KR20230080323A - 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정 및 3-하이드록시프로피온산 포함 슬러리 조성물 - Google Patents

3-하이드록시프로피온산의 회수 공정 및 3-하이드록시프로피온산 포함 슬러리 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 알칼리 금속염 존재 하에, 3-하이드록시프로피온산을 포함하는 농축액에서 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 형성하는 단계, 상기 농축액에서 분리된 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액을 제조하는 단계, 및 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액에 암모니아를 투입하는 단계를 포함하는 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정과, 상기 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정에서 제조된 침전물 및 3-하이드록시프로피온산을 포함하는 슬러리 조성물에 관한 것이다.

Description

3-하이드록시프로피온산의 회수 공정 및 3-하이드록시프로피온산 포함 슬러리 조성물{PROCESS OF RECOVERING 3-HYDROXYPROPIONIC ACID AND SLURRY COMPOSITION COMPRISING 3-HYDROXYPROPIONIC ACID}
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 발명은 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정 및 3-하이드록시프로피온산 포함 슬러리 조성물에 관한 것이다.
3-하이드록시프로피온산(3-hydroxypropionic acid; 3HP)은 아크릴산(acrylic acid), 아크릴산메틸(methyl acrylate), 아크릴아마이드(acrylamide) 등의 다양한 화학 물질로 전환 가능한 플랫폼 화합물이다. 2004년 미국 Department of Energy(DOE)로부터 Top 12 value-added bio-chemical로 선정된 이후 학계와 산업계에서 활발히 연구되고 있다.
3-하이드록시프로피온산의 생산은 크게 화학적 방법과 생물학적 방법의 두 가지 방법으로 이루어지나, 화학적 방법의 경우 초기 물질이 고가인 점, 생산 과정 중 독성 물질이 생성되는 점 등에 의해 비친환경적이라는 지적이 있어, 친환경적인 바이오 공정이 각광받고 있다.
미생물 발효에 의한 유기산의 제조시, 미생물을 발효하는 과정에서 3-하이드록시프로피온산 등의 유기산 이외에 다른 부산물도 함께 생성되기 때문에, 발효액으로부터 유기산을 추출 및 분리하는 과정이 필요하다. 미생물 발효액으로부터 유기산을 추출 및 분리하는 방법으로는 전기 투석법, 역삼투막법, 유기산을 함유하는 용액-유기용매 반응 추출법 등이 사용되고 있으며, 특히, 수산화나트륨(NaOH)를 이용한 역추출법이 수율이 높아 널리 이용되고 있다. 그러나, 이들 방법의 경우 생성물이 유기산염 형태이므로 이를 유기산으로 전환하기 위한 공정이 추가적으로 필요하며 순도가 낮은 단점이 있다.
3-하이드록시프로피온산은 발효 공정을 통해 생산되는 다른 유기산들과는 달리, 높은 친수성을 나타내고, 물에 대한 용해도 및 반응성이 높다. 이에 따라 침전 또는 추출과 같은 종래 유기산 분리 정제 공정을 적용하기 어렵다.
반응 추출법은, 유기산과 반응성이 좋은 아민 또는 알코올과 같은 활성 희석액(active diluent)을 이용하여, 유기산을 추출하는 방법으로, 유기산의 선택적 추출이 가능하고, 추출 효율이 비교적 높다. 이에 따라, 3HP의 분리 정제 시에도 상기 반응 추출법을 적용하는 것이 시도되고 있다. 일례로, 상기 아민으로서 트리옥틸아민(trioctylamine; TOA)을 사용하는 방법이 제안되었으나, 3HP의 추출 효율이 낮고, 또 다량의 유기 용매가 필요하다는 문제점이 있다. 또, 아민으로서 트리데실아민(tridecylamine)을 사용하는 경우에는, TOA 보다 3HP의 추출 효율은 높지만, 추출 시 유기상과 수상이 분리되지 않는 에멀젼(emulsion) 현상이 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 미생물 발효액 등 3-하이드록시프로피온산 포함 원료액으로부터 고순도 및 고수율의 3-하이드록시프로피온산을 회수하는 공정의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 3-하이드록시프로피온산염 결정 포함 용액에 암모니아를 투입하여 고수율 및 고순도의 3-하이드록시프로피온산을 회수하는 공정과, 상기 공정에서 형성된 침전물과 3-하이드록시프로피온산을 포함하는 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
본 명세서에서는, 알칼리 금속염 존재 하에, 3-하이드록시프로피온산을 포함하는 농축액에서 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 형성하는 단계; 상기 농축액에서 분리된 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액을 제조하는 단계; 및 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액에 암모니아를 투입하는 단계를 포함하는 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정이 제공된다.
또한, 본 명세서에서는, 하기 구조식 4로 표시되는 침전물 및 3-하이드록시프로피온산을 포함하는 3-하이드록시프로피온산 포함 슬러리 조성물이 제공된다.
[구조식 4]
Cation(OH)P
상기 Cation는 Mg2+ 또는 Ca2+이고, Mg2+인 것이 보다 바람직하다.
상기 p는 상기 양이온과 결합하는 수산화 이온(OH-)의 수로, 1 이상의 정수이다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정 및 3-하이드록시프로피온산 포함 슬러리 조성물에 대해서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 명세서에서 기술하는 제조 방법을 구성하는 단계들은 순차적 또는 연속적임을 명시하거나 다른 특별한 급이 있는 경우가 아니면, 하나의 제조 방법을 구성하는 하나의 단계와 다른 단계가 명세서 상에 기술된 순서로 제한되어 해석되지 않는다. 따라서 당업자가 용이하게 이해될 수 있는 범위 내에서 제조 방법의 구성 단계의 순서를 변화시킬 수 있으며, 이 경우 그에 부수하는 당업자에게 자명한 변화는 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.
본 명세서에서 알카리 금속은 알카리 금속 및 알카리 토금속을 모두 포함하는 의미이다.
발명의 일 구현예에 따르면, 알칼리 금속염 존재 하에, 3-하이드록시프로피온산을 포함하는 농축액에서 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 형성하는 단계; 상기 농축액에서 분리된 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액을 제조하는 단계; 및 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액에 암모니아를 투입하는 단계를 포함하는 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정을 제공한다.
본 발명자들은, 알칼리 금속염이 존재하는 상태에서 3-하이드록시프로피온산을 농축하여 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 형성하고, 분리된 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 포함하는 용액에 암모니아를 투입하는 경우, 고순도 및 고수율로 3-하이드록시프로피온산을 회수할 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하였다. 또한, 상기 암모니아 투입을 통해 제조된 침전물을 슬러리로부터 여과한 이후, 여과액에서 암모니아를 탈기하고 암모늄 이온을 흡착 제거하는 경우, 질소 포함 화합물도 모두 제거되어 고순도 및 고수율로 3-하이드록시프로피온산을 회수할 수 있다.
종래에는 이온 교환 수지 이용 방법 및 석고(Gypsum)을 침전 방법을 이용하여 3-하이드록시프로피온산을 회수하였으나, 상기 이온 교환 수지 이용 방법 방법은 폐수가 다량으로 발생하는 문제점이 있어 상업적인 적용이 용이하지 않으며, 상기 석고(Gypsum)를 침전 방법은 상기 석고(Gypsum)의 판매가 불가능할 경우 폐기물이 발생한다는 문제점이 있다.
그러나, 상기 일 구현예에 따른 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정은, 상기 여과된 침전물을 중화제로서 재사용될 수 있고, 예를 들어, 상기 3-하이드록시프로피온산을 미생물 발효를 통해 생물학적 방법으로 생산하는 경우 발효 공정의 중화제로서 상기 침전물을 재사용할 수 있다. 또한, 상기 3-하이드록시프로피온산을 포함하는 농축액에서 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 형성하는 단계에서 상기 알칼리 금속염으로 상기 침전물을 재사용할 수 있다. 따라서, 상기 침전물은 폐기되지 않고 공정 중에 재사용 가능하므로, 폐기물 발생이 억제되어 친환경적인 회수 공정이 구현될 수 있다.
또한, 회수된 상기 암모니아와 암모늄 이온은 비료 제조 등의 분야에서 재활용될 수 있음으로 인해, 폐기물 발생이 억제되어 친환경적인 3-하이드록시프로피온산 회수 공정을 구현할 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정은, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액에 암모니아를 투입할 수 있다.
상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액에 암모니아를 투입하는 경우 침전물을 포함하는 슬러리 조성물이 형성될 수 있으며, 예를 들어 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정이 Mg(3HP)2인 경우, 하기 반응식 1과 같이, Mg(OH)2 침전물, 3-하이드록시프로피온산의 암모늄염, 암모늄 이온 및 음이온 형태의 3-하이드록시프로피온산 등을 포함하는 슬러리 조성물이 생성될 수 있다. 또한, 이러한 슬러리 조성물로부터 Mg(OH)2 침전물을 여과하여, 마그네슘 원소(Mg) 또는 마그네슘 양이온을 대부분 제거할 수 있다.
[반응식 1]
Mg(3HP)2 + 2NH3 + 2H2O -> Mg(OH)2 + 2NH4 + + 2(3HP-)
상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액에는 암모니아 또는 암모니아가 용해된 암모니아수가 투입될 수 있다.
또한, 상기 암모니아의 함량은 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 100 중량부에 대해 50 중량부 이상, 70 중량부 이상, 100 중량부 이상일 수 있고, 400 중량부 이하, 300 중량부 이하, 150 중량부 이하일 수 있다.
상기 암모니아의 함량이 지나치게 적은 경우 3-하이드록시프로피온산염의 결정에서 마그네슘 등과 같은 양이온을 제거하는 효율이 낮아져 최종적으로 회수되는 3-하이드록시프로피온산의 함량이 적을 수 있고, 상기 암모니아의 함량이 지나치게 많은 경우 제올라이트 등의 흡착제를 이용하여 3-하이드록시프로피온산 수용액을 회수하는 이후 공정에서 암모늄 이온이 과도하게 잔류하여 흡착제 처리 공정이 여러 번 반복되어야 할 수 있어 경제성이 저하될 수 있다.
상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액에 암모니아를 투입하는 단계는, 상기 암모니아를 투입한 이후 교반하는 공정을 수행할 수 있고, 교반은 상온에서 5 시간 이상, 10 시간 이상, 13 시간 이상, 15 시간 이상 수행될 수 있고, 40 시간 이하, 30 시간 이하, 25 시간 이하 수행될 수 있다.
상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액에 암모니아를 투입하는 단계에서, 하기 구조식 3으로 표시되는 침전물을 포함하는 슬러리 조성물이 형성될 수 있다.
[구조식 3]
Cation(OH)P
상기 구조식 3에서 Cation는 상기 알카리 금속염의 양이온이고, 상기 p는 상기 양이온과 결합하는 수산화 이온(OH-)의 수로, 1 이상의 정수이다.
상기 양이온은, 예를 들어, Mg2+ 또는 Ca2+일 수 있으나, Mg2+인 경우 침전물이 보다 효과적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 침전물의 입경은 1.0 ㎛ 이상, 1.5 ㎛ 이상, 10.0 ㎛ 이상, 13.0 ㎛ 이상, 15.0 ㎛ 이상일 수 있고, 300.0 ㎛ 이하, 250.0 ㎛ 이하, 200.0 ㎛ 이하, 150.0 ㎛ 이하, 100.0 ㎛ 이하, 50.0 ㎛ 이하, 30.0 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 침전물이 상술한 입경을 만족함으로 인해 슬러리로부터 여과 분리가 매우 용이할 수 있다. 상기 침전물은 각상, 구상, 판상, 침상의 다양한 입자 형태를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 침전물의 입경은 주사전자현미경(SEM)으로 측정될 수 있으며, 이때 침전물의 입경은 침전물에 포함된 결정면 간의 직선거리 중 거리가 가장 긴 결정면 간의 직선거리를 기준으로 측정된 것일 수 있다.
상기 침전물은 중화제로서 재사용될 수 있고, 예를 들어, 상기 3-하이드록시프로피온산을 미생물 발효를 통해 생물학적 방법으로 생산하는 경우 발효 공정의 중화제로서 상기 침전물을 재사용할 수 있다. 또한, 상기 3-하이드록시프로피온산을 포함하는 농축액에서 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 형성하는 단계에서 상기 알칼리 금속염으로 상기 침전물을 재사용할 수 있다. 따라서, 상기 침전물은 폐기되지 않고 공정 중에 재사용 가능하므로, 폐기물 발생이 억제되어 친환경적인 회수 공정이 구현될 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정은 상기 슬러리를 여과하여 여과액을 회수하고, 감압 조건에서 상기 여과액으로부터 암모니아를 탈기(stripping)할 수 있다.
상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액에 암모니아를 투입하는 단계를 통해 형성된 슬러리 조성물에는, 상기 침전물, 3-하이드록시프로피온산의 암모늄염, 암모늄 이온 및 음이온 형태의 3-하이드록시프로피온산 등을 포함하고, 상기 슬러리 조성물을 여과하여 상기 침전물을 분리 제거함에 따라 여과액에는 상기 3-하이드록시프로피온산의 암모늄염, 암모늄 이온 및 음이온 형태의 3-하이드록시프로피온산 등이 포함될 수 있다. 또한, 상기 여과액에 포함된 암모늄 이온 등은 감압 조건에서 암모니아로 탈기될 수 있다.
한편, 상기 여과액에는 상기 침전물을 세척한 후 여과한 세척 후 여과액을 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 암모니아가 탈기되는 감압 조건은 50 mbar 이상, 80 mbar 이상, 100 mbar 이상, 130 mbar 이상일 수 있고, 400 mbar 이하, 300 mbar 이하, 250 mbar 이하, 200 mbar 이하일 수 있다. 상기 감압 조건이 상술한 범위를 만족함에 따라 상기 여과액에서 암모니아가 탈기될 수 있다.
또한, 상기 암모니아 탈기 공정에서 온도 조건은 25 ℃ 이상, 35 ℃ 이상, 45 ℃ 이상, 50 ℃ 이상, 55 ℃ 이상, 60 ℃ 이상, 65 ℃ 이상일 수 있고, 80 ℃ 이하, 75 ℃ 이하, 70 ℃ 이하일 수 있다. 또한, 상기 탈기 공정은 30 분 이상, 40 분 이상, 50 분 이상 이루어지거나, 3 시간 이하, 2시간 이하의 시간 동안 이루어질 수 있다.
상기 암모니아 탈기 공정이 완료된 이후, 상온으로 냉각하여 암모니아가 제거된 여과액을 회수할 수 있다.
한편, 상기 암모니아 탈기 공정에서 제거된 암모니아는, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액에 암모니아를 투입하는 단계에서 재사용될 수 있으며, 비료 제조 등의 분야에서 재활용될 수 있다. 이에 따라 상기 3-하이드록시프로피온산 회수 공정은 폐기물 발생이 억제되어 친환경적인 공정이 구현될 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정은, 상기 암모니아가 제거된 여과액에 흡착제를 투입하여 암모늄 이온을 흡착 제거할 수 있다.
상기 암모니아가 제거된 여과액에는 3-하이드록시프로피온산 및 암모늄 이온이 포함됨에 따라, 상기 흡착제를 이용하여 암모늄 이온을 제거하여 고수율 및 고순도의 3-하이드록시프로피온산이 회수될 수 있다.
상기 흡착제의 투입량은 상기 암모니아가 제거된 여과액 100 중량%에 대해, 10 중량% 이상, 20 중량% 이상, 30 중량% 이상일 수 있고, 80 중량% 이하, 70 중량% 이하, 60 중량% 이하일 수 있다.
상기 흡착제의 투입은 2회 이상 진행될 수 있으며, 상기 흡착제가 2회 이상 투입되는 경우 각 회차당 투입되는 흡착제의 함량은 상술한 흡착제의 투입량을 만족할 수 있다. 한편, 상기 흡착제가 2회 투입되는 경우, 상기 암모늄 이온을 상기 흡착제가 흡착 제거하고, 여과를 통해 흡착제를 제거한 후, 흡착제를 새롭게 투입하여 나머지 암모늄 이온을 흡착 제거할 수 있다. 이후, 암모늄 이온을 흡착한 흡착제를 여과를 통해 제거하여 최종적으로 고수율 및 고순도의 3-하이드록시프로피온산이 회수될 수 있다.
한편, 상기 흡착제는 제올라이트, 활성탄, 실리카겔 및 알루미나겔로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 상기 여과액에서 암모늄 이온을 대부분 제거하기 위해 상기 제올라이트를 흡착제로 사용할 수 있다.
한편, 상기 암모늄 이온을 흡착 제거한 제올라이트는 고온 열처리를 통해 양성자 형태의 제올라이트로 변환 가능하다. 따라서, 상기 암모니아가 제거된 여과액에 투입되기 전에 상기 제올라이트는 열처리를 통해 암모늄 이온이 제거될 수 있고, 암모늄 이온을 흡착한 이후에도 상기 제올라이트를 열처리하여 암모늄 이온을 제거할 수 있다. 따라서, 상기 제올라이트는 열처리를 통해 재생이 가능하므로 폐기물 발생이 억제되어 친환경적인 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정이 구현될 수 있다.
또한, 상기 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정에 의한 3-하이드록시프로피온산 회수율은 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 또는 90% 이상, 예컨대, 40 내지 99.9%, 50 내지 99.9%, 60 내지 99.9%, 70 내지 99.9%, 80 내지 99.9%, 90 내지 99.9%, 40 내지 99%, 50 내지 99%, 60 내지 99%, 70 내지 99%, 80 내지 99%, 90 내지 99%, 40 내지 97%, 50 내지 97%, 60 내지 97%, 70 내지 97%, 80 내지 97%, 90 내지 97%, 40 내지 95%, 50 내지 95%, 60 내지 95%, 70 내지 95%, 80 내지 95%, 또는 90 내지 95%일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 회수율은 중량 기준으로 산정된 것일 수 있다.
한편, 상기 일 구현예에 따른 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정은 알칼리 금속염 존재 하에, 3-하이드록시프로피온산을 포함하는 농축액에서 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 3-하이드록시프로피온산을 포함하는 농축액은 300 g/L 이상, 350 g/L 이상, 400 g/L 이상, 450 g/L 이상, 500 g/L 이상의 농도로 3-하이드록시프로피온산을 포함할 수 있고, 900 g/L 이하, 850 g/L 이하, 800 g/L 이하의 농도로 3-하이드록시프로피온산을 포함할 수 있다. 상기 3-하이드록시프로피온산의 결정의 생성 여부는 알칼리 금속염의 존재와 상기 농축액에서의 상기 3-하이드록시프로피온산의 농도 등에 따라 영향을 받는 것으로 보인다.
또한, 상기 농축액 상에서 3-하이드록시프로피온산의 결정의 농도가 상기 3-하이드록시프로피온산의 결정의 수 용해도(Water Solubility) 보다 높은 경우, 상기 3-하이드록시프로피온산의 결정이 보다 용이하게 생성될 수 있다. 예를 들어, 상기 3-하이드록시프로피온산의 결정인 Ca(3HP)2의 수 용해도(Water Solubility)는 상온에서 450 g/L이므로, 상기 농축액에서의 3-하이드록시프로피온산의 농도가 450 g/L 초과하는 경우 Ca(3HP)2 결정이 생성이 촉진될 수 있다. 또한, 상기 3-하이드록시프로피온산의 결정인 Mg(3HP)2의 수 용해도(Water Solubility)는 상온에서 250 g/L이므로, 상기 농축액에서의 3-하이드록시프로피온산의 농도가 250 g/L 초과하는 경우 Mg(3HP)2 결정의 생성이 촉진 수 있다.
상기 알칼리 금속염을 포함하면서도, 상술한 농도를 만족하는 농축액으로부터 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 형성할 수 있으며, 상기 알칼리 금속염은 3-하이드록시프로피온산염의 결정 형성하기 위한 목적 범위에서 제한 없이 선택될 수 있으며, 예를 들어 상기 알칼리 금속염은 Mg2+ 및 Ca2+로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 양이온을 포함할 수 있으나, 특히 Mg2+ 양이온 또는 이의 염을 사용하는 경우 3-하이드록시프로피온산염의 결정이 보다 효과적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 알칼리 금속염은 Ca(OH)2, Mg(OH)2 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 알칼리 금속염은 상기 3-하이드록시프로피온산 발효액을 생산하는 공정에서 첨가되어 잔류하거나, 상기 3-하이드록시프로피온산을 300 g/L 이상 포함하는 농축액에서 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 형성하는 공정 중에 첨가될 수 있다. 또한, 상기 알칼리 금속염의 농도는 3-하이드록시프로피온산 농도의 10% 내지 100%, 또는 30% 내지 90% 일 수 있으며, 예를 들어 10 내지 900 g/L, 50 내지 800 g/L, 100 내지 700 g/L 또는 200 내지 600 g/L의 농도로 상기 농축액에서 존재할 수 있다.
또한, 상기 3-하이드록시프로피온산을 포함하는 농축액에서 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 형성하는 단계에서는, 상기 3-하이드록시프로피온산의 농축액을 비용매를 접촉시키는 공정을 더 포함할 수 있으며, 상기 농축액과 비용매를 접촉시키는 경우 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 보다 용이하게 형성할 수 있다. 상기 알칼리 금속염이 존재 하에 형성된 3-하이드록시프로피온산의 농축액을 비용매를 접촉시키면 과농축에 의해 빠른 속도로 생성되는 결정에 비해 결정 생성 속도를 제어하여 순수한 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 형성된 후 결정 사이즈를 키울 수 있다. 이러한 3-하이드록시프로피온산염의 결정의 경우, 결정 내부에 매우 낮은 함량의 불순물을 포함하며 고른 결정생성으로 인하여 여과성이 우수하여, 정제가 용이할 뿐만 아니라, 결정 상태에서 형태 안정성 및 가열 안정성 등도 우수하여, 높은 순도를 갖는 3-하이드록시프로피온산을 효율적으로 대량 생산 가능하다.
예를 들어, 알칼리 금속염 존재 하에 형성된 3-하이드록시프로피온산의 농축액에 비용매를 접촉시키는 경우 3-하이드록시프로피온산의 알카리 금속염이 생성되며, 생성된 3-하이드록시프로피온산의 알카리 금속염의 농도가 증가하면서 미세 결정을 이루게 되어 고체-액체 상분리가 일어나게 된다. 이후 결정화가 진행됨에 따라 3-하이드록시프로피온산의 알카리 금속염은 고체 결정(3-하이드록시프로피온산염의 결정)으로 성장하여, 글리세롤, 1,3-프로판디올 등과 같은 액상의 불순물과 분리되면서 생성된 3-하이드록시프로피온산염의 결정은 불순물을 매우 낮은 함량으로 포함하게 된다. 이때, 상기 비용매는 생성된 3-하이드록시프로피온산의 알카리 금속염의 결정화를 촉진시키는 역할을 하여, 고체-액체 분리능이 증가되며 보다 높은 순도를 갖는 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 생성할 수 있게 한다.
상기 3-하이드록시프로피온산의 농축액과 비용매 간의 부피비는 3-하이드록시프로피온산의 농도나 농축액 및 비용매의 부피를 고려하여 결정할 수 있으며, 예를 들어 상기 농축액과 상기 비용매는 1:0.5 내지 1:20, 또는 1:0.5 내지 1:10, 또는 1:0.8 내지 1:8, 또는 1:1 내지 1:5의 부피 비율로 사용될 수 있다.
상기 농축액에 비해 비용매의 부피가 지나치게 적으면, 결정이 생성되는 농도가 높아 결정의 생성속도가 빨라지게 되어 순수한 결정입자가 천천히 생성되지 못하고 불규칙적인 결정 입자가 빠르게 형성될 수 있고, 고체-액체의 분리능이 낮아 액상의 불순물과 정제해야 할 3-하이드록시프로피온산의 알카리 금속염이 분리하기 어려울 수 있다. 또한, 상기 농축액에 비해 비용매의 부피가 지나치게 많으면, 비용매에 대한 용해도에 의해 경우에 따라 생성된 결정이 녹아 풀릴 수 있으며, 결정 생성 후 결정 여과과정에서 시간이 증가하며, 폐액량 증가로 이어져 경제적이지 않을 수 있다.
상기 비용매는 알코올계 비용매, 케톤계 비용매, 니트릴계 비용매 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있고, 보다 구체적으로 알코올계 비용매 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 케톤계 비용매는 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논, 디에틸케톤, 아세토페논, 메틸이소부틸케톤, 메틸이소아밀케톤, 이소포론 및 디-(이소부틸)케톤으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 알코올계 비용매는 메탄올, 에탄올, 알릴 알코올, 1-프로판올, 2-프로판올, 1- 부탄올, 2-부탄올, 이소부탄올, 벤질알콜, 시클로헥산올, 디아세톤알코올, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 2-메톡시에탄올 및 1-데칸올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 니트릴계 비용매는 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로니트릴, 발레로니트릴, 카프릴로니트릴, 헵탄니트릴, 싸이클로펜탄 카보니트릴, 싸이클로헥산 카보니트릴, 2-플루오로벤조니트릴, 4-플루오로벤조니트릴, 다이플루오로벤조니트릴, 트리플루오로벤조니트릴, 페닐아세토니트릴, 2-플루오로페닐아세토니트릴, 4-플루오로페닐아세토니트릴로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 농축액과 비용매를 접촉시켜서 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 형성하는 단계는 0℃ 이상, 15℃ 이상, 30 ℃ 이상, 35 ℃ 이상, 40 ℃ 이상, 45 ℃ 이상, 50 ℃ 이상, 55 ℃ 이상일 수 있고, 100℃ 이하, 90 ℃ 이하, 80 ℃ 이하, 75 ℃ 이하, 70 ℃ 이하, 65 ℃ 이하, 또는 0℃ 내지 100℃의 온도에서 수행될 수 있다.
이때, 상기 농축액에 상술한 온도의 비용매를 투입하거나, 농축액과 비용매를 혼합한 상태에서 가온 또는 냉각을 통해 상기 온도 범위로 조절할 수 있다.
상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정은 하기 구조식 1 또는 구조식 2의 형태일 수 있다. 즉, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정은 하기 구조식 1 또는 구조식 2의 형태의 3-하이드록시프로피온산염을 포함할 수 있다.
하기 구조식 1 및 구조식 2에서 Cation은 양이온을, 상기 3HP는 양이온과 결합하는 3-하이드록시프로피온산을, n은 양이온과 결합하는 3HP 수로 1 이상의 정수를 의미하고, 하기 구조식 2에서 m은 수화물에서 Cation(3HP)n과 결합하는 물 분자의 수로, 1이상의 정수이다. 상기 양이온은, 예를 들어, Mg2+ 또는 Ca2+일 수 있으나, Mg2+인 경우 3-하이드록시프로피온산염의 결정이 보다 효과적으로 형성될 수 있다.
[구조식 1]
Cation(3HP)n
[구조식 2]
Cation(3HP)n·mH2O
또한, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 형성하는 단계는 상기 농축액을 교반하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 교반하는 단계는 섭씨 0 내지 70도, 섭씨 0 내지 60도, 섭씨 0 내지 50도, 섭씨 0 내지 40도, 섭씨 0 내지 35도, 섭씨 0 내지 30도, 섭씨 10 내지 70도, 섭씨 10 내지 60도, 섭씨 10 내지 50도, 섭씨 10 내지 40도, 섭씨 10 내지 35도, 섭씨 10 내지 30도, 섭씨 15 내지 70도, 섭씨 15 내지 60도, 섭씨 15 내지 50도, 섭씨 15 내지 40도, 섭씨 15 내지 35도, 섭씨 15 내지 30도, 섭씨 20 내지 70도, 섭씨 20 내지 60도, 섭씨 20 내지 50도, 섭씨 20 내지 40도, 섭씨 20 내지 35도, 또는 섭씨 20 내지 30 도 (예, 상온)의 온도 및/또는 100 내지 2000rpm, 100 내지 1500rpm, 100 내지 1000rpm, 100 내지 500rpm, 100 내지 400rpm, 또는 200 내지 400rpm (예, 약 300rpm) 조건 하에서 수행될 수 있다.
상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정은 입자 크기 분포 D50이 20 ㎛ 이상 90 ㎛ 이하, 25 ㎛ 이상 85 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이상 80 ㎛ 이하, 35 ㎛ 이상 75 ㎛일 수 있다.
또한, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정의 입자 크기 분포 D10은 5 ㎛ 이상 40 ㎛ 이하, 8 ㎛ 이상 35 ㎛ 이하, 10 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하일 수 있고, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정의 입자 크기 분포 D90은 50 ㎛ 이상 200 ㎛ 이하, 60 ㎛ 이상 190 ㎛ 이하, 65 ㎛ 이상 180 ㎛ 이하, 70 ㎛ 이상 175 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 입자 크기 분포 D50, D10, D90은 입자의 입경 분포 곡선에 있어서, 각각 체적 누적량의 50%, 10%, 90%에 해당하는 입경을 의미하는 것으로, 상기 D50, D10, D90은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 상기 레이저 회절법은 일반적으로 서브미크론(submicron) 영역에서부터 수 mm 정도의 입경의 측정이 가능하며, 고 재현성 및 고 분해성의 결과를 얻을 수 있다.
상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정의 입자 크기 분포 D50, D10, D90가 지나치게 크면 결정화시 제거되어야 하는 불순물이 결정 안에 포함되어 정제 효율이 떨어질 수 있고, 지나치게 작으면 결정을 여과시 통액성이 낮아질 수 있다.
한편, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정의 (D90-D10)/D50은 1.00 이상 3.00 이하, 1.20 이상 2.80 이하, 1.40 이상 2.60 이하, 1.60 이상 2.40 이하일 수 있다.
또한, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정은 부피 평균 입경이 30 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하, 35 ㎛ 이상 95 ㎛ 이하, 40 ㎛ 이상 90 ㎛ 이하일 수 있고, 개수 평균 입경이 1 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하, 3 ㎛ 이상 25 ㎛ 이하, 5 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하일 수 있고, 체적 평균 입경이 10 ㎛ 이상 70 ㎛ 이하, 15 ㎛ 이상 60 ㎛ 이하, 20 ㎛ 이상 55 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정은 부피 평균 입경, 개수 평균 입경 및 체적 평균 입경이 지나치게 크면 결정화시 제거되어야 하는 불순물이 결정 안에 포함되어 정제 효율이 떨어질 수 있고, 지나치게 작으면 결정을 여과시 통액성이 낮아질 수 있다.
또한, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정의 입자 크기 분포(D10, D50, D90)서의 종횡비(LW Ratio; Length to width ratio) 및 평균 종횡비는 각각 0.50 이상 3.00 이하, 0.70 이상 2.80 이하, 1.00 이상 2.50 이하일 수 있다. 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정의 종횡비가 지나치게 크면 결정을 이송시 흐름성과 막힘의 문제가 발생할 수 있고, 지나치게 작으면 결정을 여과시 통액성이 낮아질 수 있다.
상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정은 칼 피셔 방법(Karl Fischer method)으로 결정 내에 포함된 수분 함량을 측정할 수 있으며, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정에 포함된 수분 함량은 200 ppm 이상 5000 ppm 이하, 250 ppm 이상 4800 ppm 이하, 300 ppm 이상 4600 ppm 이하, 350 ppm 이상 4400 ppm 이하일 수 있다.
이때, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 내에 포함된 수분은 결정 수분(예를 들어 Ca(3HP)2·2H2O)이 아닌 결정 사이에 포함된 부착 수분을 의미한다. 또한, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정에 포함된 수분 함량이 지나치게 많으면 결정 고체가 아닌 슬러리 형태로 회수되거나, 수분 내에 불순물이 함유되어 순도 향상 저하에 문제가 될 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정에서는 후술하는 바와 같이 3-하이드록시프로피온산 생산능을 갖는 균주를 발효하는 등의 공정을 통해 3-하이드록시프로피온산을 제조함에 따라, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정은 방사성 탄소 동위원소(14C)를 포함할 수 있다.
방사성 탄소 동위원소(14C)는 지구 대기 중에 탄소 원자 1012개 당 거의 1개이며, 반감기는 약 5700년이고, 탄소 스톡 (stock)은 우주선 (cosmic ray)과 일반 질소 (14N)가 참여하는 핵 반응으로 인해 대기 상층에 풍부할 수 있다. 한편, 화석 연료에는 방사성 탄소 동위원소 오래전에 붕괴되어 14C 비율이 실질적으로 0일 수 있다. 3-하이드록시프로피온산 원료로 바이오 유래 원료를 사용하거나, 이와 함께 화석 연료를 병용할 경우, ASTM D6866-21 규격으로 3-하이드록시프로피온산 내에 포함된 방사성 탄소 동위원소의 함량(pMC; percent modern carbon)과 바이오 탄소의 함량을 측정할 수 있다.
측정 방법은 예를 들어, 측정 대상 화합물에 포함되는 탄소 원자를 그라파이트 또는 이산화탄소 가스 형태로 만들고 질량 분석기로 측정하거나, 액체 섬광 분광법에 따라 측정할 수 있다. 이때, 상기 질량 분석기 등과 함께 14C 이온을 12C 이온으로부터 분리하기 위한 가속기를 함께 사용해 2개의 동위 원소를 분리하여 함량 및 함량비를 질량 분석기로 측정할 수 있다.
상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정은 ASTM D6866-21 규격으로 측정된 방사성 탄소 동위원소의 함량이 20 pMC (percent modern carbon) 이상, 50 pMC 이상, 90 pMC 이상, 100 pMC 이상일 수 있고, 바이오 탄소의 함량은 20 중량% 이상, 50 중량% 이상, 80 중량%, 90 중량%, 95 중량%일 수 있다.
상기 방사성 탄소 동위원소 비율(pMC)는 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정에 포함된 방사성 탄소 동위원소(14C)와 현대의 기준 참고 물질의 방사성 탄소 동위원소(14C)의 비율을 의미하고, 1950년대 핵 실험 프로그램의 효력이 지속되고 있고 소멸되지 않아, 100% 보다 클 수 있다.
또한, 상기 바이오 탄소의 함량은 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정에 포함된 전체 탄소 함량에 대한 바이오 탄소의 함량을 의미하고, 이 값이 클수록 친환경성 화합물에 해당할 수 있다.
한편, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정의 방사성 탄소 동위원소의 함량(pMC) 및 바이오 탄소 함량이 지나치게 적으면, 친환경성이 감소하며, 바이오 유래 물질이라 볼 수 없을 수 있다.
상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정의 결정 상태는 X-선 회절 (XRD) 그래프에서 피크 등을 통해 확인할 수 있다.
예를 들어, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정은 X선 회절(XRD) 분석 시, 2θ값이 8 내지 22°의 범위에서 결정 격자 간의 피크가 나타날 수 있다.
예를 들어, 상기 농축액에 수산화 마그네슘(Mg(OH)2)이 포함되어 있어, 형성되는 3-하이드록시프로피온산염의 결정이 Mg(3HP)2인 경우, Mg(3HP)2에 대한 X선 회절(XRD) 분석 시, 2θ값이 8 내지 15°의 범위에서 3-하이드록시프로피온산과 마그네슘 결합에 의한 결정 격자 간의 피크가 나타날 수 있다. 이러한 피크는 수산화 마그네슘(Mg(OH)2) 또는 황산 마그네슘(Mg(SO4))에 대한 X선 회절(XRD) 분석 결과와는 상이한 결과를 나타내는 것이며, X선 회절(XRD) 분석 결과 2θ값이 8 내지 15°의 범위에서 특정 피크가 나타나는 경우 Mg(3HP)2의 결정이 형성되었음을 확인할 수 있다.
구체적으로, Mg(3HP)2에 대한 X선 회절(XRD) 분석 시, 2θ값이 8 내지 15°의 범위에서 3개 이상, 4개 이상 또는 5개 이상의 피크가 나타날 수 있으며, 예를 들어, 2θ값이 8.2 내지 9.3°, 9.5 내지 11.0°, 11.2 내지 12.7°, 12.9 내지 13.3°, 13.5 내지 14.8°인 범위에서 각각 피크가 나타날 수 있다.
또한, 상기 농축액에 수산화 칼슘(Ca(OH)2)이 포함되어, 형성되는 3-하이드록시프로피온산염의 결정이 Ca(3HP)2인 경우, Ca(3HP)2에 대한 X선 회절(XRD) 분석 시, 2θ값이 10 내지 22°의 범위에서 3-하이드록시프로피온산과 칼슘 결합에 의한 결정 격자 간의 피크가 나타날 수 있다. 이러한 피크는 수산화 칼슘(Ca(OH)2) 또는 황산 칼슘(Ca(SO4))에 대한 X선 회절(XRD) 분석 결과와는 상이한 결과를 나타내는 것이며, X선 회절(XRD) 분석 결과 2θ값이 10 내지 22°의 범위에서 특정 피크가 나타나는 경우 Ca(3HP)2의 결정이 형성되었음을 확인할 수 있다.
구체적으로, Ca(3HP)2에 대한 X선 회절(XRD) 분석 시, 2θ값이 10 내지 22°의 범위에서 3개 이상, 5개 이상, 7개 이상, 9개 이상의 피크가 나타날 수 있으며, 예를 들어, 2θ값이 10.0 내지 11.0°, 11.1 내지 11.6°, 11.6 내지 12.5°, 12.7 내지 13.6°, 13.8 내지 16.0°, 17.0 내지 18.0°, 19.0 내지 19.8°, 20.2 내지 21.2°, 21.5 내지 22.0°인 범위에서 각각 피크가 나타날 수 있다.
한편, 상기 입사각(θ)이란 X선이 특정 결정면에 조사될 때, 결정면과 X선이 이루는 각도를 의미하며, 상기 피크란, x-y 평면에서의 가로축(x축)이 입사되는 X선의 입사각의 2배(2θ)값이고, x-y 평면에서의 세로축(y축)이 회절 강도인 그래프 상에서, 가로축(x축)인 입사되는 X선의 입사각의 2배(2θ)값이 양의 방향으로 증가함에 따라, 세로축(y축)인 회절 강도에 대한 가로축(x축)인 X선의 입사각의 2배(2θ)값의 1차 미분값(접선의 기울기, dy/dx)이 양의 값에서 음의 값으로 변하는, 1차 미분값(접선의 기울기, dy/dx)이 0인 지점을 의미한다.
또한, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정은 X선 회절(XRD) 분석으로 도출된 결정 내 원자들 간의 간격(d값)이 1.00 Å 이상 15.00 Å 이하, 1.50 Å 이상 13.00 Å 이하, 2.00 Å 이상 11.00 Å 이하, 2.50 Å 이상 10.00 Å 이하일 수 있다.
예를 들어, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정이 Mg(3HP)2인 경우, 2θ값이 8 내지 15°의 범위에서 나타나는 피크의 상기 결정 내 원자들 간의 간격(d값)은, 1.00 Å 이상 15.00 Å 이하, 2.00 Å 이상 13.00 Å 이하, 4.00 Å 이상 11.00 Å 이하, 5.50 Å 이상 10.00 Å 이하일 수 있다.
또한, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정이 Ca(3HP)2인 경우, 2θ값이 10 내지 22°의 범위에서 나타나는 피크의 상기 결정 내 원자들 간의 간격(d값)은, 1.00 Å 이상 15.00 Å 이하, 2.00 Å 이상 13.00 Å 이하, 3.00 Å 이상 10.00 Å 이하, 3.40 Å 이상 9.00 Å 이하, 4.00 Å 이상 8.50 Å 이하일 수 있다.
또한, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정은 유리전이 온도가 -55 ℃ 이상 -30 ℃ 이하이고, 융점이 30 ℃ 이상 170 ℃ 이하이고, 결정화 온도가 25 ℃ 이상 170 ℃ 이하일 수 있다.
상기 유리 전이 온도, 융점, 결정화 온도는 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 시차주사열량계(DSC)에 의해 측정될 수 있으며, 측정시 승온 속도는 1 내지 20 ℃/분일 수 있다. 또한, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정은 유리전이 온도가 -55 ℃ 이상 -30 ℃ 이하, -50 ℃ 이상 -35 ℃ 이하, -45 ℃ 이상 -40 ℃ 이하일 수 있다. 또한, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정의 융점은 30 ℃ 이상 170 ℃ 이하, 31 ℃ 이상 160 ℃ 이하, 32 ℃ 이상 150 ℃ 이하일 수 있다. 또한, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정의 결정화 온도는 25 ℃ 이상 170 ℃ 이하, 27 ℃ 이상 160 ℃ 이하, 30 ℃ 이상 150 ℃ 이하일 수 있다. 또한, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정의 결정화 안정구간은 -40 ℃ 내지 150 ℃일 수 있다.
상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 내에 포함된 3-하이드록시프로피온산염의 순도는, 회수된 전체 결정의 질량 대비 상기 구조식 1 및/또는 구조식 2의 구조식을 갖는 화합물의 질량의 백분율(%)로 계산될 수 있다. 예를 들어, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 내에 포함된 3-하이드록시프로피온산염의 순도는 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상, 70 내지 99.9%, 80 내지 99.9%, 90 내지 99.9%, 70 내지 99%, 80 내지 99%, 또는 90 내지 99%, 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 일 구현예에 따른 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정은, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 형성하는 단계 이전에, 3-하이드록시프로피온산 생산능을 갖는 균주를 발효하여 3-하이드록시프로피온산 발효액을 생산하는 단계 및 상기 발효액을 농축하여 상기 3-하이드록시프로피온산을 300 g/L 이상 포함하는 농축액을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 3-하이드록시프로피온산 생산능을 갖는 균주는 글리세롤 탈수효소(glycerol dehydratase) 및 알데하이드 탈수소효소(aldehyde dehydrogenase)로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상 또는 상기 2종의 단백질을 암호화하는 유전자를 포함하는 것일 수 있다.
일 예에서, 상기 3-하이드록시프로피온산 생산 균주는 추가로 글리세롤 탈수효소 재활성효소(GdrAB)를 암호화하는 유전자(gdrAB)를 추가로 포함할 수 있다. 일 예에서, 상기 3-하이드록시프로피온산 생산 균주는 추가로 비타민 B12를 생합성할 수 있는 균주일 수 있다.
상기 글리세롤 탈수효소(glycerol dehydratase)는 dhaB(GenBank accession no. U30903.1) 유전자에 의해 암호화되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 dhaB 유전자는 클렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumonia)에서 유래한 효소일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 글리세롤 탈수효소를 암호화하는 유전자는 dhaB1, dhaB2 및/또는 dhaB3를 암호화하는 유전자를 포함할 수 있다. 상기 글리세롤 탈수효소 단백질 및 이를 암호화하는 유전자는 글리세롤을 3-하이드록시프로판알(3-hydroxypropanal, 3-HPA)과 물(H2O)로 분해하는 효소 활성을 유지하는 범위 내에서 유전자 및/또는 아미노산 서열의 변이를 포함할 수 있다.
상기 알데하이드 탈수소효소(aldehyde dehydrogenase; ALDH)를 암호화하는 유전자(aldH)는, 예를 들어, 대장균(Escherichia coli) 또는 E. coli K12 MG1655 세포주에서 유래한 aldH(GenBank Accession no. U00096.3; EaldH) 유전자, 클렙시엘라 뉴모니아(K. pneumonia)에서 유래한 puuC 유전자, 및/또는 아조스피릴룸 브라실렌스(Azospirillum brasilense) 유래의 KGSADH 유전자일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 알데하이드 탈수소효소 단백질 및 이를 암호화하는 유전자는 3-하이드록시프로판알로부터 3-하이드록시프로피온산을 생산하기 위한 활성을 유지하는 범위 내에서 유전자 및/또는 아미노산 서열의 변이를 포함할 수 있다.
상기 발효액 생산을 위한 배지는 3-하이드록시프로피온산 생산을 위한 목적 범위에서 제한 없이 선택될 수 있다. 일 예에서 상기 배지는 탄소원으로 글리세롤(glycerol)을 포함하는 것일 수 있다. 또 다른 일 예에서 상기 배지는 폐글리세롤(crude glycerol) 및/또는 전처리된 폐글리세롤일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 일 예에서, 상기 생산용 배지는 비타민 B12를 추가로 포함할 수 있다.
상기 3-하이드록시프로피온산 생산능을 갖는 균주를 발효하여 3-하이드록시프로피온산 발효액을 생산하는 단계에서, 상기 3-하이드록시프로피온산 발효액에 포함된 3-하이드록시프로피온산의 농도는 1 내지 200 g/L, 10 내지 150 g/L, 30 내지 130 g/L 또는 40 내지 100 g/L일 수 있다.
또한, 상기 발효는 중성 발효일 수 있으며, 예를 들어 발효시 pH가 6 내지 8, 6.5 내지 8, 6 내지 7.5 또는 6.5 내지 7.5 범위에서 유지되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 pH 범위는 필요에 따라 적절히 조절될 수 있다. 상기 중성 발효를 위해 상기 알칼리 금속염이 투입될 수 있다. 상기 알칼리 금속염은 Mg2+, Ca2 또는 이의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 알칼리 금속염은 Ca(OH)2 또는 Mg(OH)2일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 일 구현예에 따른 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정은 상기 3-하이드록시프로피온산 발효액을 생산하는 단계 이후, 상기 발효액으로부터 세포를 제거(분리)하는 단계; 상기 발효액 및/또는 세포가 제거된 발효액을 정제 및/또는 탈색(decoloration)하는 단계; 및/또는 상기 발효액 및/또는 세포가 제거된 발효액을 여과하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 세포의 제거(분리)는 세포(균주) 제거 목적 범위에서 당업계에 알려진 방법을 제한 없이 선택하여 수행될 수 있다. 일 예에서 상기 세포의 분리는 원심분리를 수행하여 이루어질 수 있다.
상기 발효액 및/또는 세포가 제거된 발효액을 정제 및/또는 탈색(decoloration)하는 단계는, 발효액의 정제 목적 범위에서 당업계에 알려진 방법을 제한 없이 선택하여 수행될 수 있으며, 예를 들어 활성탄을 상기 발효액과 혼합한 후 활성탄을 제거함으로써 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 발효액 및/또는 세포가 제거된 발효액을 여과하는 단계는 고형 불순물의 제거, 단백질 및/또는 소수성 functional group이 있는 물질의 제거, 및/또는 탈색(decoloration) 목적 범위에서 당업계에 알려진 방법을 제한 없이 선택하여 수행될 수 있으며, 예를 들어, 필터 여과, 및/또는 활성탄 여과 방법으로 수행될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
상기 일 구현예에 따른 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정은 상기 3-하이드록시프로피온산 생산능을 갖는 균주를 발효하여 3-하이드록시프로피온산 발효액을 생산하는 단계 이후, 상기 발효액을 농축하여 상기 3-하이드록시프로피온산을 포함하는 농축액을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 발효액의 농축은 발효액 (예컨대, 발효액의 액상 성분)을 증발하여 수행되는 것일 수 있다.
상기 농축은 발효액의 액상 성분을 증발시키기 위하여 통상적으로 사용 가능한 모든 수단에 의하여 수행될 수 있으며, 예컨대, 회전증발농축, 증발 농축, 진공 농축, 감압 농축 등으로 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 예에서, 상기 농축 후의 발효액 내 3-하이드록시프로피온산 농도는, 농축 전과 비교하여, 2 내지 50배, 2 내지 40배, 2 내지 30배, 2 내지 20배, 2 내지 10배, 5 내지 50배, 5 내지 40배, 5 내지 30배, 5 내지 20배, 또는 5 내지 10배 증가된 것일 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정은 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 형성하는 단계 이후, 상기 농축액에서 분리된 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정은 발효 공정에서 제조됨에 따라 발효액을 농축한 농축액에는 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 외에도, 균주, 탄소원, 알칼리 금속염 등의 불순물이 다량 포함될 수 있다. 그러나, 상기 일 구현예에 따른 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정은, 상기 농축액에서 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 고액 분리하여 회수함으로 인해 상기 불순물이 제거될 수 있으며, 분리된 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 증류수 등의 용매에 용해하여 제조된 용액에도 상술한 불순물이 포함되지 않을 수 있다.
이에, 상기 농축액으로부터 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 분리하지 않고 상기 농축액에 암모니아를 투입하는 경우, 상기 농축액에 불순물이 다량으로 포함되어, 최종적으로 고농도 및 고순도의 3-하이드록시프로피온산을 회수하기 어려울 수 있다.
예를 들어, 상기 농축액으로부터 여과 플라스크 및 진공 펌프 등을 이용하여 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 분리할 수 있고, 분리된 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 증류수 등의 용매에 용해하여 3-하이드록시프로피온산염의 결정의 용액을 제조할 수 있다.
상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액은 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 100 g/L 이상, 150 g/L 이상, 200 g/L 이상의 농도로 포함할 수 있고, 800 g/L 이하, 750 g/L 이하, 700 g/L 이하의 농도로 포함할 수 있다. 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액에 포함되는 3-하이드록시프로피온산염의 결정의 농도가 지나치게 낮으면 최종적으로 회수되는 3-하이드록시프로피온산의 농도가 낮아질 수 있고, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정의 농도가 지나치게 높으면 3-하이드록시프로피온산이 석출되거나, 침전 후 고상 농도가 지나치게 높아 유동성 저하로 인해 회수율이 저하될 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 하기 구조식 4로 표시되는 침전물 및 3-하이드록시프로피온산을 포함하는 3-하이드록시프로피온산 포함 슬러리 조성물을 제공한다.
[구조식 4]
Cation(OH)P
상기 구조식 4에서 상기 Cation는 상기 알카리 금속염의 양이온이고, 예를 들어, Mg2+ 또는 Ca2+일 수 있으나, Mg2+인 경우 침전물이 보다 효과적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 p는 상기 양이온과 결합하는 수산화 이온(OH-)의 수로, 1 이상의 정수이다.
상기 슬러리 조성물은 상기 침전물 및 3-하이드록시프로피온산 외에도, 암모니아 및 암모늄 이온을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 슬러리 조성물은 상기 일 구현예에 따른 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정에서 형성된 것일 수 있으며, 예를 들어, 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액에 암모니아를 투입하는 단계에서 형성될 수 있다.
또한, 상기 침전물의 입경은 1.0 ㎛ 이상, 1.5 ㎛ 이상, 10.0 ㎛ 이상, 13.0 ㎛ 이상, 15.0 ㎛ 이상일 수 있고, 300.0 ㎛ 이하, 250.0 ㎛ 이하, 200.0 ㎛ 이하, 150.0 ㎛ 이하, 100.0 ㎛ 이하, 50.0 ㎛ 이하, 30.0 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 침전물이 상술한 입경을 만족함으로 인해 슬러리로부터 여과 분리가 매우 용이할 수 있다. 상기 침전물은 각상, 구상, 판상, 침상의 다양한 입자 형태를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 침전물의 입경은 주사전자현미경(SEM)으로 측정될 수 있으며, 이때 침전물의 입경은 침전물에 포함된 결정면 간의 직선거리 중 거리가 가장 긴 결정면 간의 직선거리를 기준으로 측정된 것일 수 있다.
본 발명이 제공하는 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정은 3-하이드록시프로피온산염의 결정화를 통해 발효 부산물 및/또는 첨가물을 손쉽게 분리할 수 있어 순도 높은 3-하이드록시프로피온산염의 회수가 가능하고, 회수된 공정에 암모니아를 투입하여 제조된 슬러리로부터 침전물을 분리하는 공정 등으로 고순도 및 고수율로 3-하이드록시프로피온산을 회수할 수 있고, 또한, 상기 침전물은 중화제로 재사용 가능하고, 침전물을 여과한 여과액으로부터 회수한 암모니아 등의 질소 함유 화합물은 비료 제조 공정 등에 재활용 가능함으로 인해, 폐기물 발생이 억제되어 친환경적인 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정을 제공할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 내용을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 제한되지 아니한다.
준비예 1: 3-하이드록시프로피온산 생산용 균주의 제조
글리세롤을 기질로 사용하여 3-하이드록시프로피온산(3-hydroxypropionic acid, 3HP)을 생산하는 것으로 알려져 있는 글리세롤 탈수효소(Glycerol dehydratase) 및 알데하이드 탈수소효소(Aldehyde dehydrogenase)를 암호화하는 유전자를 도입한 재조합 벡터를 제조하였다. 상기 제조된 재조합 벡터를 대장균(E.coli) W3110 균주에 도입하여 3-하이드록시프로피온산 생산 균주를 제작하였다.
보다 구체적으로, 글리세롤 디하이드라타제를 코딩하는 유전자(dhaB), 알데히드 디하이드로게나제를 코딩하는 유전자(aldH) 및 글리세롤 디하이드라타제 리액티바제를 코딩하는 유전자(gdrAB)를 포함하는 플라스미드 pCDF에 아데노실트랜스퍼라제를 코딩하는 BtuR 유전자를 클로닝하여 얻어진 pCDF_J23101_dhaB_gdrAB_J23100_aldH_btuR 벡터를 W3110 균주(KCCM 40219)에 전기 천공 장치 (Bio-Rad, Gene Pulser Xcell)를 사용한 전기천공법으로 도입하여 3-하이드록시프로피온산 생산 균주를 제작하였다. 본 준비예 1의 3-하이드록시프로피온산 생산 균주 제작 과정 및 사용된 벡터, 프라이머, 및 효소들은 대한민국 공개특허 제10-2020-0051375호 (본 명세서에 참조로서 포함됨)의 실시예 1을 참조하여 수행하였다.
준비예 2: Mg(3HP) 2 결정 제조
준비예 1에서 준비된 3-하이드록시프로피온산 생산용 균주를 비정제 글리세롤을 탄소원으로 사용하여 5 L 발효기에서 35 ℃에서 발효 배양하여 3-하이드록시프로피온산을 생산하였다. 3-하이드록시프로피온산 생성으로 인한 pH 저하를 방지하기 위해 알칼리 금속염인 수산화 마그네슘(Mg(OH)2)을 투입하여 발효 수행 동안의 pH를 중성으로 유지하였다.
발효배양 후 원심분리(4000 rpm, 10 분, 4 ℃)하여 세포를 제거하고, 활성탄을 이용해 1차 발효액 정제 (1차 정제)를 진행하였다. 구체적으로 원심 분리하여 균체가 제거된 발효액에 활성탄을 첨가하여 잘 섞어준 후 다시 원심 분리하여 활성탄을 분리하였다. 이후 활성탄이 분리된 발효액을 0.7 um의 여과지를 통해 진공 펌프(vaccum pump)로 여과하여 3-하이드록시프로피온산 발효액을 정제하였다.
상기 1차 정제를 마친 발효액의 3-하이드록시프로피온산 농도는 50 내지 100 g/L 수준이며, 상기 발효액은 Rotary evaporator(50 ℃, 50 mbar)를 이용하여 농축 농도 800 g/L로 농축하여 농축액을 제조하고, 상기 농축액의 2배 부피의 에탄올을 첨가하고 상온에서 교반(3000 rpm)하여 Mg(3HP)2 결정을 생성하였다.
이때, 상기 농축액에서 상기 알칼리 금속염의 농도는 493.3 g/L (Mg(OH)2 기준) 이었다. 상기 생성된 결정을 에탄올(EtOH)을 이용해 3번 세척(washing)하고, 50 ℃의 오븐에서 건조하여 최종적으로 결정을 회수하였다.
실시예 1
증류수 89.1 ml에 상기 준비예 2에서 회수한 Mg(3HP)2 결정 22.2 g을 투입하고 20분 동안 교반하여 Mg(3HP)2 수용액(용액 A)을 제조하였다. 상기 용액 A에 28 % 농도의 암모니아수 400 g을 투입하고 20 시간 동안 밀폐 용기에서 상온 교반하여, Mg(OH)2 침전물 및 3-하이드록시프로피온산을 포함하는 슬러리를 형성하였다. 이후, 여과 플라스크 및 진공펌프를 이용해 상기 슬러리를 여과하여, 상기 Mg(OH)2 침전물 및 여과액1로 분리하였다. 이후, 여과된 Mg(OH)2 침전물을 증류수 700 ml를 이용해 세척하고, 세척수를 여과하여 여과된 세척수2를 회수하였다. 이때, 상기 여과액1과 여과된 세척수2는 용액 B(1114 g)이다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 용액 B를 회수하였다. 또한, 상기 용액 B에 포함된 과량의 암모니아를 제거하기 위해, 용액 B 250 g을 플라스크에 투입하고 진공 펌프를 이용하여 플라스크 내부를 160 mbar 조건으로 감압하였다. 이후 플라스크 내부 온도를 68 ℃ 상승시키면서 1 시간 동안 교반시켰다. 이후, 상기 플라스크를 상온으로 냉각시켜 용액 C 66.5 g을 회수하였다.
실시예 3
상기 실시예 2와 동일한 방법으로 용액 C를 회수하였다. 또한, 상기 용액 C 내에 존재하는 암모늄 이온을 흡착시키기 위해, 제올라이트 (CBV2314, Zeolyst)를 사용하였다.
구체적으로, 상기 제올라이트를 공기 분위기에서 500 ℃의 온도 조건에서 5 시간 동안 열처리하여 암모늄 이온이 제거된 제올라이트를 얻은 후, 상기 용액 C 40 g에 열처리된 제올라이트 20 g을 넣고 상온에서 30 분 동안 교반시켰다. 이후, 여과 플라스크 및 진공펌프를 이용해 여과하여, 고체 Y와 용액 D를 분리하고, 용액 D에 열처리된 제올라이트 20 g을 추가적으로 넣고 상온에서 30 분 동안 교반시켰다. 이후, 여과 플라스크 및 진공펌프를 이용해 여과하여, 고체 Z와 용액 E를 분리하였다.
비교예 1
준비예 1에서 준비된 3-하이드록시프로피온산 생산용 균주를 비정제 글리세롤을 탄소원으로 사용하여 5 L 발효기에서 35 ℃에서 발효 배양하여 3-하이드록시프로피온산을 생산하였다. 3-하이드록시프로피온산 생성으로 인한 pH 저하를 방지하기 위해 알칼리 금속염인 수산화 칼슘(Ca(OH)2)을 투입하여 발효 수행 동안의 pH를 중성으로 유지하였다.
발효배양 후 원심분리(4000 rpm, 10 분, 4 ℃)하여 세포를 제거하고, 활성탄을 이용해 1차 발효액 정제 (1차 정제)를 진행하였다. 구체적으로 원심 분리하여 균체가 제거된 발효액에 활성탄을 첨가하여 잘 섞어준 후 다시 원심 분리하여 활성탄을 분리하였다. 이후 활성탄이 분리된 발효액을 0.7 um의 여과지를 통해 진공 펌프(vaccum pump)로 여과하여 3-하이드록시프로피온산 발효액을 정제하였다.
3-하이드록시프로피온산 또는 이의 금속염의 농도가 8wt%인 상기 3-하이드록시프로피온산 발효액을 2 L의 반응기에 넣은 후 교반하였다.
이후, 60 ℃로 승온 후 95 % 황산 용액 108 g(3HP 당량 대비 1당량)을 첨가하여 교반을 진행하고, CaSO4 결정이 반응기 전체에 생성이 되면 온도를 실온으로 냉각하였다.
생성된 CaSO4 침전물을 0.45 마이크로의 필터를 이용하여 여과하고 남은 여액을 30 wt% 3-하이드록시프로피온산 농도로 농축하였다. 상기 농축액을 양이온 교환수지(SL-BH, 삼양사) 컬럼에 통과시켜 잔류 이온 불순물을 제거하고 3-하이드록시프로피온산(3HP 농도 8wt%)을 수득하였다. 상기 수득된 3-하이드록시프로피온산을 30 wt% 3-하이드록시프로피온산 농도로 농축(액체 F)하였다.
<시험예>
1. 마그네슘 원소(Mg) 및 질소 원소(N)의 함량 분석
상기 실시예에서 용액(A, B, C, E) 및 고체(X, Y)에 포함된 마그네슘 원소(Mg) 및 질소 원소(N)의 함량을 분석하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구체적으로, 마그네슘 원소(Mg)의 함량은 유도결합 플라즈마 분광 분석(ICP-OES)로 분석하고, 질소 원소(N)의 함량은 NSX 원소 분석(Nitrogen, Sulfur and Halogen Elemental Analysis)을 통해 측정하였다.
2. 3-하이드록시프로피온산(3HP)의 회수율 측정
상기 비교예에서 3-하이드록시프로피온산의 회수율을 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)로 측정하였다. 구체적으로, 상기 3-하이드록시프로피온산 또는 이의 금속염을 포함한 균주 발효액 내에 포함된 3-하이드록시프로피온산 또는 이의 금속염의 함량(Y) 및 최종 회수된 3-하이드록시프로피온산의 함량(X)을 측정하고, 이를 하기 식 1에 각각 대입하여 3-하이드록시프로피온산 회수율을 계산하였다.
[식 1]
3-하이드록시프로피온산 회수율 (%) = X/Y * 100
3. 불순물 함량 측정
상기 비교예에서 수득한 3-하이드록시프로피온산에 대하여, 불순물(Ca, Na, S, Cl)의 함량을 유도결합 플라즈마 분광기(ICP-OES: Optima8300DV, Perkinelmer), High-Performance Liquid Chromatography (HPLC) 및 1H-NMR을 이용하여 측정하였다.
마그네슘
원소 함량
(mmol)		 질소
원소 함량
(mmol)		 칼슘
원소 함량
(ppm)		 나트륨
원소 함량 (ppm)		 황
원소 함량 (ppm)		 염소
원소 함량 (ppm)
실시예1 용액 A 81.5 - - - - -
용액 B (회수량; 1114 g) 4.6 4533.3 - - - -
실시예2 용액 B (사용량; 250 g) 1.0 1017.3 - - - -
용액 C (회수량; 66.5 g) 1.0 33.2 - - - -
실시예3 용액 C (사용량; 40 g) 0.6 20.0 - - - -
고체 X 및 고체Y - 19.4 - - - -
액체 E 0.6 0.6 - - - -
비교예1 액체 F - - 200 1000 1000 1000
상기 표 1를 참고하면, 실시예 1에서 용액 B에 포함된 마그네슘 원소(Mg) 함량은, 용액 A에 포함된 마그네슘 원소(Mg) 함량 100 중량%에 대해, 5.6 중량%이므로, Mg(OH)2 침전물 형성 및 여과에 의해 94.4 중량%의 마그네슘 원소가 제거되었다는 점을 확인했다.
또한, 실시예 2에서 용액 C에 포함된 질소 원소(N) 함량은, 용액 B에 포함된 질소 원소(N) 함량 100 중량%에 대해, 3.3 중량%이므로, 암모니아 탈기에 의해 96.7 중량%의 질소 원소가 제거되었다는 점을 확인했다. 나아가, 실시예 3에서 고체 X 및 Y에 포함된 질소 원소(N) 총 함량은, 용액 C에 포함된 질소 원소(N) 함량 100 중량%에 대해, 97 중량%이므로, 제올라이트 흡착에 의해 97 중량%의 질소가 제거되었다는 점을 확인했다. 이에 따라, 실시예 2 및 3에서 제거된 총 질소 원소의 함량은 99.9 중량% (= {100 중량% - (3.3 중량% X 3 중량%)})임을 확인했다.
따라서, 실시예 1 내지 3에 의해 제거된 양이온의 제거율 및 3-하이드록시프로피온산의 회수율은 총 94.4 중량% (= 94.4 중량% X 99.9 중량%)이다.
한편, 비교예 1의 3-하이드록시프로피온산 회수율은 90 %로 실시예 1 내지 3에 비해 낮으며, 정제 후에도 칼슘, 나트륨, 황 및 염소 원소의 불순물이 다량으로 포함되어 있다는 점을 확인했다.

Claims (15)

  1. 알칼리 금속염 존재 하에, 3-하이드록시프로피온산을 포함하는 농축액에서 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 형성하는 단계;
    상기 농축액에서 분리된 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액을 제조하는 단계; 및
    상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액에 암모니아를 투입하는 단계;를 포함하는,
    3-하이드록시프로피온산의 회수 공정.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액에 암모니아를 투입하는 단계에서, 하기 구조식 3으로 표시되는 침전물을 포함하는 슬러리 조성물이 형성되는, 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정:
    [구조식 3]
    Cation(OH)P
    상기 Cation는 상기 알카리 금속염의 양이온이고,
    상기 p는 상기 양이온과 결합하는 수산화 이온(OH-)의 수로, 1 이상의 정수이다.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 슬러리 조성물을 여과하여 여과액을 회수하고, 감압 조건에서 상기 여과액으로부터 암모니아를 탈기(stripping)하는 단계를 더 포함하는, 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 암모니아가 제거된 여과액에 흡착제를 투입하여 암모늄 이온을 흡착 제거하는 단계를 더 포함하는, 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 흡착제는 제올라이트, 활성탄, 실리카겔 및 알루미나겔로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 농축액은 상기 3-하이드록시프로피온산을 300 g/L 이상 포함하는, 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 농축액은 상기 3-하이드록시프로피온산을 350 g/L 이상 900 g/L 포함하는, 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정은 하기 구조식 1 또는 구조식 2로 표시되는, 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정:
    [구조식 1]
    Cation(3HP)n
    [구조식 2]
    Cation(3HP)n·mH2O
    상기 Cation는 알칼리 금속염의 양이온이고,
    상기 3HP는 양이온과 결합하는 3-하이드록시프로피온산이고,
    상기 n은 양이온과 결합하는 3HP 수로, 1 이상의 정수이고,
    상기 m은 수화물에서의 물 분자 수로, 1 이상의 정수이다.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 알칼리 금속염은 Ca(OH)2, Mg(OH)2 또는 이들의 혼합물인, 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정은 입자 크기 분포 D50이 20 ㎛ 이상 90 ㎛ 이하이고, (D90-D10)/D50이 1.00 이상 3.00 이하인, 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정 포함 용액은 상기 3-하이드록시프로피온산염의 결정을 100 g/L 이상 800 g/L 이하의 농도로 포함하는, 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정.
  12. 제1항에 있어서,
    3-하이드록시프로피온산 생산능을 갖는 균주를 발효하여 3-하이드록시프로피온산 발효액을 생산하는 단계; 및
    상기 발효액을 농축하여 상기 3-하이드록시프로피온산을 포함하는 농축액을 형성하는 단계;를 더 포함하는, 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정.
  13. 제1항에 있어서,
    3-하이드록시프로피온산 회수율이 40% 이상인, 3-하이드록시프로피온산의 회수 공정.
  14. 하기 구조식 4로 표시되는 침전물 및 3-하이드록시프로피온산을 포함하는,
    3-하이드록시프로피온산 포함 슬러리 조성물:
    [구조식 4]
    Cation(OH)P
    상기 Cation는 Mg2+ 또는 Ca2+이고,
    상기 p는 상기 양이온과 결합하는 수산화 이온(OH-)의 수로, 1 이상의 정수이다.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 슬러리 조성물은 암모니아 및 암모늄 이온을 더 포함하는, 3-하이드록시프로피온산 포함 슬러리 조성물.
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