KR20240080398A - Manufacturing method of pentose-based oligosaccharide form biomass by removing impurities - Google Patents
Manufacturing method of pentose-based oligosaccharide form biomass by removing impurities Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240080398A KR20240080398A KR1020220163706A KR20220163706A KR20240080398A KR 20240080398 A KR20240080398 A KR 20240080398A KR 1020220163706 A KR1020220163706 A KR 1020220163706A KR 20220163706 A KR20220163706 A KR 20220163706A KR 20240080398 A KR20240080398 A KR 20240080398A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- saccharide
- concentrate
- ion exchange
- biomass
- exchange resin
- Prior art date
Links
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 239000012535 impurity Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 150000002482 oligosaccharides Polymers 0.000 title claims abstract description 32
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 150000002972 pentoses Chemical class 0.000 title claims abstract description 29
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 claims abstract description 138
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 67
- 229920001542 oligosaccharide Polymers 0.000 claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 claims abstract description 21
- HEBKCHPVOIAQTA-NGQZWQHPSA-N d-xylitol Chemical compound OC[C@H](O)C(O)[C@H](O)CO HEBKCHPVOIAQTA-NGQZWQHPSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 15
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims description 131
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 65
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 31
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 claims description 22
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 claims description 22
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 20
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 claims description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 16
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 14
- 239000003957 anion exchange resin Substances 0.000 claims description 11
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 claims description 11
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 10
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 9
- 229940038580 oat bran Drugs 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 claims description 5
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 claims description 5
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 claims description 5
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 claims description 5
- 230000036571 hydration Effects 0.000 claims description 5
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 claims description 5
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 claims description 4
- 235000011684 Sorghum saccharatum Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 claims description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 235000015696 Portulacaria afra Nutrition 0.000 claims description 2
- 240000006394 Sorghum bicolor Species 0.000 claims description 2
- 244000138286 Sorghum saccharatum Species 0.000 claims description 2
- 244000177175 Typha elephantina Species 0.000 claims description 2
- 235000018747 Typha elephantina Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000009508 confectionery Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000008504 concentrate Nutrition 0.000 description 127
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 61
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 13
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 13
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 13
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 8
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 8
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 8
- 229920001221 xylan Polymers 0.000 description 8
- 150000004823 xylans Chemical class 0.000 description 8
- SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N D-xylopyranose Chemical compound O[C@@H]1COC(O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N 0.000 description 7
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N beta-D-Pyranose-Lyxose Natural products OC1COC(O)C(O)C1O SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 6
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 6
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 6
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 5
- PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N arabinose Natural products OCC(O)C(O)C(O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UGXQOOQUZRUVSS-ZZXKWVIFSA-N [5-[3,5-dihydroxy-2-(1,3,4-trihydroxy-5-oxopentan-2-yl)oxyoxan-4-yl]oxy-3,4-dihydroxyoxolan-2-yl]methyl (e)-3-(4-hydroxyphenyl)prop-2-enoate Chemical compound OC1C(OC(CO)C(O)C(O)C=O)OCC(O)C1OC1C(O)C(O)C(COC(=O)\C=C\C=2C=CC(O)=CC=2)O1 UGXQOOQUZRUVSS-ZZXKWVIFSA-N 0.000 description 4
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 229920000617 arabinoxylan Polymers 0.000 description 4
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 4
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NOEGNKMFWQHSLB-UHFFFAOYSA-N 5-hydroxymethylfurfural Chemical compound OCC1=CC=C(C=O)O1 NOEGNKMFWQHSLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 101710121765 Endo-1,4-beta-xylanase Proteins 0.000 description 3
- 229920001706 Glucuronoxylan Polymers 0.000 description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 3
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000004148 unit process Methods 0.000 description 3
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000023514 Barrett esophagus Diseases 0.000 description 2
- RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N D-gluconic acid Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 2
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N arabinose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N 0.000 description 2
- 235000013361 beverage Nutrition 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 2
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002029 lignocellulosic biomass Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 2
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 2
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 2
- LUEWUZLMQUOBSB-FSKGGBMCSA-N (2s,3s,4s,5s,6r)-2-[(2r,3s,4r,5r,6s)-6-[(2r,3s,4r,5s,6s)-4,5-dihydroxy-2-(hydroxymethyl)-6-[(2r,4r,5s,6r)-4,5,6-trihydroxy-2-(hydroxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-3-yl]oxy-4,5-dihydroxy-2-(hydroxymethyl)oxan-3-yl]oxy-6-(hydroxymethyl)oxane-3,4,5-triol Chemical compound O[C@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)O[C@@H](O[C@@H]2[C@H](O[C@@H](OC3[C@H](O[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H]3O)CO)[C@@H](O)[C@H]2O)CO)[C@H](O)[C@H]1O LUEWUZLMQUOBSB-FSKGGBMCSA-N 0.000 description 1
- 240000002791 Brassica napus Species 0.000 description 1
- 235000004977 Brassica sinapistrum Nutrition 0.000 description 1
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N D-gluconic acid Natural products OCC(O)C(O)C(O)C(O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001503 Glucan Polymers 0.000 description 1
- 229920002581 Glucomannan Polymers 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 229920002000 Xyloglucan Polymers 0.000 description 1
- 125000000218 acetic acid group Chemical group C(C)(=O)* 0.000 description 1
- ZMZINYUKVRMNTG-UHFFFAOYSA-N acetic acid;formic acid Chemical compound OC=O.CC(O)=O ZMZINYUKVRMNTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000014171 carbonated beverage Nutrition 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004042 decolorization Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007071 enzymatic hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 229940046240 glucomannan Drugs 0.000 description 1
- 239000000174 gluconic acid Substances 0.000 description 1
- 235000012208 gluconic acid Nutrition 0.000 description 1
- RJGBSYZFOCAGQY-UHFFFAOYSA-N hydroxymethylfurfural Natural products COC1=CC=C(C=O)O1 RJGBSYZFOCAGQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 1
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 description 1
- 229920001277 pectin Polymers 0.000 description 1
- 239000001814 pectin Substances 0.000 description 1
- 235000010987 pectin Nutrition 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 150000004804 polysaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000006188 syrup Substances 0.000 description 1
- 235000020357 syrup Nutrition 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
- 235000013618 yogurt Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
- C07H3/00—Compounds containing only hydrogen atoms and saccharide radicals having only carbon, hydrogen, and oxygen atoms
- C07H3/06—Oligosaccharides, i.e. having three to five saccharide radicals attached to each other by glycosidic linkages
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
- C07H1/00—Processes for the preparation of sugar derivatives
Abstract
본 발명의 일 예에 따른 오탄당 기반 올리고당의 제조방법은 헤미셀룰로스가 함유된 바이오매스(Biomass)를 습식 조건에서 마찰분쇄하고 고온 및 고압 조건에서 열처리하여 자일로올리고당을 포함하는 당류 추출액을 수득한 후, 소정의 공경 크기를 가진 멤브레인 필터로 당류 추출액을 여과하여 1차로 불순물을 제거하고, 소정의 온도 조건으로 진공 증발 농축하여 2차로 불순물을 제거한 후, 이온교환 정제를 실시하여 소정의 규격을 만족하는 자일로올리고당 함유 정제 용액을 수득하는 것으로 구성된다. 본 발명의 일 예에 따른 오탄당 기반 올리고당의 제조방법은 전체 공정이 복잡하지 않고, 당류 추출액의 이온교환 정제 공정에서 이온교환 정제 용량을 크게 증가시켜 이온교환 정제 공정의 부하를 줄일 수 있다.The method for producing pentose-based oligosaccharides according to an example of the present invention is to friction-grind biomass containing hemicellulose under wet conditions and heat-treat it under high temperature and high pressure conditions to obtain a saccharide extract containing xylooligosaccharides. , impurities are first removed by filtering the saccharide extract through a membrane filter with a predetermined pore size, and impurities are removed secondarily by vacuum evaporation and concentration under predetermined temperature conditions, and then ion exchange purification is performed to obtain a product that satisfies the predetermined standards. It consists in obtaining a purified solution containing xylooligosaccharide. The method for producing pentose-based oligosaccharides according to an example of the present invention does not have a complicated overall process, and can greatly increase the ion exchange purification capacity in the ion exchange purification process of the saccharide extract, thereby reducing the load of the ion exchange purification process.
Description
본 발명은 바이오매스로부터 올리고당을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 바이오매스로부터 오탄당 기반 올리고당을 추출한 후, 간단한 단위공정들의 조합으로 불순물을 효과적으로 제거하여 이온교환 정제 공정의 부하를 줄일 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing oligosaccharides from biomass, and more specifically, to extract pentose-based oligosaccharides from biomass and then effectively remove impurities through a combination of simple unit processes to reduce the load of the ion exchange purification process. It's about method.
자일로올리고당(xylo-oligosaccharide)은 2~8개의 D-자일로오스로부터 β-1,4-자일로오스 글리코시드 결합을 통해 형성되며, 이는 기능성 올리고당류의 중요 구성원이다. 자일로올리고당의 당도(saccharinity)는 자당 및 글루콘산보다 낮고, 자당 당도의 약 40%에 달한다. 자일로올리고당은 pH 및 열에 대한 안정성이 비교적 양호하고, 산성 조건(pH=2.5-7) 하에서의 가열에 의해서도 기본적으로 분해되지 않으므로, 요구르트, 유산균 음료, 탄산 음료 등 산성 음료에 많이 사용된다. 자일로올리고당은 보통 자일란을 다량 함유하는 식물 원료로부터 제조하는데, 예를 들면 목분, 옥수수심, 목화씨 껍질, 벼 껍질, 평지씨 껍질 원료와 같은 다양한 바이오매스를 엔도형 자일라나제를 이용해 가수분해한 후, 분리 및 정제하여 얻는다.Xylooligosaccharide (xylo-oligosaccharide) is formed from 2 to 8 D-xylose through β-1,4-xylose glycosidic bonds, and is an important member of functional oligosaccharides. The saccharinity of xylooligosaccharide is lower than that of sucrose and gluconic acid, reaching about 40% of the saccharinity of sucrose. Xylooligosaccharide has relatively good stability against pH and heat, and is basically not decomposed even when heated under acidic conditions (pH = 2.5-7), so it is widely used in acidic beverages such as yogurt, lactic acid beverages, and carbonated beverages. Xylooligosaccharides are usually manufactured from plant raw materials containing a large amount of xylan. For example, various biomass such as wood flour, corn kernels, cotton seed hulls, rice hulls, and rapeseed hulls are hydrolyzed using endo-type xylanase. Afterwards, it is obtained by separation and purification.
바이오매스로부터 자일로올리고당을 제조하는 방법과 관련하여, 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0024434호에는 목질계 바이오매스를 신속한 수화와 마찰식 분쇄를 통하여 평균입경이 감소하고 표면적이 증가한 섬유질의 수화물을 제조하는 전전처리물 제조단계; 상기 전전처리물을 170 내지 190℃의 열수를 이용하여 10~50분 동안 처리하는 열수 전처리단계; 열수로 전처리된 바이오매스를 고상과 액상으로 분리하는 고액분리 단계; 및 상기 고액분리 단계를 통하여 분리된 액상으로부터 자일로오스 또는 자일로올리고당을 분리하는 올리고당 분리단계를 포함하는, 목질계 바이오매스 유래 자일로올리고당의 중합도별 생산 방법이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허공보 제10-2389473호에는 (a) 헤미셀룰로스가 함유된 바이오매스(Biomass)와 물(Water)의 혼합물로 이루어진 바이오매스 슬러리를 150~200℃의 온도 조건으로 열처리한 후 고/액 분리하여 바이오매스 추출액을 수득하는 단계; (b) 상기 바이오매스 추출액을 이온교환수지에 통과시켜 1차 이온교환 정제를 실시하고 pH가 4.8~6.0의 범위로 조정된 바이오매스 추출액을 수득하는 단계; (c) 상기 pH가 조정된 바이오매스 추출액에 자일란을 분해할 수 있는 효소를 첨가하고 효소 가수분해 반응을 실시한 후 여과하여 효소 가수분해 산물 용액을 수득하는 단계; (d) 상기 효소 가수분해 산물 용액을 농축하여 효소 가수분해 산물 농축액을 수득하는 단계; 및 (e) 상기 효소 가수분해 산물 농축액을 이온교환수지에 통과시켜 2차 이온교환 정제를 실시하고 전도도가 50 ㎲ 이하인 자일로올리고당 함유 정제 용액을 수득하는 단계를 포함하는, 바이오매스로부터 오탄당 기반 올리고당을 제조하는 방법이 개시되어 있다.Regarding the method of producing xylooligosaccharides from biomass, Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0024434 discloses a fibrous hydrate with a reduced average particle diameter and increased surface area through rapid hydration and friction grinding of lignocellulosic biomass. Pre-treatment product manufacturing step for producing; A hot water pre-treatment step of treating the pre-treated product using hot water at 170 to 190° C. for 10 to 50 minutes; A solid-liquid separation step of separating biomass pretreated with hydrothermal water into solid and liquid phases; and an oligosaccharide separation step of separating xylose or xylooligosaccharide from the liquid phase separated through the solid-liquid separation step. A method for producing xylooligosaccharides derived from lignocellulosic biomass according to the degree of polymerization is disclosed. In addition, Republic of Korea Patent Publication No. 10-2389473 discloses that (a) a biomass slurry consisting of a mixture of biomass and water containing hemicellulose is heat-treated at a temperature of 150 to 200 ° C. /Step of separating the liquid to obtain a biomass extract; (b) passing the biomass extract through an ion exchange resin to perform primary ion exchange purification and obtaining a biomass extract with a pH adjusted to a range of 4.8 to 6.0; (c) adding an enzyme capable of decomposing xylan to the pH-adjusted biomass extract, performing an enzymatic hydrolysis reaction, and then filtering to obtain an enzyme hydrolysis product solution; (d) concentrating the enzyme hydrolysis product solution to obtain an enzyme hydrolysis product concentrate; and (e) passing the enzymatic hydrolysis product concentrate through an ion exchange resin to perform secondary ion exchange purification and obtaining a purified solution containing xylooligosaccharide with a conductivity of 50 ㎲ or less. Pentose-based oligosaccharides from biomass. A method for manufacturing is disclosed.
또한, 바이오매스로부터 자일로올리고당을 제조하는 일반적인 방법은 바이오매스를 물(water)과 함께 이축스크루분쇄기(twin screw mill)에 첨가하고 수화와 마찰식 분쇄를 진행하여 바이오매스 마찰분쇄물 현탁액을 수득하는 단계; 바이오매스 마찰분쇄물 현탁액을 고/액 분리하여 액상을 제거하고 고상의 바이오매스 전처리물을 수득하는 단계; 바이오매스 전처리물을 물(water)에 현탁하여 바이오매스 전처리물 현탁액을 제조하고, 170~180℃의 온도 및 10~15 bar의 압력 조건에서 10~30분 동안 가열하여 당류를 추출한 후, 고/액 분리하여 고상을 제거하고 액상의 당류 추출액을 수득하는 단계; 당류 추출액을 규조토로 여과하여 불순물이 1차로 제거된 당류 추출액을 수득하는 단계; 불순물이 1차로 제거된 당류 추출액을 활성탄으로 탈색처리하고 불순물이 2차로 제거된 당류 추출액을 수득하는 단계; 불순물이 2차로 제거된 당류 추출액을 역삼투압 필터로 처리하여 물(water) 및 일부 불순물을 제거하고 역삼투압 필터를 통과하지 못한 당류 추출 농축액을 수득하는 단계 및 당류 추출 농축액을 이온교환 수지에 통과시켜 소정의 기준을 만족하는 정제된 분획물을 수득하는 단계로 구성되어 있어서, 전체 공정이 매우 복잡하다.In addition, a general method of producing xylooligosaccharides from biomass is to add biomass with water to a twin screw mill and proceed with hydration and friction grinding to obtain a biomass friction grind suspension. steps; Separating the biomass friction grind suspension into solid/liquid to remove the liquid phase and obtain a solid biomass pretreatment product; The biomass pretreatment material is suspended in water to prepare a biomass pretreatment suspension, and the sugars are extracted by heating for 10 to 30 minutes at a temperature of 170 to 180°C and a pressure of 10 to 15 bar. separating the liquid to remove the solid phase and obtaining a liquid saccharide extract; Filtering the saccharide extract with diatomaceous earth to obtain a saccharide extract from which impurities have been primarily removed; Decolorizing the saccharide extract from which impurities were first removed with activated carbon to obtain a saccharide extract from which impurities were removed secondarily; Processing the saccharide extract from which impurities were secondarily removed through a reverse osmosis filter to remove water and some impurities, obtaining a saccharide extraction concentrate that did not pass through the reverse osmosis filter, and passing the saccharide extraction concentrate through an ion exchange resin. Since it consists of obtaining a purified fraction that satisfies predetermined standards, the entire process is very complicated.
본 발명은 종래의 기술적 배경하에서 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전체 공정이 복잡하지 않고, 바이오매스로부터 소정의 중합도를 가진 오탄당 기반 올리고당을 고함량으로 추출할 수 있으며, 이온교환 정제 공정의 부하를 줄일 수 있는, 바이오매스로부터 오탄당 기반 올리고당을 제조하는 방법을 제공하는 데에 있다.The present invention was derived from the conventional technical background, and the object of the present invention is to extract a high content of pentose-based oligosaccharides with a predetermined degree of polymerization from biomass without the overall process being complicated, and to reduce the burden of the ion exchange purification process. The aim is to provide a method for producing pentose-based oligosaccharides from biomass, which can reduce .
본 발명의 발명자들은 바이오매스로부터 자일로올리고당을 포함하는 당류 추출액을 제조한 후, 멤브레인 분리 기술을 도입하여 규조토 여과 및 활성탄 탈색 공정을 대체하고, 이온교환 정제 전에 소정의 온도 조건에서 진공 증발 농축을 하는 경우 이온교환 정제 용량이 크게 증가하는 점을 확인하고 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention prepared a saccharide extract containing xylooligosaccharides from biomass, then introduced membrane separation technology to replace the diatomaceous earth filtration and activated carbon decolorization processes, and vacuum evaporation concentration under predetermined temperature conditions before ion exchange purification. The present invention was completed after confirming that the ion exchange purification capacity was greatly increased.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에서 사용하는 용어인 '헤미셀룰로스'는 식물 세포벽을 이루는 셀룰로스 섬유의 다당류 중 펙틴질을 뺀 것으로서, 주성분으로 자일란(xylan), 글루칸(glucan), 글루쿠로노자일란(glucuronoxylan), 아라비노자일란(arabinoxylan), 아라비난(arabinan), 자일로글루칸(xyloglucan), 글루코만난(glucomannan) 등을 포함한다.The term 'hemicellulose' used in the present invention refers to the polysaccharides of cellulose fibers that form plant cell walls minus the pectin, and its main components are xylan, glucan, glucuronoxylan, and arabinoxylan. (arabinoxylan), arabinan, xyloglucan, glucomannan, etc.
본 발명에서 사용하는 용어인 '고/액 분리'은 고상과 액상의 혼합물을 고상과 액상으로 분리하는 방법을 의미하며, 공지의 다양한 방법을 포함하는 개념이다. 공지의 고/액 분리 방법의 예로는 원심분리, 프레스 여과, 여과포 여과 등이 있다. The term 'solid/liquid separation' used in the present invention refers to a method of separating a mixture of solid and liquid phases into solid and liquid phases, and is a concept that includes various known methods. Examples of known solid/liquid separation methods include centrifugation, press filtration, and filter cloth filtration.
본 발명에서 사용하는 용어인 '바이오매스'는 화학 원료 또는 공업 원료로 이용되는 식물 자원을 의미한다.The term 'biomass' used in the present invention refers to plant resources used as chemical or industrial raw materials.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 예는 (a) 헤미셀룰로스가 함유된 바이오매스(Biomass)를 물(water)과 함께 이축스크루분쇄기(twin screw mill)에 첨가하고 수화와 마찰식 분쇄를 진행한 후, 바이오매스 마찰분쇄물 현탁액을 고/액 분리하여 액상을 제거하고 고상의 바이오매스 전처리물을 수득하는 단계; (b) 상기 바이오매스 전처리물을 물(water)에 현탁하여 바이오매스 전처리물 현탁액을 제조하고, 바이오매스 전처리물 현탁액을 150~200℃의 온도 조건으로 열처리한 후 고/액 분리하여 고상을 제거하고 액상의 당류 추출액을 수득하는 단계; (c) 상기 당류 추출액을 공경(Pore size) 크기가 0.05~0.8㎛인 멤브레인 필터로 여과하여 1차로 불순물이 제거된 당류 추출 여과액을 수득하는 단계; (d)상기 당류 추출 여과액을 75~105℃의 온도에서 진공 증발 농축하여 2차로 불순물이 제거된 당류 추출 농축액을 수득하는 단계; 및 (e) 상기 당류 추출 농축액을 이온교환수지에 통과시켜 이온교환 정제를 실시하고 전도도가 50 ㎲/㎝ 이하인 자일로올리고당 함유 정제 용액을 수득하는 단계를 포함하는, 오탄당 기반 올리고당의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, an example of the present invention is (a) adding biomass containing hemicellulose to a twin screw mill with water and performing hydration and friction grinding. After proceeding, separating the biomass friction grind suspension into solid/liquid to remove the liquid phase and obtain a solid biomass pretreatment product; (b) Suspending the biomass pretreatment material in water to prepare a biomass pretreatment suspension, heat treating the biomass pretreatment suspension at a temperature of 150 to 200°C, and then separating solid/liquid to remove the solid phase. and obtaining a liquid sugar extract; (c) filtering the saccharide extract through a membrane filter with a pore size of 0.05 to 0.8 ㎛ to obtain a saccharide extraction filtrate from which impurities are primarily removed; (d) vacuum evaporating and concentrating the saccharide extraction filtrate at a temperature of 75 to 105° C. to obtain a saccharide extraction concentrate from which impurities are secondarily removed; And (e) passing the saccharide extract concentrate through an ion exchange resin to perform ion exchange purification and obtain a purified solution containing xylooligosaccharide having a conductivity of 50 ㎲/cm or less. Provided is a method for producing pentose-based oligosaccharides. do.
본 발명의 일 예에 따른 오탄당 기반 올리고당의 제조방법에서, 상기 (a) 단계는 바이오매스로부터 자일로올리고당을 포함하는 당류를 원활하게 추출하기 위해 바이오매스를 전처리하는 공정이다. 상기 (a) 단계의 헤미셀룰로스가 함유된 바이오매스는 자일란(xylan), 글루쿠로노자일란(glucuronoxylan) 또는 아라비노자일란(arabinoxylan)에서 선택되는 1종 이상이 함유된 식물 자원 또는 식물 자원의 특정 부위라면 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 자일란 함유량 내지 경제성 등을 고려할 때 코끼리풀(elephant grass), 옥수수속대(corn cob), 귀리겨(oat bran), 단수수 바가스(sweet sorghum bagasse) 또는 사탕수수 바가스(suger cane bagasse)에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있고, 전처리 효과, 효소 추출 공정의 효과 등을 고려할 때 옥수수속대 또는 귀리겨에서 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 (a) 단계에서 이축스크루분쇄기(twin screw mill)에 첨가되는 바이오매스(Biomass) 대 물(water)의 중량비는 크게 제한되지 않으며, 분쇄 공정의 원활함, 전처리된 바이오매스 평균 입경의 감소 내지 표면적 증가 등을 고려할 때 1:5 내지 1:25인 것이 바람직하고, 1:10 내지 1:20인 것이 더 바람직하다. 상기 (a) 단계에서 바이오매스는 이축스크루분쇄기(twin screw mill)에 첨가되고 수화와 마찰식 분쇄를 거친 후 평균 입경이 감소하고 표면적이 증가하게 되며, 이로 인해 후술하는 (b) 단계의 열처리 추출 공정에서 당류 추출 효율 및 오탄당 기반 올리고당의 추출 효율이 증가하게 된다.In the method for producing pentose-based oligosaccharides according to an example of the present invention, step (a) is a process of pretreating biomass to smoothly extract saccharides including xylooligosaccharides from biomass. The biomass containing hemicellulose in step (a) is a plant resource containing one or more types selected from xylan, glucuronoxylan, or arabinoxylan, or a specific plant resource. The type of part is not greatly limited, and when considering xylan content or economic efficiency, elephant grass, corn cob, oat bran, sweet sorghum bagasse, or candy are used. It may be composed of one or more types selected from sorghum bagasse, and considering the effect of pretreatment, the effect of the enzyme extraction process, etc., it is preferably selected from corn cobs or oat bran. In addition, the weight ratio of biomass to water added to the twin screw mill in step (a) is not greatly limited, and the smoothness of the grinding process and the average particle size of the pretreated biomass are not greatly limited. Considering reduction or increase in surface area, the ratio is preferably 1:5 to 1:25, and more preferably 1:10 to 1:20. In step (a), the biomass is added to a twin screw mill and goes through hydration and friction grinding, and then the average particle size decreases and the surface area increases, which leads to heat treatment extraction in step (b) described later. In the process, the extraction efficiency of saccharides and pentose-based oligosaccharides increases.
본 발명의 일 예에 따른 오탄당 기반 올리고당의 제조방법에서, 상기 (b) 단계는 고온 및 고압의 열처리를 통해 전처리된 바이오매스로부터 자일로올리고당을 포함하는 당류를 추출하는 공정이다. 상기 (b) 단계에서 바이오매스 전처리물 현탁액의 바이오매스 전처리물 건조중량 농도는 크게 제한되지 않으며 원활한 작업성 및 당류 추출 효율을 고려할 때 바이오매스 전처리물 현탁액 전체 중량을 기준으로 4~15%(w/w)인 것이 바람직하고, 5~10%(w/w)인 것이 더 바람직하다. 상기 (b) 단계의 열처리 온도는 오탄당 기반 올리고당의 추출 효율을 고려할 때 160~200℃인 것이 바람직하고, 175~195℃인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 (b) 단계의 열처리 압력은 오탄당 기반 올리고당의 추출 효율을 고려할 때 8~15 bar인 것이 바람직하고, 10~14 bar인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 (b) 단계의 열처리 열처리 시간은 오탄당 기반 올리고당의 추출 효율 및 경제성을 고려할 때 5~60분인 것이 바람직하고, 10~30분인 것이 것이 더 바람직하다. 상기 (b) 단계에서 수득한 당류 추출액의 당류 고형분 농도는 크게 제한되지 않으며, 후술하는 멤브레인 필터 분리 공정 및 진공 증발 농축 공정의 원활한 진행을 고려할 때 1~5 브릭스(Brix)인 것이 바람직하고, 1.5~4 브릭스(Brix)인 것이 더 바람직하다.In the method for producing pentose-based oligosaccharides according to an example of the present invention, step (b) is a process of extracting saccharides including xylooligosaccharides from pretreated biomass through high temperature and high pressure heat treatment. In step (b), the dry weight concentration of the biomass pretreatment suspension is not greatly limited, and considering smooth workability and saccharide extraction efficiency, it is 4 to 15% (w) based on the total weight of the biomass pretreatment suspension. /w), and more preferably 5 to 10% (w/w). Considering the extraction efficiency of pentose-based oligosaccharides, the heat treatment temperature in step (b) is preferably 160 to 200°C, and more preferably 175 to 195°C. In addition, the heat treatment pressure in step (b) is preferably 8 to 15 bar, more preferably 10 to 14 bar, considering the extraction efficiency of pentose-based oligosaccharides. In addition, the heat treatment time in step (b) is preferably 5 to 60 minutes, and more preferably 10 to 30 minutes, considering the extraction efficiency and economic feasibility of pentose-based oligosaccharides. The saccharide solid concentration of the saccharide extract obtained in step (b) is not greatly limited, and is preferably 1 to 5 Brix, considering the smooth progress of the membrane filter separation process and vacuum evaporation concentration process described later, and 1.5 It is more preferable that it is ~4 Brix.
본 발명의 일 예에 따른 오탄당 기반 올리고당의 제조방법에서, 상기 (c) 단계는 멤브레인 필터를 이용하여 당류 추출액으로부터 1차적으로 불순물을 제거하는 공정이다. 상기 멤브레인 필터는 소정의 공경(Pore size) 크기를 가진 고체막으로서, 특정 크기 이상의 불순물을 제거하기 위해 사용된다. 상기 (c) 단계에서 사용되는 멤브레인 필터의 재료는 고분자, 세라믹 등 다양한 재료에서 선택될 수 있고, 작업성 및 경제성을 고려할 때 세라믹인 것이 바람직하다. 또한, 상기 (c) 단계에서 사용되는 멤브레인 필터의 공경(Pore size) 크기는 불순물 제거 효율 및 작업성을 고려할 때 0.05~0.6㎛인 것이 바람직하고, 0.1~0.4㎛인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 (c) 단계에서 멤브레인 필터를 여과하는 당류 추출액의 온도는 여과 효율을 고려할 때 35~65℃인 것이 바람직하고, 45~60℃인 것이 더 바람직하다.In the method for producing pentose-based oligosaccharides according to an example of the present invention, step (c) is a process of primarily removing impurities from the saccharide extract using a membrane filter. The membrane filter is a solid membrane with a predetermined pore size and is used to remove impurities larger than a certain size. The material of the membrane filter used in step (c) can be selected from various materials such as polymer and ceramic, and considering workability and economic efficiency, ceramic is preferable. In addition, the pore size of the membrane filter used in step (c) is preferably 0.05 to 0.6 ㎛, more preferably 0.1 to 0.4 ㎛, considering impurity removal efficiency and workability. Additionally, considering filtration efficiency, the temperature of the saccharide extract filtered through the membrane filter in step (c) is preferably 35 to 65°C, and more preferably 45 to 60°C.
본 발명의 일 예에 따른 오탄당 기반 올리고당의 제조방법에서, 상기 (d) 단계는 멤브레인 필터 처리에 의해 1차로 불순물이 제거된 당류 추출액을 소정의 조건에서 진공 증발 농축하여 유기산 등과 같은 불순물을 2차로 제거하고 동시에 당류 고형분 농도를 적정 수준으로 농축하는 공정이다. 상기 (d) 단계에서는 당류 추출액 내에 존재하는 아세트산, 개미산 등과 같은 유기산이 주로 제거된다. 상기 (d) 단계의 진공 증발 농축 온도는 불순물의 제거 효율, 카라멜화 반응의 억제, 경제성 등을 고려할 때 80~100℃인 것이 바람직하다. 또한, 상기 (d) 단계의 진공 증발 농축 압력은 대기압보다 낮은 감압 상태를 유지하는 조건이라면 크게 제한되지 않으며 불순물 제거 효율, 농축 효율 등을 고려할 때 15~300 ㎜Hg인 것이 바람직하고 50~250 ㎜Hg인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 (d) 단계의 진공 증발 시간은 진공 증발 농축 온도 및 진공 증발 농축 압력에 따라 다양한 범위에서 선택될 수 있고 불순물 제거 효율, 농축 효율 등을 고려할 때 10분 내지 3 hr인 것이 바람직하고, 20분 내지 2 hr인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 (d) 단계에서 수득한 당류 추출 농축액의 당류 고형분 농도는 (b) 단계에서 수득한 당류 추출 여과액의 당류 고형분 농도에 비해 2배 내지 6배 높은 것이 바람직하고, 2.5~5배인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 (d) 단계에서 수득한 당류 추출 농축액의 당류 고형분 농도 3~20 브릭스(Brix)일 수 있고, 4~15 브릭스(Brix)일 수 있다. 또한, 상기 (d) 단계에서 아세트산 제거율은 당류 추출액에 존재하는 아세트산 함량 대비 40%를 초과하고 바람직하게는 45~55%이고, 동시에 당류 추출 농축액의 전도도는 2,000 ㎲/㎝ 미만의 범위, 바람직하게는 1,200~1,800 ㎲/㎝의 범위로 조정된다.In the method for producing pentose-based oligosaccharides according to an example of the present invention, step (d) is performed by vacuum evaporating and concentrating the saccharide extract from which impurities are first removed by membrane filter treatment under predetermined conditions to remove impurities such as organic acids secondarily. This is a process that removes and simultaneously concentrates the sugar solid concentration to an appropriate level. In step (d), organic acids such as acetic acid and formic acid present in the saccharide extract are mainly removed. The vacuum evaporation concentration temperature in step (d) is preferably 80 to 100°C when considering impurity removal efficiency, inhibition of caramelization reaction, and economic efficiency. In addition, the vacuum evaporation and concentration pressure in step (d) is not greatly limited as long as it maintains a reduced pressure lower than atmospheric pressure. Considering impurity removal efficiency and concentration efficiency, it is preferably 15 to 300 mmHg and 50 to 250 mm Hg. It is more preferable that it is Hg. In addition, the vacuum evaporation time in step (d) can be selected from a variety of ranges depending on the vacuum evaporation concentration temperature and vacuum evaporation concentration pressure, and is preferably 10 minutes to 3 hr when considering impurity removal efficiency, concentration efficiency, etc., More preferably 20 minutes to 2 hr. In addition, the saccharide solid concentration of the saccharide extraction concentrate obtained in step (d) is preferably 2 to 6 times higher than the saccharide solid concentration of the saccharide extraction filtrate obtained in step (b), and is preferably 2.5 to 5 times higher. desirable. For example, the saccharide solid concentration of the saccharide extraction concentrate obtained in step (d) may be 3 to 20 Brix, or 4 to 15 Brix. In addition, in step (d), the acetic acid removal rate exceeds 40%, preferably 45 to 55%, relative to the acetic acid content present in the saccharide extract, and at the same time, the conductivity of the saccharide extract concentrate is in the range of less than 2,000 ㎲/cm, preferably. is adjusted in the range of 1,200 to 1,800 ㎲/cm.
본 발명의 일 예에 따른 오탄당 기반 올리고당의 제조방법에서, 상기 (e) 단계는 멤브레인 필터 여과 및 진공 증발 농축에 의해 불순물이 제거된 당류 추출 농축액을 이온교환수지로 정제하여 소정의 규격을 가진 분획물을 수득하는 공정이다. 상기 (e) 단계의 이온교환수지는 양이온교환수지 및 음이온교환수지를 포함하는 것이라면 그 구성이 크게 제한되지 않으며, 이온교환 정제 효율을 고려할 때 양이온교환수지, 음이온교환수지 및 혼상 이온교환수지가 순차적으로 연결된 3단의 이온교환수지인 것이 바람직하다. 상기 3단의 이온교환수지에서 양이온교환수지:음이온교환수지:혼상 이온교환수지의 부피비는 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 1:(1~5):(0.5~2)에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 혼상 이온교환수지는 양이온교환수지와 음이온교환수지의 혼합물로서, 혼상 이온교환수지 내에서 양이혼교환수지 대 음이온교환수지의 혼합 부피비는 1:0.1 내지 1:3인 것이 바람직하고, 1:0.2 내지 1:1.5인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 양이온교환수지 및 음이온교환수지는 당류 추출 농축액에 함유된 이온성 물질 제거 효율 등을 고려할 때 각각 강산성 양이온교환수지 및 약염기성 음이온교환수지인 것이 바람직하다. 상기 (e) 단계에서 이혼교환수지를 통과한 당류 추출 농축액은 소정의 시간 간격으로 분획되어 수집되고 전도도가 50 ㎲/㎝를 초과하는 분획은 규격외로 관리되고, 전도도가 50 ㎲/㎝ 이하인 분획만 혼합되어 자일로올리고당 함유 정제 용액으로 수득될 수 있다. 또한, 상기 (e) 단계에서 수득되는 자일로올리고당 함유 정제 용액의 전도도는 50 ㎲/㎝ 이하를 만족하면 크게 제한되지 않으며, 고품위의 자일로올리고당 제품을 담보하는 측면을 고려할 때 40 ㎲/㎝ 이하인 것이 바람직하고, 30 ㎲/㎝ 이하인 것이 더 바람직하다.In the method for producing pentose-based oligosaccharides according to an example of the present invention, step (e) is performed by purifying the saccharide extraction concentrate from which impurities have been removed by membrane filter filtration and vacuum evaporation concentration with an ion exchange resin to produce a fraction having a predetermined standard. It is a process to obtain. The composition of the ion exchange resin in step (e) is not greatly limited as long as it includes a cation exchange resin and an anion exchange resin. Considering the ion exchange purification efficiency, the cation exchange resin, anion exchange resin, and mixed bed ion exchange resin are sequentially used. It is preferable that it is a three-stage ion exchange resin connected by . In the three stages of ion exchange resin, the volume ratio of cation exchange resin: anion exchange resin: mixed phase ion exchange resin is not greatly limited and may be selected from, for example, 1:(1~5):(0.5~2). In addition, the mixed-bed ion exchange resin is a mixture of a cation exchange resin and an anion exchange resin, and the mixing volume ratio of the cation exchange resin to the anion exchange resin in the mixed-bed ion exchange resin is preferably 1:0.1 to 1:3, 1 :0.2 to 1:1.5 is more preferable. In addition, considering the efficiency of removing ionic substances contained in the saccharide extraction concentrate, the cation exchange resin and the anion exchange resin are preferably a strongly acidic cation exchange resin and a weakly basic anion exchange resin, respectively. In step (e), the saccharide extraction concentrate that has passed through the divorced exchange resin is collected and fractionated at predetermined time intervals. Fractions with a conductivity exceeding 50 ㎲/cm are managed as out-of-standard, and only fractions with a conductivity of 50 ㎲/cm or less are collected. It can be mixed to obtain a purified solution containing xylooligosaccharide. In addition, the conductivity of the purified solution containing xylooligosaccharide obtained in step (e) is not significantly limited as long as it satisfies 50 ㎲/cm or less, and considering the aspect of ensuring high-quality xylooligosaccharide products, it is 40 ㎲/cm or less. It is preferable, and it is more preferable that it is 30 μs/cm or less.
본 발명의 일 예에 따른 오탄당 기반 올리고당의 제조방법은 소정의 중합도를 자일로올리고당을 제공하기 위해 바람직하게는 상기 (e) 단계 이후에, (f) 상기 자일로올리고당 함유 정제 용액에 자일란을 분해할 수 있는 효소를 첨가하고 효소 가수분해 반응을 실시한 후 여과하여 효소 가수분해 산물 용액을 수득하는 단계; (g) 상기 효소 가수분해 산물 용액을 농축하여 효소 가수분해 산물 농축액을 수득하는 단계; 및 (h) 상기 효소 가수분해 산물 농축액을 이온교환수지에 통과시켜 이온교환 정제를 실시하고 전도도가 50 ㎲ 이하인 중합도가 조절된 자일로올리고당 함유 정제 용액을 수득하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 예에 따른 오탄당 기반 올리고당의 제조방법에서 상기 (e) 단계에서 수득된 자일로올리고당 함유 정제 용액은 약 4.8~5.5의 pH를 갖기 때문에 별도의 pH 조절 없이 효소 가수분해 반응의 기질 용액으로 사용될 수 있다. 상기 (f) 단계의 자일란을 분해할 수 있는 효소는 헤미셀룰로스를 구성하는 주성분인 자일란(xylan), 글루쿠로노자일란(glucuronoxylan) 또는 아라비노자일란(arabinoxylan)을 분해할 수 있는 공지의 다양한 효소에서 선택될 수 있고, 자일로올리고당 생성 효율을 고려할 때 자일라나제(Xylanase), 자일로시다제(Xylosidase) 또는 아라비노푸라노시다제(Arabinofuranosidase)에서 선택되는 1종 이상으로 구성되는 것이 바람직하고, 자일라나제(Xylanase)인 것이 더 바람직하다. 상기 (f) 단계에서 자일로올리고당 함유 정제 용액은 효소 가수분해 반응에 의해 중합도가 2 내지 6인 자일로올리고당(Xylo-oligosaccharides)과 아라비노올리고당(Arabino-oligosaccharides)의 함량이 증가된다.In the method for producing pentose-based oligosaccharides according to an example of the present invention, in order to provide xylooligosaccharides with a predetermined degree of polymerization, preferably after step (e), (f) decomposes xylan in the purified solution containing the xylooligosaccharides. Adding a capable enzyme, performing an enzyme hydrolysis reaction, and then filtering to obtain an enzyme hydrolysis product solution; (g) concentrating the enzyme hydrolysis product solution to obtain an enzyme hydrolysis product concentrate; and (h) passing the enzyme hydrolysis product concentrate through an ion exchange resin to perform ion exchange purification and obtain a purified solution containing xylooligosaccharide with an adjusted degree of polymerization and a conductivity of 50 ㎲ or less. In the method for producing pentose-based oligosaccharides according to an example of the present invention, the purified solution containing xylooligosaccharide obtained in step (e) has a pH of about 4.8 to 5.5, so it can be used as a substrate solution for enzymatic hydrolysis reaction without separate pH adjustment. It can be used as Enzymes that can decompose xylan in step (f) include various known enzymes that can decompose xylan, glucuronoxylan, or arabinoxylan, which are the main components of hemicellulose. It may be selected from, and considering the efficiency of xylooligosaccharide production, it is preferably composed of one or more types selected from xylanase, xylosidase, or arabinofuranosidase. , it is more preferable that it is xylanase. In step (f), the purified solution containing xylo-oligosaccharides has an increased content of xylo-oligosaccharides and arabino-oligosaccharides with a degree of polymerization of 2 to 6 through an enzymatic hydrolysis reaction.
본 발명의 일 예에 따른 오탄당 기반 올리고당의 제조방법은 또한 고순도의 자일로올리고당을 제공하기 위해, 상기 (h) 단계 이후에, (i) 중합도가 조절된 자일로올리고당 함유 정제 용액을 농축하고, 농축액을 크로마토그래피 칼럼에 통과시켜 고순도의 자일로올리고당 함유 시럽을 수득하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the method for producing pentose-based oligosaccharides according to an example of the present invention, in order to provide high purity xylooligosaccharides, after step (h), (i) the purified solution containing xylooligosaccharides whose degree of polymerization is adjusted is concentrated, It may further include passing the concentrate through a chromatography column to obtain a high-purity xylooligosaccharide-containing syrup.
본 발명의 일 예에 따른 오탄당 기반 올리고당의 제조방법은 헤미셀룰로스가 함유된 바이오매스(Biomass)를 습식 조건에서 마찰분쇄하고 고온 및 고압 조건에서 열처리하여 자일로올리고당을 포함하는 당류 추출액을 수득한 후, 소정의 공경 크기를 가진 멤브레인 필터로 당류 추출액을 여과하여 1차로 불순물을 제거하고, 소정의 온도 조건으로 진공 증발 농축하여 2차로 불순물을 제거한 후, 이온교환 정제를 실시하여 소정의 규격을 만족하는 자일로올리고당 함유 정제 용액을 수득하는 것으로 구성된다. 본 발명의 일 예에 따른 오탄당 기반 올리고당의 제조방법은 전체 공정이 복잡하지 않고, 당류 추출액의 이온교환 정제 공정에서 이온교환 정제 용량을 크게 증가시켜 이온교환 정제 공정의 부하를 줄일 수 있다.The method for producing pentose-based oligosaccharides according to an example of the present invention is to friction-grind biomass containing hemicellulose under wet conditions and heat-treat it under high temperature and high pressure conditions to obtain a saccharide extract containing xylooligosaccharides. , impurities are first removed by filtering the saccharide extract through a membrane filter with a predetermined pore size, and impurities are removed secondarily by vacuum evaporation and concentration under predetermined temperature conditions, and then ion exchange purification is performed to obtain a product that satisfies the predetermined standards. It consists in obtaining a purified solution containing xylooligosaccharide. The method for producing pentose-based oligosaccharides according to an example of the present invention does not have a complicated overall process, and can greatly increase the ion exchange purification capacity in the ion exchange purification process of the saccharide extract, thereby reducing the load of the ion exchange purification process.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것 일뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples. However, the following examples are only intended to clearly illustrate the technical features of the present invention and do not limit the scope of protection of the present invention.
1. 바이오매스로부터 자일로올리고당을 함유하는 당류 추출액의 제조1. Preparation of saccharide extract containing xylooligosaccharide from biomass
귀리겨(oat bran) 원물 10㎏을 이축스크루분쇄기에 넣고 150ℓ의 물(water)을 가하면서 약 30분 동안 습식 조건에서 마찰분쇄하여 귀리겨 마찰분쇄물 현탁액을 수득하였다. 이후, 귀리겨 마찰분쇄물 현탁액을 필터프레스에 주입하고 15 bar의 압력 조건에서 30분 동안 물을 짜내어 고상과 액상을 분리하고, 고상의 귀리겨 전처리물을 수득하였다. 이후, 수득한 귀리겨 전처리물을 증류수에 균일하게 현탁하여 전체 무게를 기준으로 귀리겨 전처리물 건조중량 농도가 6.25%(w/w)인 귀리겨 전처리물 현탁액을 제조하였다. 이후, 옥수수속대 전처리물 현탁액을 고압 반응관에 넣고 180℃의 온도 및 12 bar의 압력 조건에서 약 20분 동안 가열하여 당류를 추출한 후, 필터프레스를 사용하여 고상과 액상을 분리하고 고상을 제거한 후 당류 고형분 농도가 약 2.0 브릭스인 당류 추출액을 제조하였다.10 kg of oat bran raw material was placed in a twin-screw screw grinder, and 150 liters of water was added and friction-grinded under wet conditions for about 30 minutes to obtain a suspension of oat bran friction-ground material. Afterwards, the oat bran friction-ground suspension was injected into a filter press and the water was squeezed out for 30 minutes under a pressure of 15 bar to separate the solid phase and the liquid phase, and obtain a solid oat bran pretreatment product. Thereafter, the obtained oat bran pretreatment was uniformly suspended in distilled water to prepare an oat bran pretreatment suspension having a dry weight concentration of 6.25% (w/w) based on the total weight. Afterwards, the corn cob pretreatment suspension was placed in a high-pressure reaction tube and heated at a temperature of 180°C and a pressure of 12 bar for about 20 minutes to extract sugars. Then, the solid phase and liquid phase were separated using a filter press, and the solid phase was removed. A saccharide extract with a saccharide solid concentration of about 2.0 Brix was prepared.
2. 불순물이 제거된 당류 추출 농축액의 1차 제조2. Primary production of saccharide extract concentrate from which impurities have been removed
(1) 당류 추출 농축액의 1차 제조(1) Primary production of saccharide extraction concentrate
농축액 제조예 1.Concentrate preparation example 1.
당류 추출액을 역삼투압 필터로 처리하여 물(water) 및 일부 불순물을 제거하고 역삼투압 필터를 통과하지 못한 당류 추출 농축액을 제조하였다.The saccharide extract was treated with a reverse osmosis filter to remove water and some impurities, and a saccharide extract concentrate that did not pass through the reverse osmosis filter was prepared.
농축액 제조예 2.Concentrate preparation example 2.
당류 추출액을 규조토층으로 여과하여 일부 분순물이 제거된 1차 여과액을 수득하였다. 규조토 사용량은 당류 추출액 중량 대비 4%(w/w) 이었다. 이후, 1차 여과액에 활성탄을 1차 여과액의 당류 고형분 중량 대비 10%(w/w)의 양으로 첨가하고 75℃에서 1 hr 동안 처리한 후 필터페이퍼로 여과하여 탈색된 2차 여과액을 수득하였다. 이후, 2차 여과액을 역삼투압 필터로 처리하여 물(water) 및 일부 불순물을 제거하고 역삼투압 필터를 통과하지 못한 당류 추출 농축액을 제조하였다.The sugar extract was filtered through a layer of diatomaceous earth to obtain a primary filtrate with some impurities removed. The amount of diatomaceous earth used was 4% (w/w) based on the weight of the saccharide extract. Afterwards, activated carbon was added to the primary filtrate in an amount of 10% (w/w) based on the weight of sugar solids in the primary filtrate, treated at 75°C for 1 hr, and then filtered with filter paper to produce a decolorized secondary filtrate. was obtained. Thereafter, the secondary filtrate was treated with a reverse osmosis filter to remove water and some impurities, and a saccharide extraction concentrate that did not pass through the reverse osmosis filter was prepared.
농축액 제조예 3.Concentrate preparation example 3.
당류 추출액을 0.2㎛ 공경(Pore size)의 세라믹 멤브레인 필터로 55℃의 온도에서 여과하여 일부 분순물이 제거된 여과액을 수득하였다. 세라믹 멤브레인 필터 여과 운전은 세라믹 멤브레인 필터를 통과하는 여과액의 플럭스(Flux)가 최초 플럭스의 1/2이 되는 시점에서 종료하였다. 이후, 여과액을 역삼투압 필터로 처리하여 물(water) 및 일부 불순물을 제거하고 역삼투압 필터를 통과하지 못한 당류 추출 농축액을 제조하였다.The saccharide extract was filtered at a temperature of 55°C using a ceramic membrane filter with a pore size of 0.2㎛ to obtain a filtrate with some impurities removed. The ceramic membrane filter filtration operation was terminated when the flux of the filtrate passing through the ceramic membrane filter became 1/2 of the initial flux. Thereafter, the filtrate was treated with a reverse osmosis filter to remove water and some impurities, and a saccharide extraction concentrate that did not pass through the reverse osmosis filter was prepared.
(2) 당류 추출 농축액의 2차 제조(2) Secondary manufacturing of saccharide extraction concentrate
농축액 제조예 4.Concentrate preparation example 4.
당류 추출액을 0.2㎛ 공경(Pore size)의 세라믹 멤브레인 필터로 55℃의 온도에서 여과하여 일부 분순물이 제거된 여과액을 수득하였다. 세라믹 멤브레인 필터 여과 운전은 세라믹 멤브레인 필터를 통과하는 여과액의 플럭스(Flux)가 최초 플럭스의 1/2이 되는 시점에서 종료하였다. 이후, 여과액을 진공 증발 농축기에 넣고 -650 ㎜Hg의 감압 조건 및 50℃의 온도 조건에서 농축을 진행하였다. 농축을 진행하는 동안 당도계를 사용하여 농축액의 당류 고형분 농도가 약 6.0 브릭스(Brix)가 되었을 때 농축을 종료하고, 당류 고형분 농도가 약 6.0 브릭스(Brix)인 당류 추출 농축액을 제조하였다.The saccharide extract was filtered at a temperature of 55°C using a ceramic membrane filter with a pore size of 0.2㎛ to obtain a filtrate with some impurities removed. The ceramic membrane filter filtration operation was terminated when the flux of the filtrate passing through the ceramic membrane filter became 1/2 of the initial flux. Afterwards, the filtrate was placed in a vacuum evaporation concentrator and concentrated under reduced pressure conditions of -650 mmHg and temperature conditions of 50°C. During the concentration, the concentration was terminated when the saccharide solid concentration of the concentrate reached about 6.0 Brix using a saccharometer, and a saccharide extraction concentrate with a saccharide solid concentration of about 6.0 Brix was prepared.
농축액 제조예 5.Concentrate preparation example 5.
진공 증발 농축시 60℃의 온도 조건에서 농축을 진행하여 약 6.0 브릭스(Brix)인 당류 추출 농축액을 제조한 점을 제외하고는 농축액 제조예 4와 동일한 조건 및 동일한 방법으로 당류 추출 농축액을 제조하였다.A saccharide extraction concentrate was prepared under the same conditions and in the same manner as in Concentrate Preparation Example 4, except that vacuum evaporation concentration was carried out at a temperature of 60°C to prepare a saccharide extraction concentrate with a Brix of about 6.0.
농축액 제조예 6.Concentrate preparation example 6.
진공 증발 농축시 70℃의 온도 조건에서 농축을 진행하여 약 6.0 브릭스(Brix)인 당류 추출 농축액을 제조한 점을 제외하고는 농축액 제조예 4와 동일한 조건 및 동일한 방법으로 당류 추출 농축액을 제조하였다.A saccharide extraction concentrate was prepared under the same conditions and in the same manner as in Concentrate Preparation Example 4, except that vacuum evaporation concentration was performed at a temperature of 70°C to prepare a saccharide extraction concentrate with a Brix of about 6.0.
농축액 제조예 7.Concentrate preparation example 7.
진공 증발 농축시 80℃의 온도 조건에서 농축을 진행하여 약 6.0 브릭스(Brix)인 당류 추출 농축액을 제조한 점을 제외하고는 농축액 제조예 4와 동일한 조건 및 동일한 방법으로 당류 추출 농축액을 제조하였다. 당류 추출액이 약 6.0 브릭스(Brix)의 당류 추출 농축액으로 농축되는데에 걸린 시간은 약 1 hr이었다.A saccharide extraction concentrate was prepared under the same conditions and in the same manner as in Concentrate Preparation Example 4, except that vacuum evaporation concentration was performed at a temperature of 80°C to prepare a saccharide extraction concentrate with a Brix of about 6.0. The time taken for the saccharide extract to be concentrated into a saccharide extraction concentrate of about 6.0 Brix was about 1 hr.
농축액 제조예 8.Concentrate preparation example 8.
진공 증발 농축시 80℃의 온도 조건에서 농축을 진행하고, 농축액의 당류 고형분 농도가 약 9.0 브릭스(Brix)가 되었을 때 농축을 종료하여, 당류 고형분 농도가 약 9.0 브릭스(Brix)인 당류 추출 농축액을 제조한 점을 제외하고는 농축액 제조예 4와 동일한 조건 및 동일한 방법으로 당류 추출 농축액을 제조하였다. 당류 추출액이 약 9.0 브릭스(Brix)의 당류 추출 농축액으로 농축되는데에 걸린 시간은 약 2 hr이었다.During vacuum evaporation and concentration, the concentration is carried out at a temperature of 80°C, and the concentration is terminated when the saccharide solid concentration of the concentrate reaches about 9.0 Brix, resulting in a saccharide extraction concentrate with a saccharide solid concentration of about 9.0 Brix. A saccharide extraction concentrate was prepared under the same conditions and in the same manner as in Concentrate Preparation Example 4, except that it was prepared. The time taken for the saccharide extract to be concentrated into a saccharide extraction concentrate of about 9.0 Brix was about 2 hr.
농축액 제조예 9.Concentrate preparation example 9.
진공 증발 농축시 80℃의 온도 조건에서 농축을 진행하고, 농축액의 당류 고형분 농도가 약 12.0 브릭스(Brix)가 되었을 때 농축을 종료하여, 당류 고형분 농도가 약 12.0 브릭스(Brix)인 당류 추출 농축액을 제조한 점을 제외하고는 농축액 제조예 4와 동일한 조건 및 동일한 방법으로 당류 추출 농축액을 제조하였다. 당류 추출액이 약 12.0 브릭스(Brix)의 당류 추출 농축액으로 농축되는데에 걸린 시간은 약 3 hr이었다.During vacuum evaporation and concentration, the concentration is carried out at a temperature of 80°C, and the concentration is terminated when the saccharide solid concentration of the concentrate reaches about 12.0 Brix, resulting in a saccharide extraction concentrate with a saccharide solid concentration of about 12.0 Brix. A saccharide extraction concentrate was prepared under the same conditions and in the same manner as in Concentrate Preparation Example 4, except that it was prepared. The time taken for the saccharide extract to be concentrated into a saccharide extraction concentrate of about 12.0 Brix was about 3 hr.
농축액 제조예 10.Concentrate preparation example 10.
진공 증발 농축시 90℃의 온도 조건에서 농축을 진행하여 약 6.0 브릭스(Brix)인 당류 추출 농축액을 제조한 점을 제외하고는 농축액 제조예 4와 동일한 조건 및 동일한 방법으로 당류 추출 농축액을 제조하였다.A saccharide extraction concentrate was prepared under the same conditions and in the same manner as in Concentrate Preparation Example 4, except that vacuum evaporation concentration was carried out at a temperature of 90°C to prepare a saccharide extraction concentrate with a Brix of about 6.0.
농축액 제조예 11.Concentrate preparation example 11.
진공 증발 농축시 100℃의 온도 조건에서 농축을 진행하여 약 6.0 브릭스(Brix)인 당류 추출 농축액을 제조한 점을 제외하고는 농축액 제조예 4와 동일한 조건 및 동일한 방법으로 당류 추출 농축액을 제조하였다.A saccharide extraction concentrate was prepared under the same conditions and methods as in Concentrate Preparation Example 4, except that the vacuum evaporation concentration was carried out at a temperature of 100°C to prepare a saccharide extraction concentrate with a Brix of about 6.0.
농축액 제조예 12.Concentrate preparation example 12.
당류 추출액을 0.2㎛ 공경(Pore size)의 세라믹 멤브레인 필터로 55℃의 온도에서 여과하여 일부 분순물이 제거된 여과액을 수득하였다. 세라믹 멤브레인 필터 여과 운전은 세라믹 멤브레인 필터를 통과하는 여과액의 플럭스(Flux)가 최초 플럭스의 1/2이 되는 시점에서 종료하였다. 이후, 여과액을 진공 증발 농축기에 넣고 -650 ㎜Hg의 감압 조건 및 110℃의 온도 조건에서 농축을 진행하였다. 당류 추출액의 농축을 진행하는 과정에서 카라멜화(Caramelization) 현상이 발생하였고, 결과적으로 당류 추출 농축액을 제조하는데에 실패하였다.The saccharide extract was filtered at a temperature of 55°C using a ceramic membrane filter with a pore size of 0.2㎛ to obtain a filtrate with some impurities removed. The ceramic membrane filter filtration operation was terminated when the flux of the filtrate passing through the ceramic membrane filter became 1/2 of the initial flux. Thereafter, the filtrate was placed in a vacuum evaporation concentrator and concentration was performed under reduced pressure conditions of -650 mmHg and temperature conditions of 110°C. Caramelization occurred during the process of concentrating the saccharide extract, and as a result, the production of the saccharide extract concentrate failed.
3. 당류 추출액 및 당류 추출 농축액의 당류 조성, 유기산 성분 및 기타 물성 분석3. Analysis of saccharide composition, organic acid components and other physical properties of saccharide extract and saccharide extract concentrate
(1) 당류 조성(1) Sugar composition
당류 추출액 및 당류 추출 농축액의 당류 조성은 고성능액체크로마토그래피(HPLC)로 분석하였다. 하기 표 1에 당류 추출액, 농축액 제조예 1 내지 3에서 제조한 당류 추출 농축액 및 농축액 제조예 7 내지 11에서 제조한 당류 추출 농축액의 당류 조성을 정리하였다. The saccharide composition of the saccharide extract and saccharide extract concentrate was analyzed by high-performance liquid chromatography (HPLC). Table 1 below summarizes the saccharide composition of the saccharide extract and concentrate prepared in Preparation Examples 1 to 3, and the saccharide extraction concentrate prepared in Concentrate Preparation Examples 7 to 11.
* COS : 셀로올리고당(Cello-oligosaccharides)* COS: Cello-oligosaccharides
* XOS : 자일로올리고당(Xylo-oligosaccharides)* XOS: Xylo-oligosaccharides
* AOS : 아라비노올리고당(Arabino-oligosaccharides)* AOS: Arabino-oligosaccharides
상기 표 1에서 보이는 바와 같이 당류 추출액 및 다양한 단위공정의 조합을 거쳐 제조된 당류 추출 농축액의 당류 조성은 유의적인 차이를 보이지 않았다.As shown in Table 1, there was no significant difference in the saccharide composition of the saccharide extract and the saccharide extract concentrate prepared through a combination of various unit processes.
(2) 유기산 성분(2) Organic acid component
당류 추출액 및 당류 추출 농축액의 유기산 성분 함량은 고성능액체크로마토그래피(HPLC)로 분석하였다. HPLC 분석 조건은 다음과 같다.The organic acid content of the saccharide extract and saccharide extract concentrate was analyzed by high-performance liquid chromatography (HPLC). HPLC analysis conditions are as follows.
* 칼럼 종류 : 87H; 칼럼 온도 : 80℃; 유량 : 0.5 ㎖/min; 이동상 용매 : 0.5 mM 황산 용액; 검출기 : RI detector* Column type: 87H; Column temperature: 80°C; Flow rate: 0.5 ml/min; Mobile phase solvent: 0.5 mM sulfuric acid solution; Detector: RI detector
하기 표 2에 당류 추출액 및 농축 제조예 1 내지 12에서 제조한 당류 추출 농축액의 유기산 성분 함량 분석 결과를 정리하였다.Table 2 below summarizes the results of analysis of the organic acid component content of the saccharide extract and concentrate prepared in Preparation Examples 1 to 12.
* 아세트산 제거율 : 당류 추출액의 아세트산 함량 기준* Acetic acid removal rate: Based on acetic acid content of sugar extract
* HMF : 하이드록시메틸퍼퓨랄* HMF: Hydroxymethyl Furfural
상기 표 2에서 보이는 바와 같이 당류 추출액을 세라믹 멤브레인 필터로 여과하고, 80~100℃의 온도에서 진공 농축하여 당류 추출 농축액을 제조하는 경우(농축 제조예 7 내지 11), 개미산, 아세트산과 같은 유기산의 함량이 크게 감소하였다.As shown in Table 2, when the saccharide extract is filtered through a ceramic membrane filter and vacuum concentrated at a temperature of 80 to 100 ° C to prepare the saccharide extraction concentrate (Concentrated Preparation Examples 7 to 11), organic acids such as formic acid and acetic acid The content decreased significantly.
(3) 기타 물성(3) Other physical properties
당류 추출액, 농축액 제조예 1 내지 3에서 제조한 당류 추출 농축액 및 농축액 제조예 7 내지 11에서 제조한 당류 추출 농축액의 물성으로 전도도, pH, 당류 고형분 농도, 색도, 탁도 등을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 정리하였다.Conductivity, pH, saccharide solid concentration, color, turbidity, etc. were measured as physical properties of the saccharide extract and concentrate prepared in Preparation Examples 1 to 3 and the saccharide extraction concentrate prepared in Concentrate Preparation Examples 7 to 11, and the results were measured. It is summarized in Table 3 below.
(㎲/㎝)conductivity
(㎲/㎝)
* 색도 : 자외선 분광기를 이용하여 720㎚에서희 흡광도를 측정함* Chromaticity: Absorbance is measured at 720 nm using an ultraviolet spectrometer.
* 탁도 : 자외선 분광기를 이용하여 420㎚에서희 흡광도를 측정함* Turbidity: Measure absorbance at 420 nm using an ultraviolet spectrometer.
4. 이온교환 정제 및 이온교환 정제 용량 분석4. Ion exchange purification and ion exchange purification capacity analysis
(1) 이온교환 정제(1) Ion exchange purification
정제예 1.Purification Example 1.
농축액 제조예 1에서 제조한 당류 추출 농축액을 1단 양이온교환수지 10㎖, 2단 음이온교환수지 30㎖ 및 3단 혼상 이온교환수지(양이온교환수지 대 음이온교환수지의 혼합 부피비는 4:1임) 10㎖가 순차적으로 연결된 총 3단의 이온교환수지(이온교환수지 총량 35㎖)에 통과시켜 이온교환 정제 공정을 실시하였다. 이온교환 정제 공정에서 SV(Space velocity)는 1.5 이었다. 이온교환 정제를 통해 이온성 물질 및 기타 불순물을 제거하였고, 전도도 50 ㎲/㎝ 초과의 분획(fraction)은 규격외로 관리하였으며, 전도도 50 ㎲/㎝ 이하의 정제된 분획물을 수득하였다.The saccharide extraction concentrate prepared in Concentrate Preparation Example 1 was mixed with 10 ml of 1st stage cation exchange resin, 30 ml of 2nd stage anion exchange resin, and 3rd stage mixed bed ion exchange resin (mixing volume ratio of cation exchange resin to anion exchange resin is 4:1). An ion exchange purification process was performed by passing 10 ml through a total of 3 sequentially connected ion exchange resins (total amount of 35 ml of ion exchange resin). SV (Space velocity) in the ion exchange purification process was 1.5. Ionic substances and other impurities were removed through ion exchange purification, the fraction with a conductivity exceeding 50 ㎲/cm was managed outside the specifications, and a purified fraction with a conductivity of 50 ㎲/cm or less was obtained.
정제예 2.Purification example 2.
당류 추출 농축액으로 농축액 제조예 2에서 제조한 당류 추출 농축액을 사용한 점을 제외하고는 정제예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 정제된 분획물을 수득하였다.A purified fraction was obtained under the same conditions and method as in Purification Example 1, except that the saccharide extraction concentrate prepared in Concentrate Preparation Example 2 was used as the saccharide extraction concentrate.
정제예 3.Purification example 3.
당류 추출 농축액으로 농축액 제조예 3에서 제조한 당류 추출 농축액을 사용한 점을 제외하고는 정제예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 정제된 분획물을 수득하였다.A purified fraction was obtained under the same conditions and method as in Purification Example 1, except that the saccharide extraction concentrate prepared in Concentrate Preparation Example 3 was used as the saccharide extraction concentrate.
정제예 7.Purification example 7.
당류 추출 농축액으로 농축액 제조예 7에서 제조한 당류 추출 농축액을 사용한 점을 제외하고는 정제예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 정제된 분획물을 수득하였다.A purified fraction was obtained under the same conditions and method as in Purification Example 1, except that the saccharide extraction concentrate prepared in Concentrate Preparation Example 7 was used as the saccharide extraction concentrate.
정제예 8.Purification example 8.
당류 추출 농축액으로 농축액 제조예 8에서 제조한 당류 추출 농축액을 사용한 점을 제외하고는 정제예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 정제된 분획물을 수득하였다.A purified fraction was obtained under the same conditions and method as in Purification Example 1, except that the saccharide extraction concentrate prepared in Concentrate Preparation Example 8 was used as the saccharide extraction concentrate.
정제예 9.Purification example 9.
당류 추출 농축액으로 농축액 제조예 9에서 제조한 당류 추출 농축액을 사용한 점을 제외하고는 정제예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 정제된 분획물을 수득하였다.A purified fraction was obtained under the same conditions and method as in Purification Example 1, except that the saccharide extraction concentrate prepared in Concentrate Preparation Example 9 was used as the saccharide extraction concentrate.
정제예 10.Purification Example 10.
당류 추출 농축액으로 농축액 제조예 10에서 제조한 당류 추출 농축액을 사용한 점을 제외하고는 정제예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 정제된 분획물을 수득하였다.A purified fraction was obtained under the same conditions and method as in Purification Example 1, except that the saccharide extraction concentrate prepared in Concentrate Preparation Example 10 was used as the saccharide extraction concentrate.
정제예 11.Purification Example 11.
당류 추출 농축액으로 농축액 제조예 11에서 제조한 당류 추출 농축액을 사용한 점을 제외하고는 정제예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 정제된 분획물을 수득하였다.A purified fraction was obtained under the same conditions and method as in Purification Example 1, except that the saccharide extraction concentrate prepared in Concentrate Preparation Example 11 was used as the saccharide extraction concentrate.
(2) 정제된 분획물의 물성 및 이온교환 정제 용량 분석(2) Analysis of physical properties and ion exchange purification capacity of purified fractions
정제예 1 내지 3에서 수득한 정제된 분획물 및 정제예 7 내지 11에서 수득한 정제된 분획물의 물성으로 전도도, pH, 당류 고형분 농도, 색도, 탁도 등을 측정하였고, 각 정제예의 이온교환 정제 용량을 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 정리하였다.The physical properties of the purified fractions obtained in Purification Examples 1 to 3 and the purified fractions obtained in Purification Examples 7 to 11 were measured for conductivity, pH, sugar solid concentration, color, turbidity, etc., and the ion exchange purification capacity of each purification example was measured. It was analyzed, and the results are summarized in Table 4 below.
(㎲/㎝)conductivity
(㎲/㎝)
* 색도 : 자외선 분광기를 이용하여 720㎚에서희 흡광도를 측정함* Chromaticity: Absorbance is measured at 720 nm using an ultraviolet spectrometer.
* 탁도 : 자외선 분광기를 이용하여 420㎚에서희 흡광도를 측정함* Turbidity: Measure absorbance at 420 nm using an ultraviolet spectrometer.
* 이온교환 정제 용량(㎏/ℓ)=정제된 분획물의 당류 고형분 무게/이온교환수지 부피* Ion exchange purification capacity (kg/ℓ) = Weight of saccharide solid content of purified fraction / Volume of ion exchange resin
상기 표 4에서 보이는 바와 같이 당류 추출액을 세라믹 멤브레인 필터로 여과하고, 80~100℃의 온도에서 진공 농축하여 당류 추출 농축액을 제조한 후, 이온교환 정제를 실시하는 경우(정제예 7 내지 11) 적정 수준의 물성을 가진 정제된 분획물을 얻을 수 있고, 동시에 이온교환 정제 용량이 다른 방법으로 제조된 당류 추출 농축액을 이온교환 정제하는 경우보다 높게 나타났다.As shown in Table 4, the saccharide extract is filtered through a ceramic membrane filter, vacuum concentrated at a temperature of 80 to 100°C to prepare a saccharide extract concentrate, and then ion exchange purified (purification examples 7 to 11). Purified fractions with similar physical properties could be obtained, and at the same time, the ion exchange purification capacity was higher than when ion exchange purification of saccharide extraction concentrate prepared by other methods.
(3) 정제된 분획물의 당류 조성(3) Sugar composition of purified fraction
정제된 분획물의 당류 조성은 고성능액체크로마토그래피(HPLC)로 분석하였다. 하기 표 5에 정제예 1 내지 3에서 수득한 정제된 분획물 및 정제예 7 내지 11에서 수득한 정제된 분획물의 당류 조성을 정리하였다.The sugar composition of the purified fraction was analyzed by high-performance liquid chromatography (HPLC). Table 5 below summarizes the saccharide composition of the purified fractions obtained in Purification Examples 1 to 3 and the purified fractions obtained in Purification Examples 7 to 11.
* COS : 셀로올리고당(Cello-oligosaccharides)* COS: Cello-oligosaccharides
* XOS : 자일로올리고당(Xylo-oligosaccharides)* XOS: Xylo-oligosaccharides
* AOS : 아라비노올리고당(Arabino-oligosaccharides)* AOS: Arabino-oligosaccharides
상기 표 5에서 보이는 바와 같이 다양한 단위공정의 조합을 거쳐 수득한 정제된 분획물의 당류 조성은 유의적인 차이를 보이지 않았다.As shown in Table 5, there was no significant difference in the saccharide composition of the purified fractions obtained through a combination of various unit processes.
이상에서와 같이 본 발명을 상기의 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명이 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.As described above, the present invention has been described through the above-mentioned embodiments, but the present invention is not necessarily limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope and spirit of the present invention. Accordingly, the scope of protection of the present invention should be interpreted to include all embodiments falling within the scope of the patent claims attached to the present invention.
Claims (10)
(b) 상기 바이오매스 전처리물을 물(water)에 현탁하여 바이오매스 전처리물 현탁액을 제조하고, 바이오매스 전처리물 현탁액을 150~200℃의 온도 조건으로 열처리한 후 고/액 분리하여 고상을 제거하고 액상의 당류 추출액을 수득하는 단계;
(c) 상기 당류 추출액을 공경(Pore size) 크기가 0.05~0.8㎛인 멤브레인 필터로 여과하여 1차로 불순물이 제거된 당류 추출 여과액을 수득하는 단계;
(d)상기 당류 추출 여과액을 75~105℃의 온도에서 진공 증발 농축하여 2차로 불순물이 제거된 당류 추출 농축액을 수득하는 단계; 및
(e) 상기 당류 추출 농축액을 이온교환수지에 통과시켜 이온교환 정제를 실시하고 전도도가 50 ㎲/㎝ 이하인 자일로올리고당 함유 정제 용액을 수득하는 단계를 포함하는, 오탄당 기반 올리고당의 제조방법.
(a) Biomass containing hemicellulose is added to a twin screw mill together with water and subjected to hydration and friction grinding, then the biomass friction grind suspension is stirred and separating the liquid to remove the liquid phase and obtaining a solid phase biomass pretreatment product;
(b) Suspending the biomass pretreatment material in water to prepare a biomass pretreatment suspension, heat treating the biomass pretreatment suspension at a temperature of 150 to 200°C, and then separating solid/liquid to remove the solid phase. and obtaining a liquid sugar extract;
(c) filtering the saccharide extract through a membrane filter with a pore size of 0.05 to 0.8 ㎛ to obtain a saccharide extraction filtrate from which impurities are primarily removed;
(d) vacuum evaporating and concentrating the saccharide extraction filtrate at a temperature of 75 to 105° C. to obtain a saccharide extraction concentrate from which impurities are secondarily removed; and
(e) passing the saccharide extraction concentrate through an ion exchange resin to perform ion exchange purification and obtaining a purified solution containing xylooligosaccharide having a conductivity of 50 ㎲/cm or less. A method for producing pentose-based oligosaccharides.
The method of claim 1, wherein the biomass containing hemicellulose is elephant grass, corn cob, oat bran, sweet sorghum bagasse, or candy. A method for producing a pentose-based oligosaccharide, characterized in that it is selected from sorghum bagasse.
The pentose sugar according to claim 1, wherein the weight ratio of biomass to water added to the twin screw mill in step (a) is 1:5 to 1:25. Method for producing base oligosaccharides.
The method of claim 1, wherein the dry weight concentration of the biomass pretreatment suspension in step (b) is 4 to 15% (w/w) based on the total weight of the biomass pretreatment suspension. , Method for producing pentose-based oligosaccharides.
The method of claim 1, wherein the heat treatment pressure in step (b) is 8 to 15 bar and the heat treatment time is 5 to 60 minutes.
The method of claim 1, wherein the saccharide solid concentration of the saccharide extract obtained in step (b) is 1 to 5 Brix.
The method of claim 1, wherein the vacuum evaporation concentration pressure in step (d) is 15 to 300 mmHg and the vacuum evaporation concentration time is 10 minutes to 3 hr.
The method of claim 1, wherein the saccharide solid concentration of the saccharide extraction concentrate obtained in step (d) is 2 to 6 times higher than the saccharide solid concentration of the saccharide extraction filtrate obtained in step (b). Method for producing pentose-based oligosaccharides.
The method of claim 1, wherein in step (d), the acetic acid removal rate exceeds 40% of the acetic acid content present in the saccharide extract, and at the same time, the conductivity of the saccharide extract concentrate is adjusted to a range of less than 2,000 ㎲/cm. , Method for producing pentose-based oligosaccharides.
상기 혼상 이온교환수지는 양이온교환수지와 음이온교환수지의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 오탄당 기반 올리고당의 제조방법.The method of claim 1, wherein the ion exchange resin in step (e) is a three-stage ion exchange resin in which a cation exchange resin, an anion exchange resin, and a mixed phase ion exchange resin are sequentially connected,
A method for producing pentose-based oligosaccharides, wherein the mixed-phase ion exchange resin is a mixture of a cation exchange resin and an anion exchange resin.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240080398A true KR20240080398A (en) | 2024-06-07 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1354068B1 (en) | Recovery of xylose | |
| EP3242871B1 (en) | Methods for extracting and converting hemicellulose sugars | |
| KR102117175B1 (en) | Soluble dietary fiber and method for its preparation | |
| EP2786988B1 (en) | Method for manufacturing monosaccharides, oligosaccharides, and furfurals from biomass | |
| CN111004827B (en) | Preparation method of xylo-oligosaccharide | |
| CA2869298C (en) | Method for producing sugar solution | |
| CN110616237A (en) | Method for preparing xylo-oligosaccharide from steam-exploded plant fiber raw material | |
| WO2023125505A1 (en) | Method for preparing stachyose | |
| EP1649068B1 (en) | Method for purification of high purity sucrose material | |
| KR101170685B1 (en) | Method for producing a water-soluble dietary fiber from a rice by-products | |
| CN111850178A (en) | Xylose production method | |
| KR100939551B1 (en) | Purification method and production method for cellobiose | |
| KR20240080398A (en) | Manufacturing method of pentose-based oligosaccharide form biomass by removing impurities | |
| CN110835656A (en) | Sachima syrup purification process based on polysaccharide fiber carbon degumming technology | |
| KR101980598B1 (en) | Manufacturing method of oligosaccharide and pulp | |
| CN111057166B (en) | Method for preparing inulin | |
| JP5900792B2 (en) | Method for producing ferulic acid-bonded carbohydrate | |
| KR102389473B1 (en) | Manufacturing method of pentose-based oligosaccharide from biomass | |
| KR101584208B1 (en) | Manufacturing method of xylose-rich xylan utilizing corn bran | |
| RU2444908C1 (en) | Method for complex processing of girasol tubers | |
| KR101832799B1 (en) | Method for preparing digestion-resistant maltodextrin | |
| EP3356563B1 (en) | Methods of enriching arabinose fractions | |
| KR101326757B1 (en) | Method for selective production of the extract from corn fiber | |
| CN112679558A (en) | Method for separating and preparing high-purity xylobiose from lignocellulose hydrolysate | |
| CN115181137A (en) | Process for producing xylooligosaccharide by adopting physical bursting method |