KR800000242B1 - 발효 원료의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

발효 원료의 제조방법

본 발명은 포도당과 과당을 함유한 당밀의 가수분해물을 수산화칼슘과 혼합하여 프락토즈의 부가 침전을 모으고, 잔류 모액을 중화하여 칼슘이온을 제거한 후 그 모액을 글루타민 산과 라이신의 발효를 위한 탄소원으로 사용할 수 있게 하는 탄소원의 제조방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 아주 값싼 과당을 시장에 공급할 수도 있다.

본 발명은 발효를 위한 새로운 탄소원의 제조방법과 관련이 있으며 또한 설탕에 비해 경제성있는 아주 값싼 과당 제조방법이 된다.

과당은 기분좋은 단맛이 있으며 설탕보다 1.5내지 2배달다. 그러나 여러가지 과당의 제조방법이 알려져있으나 제조비용이 너무 많이 들어서 음식과 당료병 환자를 위한 특별한 용도에만 국한되어 사용한다.

설탕은 과당 제조를 위한 원료물질로 널리 사용된다. 그러나, 과당을 얻은후의 모액 처리가 힘들다. 예를들어, 포도당 이성화 효소로 모액을 처리하기는 하나 경제적으로 만족스런 처리방법은 개발되어 있지 않다.

미국특허 제3,793,146호에는 설탕의 가수분해물을 염화칼슘과 처리하여 부가형태로 하여 과당을 얻으며 모액은 구연산 발효를 위한 중요한 탄소원으로 사용되는 것이 보고되어져 있다. 그러나 미국특허에 기술된 방법으로 제조된 과당은 염화 칼슘법에서는 설탕이 순수해야 하기 때문에 값이 비싸다. 더욱이 다량의 칼슘 이온과 염소이온이 모액중에 있어서 발효를 저해하기 때문에 발효 종류가 제한을 받는다.

과량을 수산화 칼슘의 부가 상태로 당밀로부터 얻고 칼슘 이온을 제거한 그 모액을 중화했을때 글루타민산과 라이신의 발효를 위한 탄소원으로 그 모액이 적합함이 이제 알려졌다. 탄소원의 순도가 저하되었음에도 불구하고 글루타민산과 라이신의 수윤은 줄어들지 않는다. 과당으로 부터의 언급한 아미노산의 수율은 포도당으로 부터의 수윤보다 훨씬 작아지며 이는 글루타민산과 라이신의 발효는 과당의 존재와는 무관함을 알수있다.

본 발명에 쓰이는 당밀은 사탕수수 당밀과 사탕무우 당밀이다. 당밀중의 설탕의 가수분해는 무기산 또는 효소를 사용하는 기지의 방법에 의해 실시한다. 예를들어 보면 당밀의 pH를 염산에 의해 1.5내지 2로 맞추고 60내지 100℃에서 0.5내지 4시간동안 가열하면 설탕의 대부분은 포도당과 과당과 같은 육탄당으로 가수분해한다. 당밀을 무기산으로 가수분해하고 가수분해물을 수산화칼슘 또는 수산화나트륨과 같은 알카리로 중화한다. 그 후에 중성인 가수분해물을 수산화칼슘과 혼합하며, 바람직하기로는 수산화칼슘의 양을 육탄당의 0.7내지 1.5배몰을 사용한다. 수산화칼슘 대신에 산화칼슘을 사용할 수 있다. 이 경우 산화칼슘은 먼저 가수분해물중에서 수산화칼슘으로 된 후 과당과 반응하게 된다. 혼합은 주의를 기울여서 해야만 한다. 먼저 중성인 가수분해물을 10℃이하로, 바람직하기로는 5℃이하로 냉각하고 과당의 1.2내지 1.6배몰의 양인 수산화칼슘을 냉각된 가수분해물에 넣어준다. 그후, 과당과 수산화칼슘의 부가체 결정핵(seed)을 가해주고 결정핵을 가한 혼합물을 적당히 교반하면서 15내지 60분간 숙성시킨다. 부가치 결정은 부가체 결정핵을 가하지 않고도 결정화시킬 수 있다. 나머지 수산화칼슘은 1내지 2시간동안에 걸쳐 서서히 가해준다. 수산화칼슘과 과당을 반응시키는 동안 반응온도는 과당과 포도당의 분해를 줄이기 위해서 5℃ 이하로 유지하는 것이 바람직하다. 상기 과정을 거치면 공업적인 규모로 분리해내는데 아주 적합한 대형의 부가체 결정을 얻는다.

만약 혼합을 주의하며 하지 않으면 최종적으로 남는 스러리는 크림상이며 주로 미세한 결정으로 되게된다. 따라서 공업적 규모로 분리해내는 데 힘이 많이 들게된다. 만약 중성인 가수분해물을 수산화칼슘대신에 염화칼슘과 혼합하면 침전된 결정이 미세하며 슬러리는 점도가 높기 때문에 부가체결정을 분리해낼수가 없다. 이렇게하여 생성된 결정은 여과 또는 원심 분리하여 얻는다. 얻은 결정은 냉각시킨 물로 세척하는 것이 바람직하다. 소량의 포도당을 함유한 과당 결정이나 과당 용액은 기지의 방법으로 얻은 결정으로 제조할수 있다. 부가체중의 수산화칼슘을 중화시키는데 사용할 수 있는 가장 바람직한 중화제는 이산화탄소이다. 이 경우, 결정을 물에 넣은후 그 현탁액에 이산화탄소 가스를 넣어준다. 가스를 넣어 준후에 침전은 조과당용액이 되면서 중화되어 녹게된다. 필요에 따라서 과당용액은 결정화나 이온교환 수지법이나 탈색과 같은 기지의 방법으로 정제할 수 있으며, 과당용액으로부터 최종적으로 과당 결정을 얻는다.

상기 용액중의 가수분해물로 부터의 과당의 수윤은 70% 정도로 높으며, 보통은 50내지 65%이다. 모액을 중화하여 모액중의 칼슘 이온을 없애준다. 적당한 중화제로는 이산화탄소, 황산, 인산, 양이온 교환수지등이 있다. 상기 언급한 중화제로 중화를 시킬때 칼슘이온은 동시에 없어지게 된다. 상기 중화제중에서 이산화탄소가 가장 바람직하다. 왜냐하면 수득된 탄산칼슘은 가소할때 다시 쓰이기 때문이다. 이산화탄소의 또 다른 우수성은 중화하면서 탈색작용을 갖는것이다.

과당과 포도당 모두는 알카리용액내에서는 불안정하기 때문에 과당과 포도당은 상기의 과정중 냉각시켜 차게 유지시겨 주는것이 필요하다. 과당 부가체를 분리해낸후 또한 부가체와 모액을 빨리 중화시켜 주는 것도 필요하다.

칼슘을 제거한 모액은 글루타민산과 라이신의 발효를 위한 탄소원으로 적합하다. 글루타민산 발효에 적합한 대개의 균주는 라이신 발효에도 적합하다.

본 발명에 사용되는 미생물 균주는 브레비박테리움속, 코리네박테리움속, 마이크로코코스속, 또는 마이크로박테리움속에 속하는 균들이며 이들은 글루타민산 또는 라이신을 생성할 수 있다.

FERM -P균으로 표시된 미생물은 일본 상공성의 산업 과학기술처의 발효 연구소로 부터 밟혀진 유용한 것이다. 당밀이 중요한 탄소원인 통상의 방법에 따라 발효를 시킨다. 과당의 추출로 인해 당밀의 탄소순도가 저하되었음에도 불구하고 발효 수윤은 저하되지 않는다. 실험 1과 2에서 볼수 있는 것과 같이 이우수성은 발효 수율이 과당에서보다 포도당에서 훨씬 높다는 사실로 입증할 수 있다. 이리하여 본 발명은 단맛이 있는 과당 뿐 아니라 발효에 쓰는 포도당의 양쪽을 이용할 수 있는 방법임을 알수 있다.

실시예를 통하여 더욕 완전하게 이해할 수 있으며 본 실시예는 본 발명을 설명하는 것이지 제한을 하는것은 아니다.

[실험 1]

글루타민산의 발효

과당/포도당의 비를 여러가지로 변화시킨 5개의 실험조를 꾸민다. 각 20ml 배지에 다음과 같이 포함되게 제조한다 :

(500ml 진탕용 플라스크에 넣어 110℃에서 10분간 멸균한다)

각 배지에 브레비박테리움 락토페르멘툼 ATCC 13869를 접종하여 40시간동안 진탕하면서 31.5℃에서 배양한다. 배양하는 동안 배지의 pH는 45g/dl의 멸균시킨 우레아 수용액으로 7내지 8.0으로 조절한다. 결과는 다음 표 (1)과 같다.

[표 1]

[실험 2]

5개 실험조를 꾸며서 각 20ml 배지에 다음과 같이 포함되게 제조한다 :

(500ml 진탕용 플라스크에 넣어 10분간 110℃에서 멸균한다)

각 배지에 브레비박테리움 락토페르멘툼 AJ 3796

(FERM -P 2654)를 접종하고 진탕하며 31.5℃여서 72시간동안 배양한다.

결과는 표(2)와 같다.

[표 2]

[실시예 1]

사탕수수 당밀 1kg을 2.3ℓ물로 희석하고 황산으로 pH를 1.5로 조절하고 4시간동안 60℃에서 가수분해시킨다. 가수분해후 수산화 칼슘으로 중화하고 황산 칼슘침전을 여과하여 전화당 용액(포도당 9.95g/dl, 과당 11.25g/dl함유)을 조제하였다.

3ℓ의 전화당 용액을 0℃로 냉각하고 262g의 수산화칼슘(육탄당에 대해 같은몰임)을 함유한 30% 수산화칼슘을 조금씩 가해주고 온도를 5℃이하로 유지한다. 총 수산화칼슘의 70%량을 가해주는 경우, 가하는것을 멈춘후 소량의 과당부가물을 넣어준다. 과포화를 방지 하기위해 부가체 결정핵을 가한 용액을 30분간 교반해준다. 교반하는 동안 많은 부가체 결정이 석출한다. 나머지 30%의 수산화 칼슘을 점차적으로 1시간 동안 가해주고 생성된 스러리를 30분간 더 교반해준다. 부가체 침전을 여과해내고 냉수로 세척한다.

수득된 결정을 찬물로 현탁시키고 현탁액을 황산으로 중화하고 생성된 침전을 제거한다. 이렇게하여 생성시킨 과당용액은 과당 168g과 포도당 6.4g을 함유하고 있다. 과당 수율은 50%이다. 모액은 황산으로 중화시키고 침전을 제거한다. 칼슘을 제거한 모액에는 284g의 포도당과 159g의 과당이 함유되어 있다. 비교 시험용으로 1kg의 같은 사탕수수 당밀을 1ℓ의 물로 희석하고 황산으로 pH를 1.5로 조절하고 3시간동안 60℃에서 가수분해한다. 250g의 염화칼슘(2수화물)을 250ml 물에 녹이고 가수분해물에 가해준다. 수득된 용액을 농축하여 과당과 염화칼슘의 부가체를 결정으로 석출시킨다. 그러나 이렇게하여 제조한 부가체 결정은 거의 분리할 수가 없다. 왜냐하면 슬러리의 점도가 아주 높고 결정의 크기가 미세하기 때문이다.

주요탄소원으로 사탕수수 당밀, 수산화칼륨으로 처리한 전화당용액, 농축시켜 칼슘을 제거한 모액(23.16% 포도당과 12.97% 과당을 함유함)을 사용하여 6개의 배취(batch)중에서 글루타민산의 발효를 시킨다.

각 20ml 배지에 다음과 같이 포함되게 제조한다.

(500ml 진탕용 플라스크에 넣어 10분간 115℃로 멸균한다)

배지에 브레비박테리움 락토페르멘툼 ATCC 13869를 접종하고 진탕하며 40시간동안 31.5℃에서 배양한다. 450g/ℓ의 우레아수용액을을 때때로 가해주어 배지의 pH를 6.5내지 8.0으로 유지한다.

접종후 26배로 희석한 배약액의 흡광도가 562nm에서 0.3일때 주로 폴리옥시에틸렌솔비탄 모노팔미레이트를 함유한 계면활성제를 3mg/ml 농도로 배양액에 가해준다.

글루타민산의 수득량을 교해보면 사탕수수당밀에서는 48.2g이고 전화당 용액에서는 47.9g이고 칼슘을 제거한 모액에서는 48.1g이다.

상기 탄소원중 전화당용액을 뺀 나머지 것들을 사용하여 다른 6가지 미생물 균주에 대해 글루타민산의 발효를 시시다. 발효과정은 비타민 B₁의 농도릍 200γ/ℓ로 하는 것과 콩박편의 가수분해물을 넣지않는 것과 배양기간을 30시간으로 하는 것을 제외하고는 브리비박테리움 락토페르멘툼의 경우와 같다. 시험에 사용한 군주와 글루타민산의 수율은 다음표 3과 같다.

[표 3]

[실시예 2]

실시예 1에서와 같은 탄소원을 사용하여 라이신 발효시험을 실시한다. 각 20ml 배지에 다음과 같이 함유하게 제조한다 :

(500ml 진탕용 플라스크에 넣어 10분간 115℃에서 멸균한다)

각 배지에 브레비박테리움 락토페르멘툼 FERM P 2654, 또는 코리네박테리움 아세토글루타미쿰 FERM-P 2655를 접종하고 진탕하며 72시간동안 30.5℃에서 배양한다. 배양후 배양액의 라이신 농도를 정량하며 그 결과는 표 4와 같다.

상기 탄소원중 전화당 용액을 뺀 나머지 탄소원을 사용하여 다른 2가지 균주에 대해 라이신 발효 시험을 한다. 콩 박편의 가수분해물을 10ml/ℓ로 하고 배지의 pH를 8.0으로 하며 양온도를로 31.5C로 하는것을 제외하고 발효과정은 브레바박테리움 락토페르멘툼과 코리네박테리움 아세토글루타미쿰의 경우와 같다. 시험이 사용한 균주와 라이신의 수율은 표 (5)와 같다.

[표 5]

[실시예 3]

사탕무우 당밀을 사탕무우 당밀 1kg당 2.5ℓ의 물로 희석시키고 황산으로 pH를 1.5로 조절하고 60℃에서 4시간동안 가수분해 한다. 가수분해 산물을 수산화칼슘으로 중화하고 생성된 침전을 여과해 내면 7.80/dl 포도당과 8.8g/dl 과당을 함유한 전화당 용액을 얻게된다.

3ℓ의 전화당용액을 0℃로 냉각하고 205g의 수산화칼슘(육탄당에 대해 동물임)을 함유한 30% 수산화칼슘을 용액에 가해주며 이때 반응온도는 5℃ 이하를 유지시킨다. 층 수산화칼슘의 70%를 가하는 경우, 가하는 것을 멈추고 소량의 부가체 결정핵을 가해준다. 과포화 상태를 줄이기 위해서 결정핵을 가한 용액을 30분간 교반해준다. 교반하는동안 많은 부가체 결정이 석출된다. 나머지 30% 수산화 칼슘을 1시간에 걸쳐 가해주고 생성된 슬러리를 30분간 더 교반해준다. 부가체 결정을 여과해내고 냉수로 세척한다.

수득한 결정을 냉수에 현탁시키고 그 현탁액을 황산으로 중화하여 생성된 침전을 제거한다. 생성된 과당용액은 169g의 과당(수율 : 64%)과 6.3g의 포도당을 함유한다.

모액에 대해서도 역시 황산으로 중화하고 침전을 제거한다. 칼슘을 제거한 모액은 220g의 포도당과 87g의 과당을 함유한다. 사탕무우당밀과 농축된 칼슘 제거 모액을 주요 탄소원으로 하여 글루타민산의 발효시험을 12개의 배취중에서 실시한다. 각 20ml 배지에 다음과 같이 포함되게 제조한다.

(500ml 진탕용 플라스크에 넣어 10분간 115℃에서 멸균한다)

배지에 표(6)에서 기술한 균주중의 하나를 접종하고 진탕하면서 30시간동안 31.5℃에서 배양한다. 400g/ℓ의 우레아수용액을 때때로 가하여 배지의 pH를 6.5내지 8.0으로 조절한다. 접종후 26배로 희석한 배양액의 흡광도가 562nm에서 0.3일때 주로 폴리옥시이틸렌솔비탄 모노팔미레이트를 함유한 계면활성제를 0.4mg/dl의 농도로 배양액에 가해준다.

시험에 사용한 균주와 글루타민산의 수율은 다음 표(6)과 같다.

[표 6]

[실시예 4]

실시예 3과 같은 탄소원을 사용하여, 라이신 발효를 실시한다. 각 20ml 배지에 다음과 같이 포함되게 제조한다.

(500ml 진탕용 플라스크에 넣어 10분간 115℃에서 멸균한다.)

각 배지에 브레비박테리움 락토페르멘툼 FERM-P 2654를 접종하고 진탕하며 72시간동안 33℃에서 배양한다.

라이신의 수득량을 비교해보면 사탕무우 당밀에서는 46.2g/dl이고 칼슘을 제거한 모액에서는 46.5g/dl이다.

상기와 같은 탄소원을 사용하여 다른 2개의 균주에 대해 라이신 발효시험을 실시한다.

배지에 0.01g/ℓ의 황산제일철(7수화물)과 0.01g/ℓ의 황산망간(4수화물)을 가해주고 비오틴과 콩박편의 가수분해물을 각각 50γ/ℓ과 10ml/ℓ를 넣어주며 배지의 pH를 8.0으로 조절하며 배양온도를 31.5℃로유지시키는 것을 제외하고는 브레비박테리움 락토페르멘툼에서와 발효과정은 같다.

시험에 사용한 균주와 라이신의 수율은 다음표 (7)과 같다.

[표 7]

Claims (1)

1. 포도당과 과당을 함유한 당밀의 가수분해물을 수산화칼슘과 혼합하여 수산화칼슘의 과당부가체로하여 제거하고 모액을 중화시켜 모액으로부터 칼슘이온을 제거한후, 이를 글루타민산 또는 라이신 발효(이때 균주로는 브레비박테리움속, 코리네 박칼리움속, 마이크로코코스속 또는 마이크로 박테리움속을 사용)의 탄소원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 발효원료의 제조방법.