터 불순물을 제거하는 단계(단계 4); 및 상기 단계 4의 불순물이 제거된 발효액으로부터 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계(단계 5)를 포함하는 1,4-디아미노부탄 발효액으로부터 1,4-디아미노부탄을 분리 및 정제하는 방법을 제공한다.
상기 단계 1은 발효과정을 통해 생산되는 1,4-디아미노부탄 발효액으로부터 균체를 제거하는 단계로서, 본 발명에서는 1,4-디아미노부탄을 생산할 수 있도록 변형된 미생물을 이용하여 배양한 발효액이면 미생물의 종류에 관계없이 모두 이용할 수 있다. 이용할 수 있는 미생물로는 에세리키아, 엔테로박터, 에르위니아, 클렙시엘라, 판토에아, 세라티아, 코리네형 미생물 등의 속에 속하는 미생물을 들 수 있다.
본 발명에서 사용된 발효액은 예를 들어 변이형 코리네박테리움, 변이형 대장균 등을 이용해서 1,4-디아미노부탄을 생산할 수 있다.
상기 발효액으로부터 균체를 분리하기 위해서 사용되는 방법은 원심분리기, 필터 프레스, 압착여과기, 규조토 여과기, 회전식 진공여과기, 막분리기, 응집과 부유하는 방법 등을 이용해서 분리할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
분리된 균체는 건조하여 동물용 사료 또는 비료 등으로 사용이 가능하다. 균체가 분리된 액은 pH 조절 저장탱크로 보내진다.
상기 단계 2는, 상기 단계 1의 균체가 분리된 발효액에 염기성 물질을 첨가하여 생성된 염을 제거하는 단계로서, 염의 제거를 통해 1,4-디아미노부탄의 정제를 용이하게 하는 단계이다.
1,4-디아미노부탄이 배지 내 Free 상태로 존재할 경우, 발효액의 pH는 11.2 이상이 된다. pH가 높을 경우 균주가 1, 4-디아미노부탄을 생성하지 못하며, 세포막이 깨지는 용해현상이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위해서 배양 중 발효액에 중화제가 투입되는 데 대부분 황산이 투입된다. 염산을 사용하지 않는 이유는 부식성의 문제가 발생하기 때문이다.
또한, 1,4-디아미노부탄의 N 공급원으로써 배지 내에 황산암모늄((NH4)2SO4)이 포함되는데, 상기 황산암모늄의 2NH4 +가 N 공급원으로 쓰이고 남은 SO4 2 -는 배지 내에 Free 상태로 존재하거나, 일부는 중성 조건에서 1,4-디아미노부탄과 반응하여 1,4-디아미노부탄 염((CH2)4(NH3 +)2-SO4 2 -)을 형성하게 된다. 이때, 사용되는 N 공급원의 종류에 따라서 1,4-디아미노부탄에 SO4 2 -이외에 Cl-등의 음이온이 붙어 있는 상태로 존재할 수 있다.
상기 언급한 바와 같이 배양 중 발효액에 중화제를 투입함으로써, 균체가 분리된 발효액의 pH도 중성의 상태가 되고, 1,4-디아미노부탄은 중성 조건에서 SO4 2 -등의 음이온과 결합하여 염상태로 존재하기 때문에 쉽게 정제되지 않는다.
이에 본 발명에서는 상기 단계 2를 도입하여 1,4-디아미노부탄을 용이하게 정제하기 위해 염기성 물질을 첨가하여 1,4-디아미노부탄에 결합된 염을 제거해 준다.
이를 반응식으로 표현하면 하기와 같다.
(CH2)4(NH3 +)2-SO4 2 - + Ca(OH)2 → (CH2)4(NH2)2 + 2H20 + CaSO4↓
1,4-디아미노부탄에 결합된 염을 제거하기 위해 알카리 성분(염기성 물질)을 투입하여 pH값은 11.2 내지 14.0으로 조절해야 한다. 상기 반응식에서 알카리 성분(염기성 물질)은 Ca(OH)2이다.
1,4-디아미노부탄의 특성상 pH값이 11.2 이하의 경우에는 1,4-디아미노부탄의 전자가 +1가를 띄고, 9.7이하에서는 +2가를 띄게 된다. 따라서 pH가 낮을 경우에는 1,4-디아미노부탄의 전자가 +2가를 띄게 되어 다른 음이온(또는 염)과 결합해서 1,4-디아미노부탄을 정제하기 어렵게 된다. 따라서 pH 값은 11.2 이상을 유지하는 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 11.2 내지 14.0으로 조절해야 한다.
투입되는 염기성 물질로는 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화칼륨, 수산화리튬 및 수산화암모늄 등이 사용된다.
생성된 염(상기 반응식에 생성된 염은 황산칼슘임)을 제거하는 방법은 원심분리기, 필터 프레스, 압착여과기, 규조토 여과기, 회전식 진공여과기, 막분리기, 응집과 부유하는 방법 등을 이용해서 염을 제거할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
회수된 염(황산칼슘)은 추가적으로 정제과정을 거쳐서 식품첨가제, 시멘트의 혼재, 비료, 주물의 모형, 의료용 깁스 등에 사용된다. 상기 반응식에 따라서 염 제거공정에서는 대부분 황산칼슘만 제거가 되게 된다. 황산칼슘을 제외한 나머지 물질들은 물에 대한 용해도가 높으므로 결정으로 석출되지 않기 때문이다.
상기 단계 3은, 상기 단계 2의 염이 제거된 발효액을 농축시키는 단계로서, 이를 통해서 1,4-디아미노부탄의 정제 수율을 향상시킬 수 있다.
염 제거 단계 후 얻은 모액은 대부분이 수분이므로 우선적으로 수분을 제거하는 공정이 수반될 수 있다. 상기 농축기의 종류에는 원심농축기, 증발농축기, 대류순환식농축기, 저온감압농축기, 회전식감압농축기, 감압증발농축기, 박막농축기 및 판형농축기로 이루어진 군으로부터 선택되어 사용될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는 저온감압농축기를 이용하는 저온농축법에 의해서 발효액을 농축시킬 수 있다. 상기 저온감압농축기의 사용조건은 하기와 같다.
압력조건은 10 내지 760 mmHg의 진공상태, 바람직하게는 70 내지 200 mmHg 이다. 온도조건은 10 내지 100℃, 바람직하게는 45 내지 67℃로 유지하는 것이 좋다. 이때 수분을 전체량의 5 내지 30wt% 바람직하게는 10 내지 25wt%를 남겨두고 제거한다.
농축도가 높을 경우 점도가 증가하여 여과의 문제점이 있고 농축도가 낮을 경우 불순물이 결정으로 형성되지 않아 정제의 의미가 없어질 수 있다. 또한, 상기 농축된 수분%에 따라 1,4-디아미노부탄의 정제 수율이 달라질 수 있으며, 수분을 모두 제거할 경우 불순물의 용해도가 낮아져 결정이 미세하게 석출되어 여과하는데 시간이 길어지는 문제점이 발생할 수 있다. 제거된 응축수에는 발효 후 남은 암모니아가 함께 회수되는데 황산을 이용해 황산암모늄으로 만들어 부산물로 활용이 가능하다.
상기 단계 4는, 상기 단계 3의 농축된 발효액으로부터 불순물을 제거하는 단계로서, 이를 통해서 1,4-디아미노부탄의 정제 수율을 향상시킬 수 있다.
상기 농축된 발효액에 존재하는 불순물은 원심분리기, 필터 프레스, 압착여과기, 규조토 여과기, 회전식 진공여과기, 막분리기, 응집과 부유하는 방법, filter paper를 이용한 여과 등을 이용해서 제거될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 여과 후 모액은 1,4-디아미노부탄 회수 단계에 이용되고, 고체성분은 폐기된다.
상기 단계 3과 상기 단계 4 사이에는 결정화 단계를 추가로 포함할 수 있다. 염이 제거된 발효액을 농축하는 단계 이후에 농축된 발효액을 결정화하는 단계를 추가로 포함함으로써 발효액의 결정화를 통한 결정성장을 통해 불순물이 제거될 수 있다. 또한 발효액의 결정화를 통한 결정성장을 통해 정제 수율을 더 높일 수 있다.
상기 결정화 방법에는 냉각결정화, Salting-out 결정화, Drowning-out 결정화, 용액결정화, 용융결정화 및 seed 결정화 등이 이용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는 추가 정제단계를 거치지 않음으로써 효율을 높이기 위해, 추가의 물질이 투입되지 않는 방법들을 사용할 수 있는데, 구체적으로는 냉각결정화 방법을 사용할 수 있다. 상기 냉각결정화는 0.01℃/분 ~ 10℃/분의 냉각속도로, 바람직하게는 0.05℃/분 ~ 1.0℃/분으로 20℃까지 냉각시킴으로써 수행될 수 있다.
상기 단계 5는, 상기 단계 4의 불순물이 제거된 발효액으로부터 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계로서, 상기 불순물이 제거된 발효액으로부터 1,4-디아미노부탄이 분리될 수 있다.
분리과정은 고온농축법과 분별증류법이 연속으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 고온농축단계에서 농축된 증기는 분별증류단계를 위해 증류탑의 중간 높이 위치로 투입될 수 있다.
상기 고온농축법과 분별증류법의 압력조건은 10 내지 760 mmHg의 진공상태, 바람직하게는 70 내지 200 mmHg 이다. 온도조건은 30 내지 158℃, 바람직하게는 80 내지 120℃로 유지하는 것이 좋다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 압력조건 및 온도조건하에서 증류됨으로써 증류탑의 상부로는 물과 암모늄이 분리되고 하부로는 1,4-디아미노부탄이 분리정제되었다.
고온농축의 하부액은 초기 투입한 양의 2 내지 10wt%, 바람직하게는 4 내지 8wt%까지 농축한다. 고온농축단계에서 남은 액은 저온농축 공정에 투입되어 순환될 수 있다. 상기 단계로 순환되어 본 발명이 반복됨으로써 정제수율이 증가 될 수 있다. 이에, 본 발명은 상기 고온농축법에서 남은 발효액을 단계 3의 농축단계로 순환할 수 있다.
또 다른 하나의 양태로서, 본 발명은 발효과정을 통해 생산되는 1,4-디아미노부탄 발효액으로부터 균체를 제거하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 균체가 분리된 발효액에 염기성 물질을 첨가하여 생성된 염을 제거하는 단계(단계 2); 상기 단계 2의 염이 제거된 발효액을 농축시키는 단계(단계 3); 상기 단계 3의 농축된 발효액을 결정화시키는 단계(단계 4); 상기 단계 4의 결정화된 발효액으로부터 불순물을 제거하는 단계(단계 5); 및 상기 단계 5의 불순물이 제거된 발효액으로부터 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계(단계 6)를 포함하는 1,4-디아미노부탄 발효액으로부터 1,4-디아미노부탄을 분리 및 정제하는 방법을 제공한다.
상기 단계 1 내지 단계 3은 상술한 단계 1 내지 단계 3의 내용과 동일하다. 또한, 상기 단계 5는 상술한 단계 4의 내용과 동일하고 상기 단계 6은 상술한 단계 5의 내용과 동일하다.
상기 단계 4는, 농축된 발효액을 결정화시키는 단계로서 발효액의 결정화를 통한 결정성장을 통해 불순물이 제거될 수 있다. 이러한 결정화를 통한 결정성장을 통해 정제 수율을 더 높일 수 있다.
상기 결정화 방법에는 냉각결정화, Salting-out 결정화, Drowning-out 결정화, 용액결정화, 용융결정화 및 seed 결정화 등이 이용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는 추가 정제단계를 거치지 않음으로써 효율을 높이기 위해, 추가의 물질이 투입되지 않는 방법들을 사용할 수 있는데, 구체적으로는 냉각결정화 방법을 사용할 수 있다. 상기 냉각결정화는 0.01℃/분 ~ 10℃/분의 냉각속도로, 바람직하게는 0.05℃/분 ~ 1.0℃/분으로 20℃까지 냉각시킴으로써 수행될 수 있다.
본 발명의 1,4-디아미노부탄 발효액으로부터 1,4-디아미노부탄을 분리 및 정제하는 방법에 따르면, 발효액으로부터 균체분리를 통해 발생된 균체는 동물 사료용을 사용할 수 있으며, 염 제거로 석출되는 염은 부산물로 활용할 수 있다. 또한, 남은 모액을 농축 및 증류하는 과정을 통해서 고순도, 고수율의 1,4-디아미노부탄을 제조할 수 있다.
도 1은, 발효과정을 통해 생산되는 1,4-디아미노부탄 발효액으로부터 균체분리, 염 제거, 농축, 불순물 제거 및 회수단계를 거쳐서 고순도, 고수율의 1,4-디아미노부탄을 분리 및 정제하는 방법을 나타낸 것이다.
도 2는, 발효과정을 통해 생산되는 1,4-디아미노부탄 발효액으로부터 균체분리, 염 제거, 저온농축, 결정화, 여과, 고온농축 및 증류단계를 거쳐서 고순도, 고수율의 1,4-디아미노부탄을 분리 및 정제하는 방법을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
정제되지 않은 1,4-디아미노부탄, 아미노산, 유기산과 이온은 고압 액체크로마토그래피 (High Pressure Liquid Chromatography : 이하 HPLC라 칭함)로 분석하였고, 정제된 1,4-디아미노부탄은 기체크로마토그래피 (Gas Chromatography : 이하 GC라 칭함)로 분석하였다. 수분분석은 칼피셔 수분측정법을 이용해 분석하였다.
실시예 1) 1,4- 디아미노부탄 발효액 준비 및 균체분리 단계
본 발명에서 사용된 1,4-디아미노부탄은 대한민국 출원번호 제10-2010-124867호에 기반하여 제조된 발효액을 사용하였다. 구체적으로는 오르니틴 카르바모일 트랜스퍼라아제를 코딩하는 유전자(argF) 및 글루타메이트 엑스포터(exporter)를 코딩하는 유전자(Ncgl1221)의 발현이나 그 발현으로부터 수득된 생성물의 활성을 감소시키거나 불활성화시키고, 오르니틴 디카르복실라아제(speC)를 코딩하는 유전자를 외부로부터 도입시킨, 퓨트레신 생산능을 갖는 코리네박테리움속 미생물을 배양한다.
10L 비이커에 발효액 5,050g 넣고, 막분리기를 이용해서 균체를 분리하였다. 사용된 막분리기는 카트리지 형태로 Millipore사의 Pellicon 2를 사용하였으며, 제품규격은 pore size는 0.1㎛, 면적은 0.5m2를 사용하였다. 사용된 맴브레인 필터 몸체는 Millipore사의 제품으로 균체투입구, 순환구, 균체분리된 액이 나오는 곳으로 나누어져 있다. 균체 분리된 액은 4794.9g이고 균체와 함께 제거된 액은 255.1g이다. 조성은 표 1과 같다.
성분 균체분리 전 균체분리된 액 제거된 액
물 3752.6g 3565.0g 187.6g
균체 50.0g 0.0g 50.0g
1,4-디아미노부탄 500.0g 490.0g 10.0g
아미노산 44.5g 44.0g 0.5g
이온 695.8g 688.9g 6.9g
유기산 7.1g 7.0g 0.1g
합계 5050.0g 4794.9g 255.1g
실시예 2) 염 제거 단계
상기 실시예 1에서 균체 분리된 액 4794.9g을 10L 비이커에 넣고 상온에서 교반시켰다. 여기에 수산화칼슘 528.9g을 17.6g/분으로 투입을 완료한 후 2시간 동안 교반 후 원심분리기로 여과하여 염을 제거하였다. 이때, 생성된 염은 황산칼슘이며, 수분을 포함한 무게는 1123.3g을 회수하였다.
실시예 3) 저온감압농축 단계
상기 실시예 2의 모액 4200.5g을 Eyela사의 5L 농축기에 투입하고 진공 80 mmHg, 증기온도 47℃로 유지하면서 70% 농축, 75% 농축 및 80% 농축하였다. 70% 농축의 경우, 제거된 응축수는 2899.9g이고 그 중 1,4-디아미노부탄은 1.0g이 검출되었다.
상기 수분 %별 성분조성을 분석한 결과, 표 2 및 표 3에 나타난 바와 같이 70% 농축 시 수율이 39.2% 이었고, 75% 농축 시 수율이 45.8% 이었다. 아울러, 80% 농축 시 75% 및 70%에 비해 수율이 11.3%, 17.9% 높게 나타났다.
성분
 저온농축기에서 수분 70% 농축
저온농축기 투입액 저온농축기 응축수 저온농축 후 여과/결정 저온농축 후 여과/모액 고온 농축액 증류탑 상부액 증류탑 하부액
물 3624.9g 2537.1g 3.8g 1084.0g 0.0g 1083.8g 0.2g
1,4-디아미노부탄 480.2g 0.4g 1.7g 478.2g 282.1g 0.0g 196.0g
아미노산 43.2g 0.0g 11.7g 31.5g 31.5g 0.0g 0.0g
이온 45.4g 0.0g 22.0g 23.5g 11.7g 11.8g 0.0g
유기산 6.8g 0.0g 2.5g 4.3g 4.3g 0.0g 0.0g
합계 4200.5g 2537.4g 41.6g 1621.5g 329.6g 1095.6g 196.2g
수율 최종 39.2% 회수
성분
 저온농축기에서 수분 75% 농축
저온농축기 투입액 저온농축기 응축수 저온농축 후 여과/결정 저온농축 후 여과/모액 고온 농축액 증류탑 상부액 증류탑 하부액
물 3624.9g 2718.1g 5.9g 900.9g 0.0g 900.7g 0.2g
1,4-디아미노부탄 480.2g 0.6g 2.4g 477.2g 248.1g 0.0g 229.1g
아미노산 43.2g 0.0g 15.8g 27.3g 27.3g 0.0g 0.0g
이온 45.4g 0.0g 24.4g 21.0g 9.6g 11.4g 0.0g
유기산 6.8g 0.0g 2.9g 4.0g 4.0g 0.0g 0.0g
합계 4200.5g 2718.7g 51.5g 1430.4g 289.0g 912.1g 229.3g
수율 최종 45.8% 회수
실시예 4) 불순물 제거 단계
4-1) 고온에서 여과 단계만을 수행한 경우
상기 실시예 3의 농축단계에서 남은 발효액 1300.6g을 이중 자켓 결정화기에서 고온에서 여과하여 불순물을 제거하였다.
4-2) 결정화 단계 및 여과 단계를 수행한 경우
상기 실시예 3의 농축단계에서 남은 발효액 1300.6 g을 2L 이중 자켓의 결정화기로 이송한 후, 50℃에서 20℃까지 냉각하였다. 이때 냉각속도는 0.01℃/분으로 냉각하였고, 20℃에서 1시간 유지 후 여과하였다. 여과된 결정은 수분을 포함하고 있으며 65.4g 이었다.
상기 4-1) 또는 4-2)단계를 거친 발효액의 성분을 비교한 결과, 하기 표 4에서 기재된 바와 같이 4-2)의 결정화+여과 방법이 4-1)의 고온에서 여과 공정보다 불순물 제거율이 높았다.
성분 4-1) 고온여과 4-2) 결정화 + 여과
물 5.3g 8.5g
1,4-디아미노부탄 1.4g 3.4g
아미노산 8.6g 22.9g
이온 23.4g 26.9g
유기산 1.6g 3.8g
합계 40.4g 65.4g
실시예 5) 회수 단계
실시예 4의 농축액으로부터 1,4-디아미노부탄을 회수하기 위해, 고온 농축법 및 분별증류법을 수행하였다.
불순물이 제거된 모액 1235.2g을 2L 이중 자켓 반응기에 투입하였다. 상기 이중 자켓 반응기 상부와 증류탑 중간이 연결되어 있다. 증류탑은 Aceglass社의 tray형태이고, 총 30단짜리로 반응기와 연결된 부분은 하부에서 10단 위에 연결되어 있다. 반응기는 진공 80 mmHg, 증기온도 50~90℃로 실험하였다. 초기 수분 증발로 인해 47℃를 유지되다가 1,4-디아미노부탄이 증발되면서 온도가 90℃까지 상승한다. 증발된 기체는 증류탑으로 투입되고 상부로 물과 암모늄가 728.3g 회수되고, 하부로는 1,4-디아미노부탄 285.8g(GC 순도 99.9wt%)이 회수되었다. 이중 자켓 반응기에 남은 221.1g은 농축기로 순환시켰다.
하기 표 5는 실시예 4의 불순물 제거 방법에 따른 회수 단계 후 성분분석표이다. 결정화단계를 거친 발효액의 수율이 18.9% 높게 나타났다.
성분
 4-1) 고온 여과 4-2) 결정화 + 여과
고온농축 투입액 고온 농축액 증류탑 상부액 증류탑 하부액 고온농축 투입액 고온 농축액 증류탑 상부액 증류탑 하부액
물 720.7g 0.0g 720.5g 0.2g 717.4g 0.0g 717.1g 0.3g
1,4-디아미노부탄 477.8g 286.7g 0.0g 191.1g 475.9g 190.4g 0.0g 285.5g
아미노산 34.5g 34.5g 0.0g 0.0g 20.3g 20.3g 11.1g 0.0g
이온 22.0g 10.2g 11.8g 0.0g 18.5g 7.4g 0.0g 0.0g
유기산 5.2g 5.2g 0.0g 0.0g 3.1g 3.1g 0.0g 0.0g
합계 1260.2g 336.6g 732.2g 191.3g 1235.2g 221.1g 728.3g 285.8g
전체 수율 38.2% 57.1%
실시예 6) 연속순환공정
실시예 5에서 고온농축단계에서 남은 모액은 저온농축기로 순환시켰다. 표 6은 10회 순환하였을 때 최종 결과물의 성분 분석표이다. 연속 순환공정으로 94.6% 회수하였다.
성분 저온농축기 투입액 저온농축기 응축수 저온농축 후 여과/결정 저온농축 후 여과/모액 고온 농축액 증류탑 상부액 증류탑 하부액
물 3624.9g 2898.3g 13.1g 713.5g 0.0g 713.0g 0.5g
1,4-디아미노부탄 795.6g 1.6g 5.6g 788.4g 315.4g 0.0g 473.1g
아미노산 81.5g 0.0g 43.2g 38.3g 38.3g 0.0g 0.0g
이온 53.8g 0.0g 31.8g 22.0g 8.4g 13.6g 0.0g
유기산 12.4g 0.0g 6.8g 5.6g 5.6g 0.0g 0.0g
합계 4568.2g 2899.9g 100.5g 1567.8g 367.7g 726.6g 473.5g
수율 최종 94.6%

Claims (19)

  1. 발효과정을 통해 생산되는 1,4-디아미노부탄 발효액으로부터 균체를 제거하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1의 균체가 분리된 발효액에 염기성 물질을 첨가하여 생성된 염을 제거하는 단계(단계 2);
    상기 단계 2의 염이 제거된 발효액을 농축시키는 단계(단계 3);
    상기 단계 3의 농축된 발효액으로부터 불순물을 제거하는 단계(단계 4); 및
    상기 단계 4의 불순물이 제거된 발효액으로부터 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계(단계 5)
    를 포함하는 1,4-디아미노부탄 발효액으로부터 1,4-디아미노부탄을 분리 및 정제하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계 2의 염기성 물질은 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화칼륨, 수산화리튬 및 수산화암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 분리 및 정제하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단계 3의 발효액 농축은 저온농축법인 분리 및 정제하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 저온농축법은 진공조건 10 mmHg 내지 760 mmHg 및 증기온도 10℃ 내지 100℃ 범위 내에서 생성되는 응축수를 제거함으로써 수행되는 분리 및 정제하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단계 3의 발효액 농축은 수분을 전체량의 5 wt% 내지 30 wt%가 되도록 수행하는 분리 및 정제하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 단계 3과 상기 단계 4 사이에 결정화 단계를 추가로 포함하는 분리 및 정제하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 단계 5의 회수는 고온농축법과 분별증류법이 연속으로 수행되는 분리 및 정제하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 고온농축법은 진공조건 10 mmHg 내지 760 mmHg 및 증기온도 30℃ 내지 158℃ 범위에서 불순물이 제거된 발효액으로부터 생성되는 응축수가 증류탑으로 투입되어 수행되는 분리 및 정제하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 증류탑에서 물과 암모늄은 증류탑의 상부로 회수되고, 1,4-디아미노부탄은 하부로 회수되는 분리 및 정제하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 단계 5의 회수는 고온농축법에서 남은 발효액을 단계 3의 농축단계로 순환시키는 분리 및 정제하는 방법.
  11. 발효과정을 통해 생산되는 1,4-디아미노부탄 발효액으로부터 균체를 제거하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1의 균체가 분리된 발효액에 염기성 물질을 첨가하여 생성된 염을 제거하는 단계(단계 2);
    상기 단계 2의 염이 제거된 발효액을 농축시키는 단계(단계 3);
    상기 단계 3의 농축된 발효액을 결정화시키는 단계(단계 4);
    상기 단계 4의 결정화된 발효액으로부터 불순물을 제거하는 단계(단계 5); 및
    상기 단계 5의 불순물이 제거된 발효액으로부터 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계(단계 6)를 포함하는 1,4-디아미노부탄 발효액으로부터 1,4-디아미노부탄을 분리 및 정제하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 단계 2의 염기성 물질은 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화칼륨, 수산화리튬 및 수산화암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 분리 및 정제하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 단계 3의 발효액 농축은 저온농축법인 분리 및 정제하는 방법
  14. 제13항에 있어서, 상기 저온농축법은 진공조건 10 mmHg 내지 760 mmHg 및 증기온도 10℃ 내지 100℃ 범위 내에서 생성되는 응축수를 제거함으로써 수행되는 분리 및 정제하는 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 단계 4의 결정화 단계는 냉각속도를 0.05℃/분 내지 1.0℃/분으로 발효액을 냉각시키는 것인 분리 및 정제하는 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 단계 6의 회수는 고온농축법과 분별증류법이 연속으로 수행되는 분리 및 정제하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 고온농축법은 진공조건 10 mmHg 내지 760 mmHg 및 증기온도 30℃ 내지 158℃ 범위에서 불순물이 제거된 발효액으로부터 생성되는 응축수가 증류탑으로 투입되어 수행되는 분리 및 정제하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 증류탑에서 물과 암모늄은 증류탑의 상부로 회수되고, 1,4-디아미노부탄은 하부로 회수되는 분리 및 정제하는 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 고온농축법에서 남은 발효액을 단계 3의 농축단계로 순환시키는 분리 및 정제하는 방법.
KR1020110084728A 2011-08-24 2011-08-24 발효액에서 1,4-디아미노부탄의 분리 및 정제하는 방법 KR101286158B1 (ko)

Priority Applications (15)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110084728A KR101286158B1 (ko) 2011-08-24 2011-08-24 발효액에서 1,4-디아미노부탄의 분리 및 정제하는 방법
DK12825496.8T DK2749649T3 (en) 2011-08-24 2012-08-24 Process for separating and purifying 1,4-diaminobutane from a fermented solution
ES12825496.8T ES2637769T3 (es) 2011-08-24 2012-08-24 Procedimiento de separación y purificación de1,4-diaminobutano de una solución fermentada
CN201280051758.7A CN103890184A (zh) 2011-08-24 2012-08-24 从发酵溶液分离和纯化1,4-二氨基丁烷的方法
JP2014527076A JP5996650B2 (ja) 2011-08-24 2012-08-24 発酵液から１，４−ジアミノブタンを分離及び精製する方法
PCT/KR2012/006761 WO2013028030A2 (ko) 2011-08-24 2012-08-24 발효액에서 1,4-디아미노부탄의 분리 및 정제하는 방법
CN201810086777.2A CN108101791B (zh) 2011-08-24 2012-08-24 从发酵溶液分离和纯化1,4-二氨基丁烷的方法
PL12825496T PL2749649T3 (pl) 2011-08-24 2012-08-24 Sposób oddzielania i oczyszczania 1,4-diaminobutanu z fermentowanego roztworu
AU2012299564A AU2012299564B2 (en) 2011-08-24 2012-08-24 Method for separating and purifying 1,4-diaminobutane from fermented solution
BR112014004331-0A BR112014004331B1 (pt) 2011-08-24 2012-08-24 Metodo para a separaqao e purificaqao de 1,4-diaminobutano a partir de soluqao fermentada
MYPI2014000503A MY168446A (en) 2011-08-24 2012-08-24 Method for separating and purifying 1, 4-diaminobutane from fermented solution
US14/240,695 US8927774B2 (en) 2011-08-24 2012-08-24 Method for separating and purifying 1,4-diaminobutane from fermented solution
RU2014108016/10A RU2573935C2 (ru) 2011-08-24 2012-08-24 Способ выделения и очистки 1,4-диаминобутана из ферментационного раствора
EP12825496.8A EP2749649B1 (en) 2011-08-24 2012-08-24 Method for separating and purifying 1,4-diaminobutane from fermented solution
JP2015256262A JP2016101170A (ja) 2011-08-24 2015-12-28 発酵液から１，４−ジアミノブタンを分離及び精製する方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110084728A KR101286158B1 (ko) 2011-08-24 2011-08-24 발효액에서 1,4-디아미노부탄의 분리 및 정제하는 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130022059A true KR20130022059A (ko) 2013-03-06
KR101286158B1 KR101286158B1 (ko) 2013-07-15

Family

ID=47747005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110084728A KR101286158B1 (ko) 2011-08-24 2011-08-24 발효액에서 1,4-디아미노부탄의 분리 및 정제하는 방법

Country Status (13)

Country Link
US (1) US8927774B2 (ko)
EP (1) EP2749649B1 (ko)
JP (2) JP5996650B2 (ko)
KR (1) KR101286158B1 (ko)
CN (2) CN103890184A (ko)
AU (1) AU2012299564B2 (ko)
BR (1) BR112014004331B1 (ko)
DK (1) DK2749649T3 (ko)
ES (1) ES2637769T3 (ko)
MY (1) MY168446A (ko)
PL (1) PL2749649T3 (ko)
RU (1) RU2573935C2 (ko)
WO (1) WO2013028030A2 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140052189A (ko) * 2012-10-22 2014-05-07 씨제이제일제당 (주) 1,4-디아미노부탄의 정제방법, 상기 방법으로 정제된 1,4-디아미노부탄 및 이로부터 제조되는 폴리아미드
KR101773135B1 (ko) 2015-05-08 2017-08-30 씨제이제일제당 주식회사 1,4-디아미노부탄의 정제방법
KR102352784B1 (ko) * 2020-03-19 2022-01-18 씨제이제일제당 주식회사 탄산 함유 디아미노알칸 용액의 분리막 분리 공정
CN116438383A (zh) * 2020-09-29 2023-07-14 日本精工株式会社 滚动轴承

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1274547C (en) * 1985-08-21 1990-09-25 GEM-DIHALO AND TETRAHALO-1,12-DIAMINO-4,9-DIAZA- DODECANES
JP3418288B2 (ja) * 1996-01-30 2003-06-16 雪印乳業株式会社 ポリアミンの製造方法
KR100285291B1 (ko) * 1998-08-14 2001-05-02 고두모 발효액으로부터 엘-트레오닌의 회수방법
JP2004203837A (ja) * 2002-12-26 2004-07-22 Toray Ind Inc ジアミン・ジカルボン酸塩の製造方法
MX2007000566A (es) 2004-07-15 2007-04-02 Dsm Ip Assets Bv Sintesis bioquimica de 1,4- butanodiamina.
BRPI0620980A2 (pt) * 2006-01-11 2011-11-29 Dsm Ip Assets Bv processo para isolamento de uma amina orgánica
BRPI0707027B1 (pt) * 2006-02-24 2022-08-16 Toray Industries, Inc Método de fabricação de um produto químico e aparelho de fermentação contínua
KR100926253B1 (ko) * 2007-12-28 2009-11-12 씨제이제일제당 (주) 결정화 방법을 이용한 5'-이노신산이나트륨의 생산 방법
WO2009092793A2 (de) * 2008-01-23 2009-07-30 Basf Se Verfahren zur fermentativen herstellung von 1,5-diaminopentan
CA2718258C (en) * 2008-03-12 2016-12-13 Toray Industries, Inc. Method for producing diamine and polyamide
EP2281880B1 (en) * 2008-04-10 2016-07-06 Korea Advanced Institute of Science and Technology Mutant microorganism with high ability of producing putrescine and preparation of putrescine using same
KR101188432B1 (ko) * 2008-04-10 2012-10-08 한국과학기술원 퓨트레신 고생성능을 가지는 변이 미생물 및 이를 이용한 퓨트레신의 제조방법
JP2010057396A (ja) * 2008-09-02 2010-03-18 Toyota Motor Corp プトレスシン合成能を有する新規微生物、プトレスシン合成遺伝子及びプトレスシンの製造方法
PL2330209T3 (pl) * 2008-09-30 2017-12-29 Toray Industries, Inc. Sposób i urządzenie do wytwarzania związku chemicznego oraz układ do hodowli ciągłej
KR101089270B1 (ko) 2008-11-21 2011-12-02 주식회사 에스디아이엔씨 조립형 조명기구
KR20100124867A (ko) 2009-05-20 2010-11-30 김재형 도어록 장치
KR101694572B1 (ko) * 2009-07-24 2017-01-09 디에스엠 아이피 어셋츠 비.브이. Ｎ-아실 또는 ｎ-구아니딜 보호된 1,4-뷰테인다이아민 전구체를 통한 1,4-뷰테인다이아민의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
BR112014004331A2 (pt) 2017-03-21
WO2013028030A2 (ko) 2013-02-28
CN108101791A (zh) 2018-06-01
KR101286158B1 (ko) 2013-07-15
PL2749649T3 (pl) 2017-10-31
US8927774B2 (en) 2015-01-06
ES2637769T3 (es) 2017-10-17
AU2012299564B2 (en) 2016-04-28
DK2749649T3 (en) 2017-09-18
JP5996650B2 (ja) 2016-09-21
WO2013028030A3 (ko) 2013-05-10
JP2014529404A (ja) 2014-11-13
MY168446A (en) 2018-11-09
CN108101791B (zh) 2021-04-09
US20140213824A1 (en) 2014-07-31
JP2016101170A (ja) 2016-06-02
CN103890184A (zh) 2014-06-25
EP2749649A4 (en) 2015-04-08
RU2014108016A (ru) 2015-09-27
EP2749649B1 (en) 2017-05-24
BR112014004331B1 (pt) 2020-11-17
AU2012299564A1 (en) 2014-03-27
RU2573935C2 (ru) 2016-01-27
EP2749649A2 (en) 2014-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6599375B2 (ja) Ｌ−メチオニン及び関連産物の生産方法
KR101046905B1 (ko) 염기성 아미노산 염산염 결정의 수득 방법
KR101286158B1 (ko) 발효액에서 1,4-디아미노부탄의 분리 및 정제하는 방법
CN110776543B (zh) 一种腺苷一次母液回收方法
EP3296287B1 (en) Method for purifying 1,4-diaminobutane
RU2748950C1 (ru) Способ извлечения фосфорной кислоты из ферментационного бульона или жидких отходов ферментации и её повторного применения
EP2910543B1 (en) Method for purifying 1,4-diaminobutane, 1,4-diaminobutane purified by said method, and polyamide prepared therefrom
CN111148843B (zh) 1,5-二氨基戊烷的纯化方法
EP2982759B1 (en) Method for purifying quinolinic acid
KR20230138803A (ko) 인산을 발효액 또는 발효 폐액으로부터 회수 및 재사용하는 방법
KR20140095037A (ko) 1,4-디아미노부탄의 정제방법, 상기 방법으로 정제된 1,4-디아미노부탄 및 이로부터 제조되는 폴리아미드

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160530

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180528

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190527

Year of fee payment: 7