KR20170072849A

KR20170072849A - D-사이코스 결정을 제조하는 방법

Info

Publication number: KR20170072849A
Application number: KR1020170074563A
Authority: KR
Inventors: 김성보; 박승원; 안준갑; 이주항
Original assignee: 씨제이제일제당 (주)
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2017-06-27
Also published as: KR101981388B1

Abstract

본 발명은 D-사이코스 용액으로부터 불순물을 제거하여 정제된 D-사이코스 용액을 수득하는 단계; 상기 정제된 D-사이코스 용액을 농축시키는 단계; 상기 농축된 D-사이코스 용액을 30 내지 40℃로 열 교환기를 통하여 냉각하는 단계; 상기 30 내지 40℃의 D-사이코스 용액을 종결정화하여 마스켓을 수득하는 단계; 상기 종결정화된 마스켓을 이용하여 본결정화하는 단계를 포함하는, 순도 98%(w/w) 이상, 입도 MA 200 이상의 고순도 D-사이코스 결정을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 제조방법을 이용하여, D-사이코스 용액으로부터 유기 용매를 사용하지 않는 경제적인 결정화 공정을 통해 순수하고 산업적 적용에 적합한 형태의 D-사이코스 결정을 제조할 수 있다.

Description

D-사이코스 결정을 제조하는 방법{A METHOD OF MANUFACTURING A D-PSICOSE CRYSTAL}

본 발명은 D-사이코스 용액으로부터 과포화를 이용하여 고순도의 D-사이코스 결정을 제조하는 방법에 관한 것이다.

D-사이코스는 과당이나 설탕과는 달리 인체 내에서 대사되지 않아 칼로리가 거의 없으며, 체지방 형성 억제 작용으로 체중 증가에 영향이 적은 감미료로 보고되고 있다(Matuo, T. et. Al.. Asia Pac . J. Clin . Untr ., 10, 233-237, 2001; Matsuo, T. and K. Izumori, Asia Pac . J. Clin . Nutr ., 13, S127, 2004).

최근에 본 발명자들은 포도당을 과당으로 이성화한 후, 이를 D-사이코스 에피머화 효소를 생산하는 고정화 균체와 반응시켜 D-사이코스를 경제적으로 생산하는 방법을 보고하였다(대한민국 특허출원 제10-2009-0118465호). 효소 반응에 의해 생산된 D-사이코스를 포함하는 반응액은 약 20 내지 30%(w/w)의 D-사이코스 고형분을 포함하는 저순도 제품이기 때문에, 98%(w/w) 이상의 고순도 D-사이코스 결정입자를 제조하기 위해서는 크로마토그래피를 사용하여 고순도 분리를 통한 결정화 제조하는 것이 요구되어지나 현재까지 D-사이코스의 경우, 98%(w/w) 이상의 고순도 결정화 제품이 산업화된 사례가 없다.

D-사이코스를 결정 제형으로 제조하기 위하여 D-사이코스의 반응액 중 미반응 과당을 효모로 발효시켜 제거한 후, 대량의 에탄올을 사용하는 방법이 보고되었다(Kei T, et, al., J. Biosci. Bioeng., 90(4), 453-455, 2000). 그러나, 이러한 제조법은 미반응 과당을 효모 발효로써 공정흐름에서 완전히 제거시키므로 미반응 과당을 활용한 부산물 공제 등의 제조원가 절감을 기대 할 수 없으며, 결정화 제조에 사용되는 대량의 에탄올 첨가는 부재료비를 상승시킬뿐만 아니라, 첨가된 에탄올 회수를 위한 증류방식의 에탄올 회수 설비와 방폭 설계가 요구되므로 D-사이코스 제조원가가 상승한다. 따라서 대량 생산을 위한 산업화 기술로는 높은 제조원가로 인해 그 한계가 있다. 또한, D-사이코스 결정화 제조방법에서 대량의 에탄올 사용은 최종 제품에 에탄올 취가 잔존하여 시장에서 선호도가 낮은 풍미를 가지게 되므로 이 또한 소재 적성에서 그 기술의 한계가 있다.

통상적으로 당류(糖類)의 결정화 산업에서의 조업방법은 크게 두 가지로 분류되는데 첫 번째는 농축결정화 방법이며, 두 번째는 냉각결정화 방법이다. 두 방법 모두 당류의 결정화 방법으로 과포화 상태에서 준안정영역(metastable zone)구간 내, 결정의 성장을 유도하는 원리를 이용한다. 수크로오스(sucrose)와 같이 결정의 성장속도가 높은 당류의 결정화에는 농축결정화 방법을 사용하며, 수크로오스(sucrose) 대비 성장속도가 현저히 떨어지는 당류의 결정화에는 냉각결정화 방법을 사용하는 것이 일반적이다.

또한, 통상적으로 당류의 결정화 방법은 준안정영역(metastable zone)에서 이루어지는데, 이러한 상태는 용액의 농도가 평형 농도, 즉, 포화 농도로부터 자발적으로 결정을 석출하는 최저 과포화까지의 범위를 의미한다. 이 영역의 농도에서 결정핵형성(crystal nucleation)과 같은 결정화 현상은 일어나지 않으나, 외부로부터 신규 결정을 넣어주면 결정성장(crystal growth)이 일어나서 결정 크기가 증가된다. 즉, 결정을 생성하기 위해 포화농도 이상인 용액에 종정(seed)이 투입되면, 준안정영역(metastable zone)에서 종정이 성장하여 결정의 성장이 이루어진다. 결정화용 용액이 과도하게 농축되거나 급격하게 냉각되면 준안정영역(metastable zone)을 초과하는 과포화 상태가 되어, 결정의 성장이 아닌 신규 결정핵 생성이 발생되어 개체수 증가로 인한 결정성장의 저해요인이 되므로 결정성장을 위해서는 온도조건과 초기 진입 과포화 농도가 중요하다.

D-사이코스는 과포화농도범위에서도 결정생성속도와 결정성장속도에서 거의 변화를 보이지 않는 특성을 나타내므로 입도성장 결정화 조건이 어려운 당류로 분류 할 수 있다. 통상적으로 당류 결정화 산업에서 결정입도의 크기는 중요한 인자로 알려져 있으며, 대량 생산시스템에서 생성된 결정이 미립화 결정일 경우, 결정원심분리장치설비에서 결정과 모액의 분리가 과포화농도구간의 점도로 인해 용이하게 이루어지지 않으므로 잔존하는 모액의 영향으로 최종 제품의 순도가 떨어지게 하며 또한 잔존된 모액은 건조시 결정 상호간의 뭉쳐지는 현상을 발생시켜 최종 제품 포장량이 적어지거나 상품성이 떨어진다. 따라서 이러한 미립자 결정은 대량생산방법으로 적합하지 않다.

대한민국 특허 출원 공개 제2011-0035805호 (2011.04.06 공개)

없음

따라서, 본 발명에서는 연속식 크로마토분리를 통해, 효모 발효를 사용하지 않음으로써 미반응 과당을 공정흐름에서 제거시키지 않고 재사용이 가능한 고순도 D-사이코스 분리액을 얻는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 얻어진 고순도 D-사이코스 분리액을 에탄올 등의 유기용매를 사용하지 않고 결정입도를 성장시킴으로써 결정과 모액 분리를 용이하게 하여 분리, 건조 및 포장까지의 소실을 최소화 할 수 있는 D-사이코스의 제조방법을 제공하고자 한다.

그 외에도, 본 발명에서는 변동비 및 고정비의 절감을 이루어 제조원가를 낮춘 D-사이코스 결정화 방법을 제공하고, 결정화 제조공정 흐름성 및 제품으로서의 상품성이 개선된 MA200 이상의 결정입도를 가진 98%(w/w) 이상의 고순도 D-사이코스를 제조하는 방법을 제시하는 것을 발명의 목적으로 한다.

본 발명의 일 예에서, D-사이코스 용액으로부터 불순물을 제거하여 정제된 D-사이코스 용액을 수득하는 단계; 상기 정제된 D-사이코스 용액을 농축시키는 단계; 상기 농축된 D-사이코스 용액을 30 내지 40℃로 열 교환 냉각하는 단계; 상기 30 내지 40℃의 D-사이코스 용액을 종결정화하여 마스켓을 수득하는 단계; 상기 종결정화된 마스켓을 이용하여 본결정화하는 단계를 포함하는, 순도 98%(w/w) 이상, 입도 MA 200 이상의 고순도 D-사이코스 결정을 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 제조방법을 이용하여, D-사이코스 용액으로부터 유기 용매를 사용하지 않는 경제적인 결정화 공정을 통해 순수하고 산업적 적용에 적합한 형태의 D-사이코스 결정을 제조할 수 있다.

도 1은 D-사이코스의 80 Brix(%) 용액에서 온도에 따른 열변성 순도변화를 보여주는 그래프이다.
도 2는 종결정으로 제조된 D-사이코스의 결정입도를 보여주는 그래프이다.
도 3는 본결정으로 제조된 D-사이코스의 결정입도를 보여주는 그래프이다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다. 본 명세서에 기재되지 않은 내용은 본 발명의 기술 분야 또는 유사 분야에서 숙련된 자이면 충분히 인식하고 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.

본 발명의 일 예는, D-사이코스 용액으로부터 불순물을 제거하여 정제된 D-사이코스 용액을 수득하는 단계; 상기 정제된 D-사이코스 용액을 농축시키는 단계; 상기 농축된 D-사이코스 용액을 30 내지 40℃, 바람직하게는 35 내지 40℃로 열 교환기를 통하여 냉각하는 단계; 상기 30 내지 40℃의 D-사이코스 용액을 종결정화하여 마스켓을 수득하는 단계; 상기 종결정화된 마스켓을 이용하여 D-사이코스 본결정화하는 단계를 포함하는, 순도 98%(w/w) 이상, 입도 MA 200 이상의 고순도 D-사이코스 결정을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에서 사용되는 D-사이코스 용액은, 과당으로부터 D-사이코스 에피머화 효소를 발현하는 코리네박테리움 속 균주 또는 그로부터 분리된 사이코스 에피머화 효소에 의해 제조된 것일 수 있다. '사이코스 에피머화 효소'는 과당을 사이코스로 전환시키는 활성을 갖는 사이코스-3-에피머화 효소를 의미한다.

비제한적인 예로, D-사이코스 용액은 대한민국 특허출원 제2009-0118465호에 기재된 바와 같이, D-사이코스 에피머화 효소를 생산하는 코리네박테리움 글루타미쿰 KCTC 13032를 배양하여 수득된 균체 또는 균체로부터 분리된 효소를 소디움 알기네이트와 같은 고정화 담체에 고정화시킨 후, 과당을 기질로 공급하여 수득될 수 있다.

D-사이코스 용액으로부터 D-사이코스 결정을 수득하기 위해서 D-사이코스의 정제 및 결정화에 영향을 미칠 수 있는 다른 물질들을 제거하여 효율적인 결정화를 위해 필요한 상태로 형성해야 한다. 따라서, 본 발명에 따른 D-사이코스 결정을 제조하는 방법은 D-사이코스 용액으로부터 불순물을 제거하여 정제된 D-사이코스 용액을 수득하는 단계를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 정제된 D-사이코스 용액을 수득하는 단계는 상기 D-사이코스 용액을 탈색제가 충진된 컬럼을 통과시켜 탈색시키는 단계; 상기에서 탈색된 D-사이코스 용액을 이온교환수지 크로마토그래피에 의해 탈염시키는 단계; 및 상기에서 탈염된 D-사이코스 용액을 칼슘 활성기가 부착된 이온교환수지가 충진된 연속식 크로마토그래피를 통해 통과시켜 정제된 D-사이코스 용액을 수득하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 연속식 크로마토그래피를 통과시키는 단계가 모사 이동 베드(SMB) 공정일 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 D-사이코스 용액을 탈염시키는 단계는 양이온 교환수지가 충진된 컬럼, 음이온 교환수지가 충진된 컬럼을 통과시키는 크로마토그래피에 의해 수행될 수 있다. D-사이코스 정제액 제조를 위한 이온교환수지 정제법에서 강염기성 음이온수지를 사용할 경우 D-사이코스의 변성시켜 순도저하가 발생하므로, 고순도 D-사이코스 결정 제조를 위해서는 100% 약알칼리성 음이온수지를 활용하여야 한다. 통상적인 당류(糖類)정제에서 사용되는 강산성양이온수지와 강알칼리성음이온수지의 혼합수지에서도 D-사이코스의 변성이 확인된다. 따라서, D-사이코스 용액을 탈염시키는 단계에서 100% 약알칼리성 음이온수지를 활용해야만 D-사이코스의 변성 없이 효과적인 탈염 정제를 할 수 있다.

또한, 고순도의 D-사이코스를 정제하기 위해서 연속식 크로마토그래피에 의한 분리가 수행될 수 있다. D-사이코스 결정을 수득하기 위한 D-사이코스 용액 중 D-사이코스의 함량은 90 내지 95% 이상이어야 하며, 보다 바람직하게는 95% 이상이여야 한다. D-사이코스 에피머화 효소에 의해 제조된 D-사이코스 용액 중 D-사이코스의 순도는 24%(w/w) 정도로 낮기 때문에 직접 결정화를 수행할 수 없다. 고순도의 D-사이코스 결정을 수득하기 위해서 결정화 단계 전에 탈색 및 탈염에 의해 불순물을 제거하고 연속식 크로마토그래피, 즉 칼슘 활성기가 부착된 이온교환수지가 충진된 컬럼에서의 크로마토그래피에 의해 고순도 D-사이코스를 분리정제 할 수 있다.

본 발명에 따른 D-사이코스 결정을 제조하는 방법은, 통상적인 당류 결정화 방식인 과포화 농도 범위 내에서 고온에서부터 단위시간당 일정 온도 구간으로 서서히 냉각시키는 방법과는 달리, 80 내지 85 Brix(%)의 과포화 농도 범위로 농축(D-사이코스 용액×100/전체 용액)된 D-사이코스 용액을 열 교환기를 통하여 시간당 5 내지 20℃씩 30 내지 40℃의 온도로 급속히 냉각시킨 후 결정화 장치 투입 용액으로 사용한다. 30 내지 40℃의 온도로 냉각하는 경우, 80 내지 85 Brix(%)의 과포화 농도 범위로 농축(D-사이코스 용액×100/전체 용액)된 D-사이코스 용액의 열변성을 방지하여 고순도 분리된 D-사이코스의 순도가 보존되므로 결정화 작업시 결정수율 및 입도크기를 향상시킬 수 있다. 농축설비에서 80 내지 85 Brix(%)의 과포화 농도 범위로 농축(D-사이코스 용액×100/전체 용액)된 D-사이코스 용액을 결정화 장치로 이송하기 위해서는 결정화 장치 20 내지 100%(v/v)용량으로 농축된 D-사이코스 용액을 중간 저장탱크에서 수집, 저장해야 하며 이때의 온도가 60 내지 75℃이므로 D-사이코스의 열변성 온도에 해당되는 구간이다.

구체적으로, D-사이코스의 결정화 시간은 80 내지 120시간 이상으로 이루어져야 하며, 농축된 D-사이코스 용액을 과포화 농도 범위 내에서 열 교환기를 통해 시간당 5 내지 20℃씩 급속히 30 내지 40℃의 온도로 냉각한 후, 결정화 장치에 투입하여 결정화 온도 구간이 30 내지 40℃ 범위 내에서 5 내지 10 회의 승온과 냉각을 반복함으로써 D-사이코스의 결정화가 이루어진다. 즉, 결정화 장치 조업량의 5 내지 20%(v/v)로 80 내지 85 Brix(%)의 과포화 농도 범위로 농축된 30 내지 40℃의 D-사이코스 용액을 투입한 뒤, 결정화 장치의 냉각수 온도를 30 내지 35℃ 범위 내에서 순환시켜주며, 제조된 D-사이코스 종정(Seed)을 최초 투입량 기준, 10 내지 100 ppm(v/v)으로 투입하여 D-사이코스 결정화 반응을 시작하여 마스켓을 수득한다. 본 발명에서 마스켓이란, D-사이코스 종정이 결정화 반응을 시작했을 때의 결정과 용액이 혼합된 슬러리 상태를 의미한다.

또한, D-사이코스 결정의 성장을 유도하기 위해, 결정화 시작 시점부터 10 내지 20 시간 단위로 결정화장치 조업량의 5 내지 20%(v/v)로 80 내지 85 Brix(%) 이상의 과포화 농도 범위로 농축된 30 내지 40℃의 D-사이코스 용액을 투입하는데, 이러한 조작을 2회 이상, 구체적으로 5 내지 10 회 반복하여 결정 마스켓 내부 품온이 30 내지 40℃ 범위 내에서 승온과 냉각이 2회 이상, 구체적으로 5 내지 10회 반복적으로 이루어지게 하여 80 내지 120 시간 동안 D-사이코스 결정성장을 유도시킨다.

본 발명의 제조방법으로 수득된 D-사이코스 결정은 구체적으로 결정입도 MA 200이상, 보다 구체적으로 결정입도 MA 300 이상일 수 있다.

결정입도란 결정의 평균 크기를 나타내는 척도이다. JIS나 ASTM에서는 100배 확대한 현미경 사진으로 한 변이 25mm의 정방형 면적에 포함되는 결정의 수를 측정하고, 그 수를 입도 번호(grain size number)라고 부르며 입도를 나타낸다. 최근에는 결정의 평균 크기라는 의미로도 이용된다. 본 발명에서는 결정의 평균 크기의 의미로 사용되었다.

D-사이코스의 결정입도를 측정하는 방법은 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 방법을 사용할 수 있다. 결정입도를 측정하는 비제한적인 예로, 비교법(FGC), 절단법(FGI), 평적법(FGP) 등이 있다.

결정입도 MA 200 이상인 D-사이코스 결정을 얻기 위해서는 상기와 같은 조건으로 종결정화와 본결정화 2단계로 진행되어야 하며, 종결정화는 본결정화 조업량의 5 내지 20%(v/v)로 실행하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 제조된 종결정화의 입도는 MA 100 내지 MA 150 범위로 얻어지며, 제조된 종결정 전량을 본결정화 장치로 이송하여 상기와 같은 조업방식으로 본결정화를 진행하여 최종적으로 MA 200, 더욱 바람직하게는 MA 300 이상의 결정입도를 가진 98%(w/w) 이상의 고순도 D-사이코스를 제조할 수 있다.

본 발명의 결정화 장치에는 통상적으로 사용되는 당류 결정화 장치를 그대로 또는 적절히 변형하여 활용할 수 있으며, 최종 결정 마스켓으로부터 고순도 D-사이코스 결정과 모액의 분리장치 또한, 통상적으로 사용되는 당류 분리 장치를 그대로 또는 적절히 변형하여 활용할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

실시예

제조예

대한민국 특허출원 제10-2009-0118465호에 개시된 바와 같이, 코리네박테리움 글루타미쿰 KCTC 13032의 발효 배양 및 상기 미생물 또는 그로부터 분리된 D-사이코스 에피머화 효소가 고정화된 담체에 의한 과당의 D-사이코스로의 전환을 포함하는, D-사이코스를 연속 생산하는 방법에 의해 D-사이코스를 제조하였다. 상기 방법에 의해 제조된 D-사이코스의 순도는 약 24%(w/w)로 직접 결정화하기에는 낮은 농도였다. 생산된 D-사이코스 용액을 50 Brix(%)로 농축한 후, 입자상 활성탄소(granulated active carbon)가 충진된 탈색 컬럼을 통과시켜 농축액 내의 유색물질을 제거하였다.

실시예 1

상기 제조예에서 얻어진 반응 결과액의 순도는 24%(w/w)이며 결정화를 위해서는 결정화 D-사이코스의 순도를 90 내지 95%(w/w) 이상으로 높여야 한다. 연속식 크로마토그래피에 의한 D-사이코스의 효율적인 분리를 위해서는 D-사이코스 용액 중의 이온이 제거되어야 한다. 분리 대상 용액 내에 이온 성분이 존재하면 이온 성분과 분리 수지의 활성기가 치환되어 분리능이 저하되므로, 분리 수지를 이용한 순도 90 내지 95%(w/w) 이상의 D-사이코스 연속 분리가 불가능하다.

따라서, 상기 제조예에서 얻어진 순도 24%(w/w)의 D-사이코스 용액을 수소기로 치환된 강산성 양이온 교환 수지(Bayer S1668)와 수산화기로 치환된 약염기성 음이온 교환 수지(Bayer Bayer S4528)가 충진된 컬럼을 통과시켜, 상기 용액 중의 이온 성분을 제거하였다. 이온 성분 제거의 확인은 전기전도계로 측정하였으며, 단위 cm 당 10 마이크로 지맨스 이하가 되도록 조절하였고, 이때의 D-사이코스의 순도는 24%(w/w)로 유지되었다. 시중에 유통되는 약염기성 음이온 교환 수지의 경우, 강염기성 특성을 일부 지니고 있으므로 D-사이코스의 순도저하로 인한 소실없이 탈염을 진행하기 위해서는 강염기성 특성을 지니지 않은 100% 약염기성 음이온 수지를 사용해야 한다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 탈색 및 탈염으로 유색 물질 및 이온 성분 등의 불순물을 제거한 순도 24%(w/w) D-사이코스 용액을 60 Brix(%)까지 농축하여 organo사의 ASMB 6Tower 장치를 활용하여 칼슘기로 치환시킨 이온 교환 수지(Amberlite CR1310Ca)에 통과시켜 정제된 D-사이코스 용액을 수득하였다. 상기 이온 교환 수지 컬럼 내에 충진된 이온교환 수지의 양은 10 L 였고, 통과시킨 시료, 즉 실시예 1에서 제조된 정제된 D-사이코스 용액의 양은 2 L/cycle 였으며, 운전 온도는 60℃ 였다. 시료를 주입하고 5 L/cycle의 탈이온수로 용출시킨 후, 얻어진 D-사이코스의 순도는 95%(w/w)였다.

실시예 3

상기 실시예 2에 의해 정제 분리된 순도 95%(w/w) D-사이코스 용액을 수득한 후, 이를 80.0 Brix(%)으로 농축한 뒤, 순도 95%(w/w) D-사이코스 용액을 열 교환기를 통해 시간당 10℃씩 급속히 냉각하여 40℃로 냉각한 후, 결정화장치 조업량의 20%(v/v)로 D-사이코스 용액을 투입한 뒤, 결정화 장치의 냉각수 온도를 35℃로 순환시켜주며, 제조된 D-사이코스 종정(Seed)을 최초 투입량 기준 100 ppm(v/v)으로 투입하여 D-사이코스 종결정화 반응을 시작한다. D-사이코스 결정의 성장을 유도하기 위해, 결정화 시작 시점부터 12 시간 단위로 결정화장치 조업량의 20%(v/v)로 80.0 Brix(%) 농축된 40℃의 D-사이코스 용액을 추가로 투입하는 조작 과정을 4회 반복하여 결정 마스켓 내부 품온이 35 내지 40℃ 범위 내에서 승온과 냉각이 4회 반복적으로 이루어지게 한다. 최종적으로 결정화 시작 시점부터 60시간 동안 D-사이코스 종결정 반응이 이루어진다. D-사이코스 종결정화 마스켓을 고순도 D-사이코스 결정과 모액 분리를 통한 결정원심분리장치를 사용하여 분리, 건조, 체별 한 후 최종 수득된 D-사이코스 결정의 순도는 99.4%(w/w), 입도는 MA 135.5 이였고, 수율은 35.2 % 였다.

실시예 4

상기 실시예 3에 의해 제조된 D-사이코스 종결정화 마스켓으로 D-사이코스 본결정화를 실행한다. 결정화장치 조업량의 20%(v/v)로 D-사이코스 종결정화 마스켓을 투입한 뒤, 결정화 장치의 냉각수 온도를 35℃로 순환시켜주며, 실시예 2에서 정제 분리된 순도 95%(w/w) D-사이코스 용액을 80.0 Brix(%)으로 농축하고, 열 교환기를 통해 시간당 10℃씩 급속히 40℃로 냉각하여 결정화장치 조업량의 20%(v/v)로 동시에 투입하여 초기 본결정화 총량을 결정화장치 조업량의 40%(v/v)로 개시한다. D-사이코스 결정의 성장을 유도하기 위해 결정화 시작 시점부터 20 시간 단위로 결정화장치 조업량의 20%(v/v)로 80.0 Brix(%) 농축된 40℃ D-사이코스 용액을 추가로 투입하는 조작을 3회 반복하여 결정 마스켓 내부 품온이 35 내지 40℃ 범위 내에서 승온과 냉각이 3회 반복적으로 이루어지게 한다. 최종적으로 결정화 시작 시점부터 80 시간 동안 D-사이코스 본결정화 반응이 이루어진다. D-사이코스 본결정화 마스켓을 고순도 D-사이코스 결정과 모액 분리를 통한 결정원심분리장치를 사용하여 분리, 건조, 체별 한 후 최종 수득된 D-사이코스 결정의 순도는 99.8%(w/w), 입도는 MA 373.9 이였고, 수율은 52.8 % 였다.

비교예 1

상기 제조예에서 얻어진 탈색된 D-사이코스 순도 24%(w/w) 용액을 수소기로 치환된 강산성 양이온 교환 수지(Bayer S1668)와 수산화기로 치환된 약염기성 음이온 교환 수지(Bayer S4268)가 충진된 컬럼을 통과시킨 후, 최종 단계에서 강산성 양이온 교환수지 및 강염기성 음이온 교환 수지가 혼합 충진된 이온 교환 컬럼(Bayer NM60)을 통과시켜, 상기 용액 중의 이온 성분을 제거하였다. 이온 성분 제거의 확인은 전기전도계로 측정하였으며, 단위 cm 당 10 마이크로 지맨스 이하가 되도록 조절하였고, 이때의 D-사이코스의 순도는 21.2%(w/w)로 감소되었다.

비교예 2

상기 제조예에서 얻어진 반응 결과액의 D-사이코스 순도 24%(w/w) 용액을 수소기로 치환된 강산성 양이온 교환 수지(Bayer S1668)와 수산화기로 치환된 약염기성 음이온 교환 수지(Bayer S4268)가 충진된 컬럼을 통과시켜, 상기 용액 중의 이온 성분을 제거하였다. 이온 성분 제거의 확인은 전기전도계로 측정하였으며, 단위 cm 당 10 마이크로 지맨스 이하가 되도록 조절하였고, 이때의 D-사이코스의 순도는 22.8%(w/w)로 감소되었다.

비교예 3

상기 실시예 2에 의해 정제 분리된 순도 95%(w/w) D-사이코스 용액을 수득한 후, 이를 85 Brix(%)로 농축한 뒤, 결정화장치 내에서 순도 95%(w/w) D-사이코스 용액 온도를 50℃에서 35℃까지 시간당 0.31℃, 48시간 동안 냉각하여 결정화를 진행하였고, 최종 결정 마스켓으로부터 고순도 D-사이코스 결정과 모액의 분리를 통한 결정원심분리장치를 사용하여 분리한 결과, 최종 결정 마스켓 내의 고순도 D-사이코스 결정과 모액의 분리가 이루어지지 않았다.

비교예 4

상기 실시예 2에 의해 정제 분리된 순도 95%(w/w) D-사이코스 용액을 수득한 후, 이를 82.5 Brix(%)로 농축한 뒤, 결정화장치 내에서 순도 95%(w/w) D-사이코스 용액 온도를 50℃에서 35℃까지 시간당 0.30℃, 50시간 동안 냉각하여 결정화를 진행하였고, 최종 결정 마스켓으로부터 고순도 D-사이코스 결정과 모액의 분리를 통한 결정원심분리장치를 사용하여 분리, 건조, 체별 한 후 최종 수득된 D-사이코스 결정의 순도는 98.5%(w/w), 입도는 MA 82 이였고, 수율은 20.9 % 였다.

비교예 5

상기 실시예 2에 의해 정제 분리된 순도 95%(w/w) D-사이코스 용액을 수득한 후, 이를 82.5 Brix(%)로 농축한 뒤, 결정화장치 내에서 순도 95%(w/w) D-사이코스 용액 온도를 50℃에서 35℃까지 시간당 0.15℃, 100시간 동안 냉각하여 결정화를 진행하였고, 최종 결정 마스켓으로부터 고순도 D-사이코스 결정과 모액의 분리를 통한 결정원심분리장치를 사용하여 분리, 건조, 체별 한 후 최종 수득된 D-사이코스 결정의 순도는 98.9%(w/w), 입도는 MA 95 이였고, 수율은 24.5 % 였다.

비교예 6

상기 실시예 2에 의해 정제 분리된 순도 95%(w/w) D-사이코스 용액을 수득한 후, 이를 82.5 Brix(%)로 농축한 뒤, 결정화장치 내에서 순도 95%(w/w) D-사이코스 용액 온도를 50℃에서 35℃까지 시간당 0.08℃, 200시간 동안 냉각하여 결정화를 진행하였고, 최종 결정 마스켓으로부터 고순도 D-사이코스 결정과 모액의 분리를 통한 결정원심분리장치를 사용하여 분리, 건조, 체별 한 후 최종 수득된 D-사이코스 결정의 순도는 97.9%(w/w), 입도는 MA 75 이였고, 수율은 17.2 % 였다.

상기 실시예 및 비교예에서, 강염기성 이온 교환 수지를 사용한 비교예 1 및 100% 약염기성이 아닌 시중의 약염기성 이온 교환 수지를 사용한 비교예 2는 실시예 1에 비해 D-사이코스의 순도가 낮았다. 또한 통상적인 당류 결정화 방식인 과포화 농도 범위 내에서 고온에서부터 단위시간당 일정 온도 구간으로 서서히 냉각시키는 방법을 사용한 비교예 3 내지 5는, D-사이코스 결정과 모액의 분리가 이루어지지 않거나 실시예에 비해 순도, 입도 및 수율이 모두 낮았다. 이로부터, 본 발명의 D-사이코스 결정 제조 방법이 기존의 냉각결정화 방법에 비해 상품성이 뛰어난 D-사이코스를 제조할 수 있다는 것을 확인하였다.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시예일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims

D-사이코스 용액으로부터 불순물을 제거하여 정제된 D-사이코스 용액을 수득하는 단계; 상기 정제된 D-사이코스 용액을 농축시키는 단계; 상기 농축된 D-사이코스 용액을 30 내지 40℃로 열 교환기를 통하여 냉각하는 단계; 상기 30 내지 40℃의 D-사이코스 용액을 종결정화하여 마스켓을 수득하는 단계; 상기 종결정화된 마스켓을 이용하여 본결정화 시키는 단계를 포함하는,
순도 98%(w/w) 이상, 입도 MA 200 이상의 고순도 D-사이코스 결정을 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 D-사이코스 용액으로부터 불순물을 제거하여 정제된 D-사이코스 용액을 수득하는 단계가,
상기 D-사이코스 용액을 탈색제가 충진된 컬럼을 통과시켜 탈색시키는 단계;
상기에서 탈색된 D-사이코스 용액을 이온교환수지 크로마토그래피에 의해 탈염시키는 단계; 및
상기에서 탈염된 D-사이코스 용액을 칼슘 활성기가 부착된 이온교환수지가 충진된 연속식 크로마토그래피를 통과시켜 정제된 D-사이코스 용액을 수득하는 단계를 포함하는, 고순도 D-사이코스 결정을 제조하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 이온교환수지 크로마토그래피에 사용되는 음이온수지가 100% 약염기성음이온수지인, 고순도 D-사이코스 결정을 제조하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 연속식 크로마토그래피를 통과시키는 단계가 모사 이동 베드(SMB) 공정인, 고순도 D-사이코스 결정을 제조하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 연속식 크로마토그래피를 통해 정제된 D-사이코스 용액의 D-사이코스의 순도가 95%(w/w) 이상인, 고순도 D-사이코스 결정을 제조하는 방법.
제5항에 있어서, 상기 D-사이코스의 순도가 95%(w/w) 이상인 D-사이코스 용액을 80 내지 85 Brix(%)의 농도로 농축하는 단계를 포함하는, 고순도 D-사이코스 결정을 제조하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 80 내지 85 Brix(%)의 농도로 농축된 D-사이코스 용액을 30 내지 40℃로 열 교환기를 통하여 냉각하는 단계를 포함하는, 고순도 D-사이코스 결정을 제조하는 방법.
제7항에 있어서, 상기 30 내지 40℃로 열 교환기를 통하여 냉각된 D-사이코스 용액을 종결정화 하는 단계를 포함하는, 고순도 D-사이코스 결정을 제조하는 방법.
제8항에 있어서, 상기 종결정화 하는 단계의 온도가 30 내지 40℃이고, 상기 30 내지 40℃로 냉각된 D-사이코스 용액을 2회 이상 단위시간당 일정량 추가 혼합하는 단계를 포함하는, 고순도 D-사이코스 결정을 제조하는 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 종결정화된 마스켓을 이용하여 본결정화 시키는 단계가,
상기 D-사이코스의 순도가 95%(w/w) 이상이고, 30 내지 40℃로 열교환 냉각 및 80 내지 85 Brix(%)의 농도로 농축된 D-사이코스 용액으로 본결정화 하는 것인, 고순도 D-사이코스 결정을 제조하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 본결정화 하는 단계의 온도가 30 내지 40℃이고, 상기 30 내지 40℃로 냉각된 D-사이코스 용액을 2회 이상 단위시간당 일정량 추가 혼합하는 단계를 추가로 포함하는, 고순도 D-사이코스 결정을 제조하는 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된, 고순도 D-사이코스 결정.