WO2016182257A1 - 1,4-디아미노부탄의 정제방법 - Google Patents

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WO2016182257A1
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diaminobutane
distillation
fermentation broth
purifying
composition
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곽원식
리홍선
원현주
이효형
나경수
박수진
양영렬
엄혜원
오창엽
이경민
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씨제이제일제당 (주)
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C209/00—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C209/82—Purification; Separation; Stabilisation; Use of additives
    • C07C209/84—Purification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C209/00—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C209/82—Purification; Separation; Stabilisation; Use of additives
    • C07C209/86—Separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C211/00—Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C211/01—Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton having amino groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C211/02—Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton having amino groups bound to acyclic carbon atoms of an acyclic saturated carbon skeleton
    • C07C211/09—Diamines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/001—Amines; Imines

Definitions

  • 1,4-Diaminobutane can be produced by chemical or biological methods. Chemical methods should use toxic substances such as hydrogen cyanide or expensive reaction catalysts. Biological methods can be produced by culturing microorganisms producing 1,4-diaminobutane and then purifying 1,4-diaminobutane from fermentation broth. Thus, biological methods are more environmentally friendly than chemical methods and do not use expensive catalysts.
  • the present invention provides a novel method for purifying 1,4-diaminobutane.
  • a method for purifying 1,4-diaminobutane comprising: recovering 1,4-diaminobutane by removing carbonic acid from the 1,4-diaminobutane carbonates contained in the second composition.
  • a method for purifying 1,4-diaminobutane comprising: recovering 1,4-diaminobutane by removing carbonic acid from the 1,4-diaminobutane carbonates contained in the third composition.
  • 1, 4- diamino butane can be obtained simply in a high yield from the composition containing 1, 4- diamino butane carbonates.
  • the purification cost required for the purification can be lowered together.
  • 1 is a flow chart of a general 1,4-diaminobutane purification method.
  • FIG. 2 is a flow chart of a 1,4-diaminobutane purification method including the fermentation step to the decarbonation step.
  • Purification method of 1,4-diaminobutane is a second composition comprising 1,4-diaminobutane carbonate by distillation from the first composition comprising 1,4-diaminobutane carbonate Separating the; And recovering 1,4-diaminobutane by removing carbonic acid from the 1,4-diaminobutane carbonates contained in the second composition.
  • the purification method is simple by separating 1,4-diaminobutane carbonates from a composition comprising 1,4-diaminobutane carbonates and removing carbonic acid from the separated 1,4-diaminobutane carbonates. 1,4-diaminobutane can be purified.
  • the purification method is simple because the addition of a basic substance to the composition containing 1,4-diaminobutane carbonate prior to distillation does not add a separate basic substance, unlike the conventional purification method of alkalizing and then distilling the composition. And by-products may decrease.
  • 1,4-diaminobutane carbonate carbonate salts of 1,4-diaminobutane
  • carbonate salts of 1,4-diaminobutane is meant to include all forms of salts that can be formed by combining 1,4-diaminobutane with carbonic acid.
  • the first composition may include any composition including 1,4-dinobutane carbonate, but specifically, a fermentation broth or concentrate thereof containing 1,4-polyaminobutane carbonate obtained by culturing microorganisms. Can be.
  • Fermentation broth in the purification method may be generated from the fermentation process.
  • the fermentation broth is a fermentation broth cultured using a microorganism, for example, may be a fermentation broth cultured using a mutated microorganism.
  • fermentation broth is prepared by growing in a CMA (cornmeal malt extract agar medium) solid medium, inoculating with a seed medium, and inoculating it with the main culture medium. It may be a fermentation broth containing diaminobutane carbonates.
  • the concentrate of the fermentation broth in the purification method may be prepared by concentrating the fermentation broth containing 1,4-diaminobutane carbonates.
  • At least a portion of the solvent contained in the fermentation broth may be removed while concentrating the fermentation broth. By removing at least a portion of the solvent may increase the concentration of 1,4-diaminobutane carbonates contained in the fermentation broth.
  • the solvent removed is, for example, water. Concentrating the fermentation broth containing 1,4-diaminobutane carbonate at least 50%, in particular at least 60%, more specifically at least 70%, even more specific of the initial solvent contained in the non-concentrated fermentation broth As much as 80% or more can be removed.
  • When the cells are included in the fermentation broth at the time of concentration of the fermentation broth may be concentrated in a low temperature and reduced pressure environment to prevent destruction of the cells.
  • Concentration of the fermentation broth may be carried out at a steam temperature of less than 100 °C. That is, the concentration may be performed under the condition that the temperature of the vapor vaporized from the fermentation broth is 100 ° C. or less.
  • the step of concentrating the fermentation broth may be performed at a steam temperature of 10 ° C. to 100 ° C., specifically, a steam temperature of 30 ° C. to 80 ° C., and more specifically, a steam temperature of 45 ° C. to 67 ° C.
  • the solvent can be removed more easily under these conditions.
  • the step of concentrating the fermentation broth may be performed at a reduced pressure of 760 mmHg or less.
  • the concentration may be performed under the condition that the pressure of the vapor in equilibrium with the fermentation broth is 760 mmHg or less.
  • the step of concentrating the fermentation broth may be carried out at a pressure of 10 to 760 mmHg, specifically at a pressure of 40 to 500 mmHg, more specifically at a pressure of 70 to 200 mmHg. The solvent can be removed more easily under these conditions.
  • a concentrate of fermentation broth may be prepared by conducting concentration at a vapor temperature of 10 ° C. to 100 ° C. and a pressure of 10 mm Hg to 760 mm Hg.
  • PH of the concentrate of the fermentation broth in the purification method may be 10.0 or more. Since the pH of the concentrate of the fermentation broth is 10 or more, the salt of 1,4-diaminobutane included in the fermentation broth may be, for example, 1,4-diaminobutane carbonate.
  • At least 70% by weight of 1,4-diaminobutane carbonates contained in the first composition may be separated or removed by distillation.
  • at least 75% by weight, preferably at least 80% by weight, more preferably at least 85% by weight, even more preferably at least 90% by weight of 1,4-diaminobutane carbonates Can be separated.
  • at least a portion of the carbon dioxide may be separated from the 1,4-diaminobutane carbonates included in the first composition by distillation.
  • the temperature at which the second composition comprising 1,4-diaminobutane carbonates can be separated from the first composition containing 1,4-diaminobutane in the purification method by distillation is between 30 ° C and 158 ° C. Temperature, specifically, may be carried out at a steam temperature of 40 °C to 120 °C. Under the steam temperature condition, the second composition including 1,4-diaminobutane may be separated in high yield.
  • the pressure range for separating 1,4-diaminobutane carbonates by distillation from the first composition comprising 1,4-diaminobutane in the purification method is a pressure of 10mmHg to 760mmHg, specifically 70mmHg to 200mmHg It can be performed in. Under the above pressure conditions, the second composition comprising 1,4-diaminobutane may be separated in high yield.
  • the second composition comprising 1,4-diaminobutane separated in the above temperature and pressure ranges may be obtained in the liquid phase by condensation or used in subsequent steps in a vaporized state without condensation.
  • the second composition including 1,4-diaminobutane carbonate separated by distillation may include 1,4-diaminobutane carbonate and a solvent.
  • the second composition may contain only 1,4-diaminobutane carbonate and a solvent and may not include other components such as ions, amino acids, organic acids, proteins, cells, and the like.
  • the pH of the second composition including 1,4-diaminobutane carbonate may be 10.0 or more. Since the pH of the second composition comprising 1,4-diaminobutane carbonates obtained by distillation from the first composition is 10 or more, additional additives such as alkali compounds for increasing the pH of the second composition are unnecessary.
  • the second composition comprising 1,4-diaminobutane carbonates separated by distillation may comprise 1,4-diaminobutane bicarbonate and / or 1,4-diaminobutane carbonate.
  • the second composition containing 1,4-diaminobutane carbonate may include 1,4-diaminobutane bicarbonate as a main component or 1,4-diaminobutane carbonate as a main component.
  • the second composition comprising 1,4-diaminobutane carbonates may include only 1,4-diaminobutane bicarbonate or only 1,4-diaminobutane carbonate in addition to the solvent.
  • main ingredient means a component having the highest content among components other than the solvent included in the composition.
  • the second composition including 1,4-diaminobutane carbonate may be a gaseous phase, a liquid phase, or a mixed phase thereof. That is, the state of the second composition including 1,4-diaminobutane carbonates may vary depending on the conditions required for the purification method.
  • the vapor and / or condensate of the second composition comprising 1,4-diaminobutane carbonates obtained by distillation in the separating step can be recovered. Separating the second composition by distillation can be performed in a double jacketed reactor.
  • Removing 1,4-diaminobutane by removing carbonic acid from the 1,4-diaminobutane carbonates contained in the second composition may be performed by fractional distillation.
  • Recovering 1,4-diaminobutane by fractional distillation in a second composition comprising 1,4-diaminobutane to separate carbon dioxide from 1,4-diaminobutane carbonate and Minobutane may be recovered.
  • a second composition comprising 1,4-diaminobutane carbonate is separated from the first composition by distillation, condensed and stored, and then the separated composition recovers 1,4-diaminobutane. Can be used for steps.
  • the storage may be, for example, by a reservoir disposed between the top of the reactor and the distillation column, but is not necessarily limited to this configuration and all storage methods that can be used in the art are possible.
  • the separation of the second composition comprising 1,4-diaminobutane carbonate by distillation and the recovery of 1,4-diaminobutane by fractional distillation may be performed continuously in the purification method.
  • the 1,4-diaminobutane obtained by the above fractional distillation is the final product.
  • the fractional distillation may be operated at a steam temperature of 100 ° C. to 230 ° C. or higher, that is, at 1 atm to 5 atm, and specifically, the fractional distillation may be operated at a vapor temperature and an atmospheric pressure of 100 ° C. to 158 ° C. 1,4-diaminobutane can be obtained in high yield at temperatures and pressures in the above ranges.
  • the step of recovering 1,4-diaminobutane by fractional distillation may be performed in a distillation column.
  • the second composition is added to a distillation column to obtain 1,4-diaminobutane. May be selectively recovered.
  • 1,4-diaminobutane carbonates can be separated into 1,4-diaminobutane and carbon dioxide so that 1,4-diaminobutane can be selectively recovered.
  • composition containing 1,4-diaminobutane carbonate may be added to an intermediate position of the distillation column, but the input position may be changed according to specific reaction conditions and conditions of the distillation column.
  • 1,4-diaminobutane may be recovered at the bottom of the distillation column, and for example, water and ions may be recovered at the top of the distillation column.
  • a method for purifying 1,4-diaminobutane produces 1,4-diaminobutane carbonate by culturing a microorganism having 1,4-diaminobutane production capacity while providing a nitrogen source in a medium.
  • Making Preparing a fermentation broth or concentrate thereof containing 1,4-diaminobutane carbonate from the medium; Separating the third composition comprising 1,4-diaminobutane carbonate by distillation from the fermentation broth or concentrate thereof; And recovering 1,4-diaminobutane by removing carbonic acid from the 1,4-diaminobutane carbonates contained in the third composition.
  • 1,4-diaminobutane carbonate can be produced by culturing a microorganism having 1,4-diaminobutane production capacity while providing a nitrogen source in a medium. That is, 1,4-diaminobutane carbonate can be produced in the culture step of the microorganism.
  • the seed culture was inoculated into the medium in the present culture to obtain 1,4-diaminobutane carbonate. Can be produced.
  • Corynebacterium microorganism in the culturing step, it is grown in CMA (cornmeal malt extract agar medium) solid medium, inoculated with the seed medium, and cultured by inoculating with the main culture medium.
  • CMA cornmeal malt extract agar medium
  • Minobutane carbonates can be produced.
  • the microorganisms used in this culture step can be any microorganism capable of producing 1,4-diaminobutane, Escherichia sp., Shigella sp., And Citrobacter genus. sp.), Salmonella sp., Enterobacter sp., Yersinia sp., Klebsiella sp., Erwinia sp., Coryne The genus Corynebacterium sp., The genus Brevibacterium sp., The genus Lactobacillus sp., The genus Selenomanas sp., The genus Vibrio sp., And the genus Pseudomonas.
  • Pseudomonas sp. Streptomyces sp.
  • Arcanobacterium sp. Algenogens sp.
  • it may be a microorganism belonging to the genus Corynebacterium or microorganism belonging to the genus Escherichia. More specifically, it may be Corynebacterium glutamicum or E. coli, for example, a modified Corynebacterium microorganism or a modified E. coli.
  • microorganisms capable of producing 1,4-diaminobutane may be mutated to enhance the biosynthetic pathway from glutamate to ornithine relative to intrinsic activity, ornithine carbamoyl involved in arginine synthesis in ornithine Or is modified to weaken the activity of transferases (ornithine carbamoyltransfrase, ArgF), proteins involved in the release of glutamate, and / or proteins that degrade putrescine (proteins involved in acetylation) relative to intrinsic activity
  • transferases ornithine carbamoyltransfrase, ArgF
  • proteins involved in the release of glutamate and / or proteins that degrade putrescine (proteins involved in acetylation) relative to intrinsic activity
  • the activity of ornithine decarboxylase may be modified to introduce or enhance relative to the intrinsic activity.
  • Corynebacterium KCCM11401P strain (Korean Publication No. 2014-0115244) or Corynebacterium XQ37 / pKKSpeC strain (Korean Publication No. 2009-0107920) may be used, but is not limited thereto.
  • the method of culturing using the microorganism may be a known batch culture method, continuous culture method, fed-batch culture method and the like, but are not necessarily limited thereto, and any method can be used in the art.
  • oxygen or an oxygen-containing gas mixture may be introduced into the culture, and the culture temperature may be incubated at 20 to 45 ° C, for example, 25 to 40 ° C for about 10 to 160 hours.
  • the culture medium used in the culture includes sugars and carbohydrates (e.g. glucose, sucrose, lactose, fructose, maltose, molasses, starch and cellulose), fats and oils (e.g. soybean oil). , Sunflower seed oil, peanut oil and coconut oil), fatty acids such as palmitic acid, stearic acid and linoleic acid, alcohols such as glycerol and ethanol, organic acids such as acetic acid, and the like, The sources can be used individually or in combination.
  • sugars and carbohydrates e.g. glucose, sucrose, lactose, fructose, maltose, molasses, starch and cellulose
  • fats and oils e.g. soybean oil
  • Sunflower seed oil e.g., peanut oil and coconut oil
  • fatty acids such as palmitic acid, stearic acid and linoleic acid
  • alcohols such as glycerol and ethanol
  • organic acids such as acetic acid
  • Phosphorus sources include, but are not limited to, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, the corresponding sodium containing salts, and the like, and may be used individually or in combination.
  • Other metal salts such as magnesium sulfate or iron sulfate, and essential growth-promoting substances such as amino acids and vitamins.
  • the pH control and / or nitrogen source used in the present culture may be one or more selected from ammonia, ammonium salts of organic compounds, nitrogen-containing organic compounds and carbonate-based inorganic compounds, but are not necessarily limited thereto.
  • ammonia may be one or more selected from ammonia, ammonium acetate, ammonium lactate, ammonium lactate, urea, ammonium bicarbonate, and ammonium carbonate.
  • Ammonia can be ammonia gas or ammonia water.
  • the inorganic compounds only carbonic acid-based inorganic compounds may be used as the nitrogen source.
  • This pH control and / or nitrogen source produces carbonates in the culture and prevents the formation of sulphates, so that the carbonic acid is separated from the carbonates and removed as gas during the purification process, thereby preventing the formation of additional by-products, thus simplifying the overall purification process and purification. Costs can also be reduced.
  • sulfuric acid-based nitrogen source such as ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium nitrate, chloride-based nitrogen source, nitrate-based nitrogen source is not included in the nitrogen source of the fermentation broth because it is not a carbonate-based inorganic compound.
  • sulfuric acid-based nitrogen sources such as ammonium sulfate, ammonium chloride, and ammonium nitrate, chloride-based nitrogen sources, and nitrate-based nitrogen sources are generated as by-products, and thus additional processes are required to process them, which increases complexity and increases manufacturing costs. Because it can cause.
  • a fermentation broth or concentrate thereof containing 1,4-diaminobutane carbonate is prepared from the medium.
  • Fermentation broth in the purification method may be prepared using the result obtained from the culturing step as it is.
  • the concentrate of the fermentation broth in the purification method may be prepared by concentrating the fermentation broth containing 1,4-diaminobutane carbonates. That is, the concentrate of the fermentation broth may be prepared by concentrating the fermentation broth.
  • At least a part of the solvent included in the fermentation broth may be removed in the step of concentrating the fermentation broth.
  • By removing at least a portion of the solvent may increase the concentration of 1,4-diaminobutane carbonates contained in the fermentation broth.
  • the solvent removed is, for example, water.
  • 50% or more, specifically 60% or more, more specifically 70% or more, and even more specifically 80% or more of the initial solvent included in the non-concentrated fermentation broth may be removed.
  • the concentration when the cells are included in the fermentation broth, the concentration may be performed in a low temperature and a reduced pressure environment to prevent destruction of the cells.
  • Concentrating the fermentation broth may be carried out at a steam temperature of less than 100 °C. That is, the concentration may be performed under the condition that the temperature of the vapor vaporized from the fermentation broth is 100 ° C. or less.
  • the step of concentrating the fermentation broth may be performed at a steam temperature of 10 ° C. to 100 ° C., specifically, a steam temperature of 30 ° C. to 80 ° C., and more specifically, a steam temperature of 45 ° C. to 67 ° C.
  • the solvent can be removed more easily under these conditions.
  • the step of concentrating the fermentation broth may be performed at a reduced pressure of 760 mmHg or less.
  • the concentration may be performed under the condition that the pressure of the vapor in equilibrium with the fermentation broth is 760 mmHg or less.
  • the step of concentrating the fermentation broth may be carried out at a pressure of 10 to 760 mmHg, specifically at a pressure of 40 to 500 mmHg, more specifically at a pressure of 70 to 200 mmHg. The solvent can be removed more easily under these conditions.
  • the step of concentrating the fermentation broth may be performed at a steam temperature of 10 ° C. to 100 ° C. and a pressure of 10 mm Hg to 760 mm Hg.
  • PH of the concentrate of the fermentation broth in the purification method may be 10.0 or more. Since the pH of the concentrate of the fermentation broth is 10 or more, the salt of 1,4-diaminobutane included in the fermentation broth may be, for example, 1,4-diaminobutane carbonate.
  • the fermentation broth may be concentrated by removing water from the fermentation broth with or without cells removed.
  • the concentration step can be omitted.
  • the method used for the removal of water is concentrated under reduced pressure and / or evaporative concentration.
  • the type of concentrator used therein is not particularly limited, and one type of concentrator selected from the group consisting of a centrifugal concentrator, an evaporator concentrator, a convection circulation concentrator, a low temperature depressurizer, a rotary depressurizer, a vacuum evaporator, a thin film concentrator and a plate concentrator Can be used.
  • a centrifugal concentrator an evaporator concentrator
  • a convection circulation concentrator a low temperature depressurizer
  • a rotary depressurizer a vacuum evaporator
  • a thin film concentrator and a plate concentrator
  • it can be concentrated using a low pressure vacuum concentration method in the concentration method.
  • the purification method may further include the step of removing the cells from the fermentation broth or its concentrate before the step of separating the third composition comprising 1,4-diaminobutane carbonate by distillation. Removing the cells from the fermentation broth or its concentrate prior to the step of separating the third composition comprising 1,4-diaminobutane carbonate by distillation can increase the purity of the 1,4-diaminobutane obtained in the purification process. have.
  • the isolated cells can be utilized as a by-product. For example, the isolated cells may be used as an animal feed after drying.
  • Removing the cells from the fermentation broth may be omitted.
  • the method used to remove the cells from the fermentation broth is not particularly limited, and centrifuges, filter presses, compression filters, diatomaceous earth filters, rotary vacuum filters, membrane filters, and flocculation and flotation methods may be used.
  • the method used to remove the cells may use a membrane filter.
  • the neutral fermentation broth may be separated into filtrate and cell sludge using a membrane filter. Cells and other impurities which cannot pass through the pores of the membrane are removed from the neutral fermentation broth, and only the liquid having passed through the micropores can be obtained as a filtrate. At this time, the cell sludge or the cell sludge which is not obtained as a filtrate may not be separated through the pores of the membrane.
  • the membrane filter may be used as long as it can separate and remove the cells from the neutral fermentation broth.
  • the operating conditions of the membrane filter can also be easily set by those skilled in the art in order to separate and remove the cells from the neutral fermentation broth.
  • the neutral fermentation broth may be performed by preheating to about 50 ° C. This is to increase the efficiency of cell separation and removal because the rate of filtrate is higher at about 50 °C than the low temperature can be shortened the filtration time, because the productivity can be expected to increase the effect.
  • Trans membrane pressure (TMP) may be performed at conditions of about 1.0 to 1.5 atmospheres.
  • the intermembrane pressure is a value representing the magnitude of the pressure applied in the horizontal direction to the liquid flowing in the vertical direction, and represents the pressure applied to the membrane by the solution in the membrane filter.
  • the size of the pores of the membrane used can also be readily selected by one skilled in the art. For example, the size of the pores of the membrane can be about 0.01 ⁇ m to 0.15 ⁇ m.
  • the gel layer formation time may be about 1 hour initially after the membrane filter is operated.
  • Gel layer formation is the process of forming a thin layer of cells on the surface of the filtration membrane to maintain a constant level of permeate flux for a long time. This process can maintain a constant filtrate flow rate and reduce the number of membrane filter washes. After the gel layer is formed, the filtrate can be obtained through the membrane in earnest.
  • At least 70% by weight of 1,4-diaminobutane and its salts contained in the fermentation broth or its concentrate may be separated or removed by distillation.
  • 75% by weight or more of 1,4-diaminobutane carbonates, specifically 80% by weight or more, more specifically 85% by weight or even more specifically 90% or more by weight of the distillation can be separated.
  • at least a portion of the carbon dioxide may be separated from the 1,4-diaminobutane carbonate contained in the fermentation broth or a concentrate thereof by distillation.
  • the step of performing may be carried out at a steam temperature of 30 °C to 158 °C, specifically, a steam temperature of 40 °C to 120 °C. Under the steam temperature condition, the third composition including 1,4-diaminobutane may be separated in high yield.
  • a third composition comprising 1,4-diaminobutane carbonate is separated from the fermentation broth containing 1,4-diaminobutane carbonate or its concentrate by distillation.
  • the step may be carried out at a pressure of 10mmHg to 760mmHg, specifically 70mmHg to 200mmHg. Under the above pressure conditions, a composition comprising 1,4-diaminobutane may be separated in high yield.
  • the third composition comprising 1,4-diaminobutane separated in the above temperature and pressure ranges can be obtained in the liquid phase by condensation or used in subsequent steps in a vaporized state without condensation.
  • the third composition including 1,4-diaminobutane carbonate separated by distillation may include 1,4-diaminobutane carbonate and a solvent.
  • the third composition may contain only 1,4-diaminobutane carbonate and a solvent and may not include other components such as ions, amino acids, organic acids, proteins, cells, and the like.
  • the slurry remaining in the distillation step can be used as a by-product after further purification.
  • distilled water may be added to completely dissolve the slurry to recover the by-product from the mother liquor after the separation of the cells.
  • the pH of the third composition including 1,4-diaminobutane carbonate may be 10.0 or more. Since the pH of the third composition comprising 1,4-diaminobutane obtained by distillation from the fermentation broth or a concentrate thereof is 10 or more, an alkali compound for increasing the pH of the third composition is unnecessary.
  • the third composition comprising 1,4-diaminobutane carbonates separated by distillation may comprise 1,4-diaminobutane bicarbonate and / or 1,4-diaminobutane carbonate.
  • the third composition containing 1,4-diaminobutane carbonate may include 1,4-diaminobutane bicarbonate as a main component or 1,4-diaminobutane carbonate as a main component.
  • the third composition comprising 1,4-diaminobutane carbonates may include only 1,4-diaminobutane bicarbonate or only 1,4-diaminobutane carbonate in addition to the solvent.
  • the third composition including 1,4-diaminobutane carbonate may be a gas phase, a liquid phase, or a mixed phase thereof. That is, the state of the third composition including 1,4-diaminobutane carbonates may vary depending on the conditions required in the purification method.
  • the vapor and / or condensate of the third composition comprising 1,4-diaminobutane carbonates obtained by distillation in the separating step can be recovered. Separating the third composition by distillation may be performed in a double jacket reactor.
  • Removing 1,4-diaminobutane by removing carbonic acid from the 1,4-diaminobutane carbonates contained in the third composition may be performed by fractional distillation.
  • Recovering 1,4-diaminobutane by fractional distillation in a third composition comprising 1,4-diaminobutane and separating carbon dioxide from the 1,4-diaminobutane carbonates and Minobutane may be recovered.
  • the separated composition recovers 1,4-diaminobutane.
  • the separated composition recovers 1,4-diaminobutane. Can be used for steps.
  • the storage may be, for example, by a reservoir disposed between the top of the reactor and the distillation column, but is not necessarily limited to this configuration and all storage methods that can be used in the art are possible.
  • separating the third composition comprising 1,4-diaminobutane carbonate by distillation and recovering 1,4-diaminobutane by fractional distillation may be performed continuously.
  • the third composition comprising the 1,4-diaminobutane carbonate is separated from the fermentation broth or the concentrate thereof by distillation and separated into 1,4-diaminobutane and carbonic acid by fractional distillation.
  • 4-diaminobutane may be recovered.
  • the 1,4-diaminobutane obtained by the above fractional distillation is the final product.
  • the fractional distillation may be operated at a steam temperature of 100 ° C. to 230 ° C. or above, that is, 1 atm to 5 atm, and specifically, the fractional distillation may be operated at a steam temperature of 100 ° C. to 158 ° C. and at atmospheric pressure. 1,4-diaminobutane can be obtained in high yield at temperatures and pressures in the above ranges.
  • the step of recovering 1,4-diaminobutane by fractional distillation may be performed in a distillation column.
  • the third composition is added to a distillation column to selectively select 1,4-diaminobutane.
  • 1,4-diaminobutane carbonates can be separated into 1,4-diaminobutane and carbon dioxide so that 1,4-diaminobutane can be selectively recovered.
  • the third composition including 1,4-diaminobutane may be added to an intermediate position of the distillation column, but the input position may be changed according to specific reaction conditions and conditions of the distillation column.
  • 1,4-diaminobutane may be recovered at the bottom of the distillation column, and for example, water and ions may be recovered at the top of the distillation column.
  • the 1,4-diaminobutane purified by the above method has a recovery rate of 60% by weight or more, specifically 65% by weight or more, more specifically 75% or more, even more specifically 85% or more, most specifically May have a recovery of at least 90.0% by weight.
  • 1,4-diaminobutane purified by the above method may have a purity of 90.0% by weight or more and a recovery rate of 90.0% by weight or more.
  • 1,4-Diaminobutane purified by the above method may have a purity of 91.0% by weight or more and a recovery rate of 91.0% by weight or more.
  • the 1,4-diaminobutane purified by the above method may have a purity of 92.0% by weight or more and a recovery rate of 92.0% by weight or more.
  • the purity means the content of 1,4-diaminobutane in the mixture of water and 1,4-diaminobutane obtained at the bottom of the distillation column.
  • Corynebacterium KCCM11401P (Korean Patent Publication No. 2014-0115244) cells previously grown for 12 hours in a CMA (cornmeal malt extract agar medium) solid medium were inoculated into the medium. , And cultured at 30 ° C. under sufficient aeration and agitation to obtain a seed culture. At the time of seed culture, ammonia gas was supplied to the pH control and the nitrogen source.
  • ingredient Fermentation broth (g) Condensate after concentration (g) Concentrate (g) pH 8.0 7.1 10.5 water 6,142.6 5,187.2 960.0 1,4-diaminobutane 0.0 0.0 0.0 1,4-diaminobutane bicarbonate 489.3 0.0 0.0 1,4-diaminobutane carbonate 0.0 0.0 344.8 ion 7.4 139.8 7.4 amino acid 5.5 0.0 5.5 Organic acid 6.1 0.0 6.1 protein 1.5 0.0 1.5 Cell 47.7 0.0 47.7 Sum 6,700.0 5,327.0 1,373.0
  • the double jacketed reactor is equipped with an upper condenser, a condenser and a pressure control device.
  • the double jacketed reactor distilled the concentrate at a steam temperature of 50-95 ° C. and a pressure of 80 mm Hg.
  • the double jacket reactor was initially maintained at a vapor temperature of 47 ° C. due to evaporation of water, and then the vapor temperature was increased to 95 ° C. as 1,4-diaminobutane was evaporated.
  • the vaporized vapor was condensed through the condenser.
  • the condensate was 1,286.4 g and the residue after evaporation was 86.6 g.
  • Table 2 below is a component analysis table before and after the distillation step.
  • 1,286.4 g of the condensed water containing 1,4-diaminobutane was introduced into a 20-stage distillation column (Aceglass Incorporate, USA), and 1,086.3 g of water and carbonic acid were recovered from the top of the distillation column, and 1,4-diamanobutane was recovered from the bottom of the distillation column. 200.1 g (HPLC content 92.8%) was recovered and the recovery of 1,4-diaminobutane was 90.6% by weight.
  • the distillation column recovered 1,4-diaminobutane by separating carbonic acid of 1,4-diaminobutane carbonate at a steam temperature of 100 to 158 ° C and atmospheric pressure.
  • Table 3 is a component analysis table before and after the decarbonation step.
  • the fermentation broth was placed in the membrane filter, and 400.0 g of cell sludge was separated and removed under a condition of Trans membrane pressure (TMP: 1.2 atm) at a temperature of 60 ° C., and 13,000 g of a filtrate was obtained.
  • TMP Trans membrane pressure
  • the concentration step was carried out in the same manner as in Example 1 except that the filtrate was used. 6,500 g of the filtrate was added thereto, and 82.5% of the fermentation broth was removed and concentrated. The condensate removed was 5.365 g and no 1,4-diaminobutane was detected in the condensate removed.
  • Table 5 below is a component analysis table before and after the concentration step.
  • the fractional distillation step was carried out in the same manner as in Example 1, except that the condensed water was used. 1,101.8 g of condensed water was added thereto, 902.3 g of the upper part of the distillation column and 199.5 g (HPLC content of 91.8%) were recovered to the lower part of the distillation column, and the recovery of 1,4-diaminobutane was 91.8% by weight.
  • Table 7 below is a component analysis table before and after the decarbonation step.
  • the cell separation step was carried out in the same manner as in Example 2.
  • the distillation step was carried out in the same manner as in Example 1 except for using the cell-separated filtrate. 6,500 g of filtrate was added and 6,465.7 g of condensate was obtained, and the residue was 34.3 g.
  • Table 8 below is a component analysis table before and after the distillation step.
  • the fractional distillation step was carried out in the same manner as in Example 1, except that the condensed water was used. 6,465.7 g of condensed water was added thereto, 6,266.3 g of the upper part of the distillation column and 199.4 g (HPLC content 94.1%) were recovered to the lower part of the distillation column, and the recovery of 1,4-diaminobutane was 91.5% by weight.
  • Table 9 below is a component analysis table before and after the decarbonation step.
  • Example 4 1,4- without cell removal Diaminobutane Purification method, using ammonium acetate
  • This culture was carried out in the same manner as in Example 1 except that ammonium acetate was used instead of ammonia gas as a nitrogen source.
  • ingredient Fermentation broth (g) Condensate after concentration (g) Concentrate (g) pH 8.0 7.3 10.6 water 6,100.9 5,307.2 798.8 1,4-diaminobutane 0.0 0.0 0.0 1,4-diaminobutane bicarbonate 514.0 0.0 0.0 1,4-diaminobutane carbonate 0.0 0.0 355.0 ion 9.5 153.8 9.5 amino acid 6.5 0.0 6.5 Organic acid 6.0 0.0 6.0 protein 4.8 0.0 4.8 Cell 58.3 0.0 58.3 Sum 6,700.0 5,461.0 1,239.0
  • the fractional distillation step was carried out in the same manner as in Example 1, except that the condensed water was used. 1,135.4 g of condensed water was added thereto, 943.8 g of the upper part of the distillation column and 191.5 g (HPLC content of 94.9%) were recovered to the lower part of the distillation column, and the recovery of 1,4-diaminobutane was 90.3% by weight.
  • Table 12 below is a component analysis table before and after the decarbonation step.
  • Example 5 1,4- after cell removal Diaminobutane Purification method, using ammonium acetate
  • the cell separation step was carried out in the same manner as in Example 2.
  • the concentration step was carried out in the same manner as in Example 1 except that the filtrate was used. 6,500 g of the filtrate was added thereto, and 83.4% of the fermentation broth was removed and concentrated. The condensate removed was 5421 g and no 1,4-diaminobutane was detected in the condensate removed.
  • Table 14 below is a component analysis table before and after the concentration step.
  • the fractional distillation step was carried out in the same manner as in Example 1, except that the condensed water was used. 1,041.1 g of condensed water was added thereto, 847.4 g of the upper part of the distillation column and 193.8 g (HPLC content 96.2%) were recovered to the lower part of the distillation column, and the recovery rate of 1,4-diaminobutane was 92.6 wt%.
  • Table 16 below is a component analysis table before and after the decarbonation step.
  • Example 6 1,4- without concentration after cell removal Diaminobutane Purification method, using ammonium acetate
  • the cell separation step was carried out in the same manner as in Example 5.
  • the fractional distillation step was carried out in the same manner as in Example 1, except that the condensed water was used. 6,459.3 g of condensed water was added thereto, 6,268.5 g of the upper part of the distillation column and 190.8 g (HPLC content 96.5%) were recovered to the lower part of the distillation column, and the recovery of 1,4-diaminobutane was 91.5% by weight.
  • Table 9 below is a component analysis table before and after the decarbonation step.
  • Comparative example 1 1,4- after cell removal Diaminobutane Purification Method, Ammonium Sulfate use
  • Ammonia was used for pH control, and was carried out in the same manner as in Example 1 except that 5.0 g / L of ammonium sulfate was used instead of ammonia as the nitrogen source.
  • This culture was carried out in the same manner as in Example 1, except that 50.0 g / L ammonium sulfate was used instead of ammonia gas as a nitrogen source.
  • the cell separation step was carried out in the same manner as in Example 2.
  • Table 19 is a component analysis table before, after cell separation.
  • the concentration step was carried out in the same manner as in Example 1 except that the filtrate was used.
  • 1, 4- diamino butane can be obtained simply in a high yield from the composition containing 1, 4- diamino butane carbonates.
  • the purification cost required for the purification can be lowered together.

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Abstract

1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제1 조성물로부터 증류에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제2 조성물을 분리하는 단계; 및 상기 제2 조성물에 포함된 1,4-디아미노부탄 탄산염류로부터 탄산을 제거하여 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계;를 포함하는 1,4-디아미노부탄의 정제방법이 제공된다.

Description

1,4-디아미노부탄의 정제방법
1,4-디아미노부탄의 정제방법에 관한 것이다.
1,4-디아미노부탄(일명, 퓨트레신)은 화학적 방법 또는 생물학적 방법으로 생산할 수 있다. 화학적 방법은 시안화수소와 같은 유독성 물질을 사용하거나 고가의 반응 촉매를 사용하여야 한다. 생물학적 방법은 1,4-디아미노부탄을 생산하는 미생물을 배양한 후 발효액으로부터 1,4-디아미노부탄을 정제하여 생산할 수 있다. 따라서, 생물학적 방법이 화학적 방법에 비하여 친환경적이며 고가의 촉매도 사용하지 않는다.
다만, 종래의 1,4-디아미노부탄을 생산하는 생물학적 방법에서 발효액이 1,4-디아미노부탄의 황산염을 포함하므로, 황산염을 정제하기 위하여 알칼리 화합물이 투입되며 다량의 부산물이 발생하고, 당해 부산물의 추가적인 정제도 요구된다.
따라서, 정제시 알칼리 화합물의 첨가도 없으며 부산물의 발생도 감소시킬 수 있는 보다 간단하고 경제적인 방법이 요구된다.
본 발명은 새로운 1,4-디아미노부탄의 정제방법을 제공하는 것이다.
한 측면에 따라,
1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제1 조성물로부터 증류에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제2 조성물을 분리하는 단계; 및
상기 제2 조성물에 포함된 1,4-디아미노부탄 탄산염류로부터 탄산을 제거하여 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계;를 포함하는 1,4-디아미노부탄의 정제방법이 제공된다.
다른 한 측면에 따라,
1,4-디아미노부탄 생산능을 가지는 미생물을 배지에서 질소 공급원을 제공하면서 배양하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 생산하는 단계;
상기 배지로부터 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 발효액 또는 이의 농축물을 준비하는 단계;
상기 발효액 또는 이의 농축물로부터 증류에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제3 조성물을 분리하는 단계; 및
상기 제3 조성물에 포함된 1,4-디아미노부탄 탄산염류로부터 탄산을 제거하여 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계;를 포함하는 1,4-디아미노부탄의 정제방법이 제공된다.
본 발명에서 제공되는 정제 공정에 따르면 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 조성물로부터 간단하게 1,4-디아미노부탄을 높은 수율로 얻을 수 있다. 또한, 정제시 요구되는 알칼리 화합물의 소비도 감소됨과 함께 추가 비용을 발생시켰던 부산물의 양이 급감하기 때문에 이에 소요되던 정제 비용도 함께 낮출 수 있다.
도 1은 개괄적인 1,4-디아미노부탄 정제 방법의 순서도이다.
도 2는 발효 단계부터 탈탄산 단계까지 포함하는 1,4-디아미노부탄 정제 방법의 순서도이다.
이하에서 예시적인 일구현예에 따른 1,4-디아미노부탄의 정제방법에 관하여 더욱 상세히 설명한다.
일구현예에 따른 1,4-디아미노부탄의 정제방법은 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제1 조성물로부터 증류에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제2 조성물을 분리하는 단계; 및 상기 제2 조성물에 포함된 1,4-디아미노부탄 탄산염류로부터 탄산을 제거하여 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계;를 포함한다.
상기 정제방법은 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 조성물로부터 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 분리하고, 상기 분리된 1,4-디아미노부탄 탄산염류로부터 탄산을 제거함에 의하여 간단하게 1,4-디아미노부탄을 정제할 수 있다.
상기 정제방법은 증류 전에 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 조성물에 염기성 물질을 첨가하여 조성물을 알칼리화한 후 증류하는 종래의 정제방법과 달리 별도의 염기성 물질을 첨가하지 않으므로 정제 공정이 간단해지며 부산물도 감소할 수 있다.
상기 정제방법에서 1,4-디아미노부탄 탄산염류(carbonate salts of 1,4-diaminobutane)는 1,4-디아미노부탄이 탄산과 결합하여 형성할 수 있는 모든 형태의 염을 포함하는 의미이다. 구체적으로, 1,4-디아미노부탄 탄산염류는 1,4-디아미노부탄 탄산염(1,4-diaminobutane carbonate, PUT2 +CO3 2-, PUT=1,4-diaminobutane(putrescine)) 및 1,4-디아미노부탄 중탄산염(1,4-diaminobitane bicarbonate, PUT2 +(HCO3 -)2) 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 정제방법에서 제1 조성물은 1,4-다이노부탄 탄산염류를 포함한 조성물이면 어느 것이나 포함되나, 구체적으로 미생물을 배양하여 수득한 1,4-다아미노부탄 탄산염류를 포함하는 발효액 또는 이의 농축물일 수 있다.
상기 정제방법에서 발효액은 발효 과정으로부터 생성될 수 있다. 상기 발효액은 미생물을 이용하여 배양한 발효액이며, 예를 들어 변이된 미생물을 이용하여 배양한 발효액일 수 있다.
예를 들어, 발효액은 코리네박테리움속 미생물을 이용하는 경우 CMA(cornmeal malt extract agar medium) 고체 배지에서 성장시켜 종균 배지로 접종하여 배양 후 본배양 배지로 재접종하여 배양함으로써 준비되는 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 발효액일 수 있다.
상기 발효액의 준비에 사용될 수 있는 미생물들의 종류, 발효 조건 등은 이하의 배양 단계를 포함하는 정제방법 부분에서 보다 구체적으로 설명한다.
상기 정제방법에서 발효액의 농축물은 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 발효액을 농축시킴에 의하여 준비될 수 있다.
발효액을 농축하는 동안 발효액에 포함된 용매의 적어도 일부가 제거될 수 있다. 용매의 적어도 일부가 제거됨에 의하여 발효액에 포함된 1,4-디아미노부탄 탄산염류의 농도가 증가할 수 있다. 제거되는 용매는 예를 들어 물이다. 1,4-디아미노부탄 탄산염류가 포함된 발효액을 농축하는 단계에서 농축되지 않은 발효액에 포함된 최초 용매의 50% 이상, 구체적으로는 60% 이상, 보다 구체적으로는 70% 이상, 보다 더 구체적으로는 80% 이상이 제거될 수 있다.
발효액의 농축 시에 발효액에 균체가 포함되는 경우 균체의 파괴를 방지하기 위하여 저온 및 감압 환경에서 농축이 수행될 수 있다.
발효액의 농축은 100℃ 이하의 증기온도에서 수행될 수 있다. 즉, 발효액으로부터 기화되는 증기의 온도가 100℃ 이하인 조건에서 농축이 수행될 수 있다. 예를 들어, 발효액을 농축하는 단계는 10℃ 내지 100℃ 의 증기온도, 구체적으로는 30℃ 내지 80℃ 의 증기온도, 보다 구체적으로는 45℃ 내지 67℃ 의 증기온도에서 수행될 수 있다. 상기 조건에서 용매가 더욱 용이하게 제거될 수 있다.
또한, 발효액을 농축하는 단계는 760mmHg 이하의 감소된 압력에서 수행될 수 있다. 즉, 발효액과 평형인 증기의 압력이 760mmHg 이하인 조건에서 농축이 수행될 수 있다. 예를 들어, 발효액을 농축하는 단계는 10 내지 760mmHg의 압력, 구체적으로는 40 내지 500mmHg의 압력, 더욱 구체적으로는 70 내지 200mmHg의 압력에서 수행될 수 있다. 상기 조건에서 용매가 더욱 용이하게 제거될 수 있다.
예를 들어, 발효액의 농축물은 10℃ 내지 100℃의 증기온도 및 10mmHg 내지 760mmHg의 압력에서 농축을 수행하여 준비될 수 있다.
상기 정제방법에서 발효액의 농축물의 pH가 10.0 이상일 수 있다. 발효액 의 농축물의 pH가 10 이상이므로 상기 발효액에 포함된 1,4-디아미노부탄의 염이, 예를 들어 1,4-디아미노부탄 탄산염류일 수 있다.
상기 정제방법에서 증류에 의하여 제1 조성물에 포함된 1,4-디아미노부탄 탄산염류의 70중량% 이상이 분리 또는 제거될 수 있다. 예를 들어, 상기 증류에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류의 75중량% 이상, 바람직하게는 80중량% 이상, 보다 바람직하게는 85중량% 이상, 보다 더 바람직하게는 90중량% 이상이 분리될 수 있다. 또한, 증류에 의하여 제1 조성물에 포함된 1,4-디아미노부탄 탄산염류로부터 이산화탄소의 적어도 일부가 분리될 수 있다.
상기 정제방법에서 1,4-디아미노부탄을 포함하는 제1 조성물로부터 증류에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제2 조성물을 분리할 수 있는 온도는 30℃ 내지 158℃의 증기온도, 구체적으로는 40℃ 내지 120℃의 증기온도에서 수행될 수 있다. 상기 증기온도 조건에서 1,4-디아미노부탄을 포함하는 제2 조성물이 높은 수율로 분리될 수 있다.
상기 정제방법에서 1,4-디아미노부탄을 포함하는 제1 조성물로부터 증류에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 분리하는 압력 범위는 10mmHg 내지 760mmHg의 압력, 구체적으로는 70mmHg 내지 200mmHg의 압력에서 수행될 수 있다. 상기 압력 조건에서 1,4-디아미노부탄을 포함하는 제2 조성물이 높은 수율로 분리될 수 있다.
상기 온도 및 압력 범위에서 분리되는 1,4-디아미노부탄을 포함하는 제2 조성물은 응축에 의하여 액상으로 얻어지거나 응축 없이 기화된 상태로 후속 단계에 사용될 수 있다.
상기 정제방법에서 증류에 의하여 분리되는 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제2 조성물은 1,4-디아미노부탄 탄산염류와 용매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 조성물은 1,4-디아미노부탄 탄산염류와 용매만을 포함하고 이온, 아미노산, 유기산, 단백질, 균체와 같은 다른 성분을 포함하지 않을 수 있다.
상기 정제방법에서 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제2 조성물의 pH가 10.0 이상일 수 있다. 제1 조성물로부터 증류에 의하여 얻어지는 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제2 조성물의 pH가 10 이상이므로 상기 제2 조성물의 pH를 증가시키기 위한 알칼리 화합물과 같은 추가적인 첨가제가 불필요하다.
증류에 의하여 분리된 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제2 조성물은 1,4-디아미노부탄 중탄산염 및/또는 1,4-디아미노부탄 탄산염을 포함할 수 있다. 예를 들어, 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제2 조성물은 1,4-디아미노부탄 중탄산염을 주성분으로 포함하거나 1,4-디아미노부탄 탄산염을 주성분으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제2 조성물은 용매 외에 1,4-디아미노부탄 중탄산염만을 포함하거나 1,4-디아미노부탄 탄산염만을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 "주성분"은 조성물에 포함된 용매 이외의 성분 중에서 가장 함량이 높은 성분을 의미한다.
상기 정제방법에서 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제2 조성물은 기상, 액상 또는 이들의 혼합상일 수 있다. 즉, 정제방법에서 요구되는 조건에 따라 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제2 조성물의 상태가 달라질 수 있다.
예를 들어, 분리하는 단계에서 증류에 의하여 얻어지는 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제2 조성물의 증기 및/또는 응축액을 회수할 수 있다. 증류에 의하여 제2 조성물을 분리하는 단계는 이중 자켓 반응기에서 수행할 수 있다.
상기 제2 조성물에 포함된 1,4-디아미노부탄 탄산염류로부터 탄산을 제거하여 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계가 분별증류에 의하여 수행될 수 있다.
1,4-디아미노부탄을 포함하는 제2 조성물에서 분별증류에 의하여 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류에서 이산화탄소가 분리되고 1,4-디아미노부탄이 회수될 수 있다.
예를 들어, 제1 조성물로부터 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제2 조성물을 증류에 의하여 분리하여 응축 및 저장한 후, 상기 분리된 조성물이 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계에 사용될 수 있다.
상기 저장은 예를 들어 반응기의 상단과 증류탑의 사이에 배치되는 저장조에 의하여 이루어질 수 있으나, 반드시 이러한 구성으로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 모든 저장 방법이 가능하다.
다르게는, 상기 정제방법에서 증류에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제2 조성물을 분리하는 단계와 분별증류에 의하여 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계는 연속적으로 수행될 수 있다. 즉, 상기 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제2 조성물이 제1 조성물에서 증류에 의하여 분리됨과 동시에 다시 분별증류에 의하여 1,4-디아미노부탄과 탄산으로 분리되어 1,4-디아미노부탄이 회수될 수 있다. 상기 분별증류에 의하여 얻어지는 1,4-디아미노부탄은 최종결과물이다.
상기 정제방법에서 분별증류는 100℃ 내지 230℃의 증기온도 및 상압 이상, 즉 1 기압 내지 5기압에서, 구체적으로 분별증류는 100℃ 내지 158℃ 의 증기온도 및 상압에서 작동될 수 있다. 상기 범위의 온도 및 압력에서 1,4-디아미노부탄이 높은 수율로 얻어질 수 있다.
상기 정제방법에서 분별증류에 의하여 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계는 증류탑에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 조성물을 반응기에서 기화된 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 주성분으로 포함하는 제2 조성물이 준비된 후, 상기 제2 조성물이 증류탑에 투입되어 1,4-디아미노부탄이 선택적으로 회수될 수 있다.
예를 들어, 1,4-디아미노부탄 탄산염류가 1,4-디아미노부탄과 이산화탄소로 분리되어 1,4-디아미노부탄이 선택적으로 회수될 수 있다.
예를 들어, 상기 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 조성물은 증류탑의 중간 위치에 투입될 수 있으나, 투입 위치는 구체적인 반응 조건 및 증류탑의 조건에 따라 변경될 수 있다.
상기 정제방법에서 1,4-디아미노부탄은 증류탑의 하부에서 회수될 수 있으며, 상기 증류탑의 상부에서는 예를 들어, 물과 이온이 회수될 수 있다.
다른 일구현예에 따른 1,4-디아미노부탄의 정제방법은 1,4-디아미노부탄 생산능을 가지는 미생물을 배지에서 질소 공급원을 제공하면서 배양하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 생산하는 단계; 상기 배지로부터 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 발효액 또는 이의 농축물을 준비하는 단계; 상기 발효액 또는 이의 농축물로부터 증류에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제3 조성물을 분리하는 단계; 및 상기 제3 조성물에 포함된 1,4-디아미노부탄 탄산염류로부터 탄산을 제거하여 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계;를 포함한다.
상기 정제방법에서 1,4-디아미노부탄 탄산염류는 1,4-디아미노부탄 생산능을 가지는 미생물을 배지에서 질소 공급원을 제공하면서 배양하여 생산될 수 있다. 즉, 1,4-디아미노부탄 탄산염류는 미생물의 배양 단계에서 생산될 수 있다.
예를 들어, 1,4-디아미노부탄 생산능을 가지는 미생물을 일차적으로 배양한 종균 배양물을 수득한 후, 본 배양에서 종균 배양물을 배지에 접종하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류가 생산될 수 있다.
보다 구체적으로, 배양 단계에서 코리네박테리움속 미생물을 이용하는 경우 CMA(cornmeal malt extract agar medium) 고체 배지에서 성장시켜 종균 배지로 접종하여 배양 후 본배양 배지로 재접종하여 배양함으로써 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 생산할 수 있다.
이러한 배양 단계에서 이용되는 미생물은 1,4-디아미노부탄을 생산할 수 있는 미생물이라면 모두 가능하며, 에스케리치아 속(Escherichia sp.), 시겔라 속(Shigella sp.), 시트로박터 속(Citrobacter sp.), 살모넬라 속(Salmonella sp.), 엔테로박터 속(Enterobacter sp.) 여시니아 속(Yersinia sp.), 크렙시엘라 속(Klebsiella sp.), 어위니아 속(Erwinia sp.), 코리네박테리움 속(Corynebacterium sp.), 브레비박테리움 속(Brevibacterium sp.), 락토바실러스 속(Lactobacillus sp.), 셀레노모나스 속(Selenomanas sp.), 비브리오 속(Vibrio sp.), 슈도모나스 속 (Pseudomonas sp.), 스트렙토마이시스 속 (Streptomyces sp.), 아카노박테리아 속 (Arcanobacterium sp.), 알칼리젠 속(Alcaligenes sp) 등에 속하는 미생물일 수 있다. 구체적으로 코리네박테리움 속에 속하는 미생물 또는 에스케리치아 속에 속하는 미생물이며, 보다 구체적으로 코리네박테리움 글루타미쿰 또는 대장균, 예를 들어 변이된 코리네박테리움속 미생물 또는 변이된 대장균일 수 있다. 구체적인 예로, 1,4-디아미노부탄을 생산할 수 있는 미생물은 글루타메이트에서 오르니틴까지의 생합성 경로가 내재적 활성에 비하여 강화하도록 변이되어 있을 수 있으며, 오르니틴에서 아르기닌 합성에 관여하는 오르니틴 카르바모일 트랜스퍼라아제(ornithine carbamoyltransfrase, ArgF), 글루타메이트의 배출에 관여하는 단백질 및/또는 퓨트레신을 분해시키는 단백질(아세틸화에 관여하는 단백질)의 활성을 내재적 활성에 비하여 약화시키도록 변이되고/되거나, 오르니틴 디카르복실라아제(ornithine decarboxylase, ODC)의 활성을 도입하거나 내재적 활성에 비하여 강화하도록 변이된 것일 수 있다. 더 구체적으로, 코리네박테리움 KCCM11401P 균주(한국공개출원 제2014-0115244호) 또는 코리네박테리움 XQ37/pKKSpeC 균주(한국공개출원 제2009-0107920호)를 이용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 미생물을 이용하여 배양하는 방법은 공지된 회분식 배양방법, 연속식 배양방법, 유가식 배양방법 등을 이용할 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용 가능한 방법이라면 모두 가능하다.
배양 조건으로는 산소 또는 산소-함유 가스 혼합물을 배양물에 도입시키고 배양온도는 20 내지 45℃, 예를 들어 25 내지 40℃에서 약 10 내지 160 시간 동안 배양할 수 있다.
아울러, 본 배양에 사용되는 배양용 배지는 탄소 공급원으로는 당 및 탄수화물(예: 글루코오스, 슈크로오스, 락토오스, 프럭토오스, 말토오스, 몰라세, 전분 및 셀룰로오스), 유지 및 지방(예: 대두유, 해바라기씨유, 땅콩유 및 코코넛유), 지방산(예: 팔미트산, 스테아르산 및 리놀레산), 알코올(예: 글리세롤 및 에탄올) 및 유기산(예: 아세트산) 등을 포함하나 이에 제한되지 않으며, 상기 공급원은 개별적으로 사용하거나 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 인 공급원으로 인산 이수소칼륨, 인산수소이칼륨, 이에 상응하는 나트륨 함유 염 등을 포함하나 이에 제한되지 않으며, 개별적으로 사용하거나 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 기타 금속염(예: 황산마그네슘 또는 황산철), 아미노산 및 비타민과 같은 필수성장-촉진 물질을 포함할 수 있다.
본 배양에 사용되는 pH 조절 및/또는 질소 공급원으로서 암모니아, 유기화합물의 암모늄염, 질소 함유 유기화합물, 탄산계 무기화합물 중에서 선택된 하나 이상일 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않는다.
구체적으로, 암모니아(ammonia), 암모늄아세테이트(ammonium acetate), 암모늄락테이트(ammonium lactate), 요소(urea), 탄산수소암모늄(ammonium bicarbonate), 및 탄산암모늄(ammonium carbonate) 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 암모니아는 암모니아 가스이거나 암모니아수일 수 있다. 예를 들어, 상기 무기화합물 중에서는 탄산계 무기화합물만이 상기 질소 공급원으로 사용될 수 있다.
이러한 pH 조절 및/또는 질소 공급원은 배양액 내에 탄산염을 생성하고 황산염 등의 생성을 방지하므로, 정제 과정에서 탄산염에서 탄산이 분리되어 가스로 제거되므로 추가적인 부산물의 생성이 방지되어 전체적인 정제 공정이 간단해지고 정제비용도 감소될 수 있다.
한편, 황산암모늄, 염화암모늄, 질산암모늄 등의 황산계 질소 공급원, 염화물계 질소공급원, 질산계 질소공급원은 탄산계 무기화합물이 아니므로 상기 발효액의 질소 공급원에 포함되지 않는다. 예를 들어, 황산암모늄, 염화암모늄, 질산암모늄 등의 황산계 질소 공급원, 염화물계 질소공급원, 질산계 질소공급원은 부산물로 생성되므로 이들을 처리하는 공정이 추가적으로 요구되어 공정이 복잡해지고 제조 비용의 증가를 야기할 수 있기 때문이다.
이어서, 배지로부터 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 발효액 또는 이의 농축물을 준비한다.
상기 정제방법에서 발효액은 배양하는 단계로부터 얻어진 결과물을 그대로 사용하여 준비될 수 있다.
한편, 상기 정제방법에서 발효액의 농축물은 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 발효액을 농축시킴에 의하여 준비될 수 있다. 즉, 발효액의 농축물이 발효액을 농축하는 단계에 의하여 준비될 수 있다.
발효액을 농축하는 단계에서 발효액에 포함된 용매의 적어도 일부가 제거될 수 있다. 용매의 적어도 일부가 제거됨에 의하여 발효액에 포함된 1,4-디아미노부탄 탄산염류의 농도가 증가할 수 있다. 제거되는 용매는 예를 들어 물이다. 중성 발효액을 농축하는 단계에서 농축되지 않은 발효액에 포함된 최초 용매의 50% 이상, 구체적으로는 60% 이상, 보다 구체적으로는 70% 이상, 보다 더 구체적으로는 80% 이상이 제거될 수 있다.
발효액을 농축하는 단계에서 발효액에 균체가 포함되는 경우 균체의 파괴를 방지하기 위하여 저온 및 감압 환경에서 농축이 수행될 수 있다.
발효액을 농축하는 단계는 100℃ 이하의 증기온도에서 수행될 수 있다. 즉, 발효액으로부터 기화되는 증기의 온도가 100℃ 이하인 조건에서 농축이 수행될 수 있다. 예를 들어, 발효액을 농축하는 단계는 10℃ 내지 100℃ 의 증기온도, 구체적으로는 30℃ 내지 80℃ 의 증기온도, 보다 구체적으로는 45℃ 내지 67℃ 의 증기온도에서 수행될 수 있다. 상기 조건에서 용매가 더욱 용이하게 제거될 수 있다.
또한, 발효액을 농축하는 단계는 760mmHg 이하의 감소된 압력에서 수행될 수 있다. 즉, 발효액과 평형인 증기의 압력이 760mmHg 이하인 조건에서 농축이 수행될 수 있다. 예를 들어, 발효액을 농축하는 단계는 10 내지 760mmHg의 압력, 구체적으로는 40 내지 500mmHg의 압력, 더욱 구체적으로는 70 내지 200mmHg의 압력에서 수행될 수 있다. 상기 조건에서 용매가 더욱 용이하게 제거될 수 있다.
예를 들어, 발효액을 농축하는 단계가 10℃ 내지 100℃의 증기온도 및 10mmHg 내지 760mmHg의 압력에서 수행될 수 있다.
상기 정제방법에서 발효액의 농축물의 pH가 10.0 이상일 수 있다. 발효액 의 농축물의 pH가 10 이상이므로 상기 발효액에 포함된 1,4-디아미노부탄의 염이, 예를 들어 1,4-디아미노부탄 탄산염류일 수 있다.
예를 들어, 균체가 제거되거나 제거되지 않은 발효액에서 물을 제거하여 발효액을 농축시킬 수 있다. 농축 단계는 생략될 수 있다.
상기 물의 제거에 사용되는 방법은 감압 농축법 및/또는 증발 농축법 등이다. 이에 사용되는 농축기의 종류는 특별히 이에 제한되지 않고, 원심 농축기, 증발 농축기, 대류순환식 농축기, 저온감압 농축기, 회전식 감압 농축기, 감압증발 농축기, 박막 농축기 및 판형 농축기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 농축기를 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 농축 방법 중에서 저온 감압 농축법을 이용하여 농축할 수 있다.
상기 정제방법에서 증류에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제3 조성물을 분리하는 단계 전에 발효액 또는 이의 농축물로부터 균체를 제거하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 증류에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제3 조성물을 분리하는 단계 전에 발효액 또는 이의 농축물에서 균체를 제거하면 정제 과정에서 얻어지는 1,4-디아미노부탄의 순도가 증가될 수 있다. 상기 분리된 균체는 부산물로 활용될 수 있다. 예를 들어, 분리된 균체는 건조 후 동물용 사료 등으로 사용될 수 있다.
발효액에서 균체를 제거하는 단계는 생략될 수 있다.
발효액에서 균체를 제거하기 위해 사용되는 방법은 특별히 제한되지 않고, 원심 분리기, 필터 프레스, 압착 여과기, 규조토 여과기, 회전식 진공 여과기, 멤브레인 필터(membrane filter), 및 응집과 부유하는 방법 등을 이용할 수 있다. 예를 들어, 균체를 제거하기 위해 사용되는 방법은 멤브레인 필터(membrane filter)를 이용할 수 있다. 상기 중성 발효액은 멤브레인 필터를 이용하여 여과액과 균체 슬러지로 분리될 수 있다. 멤브레인의 공극을 통과할 수 없는 균체 및 기타 불순물이 상기 중성 발효액에서 제거되고 미세 공극을 통과한 액만 여과액으로 얻어질 수 있다. 이 때 멤브레인의 공극을 통과하지 못하여 여과액으로 수득되지 않는 잔류물인 균체 슬러지 또는 균체 슬러지액이 분리 제거될 수 있다. 상기 멤브레인 필터는 상기 중성 발효액에서 균체를 분리 제거할 수 있는 것이면 어느 것이나 이용될 수 있다. 멤브레인 필터의 운전 조건도 당업자가 중성 발효액에서 균체를 분리 제거하기 위하여 용이하게 조건을 설정할 수 있다. 예를 들어, 중성 발효액을 약 50℃로 미리 가열하여 수행할 수 있다. 이는 균체 분리 제거의 효율을 높이기 위한 것으로 낮은 온도보다는 50℃ 정도에서 여과액이 나오는 속도가 더 높아져 여과 시간을 단축시킬 수 있으며, 생산성도 높아지는 효과를 기대할 수 있기 때문이다. 멤브레인간 압력(TMP: Trans membrane pressure)은 약 1.0 내지 1.5 기압의 조건에서 수행될 수 있다. 멤브레인간 압력(TMP)은 수직 방향으로 흐르는 액에 대해 수평 방향으로 가해지는 압력의 크기를 나타내는 값으로, 멤브레인 필터 내의 용액이 막에 가하는 압력을 나타낸다. 사용되는 멤브레인의 공극의 크기도 또한 당업자가 용이하게 선택할 수 있다. 예를 들어, 멤브레인의 공극의 크기는 약 0.01㎛ 내지 0.15㎛일 수 있다.
또한, 멤브레인 필터의 가동 후 초기에 겔 층(gel layer) 형성 시간을 1시간 정도 가질 수 있다. 겔 층 형성은 여과 멤브레인 표면에 균체의 얇은 층을 형성시켜 여과액 유속(permeate flux)을 일정한 수준으로 오랜 시간 지속하기 위한 과정이다. 이 과정을 거치는 경우 여과액 유속을 일정하게 유지할 수 있고 멤브레인 필터의 세척 횟수를 줄일 수 있다. 겔 층 형성이 끝난 후에는 본격적으로 멤브레인을 통해 여과액을 수득할 수 있다.
상기 발효액 또는 이의 농축물을 사용하는 정제방법에서 1,4-디아미노부탄 탄산염류(carbonate salts of 1,4-diaminobutane)는 1,4-디아미노부탄 탄산염(1,4-diaminobutane carbonate, PUT2 +CO3 2-, PUT=1,4-diaminobutane(putrescine)) 및 1,4-디아미노부탄 중탄산염(1,4-diaminobitane bicarbonate, PUT2 +(HCO3 -)2) 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 발효액 또는 이의 농축물을 사용하는 정제방법에서 증류에 의하여 발효액 또는 이의 농축물에 포함된 1,4-디아미노부탄 및 이의 염의 70중량% 이상이 분리 또는 제거될 수 있다. 예를 들어, 상기 증류에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류의 75중량% 이상, 구체적으로는 80중량% 이상, 보다 구체적으로는 85중량% 이상, 보다 더 구체적으로는 90중량% 이상이 분리될 수 있다. 또한, 증류에 의하여 발효액 또는 이의 농축물에 포함된 1,4-디아미노부탄 탄산염류로부터 이산화탄소의 적어도 일부가 분리될 수 있다.
상기 발효액 또는 이의 농축물을 사용하는 정제방법에서 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 발효액 또는 이의 농축물부터 증류에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제3 조성물을 분리하는 단계는 30℃ 내지 158℃의 증기온도, 구체적으로는 40℃ 내지 120℃의 증기온도에서 수행될 수 있다. 상기 증기온도 조건에서 1,4-디아미노부탄을 포함하는 제3 조성물이 높은 수율로 분리될 수 있다.
상기 발효액 또는 이의 농축물을 사용하는 정제방법에서 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 발효액 또는 이의 농축물로부터 증류에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제3 조성물을 분리하는 단계는 10mmHg 내지 760mmHg의 압력, 구체적으로는 70mmHg 내지 200mmHg의 압력에서 수행될 수 있다. 상기 압력 조건에서 1,4-디아미노부탄을 포함하는 조성물이 높은 수율로 분리될 수 있다.
상기 온도 및 압력 범위에서 분리되는 1,4-디아미노부탄을 포함하는 제3 조성물은 응축에 의하여 액상으로 얻어지거나 응축 없이 기화된 상태로 후속 단계에 사용될 수 있다.
상기 발효액 또는 이의 농축물을 사용하는 정제방법에서 증류에 의하여 분리되는 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제3 조성물은 1,4-디아미노부탄 탄산염류와 용매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 조성물은 1,4-디아미노부탄 탄산염류와 용매만을 포함하고 이온, 아미노산, 유기산, 단백질, 균체와 같은 다른 성분을 포함하지 않을 수 있다.
또한, 발효액 또는 이의 농축물로부터 증류에 의하여 제3 조성물을 분리하는 단계에서 알칼리 화합물과 같은 추가적인 첨가제가 요구되지 않으며, 황산염에서 유래하는 부산물도 생성되지 않는다. 따라서, 전체적인 정제 공정이 간단해지고 부산물 처리를 위하여 비용이 감소하므로 경제적으로 매우 유리하다.
증류 단계에서 남은 슬러리는 추가 정제공정을 거쳐 부산물로 활용 가능하다. 균체 분리하지 않은 발효액의 경우 증류수를 추가로 투입하여 슬러리를 완전히 용해하여 균체 분리 후 모액에서 부산물을 회수할 수도 있다.
상기 발효액 또는 이의 농축물을 사용하는 정제방법에서 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제3 조성물의 pH가 10.0 이상일 수 있다. 발효액 또는 이의 농축물로부터 증류에 의하여 얻어지는 1,4-디아미노부탄을 포함하는 제3 조성물의 pH가 10 이상이므로 상기 제3 조성물의 pH를 증가시키기 위한 알칼리 화합물이 불필요하다.
증류에 의하여 분리된 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제3 조성물은 1,4-디아미노부탄 중탄산염 및/또는 1,4-디아미노부탄 탄산염을 포함할 수 있다. 예를 들어, 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제3 조성물은 1,4-디아미노부탄 중탄산염을 주성분으로 포함하거나 1,4-디아미노부탄 탄산염을 주성분으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제3 조성물은 용매 외에 1,4-디아미노부탄 중탄산염만을 포함하거나 1,4-디아미노부탄 탄산염만을 포함할 수 있다.
상기 발효액 또는 이의 농축물을 사용하는 정제방법에서 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제3 조성물은 기상, 액상 또는 이들의 혼합상일 수 있다. 즉, 정제방법에서 요구되는 조건에 따라 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제3 조성물의 상태가 달라질 수 있다.
예를 들어, 분리하는 단계에서 증류에 의하여 얻어지는 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제3 조성물의 증기 및/또는 응축액을 회수할 수 있다. 증류에 의하여 제3 조성물을 분리하는 단계는 이중 자켓 반응기에서 수행할 수 있다.
상기 제3 조성물에 포함된 1,4-디아미노부탄 탄산염류로부터 탄산을 제거하여 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계가 분별증류에 의하여 수행될 수 있다.
1,4-디아미노부탄을 포함하는 제3 조성물에서 분별증류에 의하여 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류에서 이산화탄소가 분리되고 1,4-디아미노부탄이 회수될 수 있다.
예를 들어, 발효액 또는 이의 농축물로부터 1,4-디아미노부탄을 포함하는 제3 조성물을 증류에 의하여 분리하여 응축 및 저장한 후, 상기 분리된 조성물이 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계에 사용될 수 있다.
상기 저장은 예를 들어 반응기의 상단과 증류탑의 사이에 배치되는 저장조에 의하여 이루어질 수 있으나, 반드시 이러한 구성으로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 모든 저장 방법이 가능하다.
다르게는, 상기 정제방법에서 증류에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제3 조성물을 분리하는 단계와 분별증류에 의하여 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계는 연속적으로 수행될 수 있다. 즉, 상기 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제3 조성물이 발효액 또는 이의 농축물로부터 증류에 의하여 분리됨과 동시에 다시 분별증류에 의하여 1,4-디아미노부탄과 탄산으로 분리되어 1,4-디아미노부탄이 회수될 수 있다. 상기 분별증류에 의하여 얻어지는 1,4-디아미노부탄은 최종결과물이다.
상기 정제방법에서 분별증류는 100℃ 내지 230℃의 증기온도 및 상압 이상, 즉 1기압 내지 5기압, 구체적으로 분별증류는 100℃ 내지 158℃ 의 증기온도 및 상압에서 작동될 수 있다. 상기 범위의 온도 및 압력에서 1,4-디아미노부탄이 높은 수율로 얻어질 수 있다.
상기 정제방법에서 분별증류에 의하여 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계는 증류탑에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 발효액 또는 농축물을 반응기에서 기화된 1,4-디아미노부탄을 주성분으로 포함하는 제3 조성물이 준비된 후, 상기 제3 조성물이 증류탑에 투입되어 1,4-디아미노부탄이 선택적으로 회수될 수 있다. 예를 들어, 1,4-디아미노부탄 탄산염류가 1,4-디아미노부탄과 이산화탄소로 분리되어 1,4-디아미노부탄이 선택적으로 회수될 수 있다. 예를 들어, 상기 1,4-디아미노부탄을 포함하는 제3 조성물은 증류탑의 중간 위치에 투입될 수 있으나, 투입 위치는 구체적인 반응 조건 및 증류탑의 조건에 따라 변경될 수 있다.
상기 정제방법에서 1,4-디아미노부탄은 증류탑의 하부에서 회수될 수 있으며, 상기 증류탑의 상부에서는 예를 들어, 물과 이온이 회수될 수 있다.
상기 방법으로 정제된 1,4-디아미노부탄은 60중량% 이상의 회수율, 구체적으로는 65중량% 이상의 회수율, 더욱 구체적으로는 75% 이상의 회수율, 더욱 더 구체적으로는 85% 이상의 회수율, 가장 구체적으로는 90.0중량% 이상의 회수율을 가질 수 있다.
또한, 상기 방법으로 정제된 1,4-디아미노부탄은 90.0중량% 이상의 순도 및 90.0중량% 이상의 회수율을 가질 수 있다. 상기 방법으로 정제된 1,4-디아미노부탄은 91.0중량% 이상의 순도 및 91.0중량% 이상의 회수율을 가질 수 있다. 상기 방법으로 정제된 1,4-디아미노부탄은 92.0중량% 이상의 순도 및 92.0중량% 이상의 회수율을 가질 수 있다. 상기 순도는 증류탑 하부에서 얻어지는 물과 1,4-디아미노부탄의 혼합물 중에서 1,4-디아미노부탄의 함량을 의미한다.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.
(1,4-디아미노부탄의 정제)
실시예 1: 균체 제거 없는 1,4- 디아미노부탄의 정제방법, NH3 사용
(발효단계)
1) 종균배양: 1,4-디아미노부탄 생성 세균의 종균 배양
포도당(glucose) 30.0 g/L, 당밀(molasses) 15 g/L, 인산(phosphoric acid) 1.11 g/L, 황산마그네슘 7수화물(magnesium sulfate 7 hydrate) 5.8 g/L, 옥수수 침출액(corn steep liquor) 10.0 g/L, 알지닌(arginine) 0.5 g/L, 바이오틴(biotin) 1.0 mg/L, 티아민 염산염(thiamine pyrophosphate) 20.0 mg/L, 펜트센산 칼슘염(calcium pathothenate) 20.0 mg/L, 니코틴산(nicotinic acid) 20.0 mg/L, 및 소포제(anti-foaming agent) 0.2 g/L를 함유하는 배지 400 mL를 1L 부피의 유리 발효조에 투입한 후, 120℃에서 20분 동안 가열시켜 살균하였다.
살균된 발효조를 30℃까지 냉각시킨 후, CMA(cornmeal malt extract agar medium) 고체 배지에서 12시간 동안 미리 성장시킨 코리네박테리움 KCCM11401P (대한민국 특허공개 제2014-0115244호) 균체를 상기 배지에 접종하고, 30℃에서 충분한 통기와 교반 하에 배양하여 종균 배양물을 수득하였다. 종균 배양 시에 암모니아 가스를 pH 조절 및 질소원으로 공급하였다.
2) 본 배양
포도당 120.0 g/L, 당밀 7.0 g/L, 인산 0.7 g/L, 황산마그네슘 7수화물 2.0 g/L, Corn steep liquor 5.0 g/L, 알지닌 0.5 g/L, 바이오틴 1.0 mg/L, 티아민 염산염 20.0 mg/L, 펜트센산 칼슘염 20.0 mg/L, 니코틴산 20.0 mg/L, 및 소포제 0.3 g/L를 함유하는 배지 1500 mL를 5L 부피의 유리 발효조에 투입한 후 120℃에서 20분 동안 가열시켜 살균하였다.
살균된 발효조를 30℃까지 냉각시킨 후, 상기에서 준비된 종균 배양물 370 mL를 상기 배지에 접종하고, 30℃에서 충분한 통기와 교반 하에 배양하였다. 배양액의 질소원으로는 암모니아 가스를 사용하고 배양액의 질소원이 고갈되지 않도록 암모니아 가스를 공급하여 pH를 조절하였다.
배양 결과, 발효액에 31.2 g/L의 1,4-디아미노부탄이 축적되었으며, 발효액의 pH는 8.0 이었다.
(농축 단계)
상기 1,4-디아미노부탄 중탄산염을 포함하는 발효액 6,700g을 10L 농축기(Eyela, Tokyo, Japan)에 투입하고, 47℃의 증기온도 및 80mmHg의 압력으로 유지하면서 발효액의 79.5%를 제거하여 농축액을 준비하였다. 이 때, 제거된 응축수는 5,327g이었고, 제거된 응축수 중에 1,4-디아미노부탄은 검출되지 않았다. 하기 표 1은 농축 단계 전, 후의 성분 분석표이다. 하기 표 1의 1,4-디아미노부탄, 아미노산, 유기산, 단백질과 이온은 HPLC로 분석하였고, 수분은 Karl-fisher 수분 측정법을 이용하여 분석하였다.
성분 발효액 (g) 농축 후 응축수 (g) 농축액 (g)
pH 8.0 7.1 10.5
물 6,142.6 5,187.2 960.0
1,4-디아미노부탄 0.0 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 중탄산염 489.3 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 탄산염 0.0 0.0 344.8
이온 7.4 139.8 7.4
아미노산 5.5 0.0 5.5
유기산 6.1 0.0 6.1
단백질 1.5 0.0 1.5
균체 47.7 0.0 47.7
합계 6,700.0 5,327.0 1,373.0
(증류 단계)
준비된 농축액 1.373g을 5L 이중 자켓 반응기에 투입하였다. 이중 자켓 반응기는 상부 응축기, 응축수기와 압력 조절이 가능한 장치가 설치된 장치이다. 이중 자켓 반응기는 50 내지 95℃의 증기온도 및 80mmHg의 압력에서 상기 농축물을 증류시켰다. 상기 이중 자켓 반응기는 초기에 수분 증발로 인해 47℃의 증기온도로 유지되다가 1,4-디아미노부탄이 증발되면서 95℃까지 증기온도가 상승하였다. 증발된 증기는 응축수기를 거쳐 응축수기에 응축되었다. 응축수는 1,286.4g 이었고, 증발 후 잔류물은 86.6g 이었다. 하기 표 2는 증류 단계 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 농축액 (g) 증발 후 잔류물 (g) 응축수 (g)
pH 10.5 - 11.1
물 960.0 0.0 960.0
1,4-디아미노부탄 0.0 18.5 0.0
1,4-디아미노부탄 중탄산염 0.0 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 탄산염 344.8 0.0 326.4
이온 7.4 7.4 0.0
아미노산 5.5 5.5 0.0
유기산 6.1 6.1 0.0
단백질 1.5 1.5 0.0
균체 47.7 47.7 0.0
합계 1,373.0 86.6 1,286.4
(분별증류 단계)
상기 1,4-디아미노부탄을 포함하는 응축수 1,286.4g을 20단의 증류탑(Aceglass Incorporate, USA)에 투입하고 증류탑 상부에서는 물과 탄산 1,086.3g이 회수되고, 증류탑 하부에서는 1,4-디아마노부탄 200.1g (HPLC 함량 92.8%)이 회수되었고, 1,4-디아미노부탄의 회수율은 90.6중량% 이었다.
증류탑은 100 내지 158℃의 증기온도 및 상압에서 1,4-디아미노부탄 탄산염의 탄산을 분리시켜 1,4-디아미노부탄을 회수하였다. 하기 표 3은 탈탄산 단계 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 증발된 응축수 (g) 증류탑 상부 (g) 증류탑 하부 (g)
pH 11.1 7.3 13.5
물 960.0 945.6 14.4
1,4-디아미노부탄 0.0 0.9 185.7
1,4-디아미노부탄 중탄산염 0.0 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 탄산염 326.4 0.0 0.0
이온 0.0 139.8 0.0
아미노산 0.0 0.0 0.0
유기산 0.0 0.0 0.0
단백질 0.0 0.0 0.0
균체 0.0 0.0 0.0
합계 1,286.4 1,086.3 200.1
실시예 2: 균체 제거 후 1,4- 디아미노부탄의 정제방법, NH3 사용
(발효단계)
실시예 1과 동일한 방법으로 종균배양 및 본배양을 실시하여 발효액을 준비하였다.
(균체분리단계)
상기 발효액 13,400g을 15L 바스켓에 넣고, 카트리지 형태의 멤브레인 필터(Milipore사 제조, Pellicon 2, 공극의 크기: 0.1㎛, 멤브레인 면적: 0.5㎡)를 사용하여 발효액을 여과하였다.
상기 발효액을 상기 멤브레인 필터에 넣고 60℃의 온도에서 멤브레인간 압력(TMP: Trans membrane pressure)이 1.2 기압인 조건하에 균체 슬러지 400.0g를 분리 제거하고 여과액을 13,000g수득하였다. 하기 표 4는 균체분리 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 발효액 (g) 균체 슬러지 (g) 여과액 (g)
pH 8.0 8.0 8.0
물 12,285.1 293.6 11,991.6
1,4-디아미노부탄 0.0 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 중탄산염 978.6 10.7 967.9
1,4-디아미노부탄 탄산염 0.0 0.0 0.0
이온 14.9 0.2 14.7
아미노산 10.9 0.1 10.8
유기산 12.2 0.1 12.0
단백질 3.0 0.0 3.0
균체 95.3 95.3 0.0
합계 13,400.0 400.0 13,000.0
(농축 단계)
상기 여과액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 농축 단계를 실시하였다. 여과액 6,500g을 투입하고 발효액의 82.5%를 제거하여 농축하였다. 제거된 응축수는 5.365g이었고, 제거된 응축수에서는 1,4-디아미노부탄이 검출되지 않았다. 하기 표 5는 농축 단계 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 여과액 (g) 농축 후 응축수 (g) 농축액 (g)
pH 8.0 7.0 10.7
물 5,995.8 5,226.7 773.7
1,4-디아미노부탄 0.0 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 중탄산염 484.0 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 탄산염 0.0 0.0 341.1
이온 7.3 138.3 7.3
아미노산 5.4 0.0 5.4
유기산 6.0 0.0 6.0
단백질 1.5 0.0 1.5
균체 0.0 0.0 0.0
합계 6,500 5,365.0 1,135.0
(증류 단계)
상기 농축액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 증류 단계를 실시하였다. 농축액 1.135g을 투입하고 응축수 1,101.8g을 얻었고, 잔류물은 33.2g이었다. 하기 표 6은 증류 단계 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 농축액 (g) 증발 후 잔류물 (g) 증발된 응축수 (g)
pH 10.7 - 11.3
물 773.7 0.0 773.7
1,4-디아미노부탄 0.0 13.0 0.0
1,4-디아미노부탄 중탄산염 0.0 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 탄산염 341.1 0.0 328.1
이온 7.3 7.3 0.0
아미노산 5.4 5.4 0.0
유기산 6.0 6.0 0.0
단백질 1.5 1.5 0.0
균체 0.0 0.0 0.0
합계 1,135.0 33.2 1,101.8
(분별증류 단계)
상기 응축수를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 분별증류 단계를 실시하였다. 응축수 1,101.8g을 투입하고 증류탑 상부로 902.3g 및 증류탑 하부로 199.5g (HPLC 함량 91.8%)이 회수되었고, 1,4-디아미노부탄의 회수율은 91.8중량% 이었다. 하기 표 7은 탈탄산 단계 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 증발된 응축수 (g) 증류탑 상부 (g) 증류탑 하부 (g)
pH 11.3 7.1 13.3
물 773.7 762.5 11.2
1,4-디아미노부탄 0.0 1.5 188.3
1,4-디아미노부탄 중탄산염 0.0 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 탄산염 328.1 0.0 0.0
이온 0.0 138.3 0.0
아미노산 0.0 0.0 0.0
유기산 0.0 0.0 0.0
단백질 0.0 0.0 0.0
균체 0.0 0.0 0.0
합계 1,101.8 902.3 199.5
실시예 3: 균체 제거 후 농축 없는 1,4- 디아미노부탄의 정제방법, NH3 사용
(발효단계)
실시예 1과 동일한 방법으로 종균배양 및 본배양을 실시하여 발효액을 준비하였다.
(균체분리단계)
실시예 2와 동일한 방법으로 균체분리단계를 실시하였다.
(증류 단계)
상기 균체분리된 여과액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 증류 단계를 실시하였다. 여과액 6,500g을 투입하고 응축수 6,465.7g을 얻었고, 잔류물은 34.3g이었다. 하기 표 8은 증류 단계 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 농축액 (g) 증발 후 잔류물 (g) 증발된 응축수 (g)
pH 8.0 - 10.8
물 5,995.8 14.0 6,000.3
1,4-디아미노부탄 0.0 7.3 0.0
1,4-디아미노부탄 중탄산염 484.0 0.0 465.4
1,4-디아미노부탄 탄산염 0.0 0.0 0.0
이온 7.3 0.0 0.0
아미노산 5.4 5.4 0.0
유기산 6.0 6.0 0.0
단백질 1.5 1.5 0.0
균체 0.0 0.0 0.0
합계 6,500 34.3 6,465.7
(분별증류 단계)
상기 응축수를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 분별증류 단계를 실시하였다. 응축수 6,465.7g을 투입하고 증류탑 상부로 6,266.3g 및 증류탑 하부로 199.4g (HPLC 함량 94.1%)이 회수되었고, 1,4-디아미노부탄의 회수율은 91.5중량% 이었다. 하기 표 9는 탈탄산 단계 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 증발된 응축수 (g) 증류탑 상부 (g) 증류탑 하부 (g)
pH 10.8 6.9 13.4
물 6,000.3 5,988.6 11.8
1,4-디아미노부탄 0.0 1.2 187.7
1,4-디아미노부탄 중탄산염 465.4 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 탄산염 0.0 0.0 0.0
이온 0.0 276.5 0.0
아미노산 0.0 0.0 0.0
유기산 0.0 0.0 0.0
단백질 0.0 0.0 0.0
균체 0.0 0.0 0.0
합계 6,465.7 6,266.3 199.4
실시예 4: 균체 제거 없는 1,4- 디아미노부탄의 정제방법, 암모늄아세테이트 사용
(발효단계)
1) 종균배양: 1,4-디아미노부탄 생성 세균의 종균 배양
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
2) 본 배양
질소원으로 암모니아 가스 대신에 암모늄아세테이트(ammonium acetate)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 본 배양을 실시하였다.
질소원으로 600g/L의 암모늄아세테이트 100mL를 적가하면서 배양하였다.
배양 결과, 발효액에 30.6 g/L의 1,4-디아미노부탄이 축적되었으며, 발효액의 pH는 8.0 이었다.
(농축 단계)
상기 발효액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 농축 단계를 실시하였다.
발효액 6,700g을 투입하고, 발효액의 81.6%를 제거하여 농축액을 준비하였다. 이 때, 제거된 응축수는 5,187.2g이었고, 제거된 응축수 중에 1,4-디아미노부탄은 검출되지 않았다. 하기 표 1은 농축 단계 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 발효액 (g) 농축 후 응축수 (g) 농축액 (g)
pH 8.0 7.3 10.6
물 6,100.9 5,307.2 798.8
1,4-디아미노부탄 0.0 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 중탄산염 514.0 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 탄산염 0.0 0.0 355.0
이온 9.5 153.8 9.5
아미노산 6.5 0.0 6.5
유기산 6.0 0.0 6.0
단백질 4.8 0.0 4.8
균체 58.3 0.0 58.3
합계 6,700.0 5,461.0 1,239.0
(증류 단계)
상기 농축액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 증류 단계를 실시하였다.
농축액 1.373g을 투입하고 응축수 1,135.4g을 얻었고, 잔류물은 103.6g이었다. 하기 표 11은 증류 단계 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 농축액 (g) 증발 후 잔류물 (g) 증발된 응축수 (g)
pH 10.6 - 11.4
물 798.8 0.0 798.8
1,4-디아미노부탄 0.0 18.5 0.0
1,4-디아미노부탄 중탄산염 0.0 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 탄산염 355.0 0.0 366.6
이온 9.5 9.5 0.0
아미노산 6.5 6.5 0.0
유기산 6.0 6.0 0.0
단백질 4.8 4.8 0.0
균체 58.3 58.3 0.0
합계 1,239.0 103.6 1,135.4
(분별증류 단계)
상기 응축수를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 분별증류 단계를 실시하였다. 응축수 1,135.4g을 투입하고 증류탑 상부로 943.8g 및 증류탑 하부로 191.5g (HPLC 함량 94.9%)이 회수되었고, 1,4-디아미노부탄의 회수율은 90.3중량% 이었다. 하기 표 12은 탈탄산 단계 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 증발된 응축수 (g) 증류탑 상부 (g) 증류탑 하부 (g)
pH 11.4 7.3 13.5
물 798.8 789.1 9.8
1,4-디아미노부탄 0.0 0.9 181.7
1,4-디아미노부탄 중탄산염 0.0 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 탄산염 366.6 0.0 0.0
이온 0.0 153.8 0.0
아미노산 0.0 0.0 0.0
유기산 0.0 0.0 0.0
단백질 0.0 0.0 0.0
균체 0.0 0.0 0.0
합계 1,135.4 943.8 191.5
실시예 5: 균체 제거 후 1,4- 디아미노부탄의 정제방법, 암모늄아세테이트 사용
(발효단계)
실시예 4와 동일한 방법으로 종균배양 및 본배양을 실시하여 발효액을 준비하였다.
(균체분리단계)
실시예 2와 동일한 방법으로 균체 분리 단계를 실시하였다.
상기 발효액 13,400g을 투입하여 균체 슬러지 400.0g를 분리 제거하고 여과액을 13,000g수득하였다. 하기 표 13은 균체 분리 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 발효액 (g) 균체 슬러지 (g) 여과액 (g)
pH 8.0 8.0 8.0
물 12,201.7 271.1 11,930.6
1,4-디아미노부탄 0.0 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 중탄산염 1,028.0 11.7 1,016.3
1,4-디아미노부탄 탄산염 0.0 0.0 0.0
이온 19.0 0.2 18.8
아미노산 13.1 0.1 12.9
유기산 12.0 0.1 11.8
단백질 9.6 0.1 9.5
균체 116.6 116.6 0.0
합계 13,400.0 400.0 13,000.0
(농축 단계)
상기 여과액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 농축 단계를 실시하였다. 여과액 6,500g을 투입하고 발효액의 83.4%를 제거하여 농축하였다. 제거된 응축수는 5,421g이었고, 제거된 응축수에서는 1,4-디아미노부탄이 검출되지 않았다. 하기 표 14는 농축 단계 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 여과액 (g) 농축 후 응축수 (g) 농축액 (g)
pH 8.0 7.1 10.8
물 5,965.3 5,268.9 701.5
1,4-디아미노부탄 0.0 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 중탄산염 508.1 0.0 351.0
1,4-디아미노부탄 탄산염 0.0 0.0 0.0
이온 9.4 152.1 9.4
아미노산 6.5 0.0 6.5
유기산 5.9 0.0 5.9
단백질 4.8 0.0 4.8
균체 0.0 0.0 0.0
합계 6,500.0 5,421.0 1,079.0
(증류 단계)
상기 농축액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 증류 단계를 실시하였다. 농축액 1,079g을 투입하고 응축수 1,041.1g을 얻었고, 잔류물은 37.9g이었다. 하기 표 15은 증류 단계 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 농축액 (g) 증발 후 잔류물 (g) 증발된 응축수 (g)
pH 10.8 - 11.3
물 701.5 0.0 701.5
1,4-디아미노부탄 0.0 11.3 0.0
1,4-디아미노부탄 중탄산염 351.0 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 탄산염 0.0 0.0 339.6
이온 9.4 9.4 0.0
아미노산 6.5 6.5 0.0
유기산 5.9 5.9 0.0
단백질 4.8 4.8 0.0
균체 0.0 0.0 0.0
합계 1,079.0 37.9 1,041.1
(분별증류 단계)
상기 응축수를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 분별증류 단계를 실시하였다. 응축수 1,041.1g을 투입하고 증류탑 상부로 847.4g 및 증류탑 하부로 193.8g (HPLC 함량 96.2%)이 회수되었고, 1,4-디아미노부탄의 회수율은 92.6중량% 이었다. 하기 표 16은 탈탄산 단계 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 증발된 응축수 (g) 증류탑 상부 (g) 증류탑 하부 (g)
pH 11.3 7.2 13.5
물 701.5 694.1 7.4
1,4-디아미노부탄 0.0 1.2 186.4
1,4-디아미노부탄 중탄산염 0.0 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 탄산염 339.6 0.0 0.0
이온 0.0 152.1 0.0
아미노산 0.0 0.0 0.0
유기산 0.0 0.0 0.0
단백질 0.0 0.0 0.0
균체 0.0 0.0 0.0
합계 1,041.1 847.4 193.8
실시예 6: 균체 제거 후 농축 없는 1,4- 디아미노부탄의 정제방법, 암모늄아세테이트 사용
(발효단계)
실시예 4와 동일한 방법으로 종균배양 및 본배양을 실시하여 발효액을 준비하였다.
(균체분리단계)
실시예 5와 동일한 방법으로 균체 분리 단계를 실시하였다.
(증류 단계)
상기 균체 분리된 여과액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 증류 단계를 실시하였다. 여과액 6,500g을 투입하고 응축수 6,459.3g을 얻었고, 잔류물은 40.7g이었다. 하기 표 17은 증류 단계 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 농축액 (g) 증발 후 잔류물 (g) 증발된 응축수 (g)
pH 8.0 - 10.9
물 5,965.3 0.0 5,970.4
1,4-디아미노부탄 0.0 14.1 0.0
1,4-디아미노부탄 중탄산염 508.1 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 탄산염 0.0 0.0 489.0
이온 9.4 9.4 0.0
아미노산 6.5 6.5 0.0
유기산 5.9 5.9 0.0
단백질 4.8 4.8 0.0
균체 0.0 0.0 0.0
합계 6,500.0 40.7 6,459.3
(분별증류 단계)
상기 응축수를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 분별증류 단계를 실시하였다. 응축수 6,459.3g을 투입하고 증류탑 상부로 6,268.5g 및 증류탑 하부로 190.8g (HPLC 함량 96.5%)이 회수되었고, 1,4-디아미노부탄의 회수율은 91.5중량% 이었다. 하기 표 9는 탈탄산 단계 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 증발된 응축수 (g) 증류탑 상부 (g) 증류탑 하부 (g)
pH 10.9 7.1 13.4
물 5,970.4 5,963.7 6.7
1,4-디아미노부탄 0.0 0.6 184.1
1,4-디아미노부탄 중탄산염 0.0 0.0 0.0
1,4-디아미노부탄 탄산염 489.0 0.0 0.0
이온 0.0 304.2 0.0
아미노산 0.0 0.0 0.0
유기산 0.0 0.0 0.0
단백질 0.0 0.0 0.0
균체 0.0 0.0 0.0
합계 6,459.3 6,268.5 190.8
비교예 1: 균체 제거 후 1,4- 디아미노부탄의 정제방법, 황산암모늄 사용
(발효단계)
1) 종균배양: 1,4-디아미노부탄 생성 세균의 종균 배양
pH 조절을 위하여 암모니아를 사용하고, 질소원으로 암모니아 대신에 황산암모늄 5.0g/L를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
2) 본 배양
질소원으로 암모니아 가스 대신에 황산암모늄(ammonium sulfate) 50.0g/L를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 본 배양을 실시하였다.
배양 결과, 발효액에 30.1 g/L의 1,4-디아미노부탄이 축적되었으며, 발효액의 pH는 7.1이었다.
(균체분리단계)
실시예 2와 동일한 방법으로 균체 분리 단계를 실시하였다.
상기 발효액 13,400g을 투입하여 균체 슬러지 400.0g을 분리 제거하고 여과액을 13,000g 수득하였다. 하기 표 19는 균체 분리 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 발효액 (g) 균체 슬러지 (g) 여과액 (g)
pH 7.1 7.1 7.1
물 12,437.3 298.5 12,138.8
1,4-디아미노부탄 396.4 5.1 391.3
이온 450.4 0.2 444.6
아미노산 11.0 0.1 10.8
유기산 11.8 0.2 11.6
단백질 2.9 0.0 2.9
균체 90.3 90.3 0.0
합계 13,400.0 400.0 13,000.0
(농축 단계)
상기 여과액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 농축 단계를 실시하였다.
여과액 6,500g을 투입하고, 발효액의 82.3%를 제거하여 농축액을 준비하였다. 이 때, 제거된 응축수는 5,350g이었고, 제거된 응축수 중에 1,4-디아미노부탄은 검출되지 않았다. 하기 표 20은 농축 단계 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 여과액 (g) 농축 후 응축수 (g) 농축액 (g)
pH 7.1 8.0 6.8
물 6,069.4 5,350.0 719.4
1,4-디아미노부탄 195.7 0.0 195.7
이온 222.3 0.0 222.3
아미노산 5.4 0.0 5.4
유기산 5.8 0.0 5.8
단백질 1.4 0.0 1.4
균체 0.0 0.0 0.0
합계 6,500.0 5,350.0 1,150.0
(증류 단계)
상기 농축액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 증류 단계를 실시하였다.
농축액 1,150g을 투입하고 응축수 719.4g을 얻었고, 잔류물은 430.6g이었다. 1,4-디아미노부탄이 1,4-디아미노부탄의 황산염 결정으로 침전되어 응축수로 회수되지 않았다. 하기 표 21은 증류 단계 전, 후의 성분 분석표이다.
성분 농축액 (g) 증발 후 잔류물 (g) 증발된 응축수 (g)
pH 6.8 - 7.3
물 719.4 0.0 719.4
1,4-디아미노부탄 195.7 195.7 0.0
이온 222.3 222.3 0.0
아미노산 5.4 5.4 0.0
유기산 5.8 5.8 0.0
단백질 1.4 1.4 0.0
균체 0.0 0.0 0.0
합계 1,150.0 430.6 719.4
본 발명에서 제공되는 정제 공정에 따르면 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 조성물로부터 간단하게 1,4-디아미노부탄을 높은 수율로 얻을 수 있다. 또한, 정제시 요구되는 알칼리 화합물의 소비도 감소됨과 함께 추가 비용을 발생시켰던 부산물의 양이 급감하기 때문에 이에 소요되던 정제 비용도 함께 낮출 수 있다.

Claims (25)

1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제1 조성물로부터 증류에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제2 조성물을 분리하는 단계; 및
상기 제2 조성물에 포함된 1,4-디아미노부탄 탄산염류로부터 탄산을 제거하여 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계;를 포함하는 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제1 항에 있어서, 상기 1,4-디아미노부탄 탄산염류가 1,4-디아미노부탄 탄산염(1,4-diaminobutane carbonate) 및 1,4-디아미노부탄 중탄산염(1,4-diaminobutane bicarbonate) 중 하나 이상인 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제1 항에 있어서, 상기 제1 조성물이 발효액 또는 이의 농축물인 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제3 항에 있어서, 상기 농축물이 상기 발효액을 10℃ 내지 100℃의 증기온도 및 10mmHg 내지 760mmHg의 압력에서 농축을 수행하여 준비되는 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제3 항에 있어서, 상기 농축물의 pH가 10.0 이상인 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제1 항에 있어서, 상기 증류에 의하여 제1 조성물에 포함된 1,4-디아미노부탄 탄산염류의 70중량% 이상이 분리되는 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제1 항에 있어서, 상기 증류가 30℃ 내지 158℃의 증기 온도 및 10mmHg 내지 760mmHg의 압력에서 수행되는 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제1 항에 있어서, 상기 제2 조성물의 pH가 10.0 이상인 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제1 항에 있어서, 상기 탄산의 제거가 분별증류에 의하여 수행되는 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제9 항에 있어서, 상기 분별증류가 100℃ 내지 230℃의 증기온도 및 1기압 내지 5기압에서 수행되는 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제9 항에 있어서, 상기 분별증류가 증류탑에서 수행되는 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제11 항에 있어서, 상기 증류탑의 하부에서 1,4-디아미노부탄이 회수되는 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
1,4-디아미노부탄 생산능을 가지는 미생물을 배지에서 질소 공급원을 제공하면서 배양하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 생산하는 단계;
상기 배지로부터 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 발효액 또는 이의 농축물을 준비하는 단계;
상기 발효액 또는 이의 농축물로부터 증류에 의하여 1,4-디아미노부탄 탄산염류를 포함하는 제3 조성물을 분리하는 단계; 및
상기 제3 조성물에 포함된 1,4-디아미노부탄 탄산염류로부터 탄산을 제거하여 1,4-디아미노부탄을 회수하는 단계;를 포함하는 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제13 항에 있어서, 상기 질소 공급원이 암모니아, 유기화합물의 암모늄염, 질소 함유 유기화합물, 및 탄산계 무기화합물 중에서 선택된 하나 이상인 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제13 항에 있어서, 상기 농축물이 상기 발효액을 10℃ 내지 100℃의 증기온도 및 10mmHg 내지 760mmHg의 압력에서 농축을 수행하여 준비되는 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제13 항에 있어서, 상기 농축물의 pH가 10.0 이상인 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제13 항에 있어서, 상기 제3 조성물을 분리하는 단계 전에 상기 발효액으로부터 균체를 제거하는 단계를 더 포함하는 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제13 항에 있어서, 상기 1,4-디아미노부탄 탄산염류가 1,4-디아미노부탄 탄산염(1,4-diaminobutane carbonate) 및 1,4-디아미노부탄 중탄산염(1,4-diaminobutane bicarbonate) 중 하나 이상인 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제13 항에 있어서, 상기 증류에 의하여 제3조성물에 포함된 1,4-디아미노부탄 탄산염류의 70중량% 이상이 분리되는 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제13 항에 있어서, 상기 증류가 30℃ 내지 158℃의 증기 온도 및 10mmHg 내지 760mmHg의 압력에서 수행되는 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제13 항에 있어서, 상기 제3 조성물의 pH가 10.0 이상인 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제13 항에 있어서, 상기 탄산의 제거가 분별증류에 의하여 수행되는 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제22 항에 있어서, 상기 분별증류가 100℃ 내지 230℃의 증기온도 및 1기압 내지 5기압에서 수행되는 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제22 항에 있어서, 상기 분별증류가 증류탑에서 수행되는 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
제24 항에 있어서, 상기 증류탑의 하부에서 1,4-디아미노부탄이 회수되는 1,4-디아미노부탄의 정제방법.
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