KR20160041380A - 락트산 또는 그의 염을 분리하는 방법 - Google Patents

락트산 또는 그의 염을 분리하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160041380A
KR20160041380A KR1020140135123A KR20140135123A KR20160041380A KR 20160041380 A KR20160041380 A KR 20160041380A KR 1020140135123 A KR1020140135123 A KR 1020140135123A KR 20140135123 A KR20140135123 A KR 20140135123A KR 20160041380 A KR20160041380 A KR 20160041380A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lactic acid
coloring material
fermentation broth
hydroxymethyl furfural
concentration
Prior art date
Application number
KR1020140135123A
Other languages
English (en)
Inventor
김재은
이돈욱
강진규
권은숙
권혜림
조광명
Original Assignee
삼성전자주식회사
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
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020140135123A priority Critical patent/KR20160041380A/ko
Priority to US14/877,719 priority patent/US20160096797A1/en
Publication of KR20160041380A publication Critical patent/KR20160041380A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/42—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C51/47—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by solid-liquid treatment; by chemisorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/26—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism
    • B01D15/36—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism involving ionic interaction
    • B01D15/361—Ion-exchange
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/027—Nanofiltration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/04—Feed pretreatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/12—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/42—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/04—Specific process operations in the feed stream; Feed pretreatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/06—Specific process operations in the permeate stream
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
    • B01D2311/2623—Ion-Exchange
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
    • B01D2311/2626—Absorption or adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/20—Specific permeability or cut-off range
    • 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
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/56—Lactic acid

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

락트산 및 그의 염 중 하나 이상을 포함하는 발효액으로부터 히드록시메틸푸르푸랄(Hydroxymethylfurfural; HMF)을 포함하는 착색물질을 제거하는 단계; 및 상기 착색물질이 제거된 발효액에서 락트산 또는 그의 염을 회수하는 단계;를 포함하는 락트산 또는 그의 염을 분리하는 방법이 제공된다.

Description

락트산 또는 그의 염을 분리하는 방법{Method of separating lactic acid and salt thereof}
락트산 또는 그의 염을 분리하는 방법에 관한 것이다.
락트산은 식품, 제약, 화학, 전자 등 다양한 산업 분야에서 폭넓게 사용되는 유기산이다. 락트산은 무색, 무취이고 물에 잘 용해되는 저휘발성 물질이다. 락트산은 인체에 독성이 없어 향미제, 산미제, 보존제 등으로 활용되고 있고, 또한 환경친화적으로 대체 고분자 물질이고, 생분해성 플라스틱인 폴리락트산(polylactic acid: PLA)의 원료이다. PLA는 기술적으로는 고분자 중합을 위해 다이머인 락티드 (lactide)로 전환하여 개환 중합된 (ring-open polymerization) 폴리에스테르계 수지이며, 필름, 시트, 섬유, 사출 등의 다양한 가공이 가능하다. PLA의 원료로 사용되는 락트산을 생산하기 위해서는 불순물들이 완전히 제거된 고순도의 락트산의 정제공정이 필요하다. 고순도의 락트산을 얻기 위해 고온에서도 광학적으로 투명한 락트산의 생산이 필수적이다
현재, 락트산은 산업적으로 석유화학적 합성 공정과 생물공학적 발효 공정에 의해 생산되고 있다. 생물공학적 발효 공정을 통해 생산된 락트산을 정제하는 방법은 침전(Precipitaion), 추출(Extraction), 흡착(Adsorption), 반응증류(Reactive distillation), 전기투석(Electro dialysis), 또는 나노여과(Nano filtration) 등을 들 수 있다. 일반적으로 락트산을 정제하는 방법으로는 예를 들어, 산성화시켜 황산칼?(Calcium sulfate)을 침전시키는 단계, 이온교환수지에 흡착시키는 단계, 활성 탄소를 통과시켜 흡착시키는 단계, 및 증류하는 단계로 이루어질 수 있다.
그러나 상기 락트산을 정제하는 방법만으로는 PLA 제조시 고온에서도 미량으로 존재하는 히드록시메틸푸르푸랄과 같은 착색물질을 완전히 제거하기가 어렵다. 따라서 고온에서도 광학적으로 투명하고 고순도의 락트산을 얻기 위해 새로운 정제방법에 대한 요구가 있다.
한 측면은 새로운 락트산 또는 그의 염을 분리하는 방법을 제공하는 것이다.
일 측면에 따라,
락트산 및 그의 염 중 하나 이상을 포함하는 발효액으로부터 히드록시메틸푸르푸랄(Hydroxymethylfurfural; HMF)을 포함하는 착색물질을 제거하는 단계; 및
상기 착색물질이 제거된 발효액에서 락트산 또는 그의 염을 회수하는 단계;를 포함하는 락트산 또는 그의 염을 분리하는 방법이 제공된다.
일 측면에 따르면, 히드록시메틸푸르푸랄(Hydroxymethylfurfural; HMF)을 포함하는 착색물질을 제거하는 단계를 포함하여 고온에서도 광학적으로 투명하고 고순도의 락트산 또는 그의 염을 분리할 수 있다.
도 1은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에서 잔존하는 히드록시메틸푸르푸랄(HMF) 농도 및 회수된 락트산의 색도를 평가한 그래프이다.
도 2는 일 구현예에 따른 락트산의 정제방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 일 구현예에 따른 락트산의 정제방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명의 구현예에 따른 락트산 또는 그의 염을 분리하는 방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
일 구현예에 따른 락트산 또는 그의 염을 분리하는 방법은 락트산 및 그의 염 중 하나 이상을 포함하는 발효액으로부터 히드록시메틸푸르푸랄(Hydroxymethylfurfural; HMF)을 포함하는 착색물질을 제거하는 단계; 및 상기 착색물질이 제거된 발효액에서 락트산 또는 그의 염을 회수하는 단계;를 포함한다.
상기 락트산 또는 그의 염을 분리하는 방법은 히드록시메틸푸르푸랄(Hydroxymethylfurfural; HMF)을 포함하는 착색물질을 제거하는 단계를 포함하여 고온에서도 광학적으로 투명한 락트산 또는 그의 염을 회수할 수 있다.
예를 들어, 락트산 또는 그의 염은 다음과 같이 분리될 수 있다.
락트산 및 그의 염 중 하나 이상을 포함하는 발효액을 준비한다.
상기 락트산 및 그의 염 중 하나 이상을 포함하는 발효액은, 예를 들어, 생물공학적 발효 공정에 의해 준비될 수 있다. 생물공학적 발효 공정은 전분, 수크로스, 말토스, 글루코스, 프럭토스, 자일로스 등의 재생가능한 탄수화물을 기질로 하여 미생물을 배양하여 발효시키는 공정이다. 생물공학적 발효 공정에 의해 제조하는 경우 화학 반응으로 여러 단계를 거쳐 얻을 수 있는 공정인 석유화학적 합성 공정보다 효율적으로 락트산 및 그의 염을 생산할 수 있다.
본 발명에 이용된 미생물은 락트산 생산 미생물일 수 있다. 락트산 생산 미생물은 당해 기술분야에서 락트산을 생산할 수 있는 미생물이라면 제한 없이 이용될 수 있으나, 상기 락트산 생산 미생물은, 예를 들어, 바실러스, 락토바실러스, 락토코커스, 및 스트렙토코커스에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 또한 상기 락트산 생산 미생물은 캔디다(Candida), 사카로마이세스(Saccharomyces), 시조사카로마이세스(Shizosaccharomyces), 클루이베로마이세스(Kluyveromyces), 피치아(Pichia), 이사켄키아(Issachenkia), 및 한셀눌라(Hansenula)에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 락트산 생산 미생물은 클루이베로마이세스 마르시아누스(Kluyveromyces marxianus), 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae), 또는 세라토미아 소노렌시스(Ceratomia sonorensis)일 수 있다. 예를 들어, 상기 락트산 생산 미생물은 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae)일 수 있다.
발효 공정은 회분식 발효(batch fermentation) 공정, 연속식 발효(continuous fermentation) 공정, 또는 유가식 발효(fed-batch fermentation) 공정 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 당해 기술분야에서 이용가능한 발효 공정을 모두 이용할 수 있다. 배양용 배지는 예를 들어, 락트산 생산 미생물, 펜토오스(C5 당), 헥소오스(C6 당), 전분, 리그노셀룰로오스(Lignocellulose)와 같은 셀룰로오스등을 혼합기에 의해 적절하게 혼합하여 혼합물을 얻을 수 있다. 상기 발효되는 액은 상기 발효 공정이 진행되는 동안 pH가 중성에서 산성으로 바뀌게 되고 이후 pH가 약 2.0-3.5 정도로 과도하게 산성화될 수 있다. 이 때, 배양용 배지에 이용된 락트산 생산 미생물이 과도하게 산성화된 환경을 견디지 못한다면 염기성 화합물을 첨가하여 중성에 가까운 정도의 pH로 환경을 만들어 주는 것이 필요하다.
상기 염기성 화합물은 발효되는 액의 pH를 3.5 내지 6의 범위로 조절하게 할 수 있는 pH 조절제로서 역할을 한다. 상기 염기성 화합물은 NaOH, Ca(OH)2, Mg(OH)2, KOH, Ba(OH)2, 및 NH4(OH) 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 예를 들어, NH4(OH) 또는 Ca(OH)2일 수 있다. 상기 발효되는 액에 상기 염기성 화합물을 첨가하여 발효시켜 예를 들어, 암모늄 락테이트(NH4(LA)) 또는 칼? 락테이트(Ca(LA)2)의 형태로 존재함으로써 발효액의 락테이트의 농도를 향상시키거나 또는 후에 산을 첨가하여 무기물과, 락트산 및 그의 염을 용이하게 분리하여 락트산 및 그의 염의 생성율이 높은 발효액을 준비할 수 있다.
상기 준비된 발효액으로부터 세포를 제거할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "세포"는 "세균(bacteria)" 또는 "효모 균주"를 포함하는 광의의 의미를 나타낸다. 예를 들어, 상기 "세포"는 "효모 균주"일 수 있다.
상기 세포를 제거하기 위해 이용되는 방법은 특별이 제한되지 않으나, 이용방법으로는 원심분리기, 압력여과기(filter press), 규조토 여과기, 회전식 진공여과기, 멤브레인 필터(membrane filter), 또는 응집과 부유하는 방법 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 세포를 제거하기 위해 원심분리기가 이용될 수 있다. 원심분리기를 이용하는 방법은 발효액 내의 세포와 락트산 및 그의 염 중 하나 이상을 포함하는 발효액을 밀도차를 이용하여 분리하는 방법이다. 예를 들어, 약 1000 내지 4000rpm의 회전속도로 1 내지 20분 동안 원심분리하여 상기 락트산 및 그의 염 중 하나 이상을 포함하는 발효액으로부터 세포를 용이하게 분리하여 제거할 수 있다. 이러한 원심분리에 사용되는 장치의 예는 원심침강기, 또는 원심여과기 등이 있다. 상기 원심분리하는 방법은 다른 여과방법과 함께 행해질 수 있다.
상기 발효액 준비단계는 상기 발효액을 농축하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 발효액에서 에탄올, 수분 등을 포함하는 증발하기 쉬운 성분들을 제거하여 발효액을 농축시킬 수 있다. 상기 에탄올, 수분 등을 포함하는 성분들을 제거하기 위해 진공증발기 또는 회전 진공증발기를 이용한 감압 농축법 및/또는 증발 농축법 등을 이용할 수 있다. 상기 세포가 제거된 발효액은 예를 들어, 저온 및 감압하에 농축될 수 있다. 예를 들어, 40℃ 내지 80℃의 온도 및 10torr 내지 70torr의 압력 하에 약 1시간 내지 5시간 동안 수행될 수 있다. 상기 농축 발효액은 상기 세포가 제거된 발효액 부피의 약 40부피% 내지 70부피%일 수 있고, 예를 들어, 약 50부피%일 수 있다.
상기 발효액 준비단계는 상기 발효액에 산을 첨가하여 무기물을 제거하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 산은 예를 들어, 황산, 염산, 질산, 브롬산(HBr), 요오드산(HI), 인산(H3PO4), 및 과염소산(HClO4)로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 산은 수분 농도가 낮고 취급이 용이한 황산을 이용할 수 있다. 상기 발효액에 황산을 첨가하는 경우, 상기 발효액에 존재하는 칼슘 이온(Ca2 +)을 포함하는 황산칼슘(Ca(SO4)2)과 같은 무기물이 침전될 수 있다. 황산은 pH 조절을 위해 첨가된 NH4(OH) 또는 Ca(OH)2와 같은 염기성 화합물의 염기성 양이온 락테이트, 예를 들어, 암모늄 락테이트(NH4(LA)) 또는 칼? 락테이트(Ca(LA)2)로부터 락트산을 생성하고 상기 무기물이 침전될 때까지의 양으로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 상기 황산의 첨가량은 상기 발효액에 포함된 락트산 및 그의 염에 대하여 0.1 내지 3배의 몰비로 첨가될 수 있다. 이후 상기 발효액을 실온으로 냉각시키고 여과공정을 거쳐 침전된 무기물을 제거할 수 있다. 상기 여과공정은 공지된 필터를 이용하여 진공 하에 수행되어 보다 고순도의 락트산을 회수할 수 있다.
상기 발효액으로부터 히드록시메틸푸르푸랄(Hydroxymethylfurfural; HMF)을 포함하는 착색물질을 제거한다. 본 명세서에서 사용된 "착색물질"이라 함은 아미노산류 및 펩타이드류의 아미노기와 환원된 당류의 카르보닐기과의 사이에 메일라드(Mailard) 반응에 의해 생성된 유기물, 효모 등의 천연물 유래 성분, 또는 무기 이온 등을 포함하는 광의의 개념이다. 상기 유기물은 히드록시메틸푸르푸랄, 아미노산류, 펩타이드류, 또는 당류 등을 포함할 수 있다. 상기 히드록시메틸푸르푸랄은 일반적으로 헥소스, 예를 들어 글루코스 또는 프럭토스로부터 유래된 유기물로서, PLA 제조시 200℃ 이상의 고온에서도 미량으로 존재하여 이를 제거하기가 쉽지 않다.
상기 착색물질을 제거하는 단계는 상기 발효액을 여과하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 여과는 나노필터를 통하여 발효액을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 “나노필터를 통하여 발효액을 통과시키는”이라 함은 발효액을 나노필터를 통해 여과시켜 착색물질을 제거하거나 또는 투과를 저지하고, 락트산 및 그의 염을 구별하여 락트산 및 그의 염을 여과액에 포함시켜 투과시키는 것을 의미한다.
상기 나노필터는 100 내지 800 달톤(Dalton)의 분획분자량(Molecular weight cutoff; MWCO), 예를 들어, 200 내지 600 달톤의 분획분자량, 예를 들어 200 내지 500 달톤의 분획분자량을 가질 수 있다. 상기 나노필터 소재는 폴리아미드계일 수 있고, 예를 들어 피페라진계, 또는 가교된 피페라진계일 수 있다. 상기 나노필터 소재는 상기 폴리아미드계 소재일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 셀룰로오스계, 폴리에스테르계, 비닐 폴리머 등의 고분자 나노필터의 소재와 조합될 수 있다. 상기 나노필터는 단일막일 수 있으나, 경우에 따라 복수의 막의 형태일 수 있다.
상기 나노필터는 일 면에 수 나노미터의 복수의 미세한 공극(void)을 가지고 있을 뿐만 아니라 막 내부에도 복수의 미세한 공극들이 서로 다른 방향을 향하여 가지 형태로 존재하는 막의 구조일 수 있다. 상기 나노필터가 상기 범위 내의 분획분자량을 갖는 경우 히드록시메틸푸르푸랄을 포함하는 유기물은 상기 일 면 또는/및 막 내부의 복수의 미세한 공극들에 포획되어 투과되기 어렵고, 락트산 및 그의 염의 투과가 용이하다. 상기 분획분자량을 갖는 나노필터는 예를 들어, NF270(Dow Filmtec사 제조, MWCO: 200Da), TS40(Trisep사 제조, MWCO: 300Da), 또는 XN45(Trisep사 제조, MWCO: 500Da) 등을 포함할 수 있다. 상기 예시된 NF270(Dow Filmtec사 제조, MWCO: 200Da), TS40(Trisep사 제조, MWCO: 300Da), 또는 XN45(Trisep사 제조, MWCO: 500Da)의 히드록시메틸푸르푸랄(HMF) 제거능 및 락트산 및 그의 염의 투과능에 대해서는 후술하고자 한다.
상기 여과는 착색물질을 흡착하는 물질이 배치 흡착 후 필터를 통하여 발효액을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 착색물질을 흡착하는 물질은 활성 탄소, 스티렌 중합체, 및 가교 결합된 폴리스티렌 공중합체로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 착색물질을 흡착하는 물질은 예를 들어, 활성 탄소일 수 있다. 예를 들어, 활성 탄소 분말일 수 있다.
상기 활성 탄소의 평균 기공직경은 2.3 nm 내지 3.5nm일 수 있다. 상기 활성 탄소의 BJH(Barett-Joyner-Halenda)법에 의한 기공부피는 0.20cm3/g 내지 0.60 cm3/g일 수 있고, 예를 들어 0.20cm3/g 내지 0.55 cm3/g일 수 있고, 예를 들어 0.20cm3/g 내지 0.52 cm3/g일 수 있다. 상기 범위 내의 평균 기공직경, 및 BJH법에 의한 기공부피를 갖는 활성 탄소를 이용하여 흡착시켜 여과하는 경우 히드록시메틸푸르푸랄(HMF) 제거능이 우수하다.
상기 착색물질을 제거하는 단계에서 히드록시메틸푸르푸랄을 포함하는 유기물, 또는 2가 무기이온을 포함하는 착색물질의 제거를 포함할 수 있다. 상기 히드록시메틸푸르푸랄을 포함하는 유기물의 예는 전술한 히드록시메틸푸르푸랄, 아미노산류, 펩타이드류, 또는 당류 등을 포함할 수 있다. 2가 무기이온은 예를 들어, Ca2 + 또는 Mg+2 등을 포함할 수 있다.
상기 착색물질을 제거하는 단계 후에 상기 발효액에 포함된 히드록시메틸푸르푸랄의 농도를 모니터링하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 히드록시메틸푸르푸랄의 농도를 모니터링하는 단계는 추가적인 히드록시메틸푸르푸랄 제거의 수행여부를 결정하는 단계를 포함한다. 도 2 및 도 3은 각각 일 구현예에 따른 락트산의 정제방법을 나타낸 순서도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 히드록시메틸푸르푸랄을 포함하는 착색물질을 제거하는 단계 이후 상기 히드록시메틸푸르푸랄의 농도를 모니터링하는 단계가 진행된다. 상기 히드록시메틸푸르푸랄의 농도를 모니터링하는 단계는 상기 히드록시메틸푸르푸랄의 농도가 8mg/L 이상일 때 추가적인 히드록시메틸푸르푸랄 제거의 수행이 필요하다고 결정하는 단계를 포함한다. 상기 추가적인 히드록시메틸푸르푸랄 제거의 수행이 필요하다고 결정한 이후 추가적인 히드록시메틸푸르푸랄 제거는 이전의 착색물질을 제거하는 단계로 되돌아가서 수행하거나 또는 추가적인 히드록시메틸푸르푸랄 제거단계를 더 포함하여 수행한다. 상기 추가적인 히드록시메틸푸르푸랄 제거단계는 이전의 착색물질을 제거하는 단계에 이용된 여과방법 외에 당해 기술분야에서 이용할 수 있는 여과방법의 이용이 가능하다. 상기 이전의 착색물질을 제거하는 단계 또는 추가적인 히드록시메틸푸르푸랄 제거단계를 거치는 경우 히드록시메틸푸르푸랄을 포함한 착색물질을 다시 한번 제거한 후 히드록시메틸푸르푸랄의 농도 모니터링을 거쳐 히드록시메틸푸르푸랄의 농도가 8mg/L 미만일 때 다음 단계로 진행한다. 이러한 과정은 1회 수행될 수 있거나 또는 2회 이상 반복하여 연속하여 수행될 수 있다.
상기 히드록시메틸푸르푸랄의 농도를 모니터링하는 단계는 액체크로마토그래피(liquid chromatography; LC)법 또는 고성능 액체크로마토그래피(high performance liquid chromatography; HPLC)법을 이용할 수 있다. 상기 방법에 의해 상기 히드록시메틸푸르푸랄의 농도를 측정할 수 있다.
상기 락트산 또는 그의 염을 회수하는 단계 전에 잔존 불순물 이온 제거를 하는 단계를 포함한다. 본 명세서에 사용된 "잔존 불순물 이온 제거"는 "금속 양이온류"를 포함하는 개념이다. 상기 금속 양이온류는 예를 들어, Ca2 +, Na2 +, 또는 Mg2 + 등을 포함할 수 있다.
상기 잔존 불순물 이온 제거를 하는 단계는 나노필터를 통하여 착색물질이 제거된 발효액을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 잔존 불순물 이온 제거를 하는 단계는 이온교환수지 또는 활성 탄소에 착색물질이 제거된 발효액을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 경우에 따라, 상기 잔존 불순물 이온 제거를 하는 단계는 투석(dialysis) 또는 전기투석(electrodialysis) 등을 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 잔존 불순물 이온 제거를 하는 단계는 이온교환수지를 이용할 수 있다.
상기 이온교환수지는 상기 착색물질이 제거된 발효액을 양이온 교환수지 및 음이온 교환수지와 순차적으로 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 양이온 교환수지는 강산성 양이온 교환수지 또는/및 약산성 양이온 교환수지를 이용할 수 있다. 이 중에서 강산성 양이온 교환수지가 넓은 pH 영역에 걸쳐 양이온 교환이 가능하여 바람직하다. 상기 음이온 교환수지는 강염기성 음이온 교환수지와 약염기성 음이온 교환수지를 이용할 수 있다. 상기 강염기성 음이온 교환수지는 이온교환능력과 흡착능력이 뛰어나며, 상기 약염기성 음이온 교환수지는 재생력이 우수하다.
상기 양이온 교환수지 및 음이온 교환수지와 순차적으로 접촉시키는 단계는 예를 들어, 강산성 양이온 교환수지 및 약염기성 음이온 교환수지를 접촉시키거나, 또는 강산성 양이온 교환수지, 약염기성 음이온 교환수지, 및 혼합 이온 교환수지를 접촉시킬 수 있다. 예를 들어, 강산성 양이온 교환수지, 약염기성 음이온 교환수지, 강산성 양이온 교환수지, 및 강염기성 음이온 교환수지를 순차적으로 접촉시킬 수 있다. 상기 양이온 교환수지 및 음이온 교환수지를 순차적으로 접촉시키는 단계는 1회 수행될 수 있거나 또는 2회 이상 반복하여 연속하여 수행될 수 있다.
상기 락트산을 회수하는 단계는 상기 착색물질이 제거된 발효액을 증류하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 락트산을 회수하는 단계에서 상기 착색물질이 제거된 발효액을 증류하는 단계 전에 상기 착색물질이 제거된 발효액을 농축하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 착색물질이 제거된 발효액을 농축하는 단계는 진공증발기 또는 회전 진공증발기를 이용한 감압 농축법 및/또는 증발 농축법 등을 이용할 수 있다. 상기 착색물질이 제거된 발효액은 예를 들어, 저온 및 감압하에 농축될 수 있다. 예를 들어, 40℃ 내지 80℃의 온도 및 1torr 내지 30torr의 압력 하에 약 1시간 내지 5시간 동안 수행될 수 있다. 상기 이온 제거된 농축 발효액은 수분이 제거되어 약 5부피%이하의 수분을 포함하도록 할 수 있다.
상기 증류는 박막 증류법(thin film distillation) 또는 회분 증류법(batch distillation)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 증류는 박막 증류법을 이용할 수 있다. 상기 박막 증류법은 회분 증류법에 비해 고진공 조건하에 가열해주고 와이퍼(wiper)를 이용하여 발효액으로 내벽에 필름막을 형성하여 열 효율을 최대로 올려주면서 또한 열 접촉시간을 조절하여 열에 불안정한 물질 등을 효과적으로 분리해낼 수 있다. 상기 박막 증류법은 예를 들어 1 torr 내지 5 torr의 압력 및 100℃ 내지 170℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 회수된 락트산의 색도는 락트산의 농도가 90wt%일 때 200℃에서 2시간 동안 가열시 APHA 컬러 50이하일 수 있다. 상기 회수된 락트산은 고온에서도 광학적으로 투명한 색도를 가질 수 있다.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.
[실시예]
실시예 1
1.1 발효액 준비단계
20L 배지를 함유하는 30L 발효기에 락트산 생산 효모 균주, 즉 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae CEN.PK2-1C)를 첨가하고 유가식 발효(fed-batch fermentation)를 수행하여, 락트산 함유 발효액을 얻었다. 배지 성분은 탄소원과 질소원, 미량원소, 비타민, 아미노산 등으로 이루어져 있으며 구체적인 농도는 다음과 같다; glucose 80g/L, yeast extract 10g/L, KH2PO-4 2g/L, (NH4)2SO4 2 g/L, MgSO4 1g/L, leucine 0.1g/L, Valine 0.05g/L, Tryptophan 0.1g/L, Histidine 0.05g/L, Uracil 0.1g/L, Inositol 0.1g/L, FeSO4.7H2O 0.075g/L, MnSO4.5H2O 0.02g/L, CaCl2.2H2O 0.0025g/L, CuSO4.5H2O 0.002g/L, ZnSO4.7H2O 0.02g/L, H3BO3 0.002g/L, Na2MnO4 0.002g/L. 구체적으로, 발효는 36℃에서 단일(single), 중간수준(midlevel), 상향류(upflow) 마린(marine)형 임펠러를 사용하여 200rpm으로 교반하면서 인큐베이션함으로써 수행되었다. 발효액은 5M Ca(OH)2를 자동적으로 첨가하여 pH 3.7로 유지하였다.
이 때, 상기 락트산 함유 발효액은 상기 30L 발효기에서 발효시점부터 약 48시간 지난 후 채취한 것이다.
상기 락트산 함유 발효액을 원심분리기(Continent512R plus, Hanil science industrial사 제조, Max RCF: 6,359 x g)를 이용하여 15분간 작동시켜 효모 균주를 제거하였다. 상기 효모 균주가 제거된 발효액 20L을 회전 진공증발기(rotary vacuum evaporator)를 이용하여 70?의 온도 및 50torr의 압력 하에 2시간 동안 증발시켜 에탄올을 포함하는 성분들을 제거하여 상기 효모 균주가 제거된 발효액 부피의 50부피%로 1차 농축하였다.
상기 1차 농축된 발효액 10L에 98% 황산 1당량을 발효액이 pH 2.37로 석고(Ca(SO4)2)의 침전, 및 칼슘 락테이트(calcium lactate)로부터 락트산을 생성할 때까지 첨가하였다. 상기 1차 농축된 발효액을 실온으로 냉각시키고 진공여과를 이용하여 침전된 석고(Ca(SO4)2)를 제거한 발효액을 준비하였다.
1.2 히드록시메틸푸르푸랄(HMF)을 포함하는 착색물질 제거 단계
상기 준비된 발효액 8L를 나노필터 NF270막(Dow Filmtec사 제조)이 구비된 크로스플로우(cross-flow) 여과장치(Cheon-ha Industry사 제조)를 이용하여 여과하여 히드록시메틸푸르푸랄, 글루코스 등의 유기물, 또는 2가 무기이온을 포함하는 착색물질을 제거하였다. 이 때, 작동압력은 40 bar이었다. 이 때, 상기 나노필터 NF270막의 분획분자량은 200 달톤이다.
이어서, 상기 여과액에 활성 탄소(DX, Carbon-norit사 제조, 10w/w 락트산%)를 첨가하였고 실온에서 두 시간 동안 교반을 계속하였다. 이 때, 상기 활성 탄소(DX)의 평균 기공직경은 2.9nm이고, BET 비표면적은 1045m2/g이고, BJH(Barett-Joyner-Halenda)법에 의한 기공부피는 0.45cm3/g이다. 상기 교반 결과물을 일회용 필터를 이용한 진공여과를 통해 탄소를 제거하여 히드록시메틸푸르푸랄을 포함하는 착색물질을 제거하였다.
1.3 히드록시메틸푸르푸랄의 농도 모니터링 단계
이후, 고성능 액체크로마토그래피(high performance liquid chromatography; HPLC)법을 이용하여 상기 착색물질이 제거된 여과 발효액에 포함된 히드록시메틸푸르푸랄의 농도를 모니터링하였다.
구체적으로, 히드록시메틸푸르푸랄의 농도 모니터링은 상기 착색물질이 제거된 여과 발효액 1mL를 고성능 액체크로마토그래피 칼럼(Waters HPLC, Nova-Pak C-18 칼럼, 이동상(mobile phase)으로서 10% 메탄올(1 mL/분, 40?), RT(retention time): 1.9min)에 주입한 후 UV 검출기(흡광도(Abs): 285 nm)로 히드록시메틸푸르푸랄의 피크를 분석하여 농도를 측정하였다. 상기 히드록시메틸푸르푸랄의 농도가 8mg/L 이상일 때 이전 단계인 히드록시메틸푸르푸랄을 포함하는 착색물질 제거 단계로 되돌아가서 상기 히드록시메틸푸르푸랄을 포함하는 착색물질을 다시 제거한 후 다시 히드록시메틸푸르푸랄의 농도 모니터링 단계를 거쳐 히드록시메틸푸르푸랄의 농도가 8mg/L 미만일 때 다음 단계로 진행하였다. 상기 히드록시메틸푸르푸랄의 농도가 8mg/L 미만일 때 바로 다음 단계로 진행하였다.
1.4 잔존 불순물 이온 제거 단계
상기 착색물질이 제거된 발효액 15L을 양이온 교환수지 칼럼 및 음이온 교환수지 칼럼에 순차로 접촉 통과시켜 잔존 불순물 이온을 제거하였다. 상기 양이온 교환수지 칼럼 및 음이온 교환수지 칼럼은 하기와 같이 준비하였다.
양이온 교환수지 (S2528, Lanxess사 제조, 500mL) 및 음이온 교환수지(A4268, Lanxess사 제조, 100mL)의 순서로 유리칼럼들을 순차로 팩킹하여(packing) 배치하였다. 상기 수지들의 관능기를 재생하기 위해, 양이온 교환수지로 2N HCl 및 음이온 교환수지로 1N NaOH 를 이용하였고, 이 중 하나의 상기 유리칼럼 내부로 3 개의 CV(column volumn)를 주입시켰다. 상기 칼럼들 출구에서의 pH가 중성이 될 때까지 증류수를 이용하여 상기 두 개의 칼럼들이 평형상태가 되도록 하였다.
1.5 회수단계
상기 잔존 불순물 이온이 제거된 발효액 15L을 회전 진공증발기(rotary vacuum evaporator)로 70?의 온도 및 20torr의 압력 하에 수분을 제거하여 상기 잔존 불순물 이온이 제거된 발효액이 5부피% 수분을 포함하도록 2차 농축하였다. 상기 2차 농축된 발효액을 5 torr의 압력 및 140℃의 온도에서 박막 증류법을 이용하여 증류시켜 락트산 및 그의 염을 회수하였다.
실시예 2
상기 1.1 발효액 준비단계에서 상기 락트산 함유 발효액을 상기 30L 발효기에서 발효시점부터 약 48시간 지난 후 채취한 대신 상기 30L 발효기에서 발효시점부터 약 40시간 지난 후 채취한 것이고, 상기 1.2 히드록시메틸푸르푸랄(HMF)을 포함하는 착색물질 제거 단계에서 활성 탄소를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 락트산 및 그의 염을 회수하였다.
실시예 3
상기 1.1 발효액 준비단계에서 상기 락트산 함유 발효액을 상기 30L 발효기에서 발효시점부터 약 48시간 지난 후 채취한 대신 상기 30L 발효기에서 발효시점부터 약 36시간 지난 후 채취한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 락트산 및 그의 염을 회수하였다.
비교예 1
1.1 발효액 준비단계
20L 배지를 함유하는 30L 발효기에 락트산 생산 효모 균주, 즉 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae CEN.PK2-1C)를 첨가하고 유가식 발효(fed-batch fermentation)를 수행하여, 락트산 함유 발효액을 얻었다. 배지 성분은 탄소원과 질소원, 미량원소, 비타민, 아미노산 등으로 이루어져 있으며 구체적인 농도는 다음과 같다; glucose 80g/L, yeast extract 10g/L, KH2PO-4 2g/L, (NH4)2SO4 2 g/L, MgSO4 1g/L, leucine 0.1g/L, Valine 0.05g/L, Tryptophan 0.1g/L, Histidine 0.05g/L, Uracil 0.1g/L, Inositol 0.1g/L, FeSO4.7H2O 0.075g/L, MnSO4.5H2O 0.02g/L, CaCl2.2H2O 0.0025g/L, CuSO4.5H2O 0.002g/L, ZnSO4.7H2O 0.02g/L, H3BO3 0.002g/L, Na2MnO4 0.002g/L. 구체적으로, 발효는 36℃에서 단일(single), 중간수준(midlevel), 상향류(upflow) 마린(marine)형 임펠러를 사용하여 200rpm으로 교반하면서 인큐베이션함으로써 수행되었다. 발효액은 5M Ca(OH)2를 자동적으로 첨가하여 pH 3.7로 유지하였다.
이 때, 상기 락트산 함유 발효액은 상기 30L 발효기에서 발효시점부터 약 48시간 지난 후 채취한 것이다.
상기 락트산 함유 발효액을 원심분리기(Continent512R plus, Hanil science industrial사 제조, Max RCF: 6,359 x g)를 이용하여 15분간 작동시켜 효모 균주를 제거하였다. 상기 효모 균주가 제거된 발효액 20L을 회전 진공증발기(rotary vacuum evaporator)를 이용하여 70?의 온도 및 50torr의 압력 하에 2시간 동안 증발시켜 에탄올을 포함하는 성분들을 제거하여 상기 효모 균주가 제거된 발효액 부피의 50부피%로 1차 농축하였다.
상기 1차 농축된 발효액 10L에 98% 황산 1당량을 발효액이 pH 2.37로 석고(Ca(SO4)2)의 침전, 및 칼슘 락테이트(calcium lactate)로부터 락트산을 생성할 때까지 첨가하였다. 상기 1차 농축된 발효액을 실온으로 냉각시키고 진공여과를 이용하여 침전된 석고(Ca(SO4)2)를 제거하여 발효액을 준비하였다.
1.2 잔존 불순물 이온 제거 단계
상기 준비된 발효액 8L을 양이온 교환수지 칼럼 및 음이온 교환수지 칼럼에 순차로 접촉 통과시켜 잔존 불순물 이온을 제거하였다. 상기 양이온 교환수지 칼럼 및 음이온 교환수지 칼럼은 하기와 같이 준비하였다.
양이온 교환수지 (S2528, Lanxess사 제조, 500mL) 및 음이온 교환수지(A4268, Lanxess사 제조, 100mL)의 순서로 유리칼럼을 순차로 팩킹하여(packing) 배치하였다. 상기 수지들의 관능기를 재생하기 위해, 양이온 교환수지로 2N HCl 및 음이온 교환수지로 1N NaOH를 이용하였고, 이 중 하나의 상기 유리칼럼 내부로 3개의 CV(column volumn)를 주입시켰다. 상기 칼럼들 출구에서의 pH가 중성이 될 때까지 증류수를 이용하여 상기 두 개의 칼럼들이 평형상태가 되도록 하였다.
1.3 착색물질 제거 단계 단계
상기 잔존 불순물 이온이 제거된 발효액 8L에 활성 탄소(C Gran, Carbon-norit사 제조, 10w/w 락트산%)를 첨가하였고 실온에서 두 시간 동안 교반을 계속하였다. 이 때, 상기 활성 탄소(C Gran)의 평균 기공직경은 3.6nm이고, BET 비표면적은 1200m2/g이고, BJH(Barett-Joyner-Halenda)법에 의한 기공부피는 0.76 cm3/g이다. 상기 교반 결과물을 일회용 필터를 이용한 진공여과를 통해 탄소를 제거하여 착색물질을 제거하였다.
1.4 회수단계
상기 착색물질이 제거된 발효액 8L을 회전 진공증발기(rotary vacuum evaporator)로 70?의 온도 및 20torr의 압력 하에 수분을 제거하여 상기 착색물질이 제거된 발효액이 5부피% 수분을 포함하도록 2차 농축하였다. 상기 2차 농축된 발효액을 5 torr의 압력 및 140℃의 온도에서 박막 증류법을 이용하여 증류시켜 락트산 및 그의 염을 회수하였다.
비교예 2
상기 1.1 발효액을 준비하는 단계에서 상기 락트산 함유 발효액을 상기 30L 발효기에서 발효시점부터 약 48시간 지난 후 채취한 대신 상기 30L 발효기에서 발효시점부터 약 40시간 지난 후 채취한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법을 수행하여 락트산 및 그의 염을 회수하였다.
평가예 1: 나노필터의 히드록시메틸푸르푸랄 ( HMF ) 제거능 및 락트산 및 그의 염 투과능 평가
실시예 1의 1.1 발효액 준비단계에서 1차 농축된 발효액에 대해 NF270막(Dow Filmtec사 제조, MWCO: 200Da), TS40막(Trisep사 제조, MWCO: 300Da), 및 XN45막(Trisep사 제조, MWCO: 500Da)를 이용한 막면적 0.1m2의 평막형 모듈을 사용하여 작동압력(RT) 40 기압하에 히드록시메틸푸르푸랄(HMF) 제거능과, 락트산 및 그의 염 투과능을 평가하였다. 상기 HMF 제거능과, 락트산 및 그의 염 투과능은 고성능 액체크로마토그래피(high performance liquid chromatography; HPLC)법을 이용하여 잔존하는 HMF 농도와, 투과된 락트산 및 그의 염 농도를 측정하여 평가하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
이 때, 실시예 1의 1.1 발효액 준비단계에서 1차 농축된 발효액에 존재하는 HMF 농도는 100ppm 이었고, 락트산 및 그의 염 농도는 144g/L이었다.
잔존하는 HMF 농도
(ppm)		 투과된 락트산 및 그의 염 농도
(g/L)
NF270 (MWCO: 200 Da) 57 111
TS40(MWCO: 300 Da) 60 114
XN45(MWCO: 500 Da) 67 121
ESPA4(MWCO: BWRO) 5 12
상기 표 1을 참조하면, 상기 NF270막, TS40막, 및 XN45막을 이용하여 1차 농축된 발효액을 여과하는 경우, 상기 1차 농축된 발효액에 존재하는 HMF 농도 100ppm를 기준으로 하여 잔존하는 HMF 농도는 각각 57ppm, 60ppm, 및 67ppm이었고, 락트산 및 그의 염 농도 144g/L를 기준으로 하여 투과된 락트산 및 그의 염 농도는 각각 111g/L, 114g/L, 및 121g/L이었다. 기존의 ESPA4막을 이용하여 1차 농축된 발효액을 여과하는 경우, 상기 1차 농축된 발효액에 존재하는 HMF 농도 100ppm를 기준으로 하여 잔존하는 HMF 농도는 5ppm이었고, 락트산 및 그의 염 농도 144g/L를 기준으로 하여 투과된 락트산 및 그의 염 농도는 12g/L이었다.
즉, 상기 NF270막, TS40막, 및 XN45막의 나노필터를 이용하여 1차 농축된 발효액을 여과하는 경우가 상기 기존의 ESPA4막의 나노필터를 이용하여 1차 농축된 발효액을 여과하는 경우에 비해 락트산 및 그의 염 투과능이 우수하면서 어느 정도의 HMF 제거능도 유지하고 있음을 확인할 수 있다.
평가예 2: 활성 탄소의 물성과 히드록시메틸푸르푸랄 ( HMF ) 제거능 평가
실시예 1의 1.1 발효액 준비단계에서 1차 농축된 발효액 100mL에 Cabot Norit사에서 제조한 상품명 Pedrodarco, DX, GAC, ROW, 및 GCN 각각 1wt/wt%을 첨가하고 40℃에서 4시간 동안 흔들어 교반하고 4시간 후에 일회용 필터를 이용한 진공여과를 통해 탄소를 제거하여 히드록시메틸푸르푸랄의 제거능을 평가하였다.
이 때, 히드록시메틸푸르푸랄의 제거능은 고성능 액체크로마토그래피(high performance liquid chromatography; HPLC)법을 이용하여 잔존하는 HMF 농도를 측정하여 평가하였다. 실시예 1의 1.1 발효액 준비단계에서 1차 농축된 발효액에 존재하는 HMF 농도는 197ppm 이었다.
상기 Cabot Norit사에서 제조한 상품명 Pedrodarco, DX, GAC, ROW, 및 GCN의 물성 중 활성 탄소의 물성은 Bell사에서 제조한 Bell SorpMax 기기를 이용하여 N2 흡탈착 실험을 통해 측정하였다. 상기 N2 흡탈착 실험은 약 0.5g의 상기 활성 탄소 샘플들을 150℃에서 밤새 전처리를 통해 수분을 제거하였고, 이를 액체 질소(-77K)를 사용하여 분위기 조성 후 1bar의 압력까지 단계별로 N2 흡탈착의 분압평형을 이용하여 측정하였다. 상기 측정으로부터 BET법을 이용하여 비표면적 및 평균 기공직경을 계산하였고, BJH법을 이용하여 기공부피를 계산하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
잔존하는 HMF 농도
(ppm)		 BET 비표면적
(m2/g)		 평균 기공직경
(nm)		 BJH법에 의한
기공부피
(cm3/g)
Pedrodarco 121 597 4.4 0.52
DX 133 1045 2.9 0.45
GAC 139 913 2.3 0.20
ROW 157 1271 2.1 0.19
GCN 174 1085 1.7 0.04
상기 표 2를 참조하면, Pedrodarco, DX, 및 GAC을 첨가하고 여과한 후 1차 농축된 발효액에 존재하는 HMF 농도 197ppm를 기준으로 하여 잔존하는 HMF 농도는 각각 121ppm, 133ppm, 및 139ppm이었고, ROW 및 GCN을 첨가하고 여과한 후 1차 농축된 발효액에 존재하는 HMF 농도 197ppm를 기준으로 하여 잔존하는 HMF 농도는 각각 157ppm 및 174ppm이었다.
즉, 상기 Pedrodarco, DX, 및 GAC을 첨가하고 여과한 후의 1차 농축된 발효액이 상기 ROW 및 GCN을 첨가하고 여과한 후의 1차 농축된 발효액에 비해 HMF 제거능이 우수함을 확인할 수 있다.
이 때, HMF 제거능과 상기 활성 탄소들의 물성과의 관계를 살펴보면, 상기 Pedrodarco, DX, 및 GAC의 평균 기공직경 및 BJH법에 의한 기공부피는 각각 2.3nm 이상이고 0.20 cm3/g 내지 0.52 cm3/g이고, ROW 및 GCN의 평균 기공직경 및 BJH법에 의한 기공부피에 비해 크고 메조포러스 기공부피를 가지고 있음을 확인할 수 있다.
평가예 3: 잔존하는 히드록시메틸푸르푸랄 ( HMF ) 농도 및 회수된 락트산의 색도 평가
실시예 1 내지 3에서 잔존하는 히드록시메틸푸르푸랄(HMF)의 농도를 1.3 히드록시메틸푸르푸랄의 농도 모니터링 단계에서 측정하였고, 비교예 1, 2에서 잔존하는 히드록시메틸푸르푸랄(HMF)의 농도를 1.4 회수단계 직전에서 상기 실시예 1 내지 3의 히드록시메틸푸르푸랄 농도 모니터링 단계에 사용된 고성능 액체크로마토그래피(high performance liquid chromatography; HPLC)법을 이용하여 측정하였다. 또한 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2의 방법에 의해 회수된 락트산의 색도를 락트산의 농도가 90wt%일 때 200℃에서 2시간 동안 가열시 APHA 컬러(APHA color 또는 Hazen scale)로 평가하였다. 그 결과를 하기 표 3 및 도 1에 나타내었다.
잔존하는 HMF 농도(mg/L) APHA 컬러
실시예 1 3 35
실시예 2 7 36
실시예 3 8 51
비교예 1 19 113
비교예 2 25 70
상기 표 3 및 도 1에서 보여지는 바와 같이, 실시예 1 내지 3의 1.3 히드록시메틸푸르푸랄의 농도 모니터링 단계에서 측정된 잔존하는 히드록시메틸푸르푸랄(HMF)의 농도는 8mg/L이하이고, 회수된 락트산의 색도는 200℃에서 2시간 동안 가열시 APHA 컬러 51 이하임을 확인할 수 있다.
또한 실시예 1 내지 3의 1.3 히드록시메틸푸르푸랄의 농도 모니터링 단계에서 측정된 잔존하는 히드록시메틸푸르푸랄(HMF)의 농도는 비교예 1, 2의 1.4 회수단계 직전에서 측정된 잔존하는 히드록시메틸푸르푸랄(HMF)의 농도보다 낮았고, 실시예 1 내지 3의 방법에 의해 회수된 락트산의 색도는 비교예 1, 2의 방법에 의해 회수된 락트산의 색도보다 낮았다.
이로써, 실시예 1 내지 3의 락트산 및 그의 염을 분리하는 방법은 고온에서도 광학적으로 투명한 고순도를 갖는 락트산 및 그의 염을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.

Claims (20)

  1. 락트산 및 그의 염 중 하나 이상을 포함하는 발효액으로부터 히드록시메틸푸르푸랄(Hydroxymethylfurfural; HMF)을 포함하는 착색물질을 제거하는 단계; 및
    상기 착색물질이 제거된 발효액에서 락트산 또는 그의 염을 회수하는 단계;를 포함하는 락트산 또는 그의 염을 분리하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 착색물질을 제거하는 단계가 상기 발효액을 여과하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 여과는 나노필터를 통하여 발효액을 통과시키는 단계를 포함하는 방법
  4. 제3항에 있어서, 상기 나노필터가 100 내지 800 달톤(Dalton)의 분획분자량(Molecular weight cutoff; MWCO)을 갖는 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 여과는 착색물질을 흡착하는 물질이 배치 흡착 후 필터를 통하여 발효액을 통과시키는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 착색물질을 흡착하는 물질은 활성 탄소, 스티렌 중합체, 및 가교 결합된 폴리스티렌 공중합체로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 활성 탄소의 평균 기공직경이 2.3 nm 내지 3.5nm인 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 활성 탄소의 BJH(Barett-Joyner-Halenda)법에 의한 기공부피가 0.20cm3/g 내지 0.60 cm3/g인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 착색물질을 제거하는 단계에서 히드록시메틸푸르푸랄을 포함하는 유기물 또는 2가 무기이온을 포함하는 착색물질의 제거를 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 착색물질을 제거하는 단계 후에 상기 발효액에 포함된 히드록시메틸푸르푸랄의 농도를 모니터링하는 단계를 추가로 포함하는 락트산의 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 히드록시메틸푸르푸랄의 농도를 모니터링하는 단계가 추가적인 히드록시메틸푸르푸랄 제거의 수행여부를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 히드록시메틸푸르푸랄의 농도를 모니터링하는 단계가 상기 히드록시메틸푸르푸랄의 농도가 8mg/L 이상일 때 추가적인 히드록시메틸푸르푸랄 제거의 수행이 필요하다고 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 추가적인 히드록시메틸푸르푸랄 제거의 수행이 필요하다고 결정한 이후 추가적인 히드록시메틸푸르푸랄 제거는 이전의 착색물질을 제거하는 단계로 되돌아가서 수행하거나 또는 추가적인 히드록시메틸푸르푸랄 제거단계를 더 포함하여 수행하는 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 히드록시메틸푸르푸랄의 농도를 모니터링하는 단계가 액체크로마토그래피(liquid chromatography; LC)법, 또는 고성능 액체크로마토그래피(high performance liquid chromatography; HPLC)법을 이용하는 것을 포함하는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 락트산 또는 그의 염을 회수하는 단계 전에 잔존 불순물 이온 제거하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 잔존 불순물 이온 제거하는 단계가 나노필터를 통하여 착색물질이 제거된 발효액을 통과시키는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 잔존 불순물 이온 제거하는 단계가 이온교환수지 또는 활성 탄소에 착색물질이 제거된 발효액을 통과시키는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 이온교환수지가 상기 착색물질이 제거된 양이온 교환수지 및 음이온 교환수지와 순차적으로 접촉시키는 단계를 포함하는 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 락트산을 회수하는 단계가 상기 착색물질이 제거된 발효액을 증류하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제1항에 있어서, 상기 회수된 락트산의 농도가 90wt%일 때 락트산의 색도가 200℃에서 2시간 동안 가열시 APHA 컬러 50이하인 방법.
KR1020140135123A 2014-10-07 2014-10-07 락트산 또는 그의 염을 분리하는 방법 KR20160041380A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140135123A KR20160041380A (ko) 2014-10-07 2014-10-07 락트산 또는 그의 염을 분리하는 방법
US14/877,719 US20160096797A1 (en) 2014-10-07 2015-10-07 Method of separating lactic acid or salt thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140135123A KR20160041380A (ko) 2014-10-07 2014-10-07 락트산 또는 그의 염을 분리하는 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160041380A true KR20160041380A (ko) 2016-04-18

Family

ID=55632323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140135123A KR20160041380A (ko) 2014-10-07 2014-10-07 락트산 또는 그의 염을 분리하는 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20160096797A1 (ko)
KR (1) KR20160041380A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021107526A1 (ko) * 2019-11-29 2021-06-03 씨제이제일제당 (주) 알룰로스 이당류를 포함하는 hmf 생성 억제용 조성물

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106290632B (zh) * 2016-08-06 2020-10-23 青岛农业大学 纸浆中氯离子含量的检测方法
CN109406684B (zh) * 2018-12-26 2021-11-12 北京哈三联科技有限责任公司 一种测定色氨酸的杂质b、c、d含量的检测方法
CN109678696A (zh) * 2019-01-31 2019-04-26 华熙福瑞达生物医药有限公司 一种从透明质酸发酵液中提取乳酸的方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE1011197A3 (fr) * 1997-06-06 1999-06-01 Brussels Biotech En Abrege Bb Procede de purification d'acide lactique.
JP5811535B2 (ja) * 2008-12-26 2015-11-11 東レ株式会社 乳酸およびポリ乳酸の製造方法
US8236973B2 (en) * 2009-11-05 2012-08-07 Battelle Memorial Institute Adsorption separation processes for ionic liquid catalytic processes

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021107526A1 (ko) * 2019-11-29 2021-06-03 씨제이제일제당 (주) 알룰로스 이당류를 포함하는 hmf 생성 억제용 조성물
CN114786495A (zh) * 2019-11-29 2022-07-22 Cj第一制糖株式会社 包含阿洛酮糖二糖的用于抑制hmf产生的组合物
CN114786495B (zh) * 2019-11-29 2024-02-09 Cj第一制糖株式会社 包含阿洛酮糖二糖的用于抑制hmf产生的组合物

Also Published As

Publication number Publication date
US20160096797A1 (en) 2016-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2557497T3 (es) Purificación regenerativa de una corriente de biomasa pretratada
KR20160041380A (ko) 락트산 또는 그의 염을 분리하는 방법
EP3964493B1 (en) Process and systems for obtaining 1,4-butanediol from fermentation broths
Zaman et al. Recovery of Organic Acids from Fermentation Broth Using Nanofiltration Technologies: A Review.
Law et al. Recovery of succinic acid from fermentation broth by forward osmosis-assisted crystallization process
US9272976B2 (en) Method for purifying carboxylic acids from fermentation broths
JP5625334B2 (ja) ジオールまたはトリオールの製造方法
KR101533891B1 (ko) 폴리아미드 수지의 제조방법
Bruschke Industrial application of membrane separation processes
CN109224865A (zh) 一种高选择分离性纳滤膜的制备方法
CN112535955A (zh) 一种脱色膜及其制备方法和应用
US9018424B2 (en) Method of producing diol or triol
JP2009034030A5 (ko)
WO1993022040A1 (en) Separating membrane made from polyion complex
US20050272135A1 (en) Processs for production and purification of fermentation derived organic acids
CN115364684B (zh) 一种高通量荷正电纳滤膜及其制备方法
CN104119241A (zh) 一种l-亮氨酸的提取方法
Aroujalian et al. Effect of residual sugars in fermentation broth on pervaporation flux and selectivity for ethanol
WO2021060334A1 (ja) アセトインの製造方法
JP2010143888A (ja) ブタノールの製造方法
CN113563397B (zh) 阿贝卡星的纯化方法
Santos et al. Composite ultrathin membranes for clarification and primary recovery of biobased itaconic acid from fermentation broths
CN100567247C (zh) 一种采用膜分离技术制备扁桃酸的方法
WO2020196460A1 (ja) カルボン酸の製造方法
JP6260277B2 (ja) 乳酸の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid