KR840000894B1 - 유동성이 좋은 저농도 칼슘함유 크산탄검 제조를 위한 고농도 인산염 방법 - Google Patents

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Abstract

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Description

유동성이 좋은 저농도 칼슘함유 크산탄검 제조를 위한 고농도 인산염 방법
본 발명은 발효배지내에서 고농도 인산염을 사용하는 것으로 구성된, 유동성이 좋은 저농도 칼슘함유 크산탄검을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 발명자가 죠 비. 리취몬(Joe B. Richmon)이고 발명의 명칭이 “저농도 칼슘함유 크산탄검”인 본 발명과 동일자 출원된 특허출원(맬크 대리인 목록 제K―1980IA호)과 관련된 것이다.
크산탄검의 제조와 용도는 헤테로폴리사카라이드류 분야에 숙련된 자에게는 주지의 일이다. 크산탄검의 수성 조성물은 많은 바람직한 성질을 갖는 반면 덩어리가 있거나 불균일하게 유동된다.
본 발명의 목적은 발효중에 배지를 고전단(고전단의 뜻은 본 명세서 12페이지에 있음)으로 하지 않고도 유동성이 좋은 저농도 칼슘함유 크산탄검을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
약 400ppm까지의 칼슘을 함유하는 크산탄검은 칼슘이온 및 칼슘을 포함하는 발효 자양물이 거의없는 수성 발효배지로부터 제조된다. 고전단 조건하에서 검을 제조할때 원활하고 또한 균일하게 유동하는 수성 오일/물 조성물이 제공된다.
크산탄검의 수성 조성물은 덩어리가 있거나 불균일하게 유동되는 특성을 갖는 경향이 있다. 덩어리가 있는(Chunky)유동이라 함은 토마토 캐찹과 같이 불균일하고 덩어리가 있는 형태의 유동을 말하며, 유동의 원활하고 균일한 형태란 식용유와 같은 덩어리가 없고 매끄러운 것을 말한다.
크산탄검의 칼슘함량과 크산탄검을 함유하는 수성 조성물의 유동성 간에는 상호관계가 있음을 알게 되었다. 수성 조성물은 크산탄검의 용액 뿐만아니라 오일/물 유탁액을 포함한다. 일반적으로 약 0.04 중량 ％ 이하의 칼슘을 함유하고 고전단 조건하에 발효된 크산탄검의 수성 조성물은 바람직한 유동성을 가지며, 약 0.02 중량 ％ 이하의 칼슘을 함유하고 고전다 조건하에 발효된 크산탄검의 수성 조성물은 가장 훌륭한 유동성을 갖는다.
본 발명의 저농도 칼슘 크산탄검은 발효될 수 있는 탄수화물 질소원 및 기타 적당한 자양물을 함유하는 배지를 전체 배양발효함으로써 헤테로폴리사카라이드 생성용 박테리아인 크산토모나스 캄페스트리스(Xanthomonas campestris)로부터 제조될 수 있다.
박테리아는 칼슘이온이 거의없는 배지내에서 증식된다. 칼슘이온이 거의 없다는 것은 완전한 육즙내에 각 1％의 크산탄검 농도당 약 4ppm까지의 칼슘이온, 바람직하기는 약 2ppm까지의 칼슘이 존재한다는 것을 말한다. 따라서, 약 2.1―2.3％의 최종농도를 가지는 크산탄검이 제조되는 경우 완전한 육즙내의 총칼슘이온 함량은 약 9ppm을 초과하지 않아야 하며 바람직하기는 약 5ppm을 초과하지 않아야 한다. 이러한 저농도 칼슘배지를 얻기위하여 이온교환처리, 증류, 연수를 사용하는 것등의 화학적 방법으로 발효배지내에 있는 물의 칼슘함량을 적당한 수준으로 감소시킬 수 있다. 상업용 유기질소원으로써 사용되기 위해 본 발명의 질소원은 거의 칼슘이온을 함유하지 않는 물질이어야 한다. 그러한 자양물질에는 프로모소이(promosoy)100, 즉 콩 단백질 농축물(central soya)이 있으며, 이 물질을 500ppm 사용할 경우 배지는 1―2ppm의 칼슘을 함유하게 된다.
발효배지의 총 칼슘이온 함량, 육즙내의 최종 크산탄검 농도 및 분리된 크산탄검의 칼슘이온 함량과의 관계를 다음 된I에 표시하였다.
[표 1]
Figure kpo00001
저농도 칼슘함유 크산탄검을 발효하는 공지의 기술로는 적당한 이익을 얻을 수 없었으며 실제로 발효 비어(beer) 또는 재구성된 크산탄검에 칼슘을 부가하였다. 그러한 공지 기술에는 예컨대, 미합중국 특허 제3,000,790호, 제3,054,689호, 제3,096,293호, 제3,323,929호 및 제4,053,69호 및 프랑스 특허 제2,330,697호가 있다.
또한 전술한 기술에서는 탈이온수 보다는 수도물이 사용되는데 이것은 경제적인 이유 뿐만아니라, 수도물이 검을 생성하는 유기체의 생장에 필요한 미량의 성분을 함유하기 때문이다. 참조, “크산토모나스 캄페스트리스 NRRL B―1459의 폴리사카라이드(크산탄)：배양 유지 및 폴리사카라이드제조, 정제 및 분석”을 위한 공정, Agricultural Research Service, United States Department of Agriculture(ARS―NC―51).
또한 전술한 기술에서는 크산탄검의 발효를 위해 유기질소원으로서 증류기 용해물 또는 콩 고형물이 사용된다. 참조：예컨대 미합중국 특허 제3,020,206호, 제3,281,329호 및 제3,594,280호 및 “Materials and Methods in Fermentation”, 126―127페이지, G.L. Solomons저(著) Academic press, New York(1969). 발효 육즙내에서 0.4중량 ％농도를 가지는 증류기 건조 용해물은 발효 육즙의 칼슘 함량을 150.8ppm로 하는 반면 발효 육즙내에서 0.45 중량％의 농도를 가지는 콩밀은 발효 육즙의 칼슘 함량을 16.7ppm으로 한다. 이러한 유기질소원을 사용하여 약 2.1―2.3％의 농도를 제조된 검은, 물 또는 다른 배지성분내에 기타 칼슘이 존재하지 않는다고 가정할때, 크산탄검이 약 2.6％의 최대수준까지 유효한 모든 칼슘이온과 결합하기 때문에 증류기 건조 용해물의 경우에 약 0.06―0.72％의 칼슘을 함유하고, 콩밀의 경우에 약 0.07―0.08％의 칼슘성분을 함유하게 된다.
크산탄검은 그 분자내에 약 20％의 글루쿠론산 약 4％ 피루베이트를 가지므로 음이온성 폴리사카라이드 이다. 약 0.026g의 칼슘이 1g의 크산탄검내에 있는 모든 카복실기와 반응한다는 것이 실험적으로 측정된바 있다. 바꾸어 말하면 칼슘의 이러한 량은 크산탄검 분자내의 카복실기에 대한 화학량론적인 량이다. 이러한 관계로부터 최종 발효 육즙내에 있는 크산탄검, 각 1％에 대하여 육즙내의 260ppm칼슘 농도가 크산탄검 분자내에 있는 모든 카복실기와 반응하기에 충분한 화학량론적인 량이라고 측정될 수 있다. 상기의 육즙으로부터 회수된 검은 약 26.000ppm의 칼슐 함량을 가진다. 칼슘의 감소량과 반응하는 카복실기의 ％도 또한 측정될 수 있다. 카복실기 결합％에 대한 칼슘 함량과 관계를 다음 표 2에 표시하였다.
[표 2]
Figure kpo00002
따라서, 본 발명의 크산탄검내에 존재하는 카르복실기의 약. 1.5％까지가 칼슘과 결합하여 나머지 카복실기는 나트륨, 칼륨, 나트륨 및 칼륨의 혼합물 또는 기타 비―칼슘 양이온과 화학적으로 결합한다.
분자량은 2백만―5천만이다. 유기체 크산토모나스는 이러한 검을 산으로서 생성하며 회수된 검내의 Na+：K+：Ca++비는 발효배지 조건에 달려있다. 표준 발효 조건하에서 칼슘이온은 상이한 검 분자의 분지쇄간에 교차 결합을 야기시키며, 분자량 및 수용액의 점성이 클수록 교차 결합도 많아진다. 저농도 칼슘 조건으로 크산탄검을 제조하면 교차 결합의 량이 감소된다. 저농도의 칼슘과 고전단조건하에서 크산탄검을 제조하면 교차 결합이 상당히 방지되며 검은 원활한 유동성을 보여준다. 발효가 상당히 완결된 후에 고전단하게 되면 칼슘은 크산탄검 분자에 의해 킬레이트화되어 교반효과가 최소화 되므로 함유하는 에너지 준위는 결합을 파괴시키기에 충분치 못하다. 따라서, 본 발명의 유동성이 좋은 검을 제조하기 위하여는 유기체 크산토모나스 크산탄검은 다음과 같은 일반식을 갖는다.
Figure kpo00003
식중, M+는 Na+, K+또는 1/2Ca++이다.
가 산형태의 크산탄검으로 제조되는 동안 저농도 칼슘 및 고전단이 둘다 존재하여야 한다.
본 발명의 신규한 방법에서는 고전단이 필요하지 않으며, 대신 최종 발효 공정의 출발시에 0.5％의 인산염(0.45％ NaHPO4및 0.05％ K2HPO4)을 배지에 가하고 침전되기 전 공정의 종료시에 또 다른 0.5％ Na2HPO4를 가한다. 본 방법 변화공정에서 0.7％의 인산염을 발효가 개시될때 가하고 종료시에는 가하지 않는다. 이와같이 최종 발효 공정에 0.7％―1％의 인산염이 사용된다면 고전단 조건은 필요하지 않게된다.
상술된 바와같이, 본 발명의 출발물질인 산형태의 크산탄검이 다양한 발효 조건하에서 크산토모나스 캄페스트리스 NRRL B―1459로부터 제조된다는 것은 공지된 것이다. 본 출원의 특허성은 산 형태의 크산탄검을 제조하는데 있어 크산토모나스 유기체의 생합성 경로와는 무관하게, 육즙내에서 고전단 또는 고전단 없이 저농도 칼슘 조건을 유지하는데 있다. 따라서, B―1459보다 고수율로 산형태의 크산탄검을 생성하는 본 출원의 양도인에 의해 공지된 크산토모나스 캄페스트리스의 돌연변이 균주 또는 B―1459를 사용하여 본 발명을 실시할 수 있다. 미생물의 기능이 상술한 산형태의 크산탄검을 제조하기 위한 것에 불과하기 때문에 이러한 돌연변이 군주 유효성은 본 발명을 실행하는데 있어 중요하지 않다.
크산탄검을 발효하는 동안 발효 육즙이 충분히 혼합되는가 계속 모니터한다. 검의 생성과 함께 육즙의 점성이 증가함으로 그에 따라 교반속도를 증가하고 자주 모니터하여 육즙의 모든 부분에 걸쳐 공기가 적당히 통하도록 한다. 폴리사카라이드 발효분야의 숙련자에게 공지된 충분한 혼합에 대한 기준이 본 발명의 저농도 칼슘 크산탄검을 제조하는데도 충분하다.
유동성이 좋은 저농도 칼슘함유 크산탄검 제조에 있어 0.7％―1％의 인산염을 사용하지 않으며 발효 공정중에 고전단이 필요하다. 다음의 교반 조건이 본 발명의 유동성이 좋은 저농도 칼슘함유 크산탄검 제조에 적당함을 알게 되었다. 본 발명에서는 이들 교반 조건에 필적할 수 있는 교반을 “고전단”이라고 규정하였다.
Figure kpo00004
발효 공정동안 비어(beer)를 고전단시켜야 하는데 발효가 완결된 후에 비어를 고전단시킬 경우에는 결과의 검이 원활한 유동성을 보여주지 않는다. 이와같이, 전체 발효공정 동안에 걸쳐 고전단 조건을 지속시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 저농도 칼슘함유 크산탄검으로부터 얻어지는 원활한 유동이 고온살균 조건에 의해 저하될 수도 있는데, 이러한 이유 때문에, 약 80℃를 넘지 않는 온도에서 살균시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 크산탄검의 원활한 유동성과 검으로부터 제조된 오일/물 유탁액의 점성간에 상호관계가 있음을 알게 되었다. 다음 시험 조서는 저농도의 칼슘크산탄검이 원활한 유동을 갖는가를 결정하기 위하여 첨부된 것이다.
시험방법 1
3.5g의 저농도 칼슘 크산탄검을 20g의 식용유 중에서 슬러리화하였다. 슬러리를 선빔 고체상태의 와링 혼합기(Sunbeam Solid State Waring blender)중의 300㎖의 수도물에 가하고 20초동안 가장 낮은 속도(교반 버튼)에서 혼합하였다. 혼합을 멈추고 13g의 NaCl를 가한다음 가장 높은속도(용해 버튼)에서 10초간 교반하였다. 유탁액을 전부 400㎖의 비이커에 붓고 브룩필드(Brookfield) LVF점도계에서 실온하에 점도를 읽었다(60Vpm에서 3Spindle). 사용된 크산탄검은 86―92％의 고형물을 함유하는데, 이것을 분쇄하여 최소한 98％는 80메쉬 스크린을 통과하고 40％미만이 325메쉬 스크린을 통과하도록 한다. 저농도 칼슘 크산탄검은 점도가 1,650Cp보다 적을때 원활히 유동하며, 1,600Cp이하일때가 바람직하다.
또한, 확실하지 않더라도 시험에는 시각적인 관찰이 필요한데 예를들어, 상술한 바와같이 제조된 유탁액은 주입하는 동안 관찰하여 유동상태를 기재하였다. 그러한 유탁액을 함유하는 비이커를 진탕하여 측면이 코팅되도록 한후 관찰하였다. 측면의 유탁액의 코팅물이 줄어지거나 불균일한 것보다는 일반적으로 균질일 경우, 검은 유동성이 좋다고 생각된다.
본 발명의 저농도 칼슘 크산탄검은 크산탄검이 사용될 수 있는 모든 용도에 사용될 수 있다. 또한, 발효 육즙은 정지상으로 있을 때가 본 발명의 유동성이 좋은 저농도 칼슘함유 크산탄검 제조용 중간물질이다.
유동성이 좋은 크산탄검은 여러가지 용도에 사용되는데 첫째, 그의 성질이 크산탄검의 성질과 유사하므로 크산탄검을 요하는 제재에 대용품으로 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 유동성이 좋은 크산탄검은 특히 부을 수 있고 숟갈로 뜰수 있는 샐러드 드레싱에 유용하다. 용해도에 있어서는 과일향기를 가진 음료, 코코아 음료, 고깃국물 및 스프와 같은 재구성된 건조 혼합물에 좋고, 감촉과 유동성에 있어서는 설탕시럼, 크리임티약, 샴푸, 핸드크림 및 과일통조림과 같은 고당(high sugar)고형물에 좋다.
전형적인 사용량은 다음과 같다.
Figure kpo00005
본 발명의 유동성이 좋은 크산탄검을 사용하는 대표적인 제재는 다음과 같다.
[샐러드 드레싱]
40부의 설탕에 20부의 인스탄트 전분 및 5부의 유동성이 좋은 크산탄검을 가하였다. 건조 혼합하고 410부의 물에 분산시켰다. 용해될때 까지 혼합시키고 60부의 설탕을 가한후 20부의염, 5부의 겨자 및 40부의 신선한 달걀 노른자에 혼합시켰다. 빠른속도의 휩 비터(Whip beater)혼합기를 사용하여 300부의 옥수수유 및 100부의 100곡물 식초를 혼합시켰다.
[오렌지향의 드링크 혼합물]
다음의 혼합 성분을 1쿼트(944㎖)의 냉수에 부가하고 30초동안 교반하였다.
Figure kpo00006
[투스페이스트(Toothpaste)]
공지된 방법을 사용하여, 다음 성분으로부터 투스페이스트를 제조하였다.
Figure kpo00007
얻어진 페이스트는 짧게 줄짓지 않고 유동하는 반면, 통상의 크산탄검으로 제조한 페이스트는 현저하게 줄이 생긴다.
뜨거운 인스탄트 크리임 스프 혼합물
다음의 혼합 성분을 3/4컵(180㎖)의 끊는물에 가하고 2분동안 교반을 계속한다.
Figure kpo00008
저농도 칼슘 크산탄검은 0.1―2중량％에서 물―글리콜 내화성 유압 작동유(hydraulic fluids)용 농후제로서 또한 유용하다. 이러한 액체는 물, 저분자량의 글리콜, 농후제 및 부식방지 마손(磨損)방지를 위해 사용되는 각종의 부가제로 구성된다. 저농도 칼슘 크산탄검은 액체용 부형제로서 사용되는 각종 물―글리콜 혼합물에 가용성이다. 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 및 프로필렌과 같은 글리콜이 사용되는데 이것은 물의 중량에 대하여 액체에 빙점강하 및 저온 유동성을 부여하는 정도까지 사용된다. 물―글리콜 혼합물은 매우 빈약한 윤활유이며, 파손방지 특성을 가지는데, 농후제는 이들 기능을 제공하는 물―글리콜 유압 작동유로서 사용된다.
다음의 실시예는 본 발명을 더욱 예증하기 위한 것이며, 제한하는 것은 아니다.
[실시예 1]
파일롯트 플랜트(pilot plant)발효
유동성이 좋은 저농도 칼슘함유 크산탄검을 연수(soft water)를 사용하여 1500갈론의 발효기내에서 제조하였다.
Figure kpo00009
K2HPO4를 Na2HPO4로 대치하는 것 외에는 실시예 1의 공정에 따라 본 발명의 유동성이 좋은 저농도 칼슘함유 크산탄검이 또한 제조되었다.
[실시예 2]
원활한 유동성에 미치는 인산염의 효과
저농도의 칼슘을 함유하는 크산탄검의 원활한 유동성에 미치는 인산염의 효과를 측정하기 위하여 2000갈론의 발효기(1200갈론 작업용량)에서 3개 뱃치(batch)의 저농도 칼슘함유 크산탄검을 준비하였다. 발효 배지는 4.2％의 옥수수 시럽 및 0.01％ 탈기포제만을 사용하는 것 외에는 실시예 1에서와 동일하다. 사용된 차폐물(baffles)은 5.5인치 WX144인치 L이며 발효기 내면으로부터 1인치에 있다.
28인치 직경의 터어빈은 각각 다섯개의 2.5인치 W날개를 포함한다. 발효기의 폭은54인치이다. 발효기는 59―69시간 정도 쓸수있다.
다음 데이타를 얻었다.
Figure kpo00010
Figure kpo00011
따라서, 고전단 조건하에는 본 발명의 원활히 유동하는 생성물을 제조하는 반면, 양호한 교반(즉, 크산탄검을 제조하기에 충분한)의 조건하에서는 원활히 유동하는 생성물은 배지의 인산염 수준이 상당히 증가하지 않는한 제조되지 않는다.
다른 방법에서, 0.5％의 인산염을 발효개시시에 가하고 또 다른 0.5％는 발효후 및 회수하기 전에 가한다.
이들 방법은 특히 고전단의 필요성을 제거하기 위한 대량 생산규모 발효기에 유용하다.

Claims (1)

  1. 본문에 상술한 바와같이, 칼슘 이온이 거의 없는 수성 배지내에서 크산토모나스 캄페스트리스(Xanthomonas campestris)를 전체배양 발효시켜 유동성이 좋은 저농도 칼슘함유 크산탄검을 제조하는 방법에 있어서, 배지에 0.7％―1.0％의 인산염을 가함을 특징으로 하는 상기 검의 제조방법.
KR1019800001976A 1979-05-31 1980-05-20 유동성이 좋은 저농도 칼슘함유 크산탄검 제조를 위한 고농도 인산염 방법 KR840000894B1 (ko)

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