WO2018105933A1 - 사이코스의 제조방법 - Google Patents

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WO2018105933A1
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raffinate
raw material
psychos
conversion
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박성원
김혜정
박종진
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    • C13K11/00—Fructose

Definitions

  • the present invention relates to the use of fructose raffinate obtained in the process for producing a psychos, and relates to a method for producing a psychose by recycling the fructose raffinate obtained in the process for producing a psychose conversion reaction and a device used therein. will be.
  • Psc i cose is an episaccharide of fructose (Df ructose), a functional saccharide known as soy sugar. It has a high sweetness of about 60 to 70% of sugar and almost calories, so it prevents diabetes. And efficacy in improvement. Cycos is also known to be excellent in solubility and is one of the materials of interest in food applications.
  • the fructose-containing solution which is a reaction raw material used in the psychocos conversion process may be a fructose isomerization reactant obtained by isomerizing glucose obtained from decomposition of starch or the like.
  • reaction liquid containing D-psicose is a low-purity product, it is required to separate the psychos with high purity.
  • industrially produced materials are applied in various ways to separate them with high purity, and in the case of sugars, high purity solutions are mainly made by chromatography and then crystallized to produce products.
  • a high-purity separation process is performed, and a fructose raffinate containing a high concentration of fructose as well as a cosmos fraction is obtained in the psychos separation process.
  • a fructose raffinate containing a high concentration of fructose as well as a cosmos fraction is obtained in the psychos separation process.
  • one example of the present invention is to recycle the fructose raffinate to improve the purity and yield of the sicose, and to increase the use of raw materials, recycling the fructose raffinate obtained in the process for the production of the psycos to the raw material of the physics conversion reaction. It relates to a method for producing the device and an apparatus used therefor.
  • Another embodiment of the present invention relates to a method for producing a psychose by recycling the fructose raffinate to the raw material of the psychos conversion reaction by controlling the ion concentration of the fructose raffinate obtained in the process for producing a psychose and the apparatus used therein.
  • One embodiment of the present invention relates to a method and apparatus for producing a psychos by recycling the fructose raffinate obtained in the process for producing a psychos to the raw material of the psychos conversion reaction. Since a fructose raffinate containing a high concentration of fructose is obtained in the psychocos separation process, the fructose raffinate is recycled to improve the purity and yield of the psychos and to increase the utilization of raw materials.
  • One embodiment of the present invention is to separate the psychic conversion semi-coupling by imim ated moving bed (SMB) chromatography to obtain a cosmos fraction and fructose raffinate, the fructose raffinate as a raw material for It relates to a process for producing a psychocos comprising the step of being recycled.
  • SMB imim ated moving bed
  • the above process of converting the psychos is a process of converting the psychos from the fructose-containing raw material by performing a psychos conversion reaction, to obtain a semi-aqueous solution containing the psychos converted from fructose as a product of the process. Therefore, the Psychoconversion reaction may contain novel fructose-containing substances that are not conventionally used in the conversion reaction. It is carried out in a biological method using raw materials. Therefore, in the present invention, as a fructose-containing raw material to be input to the psychic conversion reaction, fructose raffinate or a processed product obtained by separating the psychic conversion reaction product by s imul ated moving bed (SMB) chromatography.
  • SMB imul ated moving bed
  • the fructose-containing raw material according to the present invention can be used for fructose raffinate obtained by separating the above-mentioned Pycos conversion reactant by simulated moving bed chromatography or its processed material (hereinafter, the first fructose raw material) alone, or for the Pycos conversion reaction. It is intended to include new fructose-containing raw materials (hereinafter referred to as second fructose raw material) which are not mixed with raw materials.
  • the processed product of fructose raffinate may be a fructose-containing raw material obtained by treating various processes, for example, the fructose raffinate is a group consisting of wetting, pH-controlled ion purification and concentration before being recycled to a cycle conversion reaction. It may be a product obtained by treating at least one processol selected from.
  • fructose raffinate obtained in the high-purity separation process of psychose preparation can be utilized as a raw material of the cyclic conversion reaction, for example, to increase the content of fructose by concentration with or after ionic purification. It can be done further.
  • the ion-purified fructose raffinate can adjust the concentration of chalcion below a specific concentration range, or control the cation concentration below the electrical conductivity value.
  • the concentration of chalcion of the fructose raffinate or the mixed raw material of the fructose raffinate and the new fructose raw material is adjusted to a concentration of 0.15 mM or less. It is preferred to further comprise the step of adjusting the ion concentration.
  • the processed product of the fructose raffinate has the electrical conductivity of 0 to 15 / s / cm. It is preferable to further include the step of ion-purifying the fructose raffinate obtained by the chromatographic separation process.
  • Yet another embodiment of the present invention is a psychocos conversion banunggi to perform a psychocos conversion reaction from the fructose raw material using a biological catalyst;
  • a simulated moving bed (SMB) chromatography separator comprising a columnol layered with a cation exchange resin attached with an active group, and having a raw material inlet and an outlet for discharging the sicose fraction and fructose raffinate;
  • a silver refiner and a concentrator having a column filled with an ion exchange resin for the fructose raffinate discharged from the separator, wherein the treated product passed through the concentrator is recycled to a cyclos conversion reactor. Relates to a device.
  • the present invention utilizes fructose raffinate to efficiently produce cycos, and mixes fructose raffinate with fructose isomerized syrup to prevent deterioration of the quality of liquid fructose products, and improves the fructose content of the high fructose syrup used for the production of syrup syrup. I can keep it.
  • the present invention will be described in more detail.
  • a method for producing a psychos is obtained by separating a psychos conversion reactant by simulated moving bed (SMB) chromatography to obtain a psychos fraction and a fructose raffinate, and converting the fructose raffinate into a psychos conversion reaction.
  • SMB simulated moving bed
  • the present invention relates to a method for producing a psychosis comprising the step of recycling to a raw material.
  • the method for producing a psychos of the present invention comprises the steps of: (1) a psychos conversion process for producing a psychos conversion reaction product by performing a biological conversion reaction of the psychos with a fructose-containing raw material; (2) a psychos separation process of separating the conversion reactants using primary ion purification and simulated moving bed (SMB) chromatography to obtain a psychocos fraction and fructose raffinate; And
  • the process for producing the psychos of the present invention can be used in both continuous and batch modes, and is preferably a continuous process.
  • the term "raf f inate” is also referred to as a balance, and the product obtained by passing the raw material introduced in the separation process through the separation process, the purpose of including the target substance to increase the content in the separation process
  • a residual liquid containing a fraction and a substance to be removed or reduced in the separation process, etc. is referred to as the residual liquid raffinate.
  • the product obtained in the process for converting the psychos is a mixture containing fructose, which is a raw material substrate, and a product, psychos, and a cosmos fraction in which the content of the desired substance, psychos, is increased through a high purity separation process;
  • the residual liquid may be obtained, and the residual liquid may contain an excessive amount of raffinate because fructose, which is a substrate of the psychic conversion reaction, may mean an excessive amount of raffinate.
  • the fructose raffinate obtained in the high-purity separation process of the product of the psychic conversion reaction product according to the present invention We will describe in detail the recycling process for each cycle.
  • a psychos conversion process is a process of converting a psychos from a fructose-containing raw material by performing a psychos conversion reaction, and obtains the reaction liquid containing the psychos converted from fructose as a product of a process.
  • the method for producing a psychos according to a biological method is to cultivate a strain that produces a cosmos epimerase or a recombinant strain into which a gene encoding a cosmos epimerase is introduced,
  • the obtained psychos epimerase can be produced by reacting with fructose-containing raw materials.
  • the cyclic epimerized enzyme may be performed as a liquid reaction or a solid reaction using an immobilized enzyme.
  • the microorganism of the strain, the culture of the strain, the lysate of the strain, and the lysate or It can be prepared by reacting with a fructose-containing raw material, a composition for producing a psychos comprising at least one selected from the group consisting of extracts of the culture.
  • a composition for producing a psychos comprising at least one selected from the group consisting of extracts of the culture.
  • preparing the Psycose using the cells of the strain producing the Pseudomonas epimerase can be carried out by a liquid phase reaction or a solid phase reaction using the immobilized cells.
  • the strain producing the cosmos epimerase may be a strain capable of converting the psychos from fructose in a high yield while producing a high stability or producing a cosmos epimerase.
  • the strain may be a strain isolated from nature or a non-GMO strain, which is a mutant strain thereof, or a recombinant strain incorporating a gene encoding a cyclic epimerization enzyme into a host cell.
  • various strains known as the non-GMO strain can be used.
  • the recombinant strain may be a variety of host cells such as E. coli, Bacillus strains, Salmonella strains and Corynebacterium strains, etc., but may be a Corynebacterium strain, preferably GRAS strain, Corynebacterium It may be glutaricum.
  • the process of converting a psychos is performed by a biological method, for example, in the case of solid phase reaction, immobilizing the psychos epimerizing enzyme or cell on a carrier and filling the column and in the layered column.
  • the method may further include the step of supplying a fructose solution.
  • the column to which the carrier is immobilized with the enzyme or the cell is immobilized and the method of filling the column may include the enzyme or the cell or the immobilized carrier used by those skilled in the art. It can be easily selected according to the appropriate.
  • a packed bed column (packed bed column) may be prepared by filling the column with the immobilized enzyme or cell.
  • Enzymatic reaction i.e., the conversion of fructose to psychos, can be carried out by feeding the fructose solution as substrate to the bed column.
  • the reaction may be carried out under the conditions of pH 4.5 to 7.5, for example pH 4. 7 to 7.0, or pH 5.0 to 6.0 or pH 5.0 to 5.5. In addition, the reaction may be carried out under temperature conditions of 30 ° C or more, for example, 40 ° C or more.
  • enzymes for converting eg epimerase
  • metal ions increases the conversion efficiency of fructose to psychos, i.e. Can be.
  • the composition for producing the psychos further comprises at least one metal ion selected from the group consisting of copper ions, manganese ions, calcium ions, magnet ions, zinc ions, nickel ions, cobalt ions, iron ions, aluminum ions and the like. It may be to include.
  • the fructose raw material introduced into the psychocos conversion process according to the present invention may be prepared by a biological method or a chemical method, preferably a biological method.
  • the fructose raw material may be provided as a liquid raw material such as fructose syrup, or a powder raw material such as fructose powder, and the fructose syrup may be a product obtained by a biological method or a chemical manufacturing process, or the fructose powder may be added to a solvent such as water. It may be prepared by dissolving.
  • One example of manufacturing the fructose raw material by a biological method includes performing a fructose isomerization process for isomerizing a glucose-containing raw material using a fructose isomerization enzyme or a cell that produces the enzyme, and performing a counterproduct of the fructose isomerization process as a first step. It can be obtained by separation through ion purification, high purity chromatography separation process, secondary ion purification and concentration process. .
  • the concentration of fructose used as a substrate may be 85 w / v% or more, 90 w / v% or more, or 95 w / v% or more, based on the total reactant, For example, from 85 to
  • fructose can be obtained from sugar or glucose. Through this, it is possible to provide a method for producing a high yield of psychos by using a general and inexpensive raw materials such as glucose, fructose and sugar to enable mass production of psychocos.
  • fructose manufacturing process of the present invention corn starch is mixed with water to 30 to 35% by weight, and then subjected to enzymatic hydrolysis to obtain a saccharified solution with a glucose content of 88 wt.3 ⁇ 4 or more. Then, a fructose syrup having a fructose content of 40 to 44% by weight is obtained through a process of removing impurities of the saccharified solution and a fructose isomerization process.
  • glucose raffinate and fructose fractions were obtained using a simulated mobile bed adsorptive separation method (S imu l at ed movi ng bed, SMB), and the fructose content was subjected to a second distillation and concentration process. At least 85% by weight, for example 85 to 99% by weight, of fructose-containing solution is obtained.
  • the simulated moving bed adsorptive separation method is as described above in item (2) below.
  • the process of removing impurities may be carried out by removing insoluble matters by filtration, decolorizing process using activated carbon, and passing through a column layered with an ion exchange resin to remove impurities such as colored components and ionic components :
  • fructose separation process may include primary dipurification, high purity chromatographic separation, secondary ion purification, concentration and crystallization, and optionally removing impurities from the fructose isomerization reaction product.
  • Process or decoloring and desalting process can be carried out.
  • the concentration process included in the fructose manufacturing process of the present invention is concentrated in a variety of ways to include a fructose content of more than 85% by weight.
  • the fructose fraction for example, 20-30% of solid content concentration
  • the simulated moving bed and adsorptive separation method can be concentrated to 45-55% solid concentration.
  • the ion conversion and reacting the reaction product of the mosquito layer (SMB) chromatograph separation process may include a separation process of the psychocos conversion reactant.
  • the Pseudo-conversion semi-coupling is subjected to SMB chromatography separation to separate the Pseudomonas fraction and the fructose raffinate having a higher content of P. cos than the conversion reaction, wherein the P.
  • the fructose raffinate is fed to the pycos conversion process as a fructose-containing raw material and recycled.
  • the content of the Psycose in the Psycho fraction may include separating / purifying to be 85 wt% or more, for example, 85 wt% to 95% (w / w) or more.
  • the fructose content in the fructose raffinate obtained in the high purity separation process may be 85% by weight or more, for example, 85% by weight to 98% by weight, and the content of the psychos is preferably 2% by weight or less.
  • the content of sugars other than fructose and glucose other than disaccharides is preferably less than 10% by weight based on the total solids content of all sugars.
  • the sugars of the disaccharide or more of the impurities include maltose, isomaltose, and the like, and may include maltose or isomaltose-related oligosaccharides.
  • the process may be performed to maintain the impurity content of the fructose raffinate below a specific numerical range, and when the impurity content exceeds a specific numerical range, some or all of the fructose raffinate may be removed by discharging it in the process of manufacturing the psychos. have.
  • the sugar content of the disaccharide or more in the fructose raffinate is less than 10% by weight, for example, less than 8% by weight, less than 6% by weight, or less than 5% by weight, based on 100% by weight of the total sugar solids content of the fructose raffinate. It is desirable to remain.
  • the ion purification process in the process for producing a psychic is a process for removing the ions contained in the semi-coast, it may be performed before and / or after the SMB chromatography separation process.
  • the primary ion purification may be performed in the same or different manner as the secondary ion purification of the following Psychos fraction before performing the SMB chromatography separation, for example, the same kind or different kinds.
  • One or two or more separation towers with ion exchange resin Can be used.
  • the ion purification process may be carried out at 35 to 50 ° C silver, for example 38 to 58 ° C in consideration of the physical properties and ion purification efficiency of the resin used in the ion purification.
  • the psychic conversion semiconduct before performing the first ion purification process of the psychic conversion semiconduct, it may optionally be further carried out a step of treating the psychic conversion semiconduct with activated carbon.
  • the high purity separation process using SMB chromatography is a separation method that is easy to ensure the stability of the material does not have a phase change in the separation process.
  • chromatographic separation methods are widely used as the liquid phase adsorptive separation method.
  • the simulated moving bed adsorptive separation method (SMB) is a separation technique proposed in US Pat. No. 2, 985, 589 in 1961. Compared to conventional chromatography, the purity and productivity are excellent, and the use of less solvent is possible.
  • the simulated moving bed (SMB) adsorptive separation process is a process in which the injection of the mixture to be separated and the production of raffinate and extract are continuously performed.
  • the basic principle of SMB is to move the position between columns at regular time intervals to simulate the flow of countercurrents in the stationary and mobile phases and to enable continuous separation . It is. Due to the weak affinity with the adsorbent, the moving material moves in the direction of the liquid flow and collects in ext ract, and the slow moving material due to the strong affinity with the adsorbent moves in the flow direction of the stationary phase and gathers into raffinate (raf f inat e).
  • the columns are connected in series and the inlet consists of the mixture, the mobile phase and the outlet ' ext ract ' and the raffinate.
  • a product obtained after the separation process includes metal ions.
  • An example of the cation exchange resin of the strong acid may be a cation exchange resin to which a chamo activator is attached.
  • a typical simulated moving bed (SMB) adsorptive separation device is one or its Four sections consisting of the above columns and a desorbent inlet port located between each section, an extract outlet port of strongly adsorbent, a feed inlet port to be separated, and a raffinate of weak adsorbent (raf f). inat e) consists of an exhaust port.
  • the separation method of the complex using the SMB adsorption separation device can be applied to the separation of the mixture of aromatic hydrocarbons, the separation of ethylbenzene, the separation of chiral compounds, and the like. It can be applied to the separation process of semi-compatible drugs.
  • the high purity separation process may be carried out at a temperature of 45 to 70 ° C, for example 50 to 65 ° C.
  • a method for producing a psychos is obtained by recycling a fructose raffinate obtained in an SMB chromatography separation process to a psychocos conversion process and using it as a raw material, thereby increasing the production yield of the psychos and lowering the manufacturing cost of the psychos.
  • the fructose raffinate obtained in the separation process of the psychocos is recycled to the process for producing the psychos, the input amount of the fructose raw material is reduced as compared with the case where the fructose production is not recycled, thereby reducing the raw material production load.
  • the bioconversion reactor may be operated while maintaining a suitable level of productivity compared to the initial activity in order to continuously produce the desired product such as Psycos.
  • fructose raffinate may be used to prevent the deterioration of the quality of the liquid fructose product through the mixing of the fructose isomerization syrup and to maintain the fructose content of the high fructose syrup used in the production of the syrup syrup.
  • fructose raffinate Prior to using fructose raffinate as a raw material for the siccos conversion reaction, at least one process selected from the group consisting of angle, concentration, ion purification, and pH control is added to have suitable conditions for use as a raw material for the psychic conversion reaction. It can be done with In a preferred embodiment of the present invention, fructose raffinate is used in a high purity separation purification process.
  • Fructose with excretion, primary ion purification, concentration, and pH adjustment steps adjusted to solids content (brix) and pH (e.g., neutral pH), similar to fresh fructose raw materials, and reduced calcium ion concentration As a raw material, it can be put into a cyclic conversion reaction.
  • solids content brix
  • pH e.g., neutral pH
  • the fructose raffinate obtained in the high purity separation process of the production of psychos may be added alone or with a new fructose raw material as a raw material of the psychos conversion reaction.
  • the fructose raffinate and the fructose raffinate can be maximized to maximize the utilization of the fructose raffinate and to maintain the yield of the psychosis obtained in the process.
  • the mixing ratio of the new fructose raw material can be appropriately adjusted.
  • the new fructose content can be set to the maximum in terms of maintenance of the process, but it is not appropriate in terms of recycling of fructose raffinate.
  • the amount of new fructose raw material mixed with fructose raffinate may take into account the conversion rate of a biological catalyst such as enzymes, cells, extracts or lysates to determine the conversion rate or yield of conversion of fructose raw material into a psychose, It can be determined in consideration of various factors, such as fructose content, etc. in the process of producing a psychose.
  • the mixed amount of the new fructose raw material may be determined in consideration of the fructose content in the new fructose raw material and / or the fructose content in the fructose raffinate. In other words, the fructose content in the new fructose raw material may be high.
  • the fructose content of the mixed raw material obtained when mixing with the fructose raffinate becomes high, the amount of mixed fructose raffinate can be controlled more than when using a new fructose raw material having a relatively low fructose content.
  • the fructose raffinate obtained in the separation process of the process for producing a psychose according to the present invention may have a fructose content of 85 wt% or more, for example, 85 wt% to 99 wt%.
  • the new fructose content of the fructose raw material to be added to the psychocos conversion reaction may be 85% or more, for example, 85 to 3 ⁇ 4 to 99% by weight.
  • fructose raffinate obtained in the separation process of psychose production, it can be operated by using all fructose raffinate and supplementing the raw material reduced by the conversion of psychos with new fructose raw material, and operating only with new fructose raw material.
  • Some of the fructose raffinate is used as a fructose raw material in a sicose manufacturing system. Can also be used.
  • all of the fructose raffinate may be used, or added to the fructose feedstock in minimal amounts and the remainder discharged from the system.
  • the amount of fructose raffinate introduced into the psychic conversion reaction can be maximized by using all of the fructose raffinate obtained in the separation process, and part of the fructose raffinate can be recycled as long as the system operation is permitted.
  • fructose raffinate considering the maximum utilization of fructose raffinate, it is preferable to use all of fructose raffinate, and in this case, the deficiency as much as fructose raw material reduced in the psychos conversion process and separation process can be supplemented with new fructose raw material.
  • both the fructose raffinate and the fresh fructose raw material are adjusted to the same 50 brix, it may be used in a 5 to .150 volume ratio, preferably 50 to 130 volume ratio based on the fresh fructose raw material volume 100.
  • fructose raffinate and fresh fructose raw material were adjusted to the same 50 brix, the mixing ratio of fructose raffinate and fresh fructose raw material would be fructose.
  • Raffinate: fresh fructose raw material 1: 0.9 to 1.5 by volume ratio.
  • the fructose purity of the raffinate raw material introduced into the psychocos conversion process decreases, thereby reducing the psychocos conversion rate. And the final yield of the psychos decreases. Therefore, it is necessary to optimize the process to maintain the proper cycle production yield in consideration of the production time required and the cycle yield.
  • the mixing ratio satisfies the above range condition, the fructose purity of the raw material that is tipped to the psychos isomerization process can be maintained in an appropriate range even if the psychos conversion process is continued, and the psychos conversion can be maintained stably.
  • the recycling of fructose raffinate will result in an increase in calcium content and this scab may degrade the activity of the psychos conversion reaction, so it is preferable to use a process for controlling calcium ion concentration.
  • the step of adjusting the ion concentration may be performed by using a chromatography filled with ion exchange resin. Specifically, an ion exchange process using a strong or weakly basic anion resin substituted with a hydroxyl group (0H—) capable of binding metal ions may be performed.
  • transduced into a psychos conversion reaction The range of 0.05mM or less, O. OlmM or less, 0.005mM, or O.
  • the calcium concentration can be adjusted to a concentration range below OOlmM.
  • the calcium (Ca) ions introduced in SMB chromatography process will not be purified. In the case of less active than manganese alone can have a negative impact on the production of psychos.
  • a strong acid cation exchange resin with salts which is widely used in the single sugar separation process, is used as a separation resin.
  • the product obtained after the step includes the metal ion.
  • the excessive amount of calcium ions adversely affects the reaction between the cycle transformation. Therefore, it is necessary to adjust the concentration of calcium ions below a specific concentration range by ion purifying fructose raffinate. This is related to the durability of the resin.
  • the resin should be replaced at regular intervals for long-term use after layering the ion exchange resin.
  • the ion purification of the fructose raffinate can be carried out in the same manner as the ion purification process carried out in the separation process of the cyclic conversion reactant of item (2).
  • the fructose raffinate obtained in the chromatography separation process has an electrical conductivity of 20 to 200 z ⁇ s / cm, and the fructose raffinate may be treated by a subsequent purification process, and the electrical conductivity of the treated product is 0 to 15 / cm. It may be
  • the fructose raffinate obtained in the separation process of the psykose may be further carried out to increase the content of fructose by concentration with or after the ion purification. If the fructose raffinate obtained in the high-purity separation process of the Psycose preparation has a low bric, the concentration process is performed to be the same as the new fructose raw material . Alternatively, the solids content can be adjusted to achieve a similar bric.
  • the fructose raffinate obtained in the high purity separation process of the Psychos preparation is about 15 to 25 Br ix, considering that the common fructose-containing raw material supplied to the Pycos conversion process is 45-55 brix, for example, about 50 Brix, It is preferable to carry out to increase the fructose content.
  • the enrichment process is the same as the enrichment process used in the fructose manufacturing process for producing fructose raw material by performing fructose isomerization with glucose, or in the same manner as the enrichment process of the psycose fraction obtained after SMB high-purity separation of Psychos. can do.
  • the process of concentrating in the fructose manufacturing process may include concentration for 10 to 15 minutes at a temperature of 70 to 85 ° C because of the higher thermal stability than psychos.
  • performing the ion purification process and / or the fructose enrichment process is a separate device connected to the Can be used.
  • the fructose raffinate further treated with one or more processes selected from the group consisting of the cooling, concentrating, ion purification and pH adjustment is added to a storage tank, temperature controlled, or the fructose raffinate provided to the psychos conversion process.
  • the step of adjusting the dosage of may be further performed.
  • the psychos fraction obtained in the high-purity separation process using SMB chromatography may be commercialized into a liquid syrup through a psychos concentration process or a psychos crystal through a psychos crystallization process.
  • step (2) a step of preparing a concentrate obtained by ion-purifying and concentrating the Pycos fraction obtained in the SMB chromatographic separation process.
  • the concentrate may be used as a syrup syrup product, or may be added to a crystallization process to produce a syrup crystal.
  • a secondary ion purification process may be performed on the psycos fraction obtained in the high-purity separation process using the SMB chromatography, the same or different method as the primary ion purification performed in the separation process Can be done.
  • the content of the psychos in the psychos solution for obtaining the psychos crystal should be contained in a high concentration in a supersaturated state, Since the content of the psychos is low, direct crystallization cannot be carried out, and before the crystallization step, a process of purifying the psychocos to increase the content and concentrating to the desired level must be performed.
  • the step of concentrating the purified psychocos solution may be carried out at 55 to 75 ° C. If the temperature of the concentrate is higher than 75 ° C, thermal denaturation of D-psicose may occur, and if it is lower than 55 ° C, it is difficult to achieve the desired level of concentration. As the concentration proceeds, the temperature of the reactant is rapidly increased by the heat of evaporation, and thus the concentration of the reactant must be rapidly concentrated while maintaining the temperature of the concentrate below 75.
  • the desired level of concentration of the psychos in order to achieve the heat denaturation and the desired level of concentration of the psychos may be concentrated at a temperature of 55 to 75 ° C, preferably 60 to 70 ° C.
  • the concentration process can be repeated one or two or more times until the desired concentration level is achieved.
  • the concentration process of the Pseudo Fraction obtained in the SMB chromatography separation process can be carried out in a variety of ways, the solids content of the concentrate can be 70 brix or more.
  • the psycose fraction for example, 20 to 30% by weight solids
  • the solids content of the psychos concentrate may be at least 70 brix, for example 70 brix to 85 brix.
  • the process of concentrating in the process for producing a psychos may include concentrating for 10 to 15 minutes in the temperature range of 55 to 75 ° C.
  • the concentration may be concentrated under reduced pressure or vacuum conditions using a continuous vacuum evaporator or thin film evaporator.
  • Psicose content included in the course between the concentrate is to perform the crystallization step after the SMB chromatography separation step, almost no variation between the contents of the course between the course fraction obtained in increasing the solids content.
  • the content of the psychos contained in the Psychoconcentrate is 94 weight percent or more, 95 weight percent or more, 96 weight percent or more, 97 weight percent or more, 98 weight percent or more, or 99 weight percent based on 100 weight percent of the total solid content. It may be abnormal.
  • the psychos crystallization process the second step of the ion purification of the Pseudo fraction obtained in the high-purity separation process, the step of concentrating the ion-purified Pseudo fraction, crystallizing the Pycos from the concentrate and the Pycos crystal and Obtaining a pycos crystallization mother liquor.
  • Specific examples of the psychos separation process may include a primary ion purification, high purity chromatography separation, secondary ion purification, concentration and crystallization process, optionally desalination, decolorization process Alternatively, decolorization and desalting processes may be performed.
  • the content of the psychos in the psychocos fraction is at least 85% by weight, at least 90% by weight, at least 91% by weight, at least 92% by weight, at least 93% by weight, at least 94% by weight or at least 95% by weight, for example 85 It may include separating / purifying to a weight% to 99.9% (w / w) or more.
  • Psychos contained in the crystallization of the psychosis is at least 90% by weight, at least 95% by weight, or at least 99% by weight. Or at least 95% by weight, for example 85% to 95% by weight.
  • Cycos obtained from fructose by the method of the present invention can be purified by conventional methods, and such crystals belong to those skilled in the art. For example, by one or more methods selected from the group consisting of centrifugation, filtration, crystallization, ion exchange chromatography, and combinations thereof.
  • the secondary ion purification may be carried out in the second step of the Pseudo Fraction obtained in the high-purity separation process using the SMB chromatography, it may be carried out in the same or different method as the primary ion purification used in the separation process of the Pseudomonas. .
  • the method for preparing the D-psicose crystals according to the present invention may include concentrating the purified D-psicose solution.
  • the content of the psychos in the psychos solution to obtain the psychos crystals should be at least 70 weight 3 ⁇ 4. Since the purity of the psychos in the psychos solution prepared by the psychos epimerization enzyme is as low as 20 to 30%, direct crystallization cannot be performed.
  • the psychocos Prior to the crystallization step, the psychocos must be purified and concentrated to the desired level. In one embodiment of the invention, to achieve heat denaturation and the desired level of concentration of the psychos, it can be concentrated in the temperature range of 55 to 75 ° C. The concentration process can be repeated one or two or more times until the desired concentration level is achieved.
  • the crystallization may include inducing crystal growth by rapidly cooling to 10 to 25 ° C. in a temperature range through a heat exchanger, and then repeatedly increasing the temperature and angle.
  • the method of preparing the D-psicose crystals according to the present invention may further include the step of recovering the psychos crystals obtained in the crystallization step by centrifugation, washing with deionized water, and then drying.
  • the apparatus for producing a psychos to perform the biological psychocos conversion reaction and psychos separation process using a fructose raw material the apparatus for producing a psychos to perform the biological psychocos conversion reaction and psychos separation process using a fructose raw material
  • An ion purifier having a column filled with an ion exchange resin for ionizing the psychic conversion reaction product obtained in the conversion reactor,
  • Simulated moving bed comprising a column filled with a cation exchange resin with an activator, an inlet for introducing a semicoagulant passed through an ionic purifier, and an outlet for discharging a psycose fraction and fructose raffinate.
  • the apparatus for producing a psychos may further include a mixing tank connected to the psychos conversion reactor and mixing the fructose raffinate discharged from the concentrator and the new fructose raw material.
  • the production apparatus may further include a heat exchanger for the filling of the fructose raffinate discharged from the chromatograph separator.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a general SMB process.
  • Figure 2 is a schematic diagram of a method for producing a psychos in which the total amount of fructose raffinate obtained according to an embodiment of the present invention is added to the psychos conversion reaction.
  • Figure 3 is a schematic diagram of a method for producing a psychos in which a portion of the fructose raffinate obtained according to an embodiment of the present invention is added to the psychos conversion reaction.
  • Cycos syrup was prepared from fructose substrate by a biological method substantially the same as the preparation method described in Korean Patent Laid-Open No. 2014-0054997. Specifically, crosstridium synth (Cl ost r idi uim sc indens ATCC
  • pCES_sodCDPE a recombinant vector
  • DPE gene a cyclic epimerase coding gene
  • electroporation el ect
  • roporat i on was used to transform Corynebacterium glutaricum.
  • Transformed Corynebacterium glutaricum cells Including beads were prepared and filled in an immobilized reaction column, and a sicose syrup was prepared from 40 brics of 88 wt% fructose or 95 wt% fructose.
  • the fructose raffinate obtained from sicose syrup (Cycos syrup B) obtained from a raw material of 95% by weight fructose content is 88 to 98% by weight fructose, 1 to 8% by weight glucose and reducing sugar based on 100% by weight total sugar solids. 1 to 4 weight percent.
  • the Psychoconversion Banung Cung Perform the concentration process after desalting by passing through an exchange resin, an anion exchange resin, and a column at room temperature layered with a resin mixed with a cation and an anionic exchange resin at a rate of 2 times (1 to 2 times) the volume of the ion exchange resin per hour.
  • a syrup at a concentration of 45 to 50% by weight of psychos.
  • High-purity chromatography with Ca 2+ -type separation resin resulted in 3.1 m 3 of fructose raffinate per hour.
  • fructose raffinate obtained in a high-purity separation process was mixed with a fresh fructose raw material (fructose purity 883 ⁇ 4>, solid content 50 wt. 2.0 mVhi " and fed to the ion purification process.
  • Liquid fructose syrup (553 ⁇ 4 2.4% 39.5% 56.5% 0.0% 1.6% 0.0% 0.0% 1.8% 9%)
  • the separated high-purity psychedelic fraction can be purified and released as a liquid product, or the crystallization process can be performed to produce a crystallized product of 99.9 weight 3 ⁇ 4 of a psychose content.
  • the content of the psychos was 95% by weight or more.
  • the fructose raffinate obtained after high purity separation was concentrated to 50 to 77% by weight of solids, and mixed with a new fructose raw material having a fructose content of 42% by weight (50 to 77% by weight) to obtain a liquid fructose syrup having a fructose purity of 56.5% by weight. Obtained as a product.
  • Example 3 Psychos Production Using Fructose Raffinate
  • Example 2 Proceed in the same manner as in Example 1, to produce a 10 tons of solid content of 95% by weight of the fructose using a syrup having a fructose content of 95% by weight, the process of cyclic conversion and separation was carried out at a flow rate of 3.8 m 3 / hr. .
  • Syrup content of the syrup obtained through the process of the conversion of the piscose is 21 to 25% by weight, and passes through the separation process at a concentration of 45 to 50% by weight after the ion purification.
  • the fructose raffinate produced by the separation using Ca 2+ type separation resin was 3 m 3 per hour.
  • Example 3 but with the same procedure, 42% fructose and heunhap raffinate 1.9 m 3 / hr and then the rest was supplied to the novel material fructose 1.9 m 3 / hr and the common-psicose conversion step and the separation the combined chromatography.
  • the process was repeated 10 times to analyze the sugar composition of the mixed substrate and raffinate for each process is shown in Table 5 below. [Table 5]
  • the separated high-purity psychocos may be released as a liquid product through a purification in the same manner as in Example 3 or subjected to a crystallization process to make a crystallized product having a content of 99.9% of the psychos. Other matters appeared the same as in Example 3.
  • the content of the psychos was 99.9%.
  • Liquid fructose (55% syrup) also yielded a product of a quality equivalent to that of conventional liquid fructose 95% and 4.
  • the relative activity of the psychic conversion reaction in the state where the addition of calcium and manganese is mixed is higher than that of the manganese treatment alone. Up to about 16% was reduced, and the relative activity gradually decreased as the concentration of calcium ions increased.

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Abstract

본 발명은 사이코스 제조 공정에서 사이코스 전환 반응물을 고순도 크로마토그래프로 분리를 수행하는 경우 얻어지는 과당 라피네이트를 효율적으로 활용하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로, 사이코스 제조의 분리 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 사이코스 전환 반응에 투입하여 사이코스를 제조한다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
사이코스의 제조방법 【기술분야】
본 발명은 사이코스 제조 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트의 활용에 관한 것으로서, 사이코스 제조 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 사이코스 전환 반웅의 원료로 재순환하여 사이코스를 제조하는 방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것이다.
【발명의 배경이 되는 기술】
사이코스 (Psc i cose)는 과당 (D-f ructose)의 에피머로서 회소당으로 알려진 기능성 당류의 일종으로, 설탕의 약 60 내지 70%의 높은 감미도를 나타내면서도 열량은 거의 제로 칼로리에 가까워 당뇨병의 예방 및 개선에 효능이 있는 것으로 알려져 있다. 또한 사이코스는 용해성도 우수한 것으로 알려져 있에 식품에의 활용이 주목되고 있는 소재 중 하나이다.
사이코스를 제조하는 방법은 화학적 방법 및 생물학적 방법이 있으며 최근 생물학적 방법으로 사이코스를 제조하는 방법은, 과당 -함유 기질 용액과 사이코스 에피머화 효소 또는 상기 효소를 생산하는 균체와 접촉하여 사이코스 전환반응을 수행한다. 사이코스 전환 공정에 사용되는 반응 원료인 과당 함유 용액이 전분 등의 분해로부터 얻어지는 포도당을 이성화 반웅으로 얻어진 과당 이성화 반응물일 수 있다.
그러나, D-사이코스를 포함하는 반응액은 저순도 제품이기 때문에 고순도로 사이코스를 분리하는 것이 요구된다. 실제로 산업적으로 생산되는 소재들은 고순도로 분리하기 위해 다양한 방법들이 적용되고 있으며， 당의 경우 주로 크로마토그래피를 사용하여 고순도 용액을 만든 후， 결정화하여 제품을 생산하고 있다.
상기 사이코스 전환 반응액으로부터 고순도 사이코스 제품을 얻기 위해서는 고순도 분리공정을 수행하며， 사이코스 분리공정에는 사이코스 분획뿐만 아니라 과당을 고농도로 포함하는 과당 라피네이트가 얻어지므로 상기 과당 라피네이트를 재활용하여 사이코스 순도 및 수율을 향상시키고 원료의 이용를을 높이는 방법이 필요한 실정이다.
【발명의 내용】
【해결하고자 하는 과제】
이에， 본 발명의 일 예는 과당 라피네이트를 재활용하여 사이코스 순도 및 수율을 향상시키고 원료의 이용를을 높이고자, 사이코스 제조 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 사이코스 전환 반웅의 원료로 재순환하여 사이코스를 제조하는 방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 일예는 사이코스 제조 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트의 이온 농도를 조절하여 과당 라피네이트를 사이코스 전환 반웅의 원료로 재순환하여 사이코스를 제조하는 방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것이다.
【과제의 해결 수단】
본 발명의 일예는 사이코스 제조 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 사이코스 전환 반응의 원료로 재순환하여 사이코스를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 사이코스 분리공정에는 과당을 고농도로 포함하는 과당 라피네이트가 얻어지므로 상기 과당 라피네이트를 재활용하여 사이코스 순도 및 수율을 향상시키고 원료의 이용률을 높이는 방법이다.
본 발명의 일예는 사이코스 전환 반웅물을 모사 이동층 (s imul ated moving bed , SMB) 크로마토그래피로 분리하여 사이코스 분획과 과당 라피네이트를 얻고， 상기 과당 라피네이트를 사이코스 전환 반응의 원료로 재순환되는 단계를 포함하는 사이코스의 제조방법에 관한 것이다.
상기 사이코스 전환 공정은， 사이코스 전환 반응을 수행하여 과당- 함유 원료로부터 사이코스를 전환하는 공정으로서， 공정의 산물로서 과당으로부터 전환된 사이코스를 함유하는 반웅액을 얻는다. 따라서， 사이코스 전환 반웅에는 종래에 전환 반응에 사용되지 않는 신규 과당 -함유 원료를 사용하여 생물학적 방법으로 수행된다. 이에, 본 발명에서는 사이코스 전환 반웅에 투입되는 과당 -함유 원료로서， 상기 사이코스 전환 반웅물을 모사 이동층 ( s imul ated moving bed , SMB) 크로마토그래피로 분리하여 얻어진 과당 라피네이트 또는 이의 가공물을 사이코스 전환 반웅의 과당 -함유 원료로 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 과당- 함유 원료는， 상기 사이코스 전환 반응물을 모사 이동층 크로마토그래피로 분리하여 얻어진 과당 라피네이트 또는 이의 가공물 (이하， 제 1 과당 원료) 단독， 또는 사이코스 전환 반웅에 사용되지 않는 신규 과당 -함유 원료 (이하， 제 2과당 원료)와 흔합한 원료를 포함하는 의도이다. 상기 과당 라피네이트의 가공물은 다양한 공정을 처리하여 얻어지는 과당—함유 원료일 수 있으며, 예를 들면 상기 과당 라피네이트는 사이코스 전환 반응에 재순환되기 전에, 넁각， pH 조절 이온정제 및 농축 공정으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 공정올 처리하여 얻어진 산물일 수 있다.
본 발명의 일예에서, 사이코스 제조의 고순도 분리 공정에서 얻어진 과당 라피네이트는 사이코스 전환 반웅의 원료로 활용할 수 있으며， 예를 들면 이온정제와 함께 또는 이온정제 후에 농축하여 과당 함량을 증가시키는 공정을 추가로 수행할 수 있다.
상기 사이코스 분리 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 그대로 사이코스 전환 공정에 투입할 경우， 모사 이동층 크로마토그래피 분리 공정에서 사용하는 강이온성 수지의 영향으로 양이온， 특히 칼슘이온이 과량으로 포함되어 있어 사이코스 전환 반응에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 따라서， 과당 라피네이트를 이온 정제하여 특정 농도 범위 이하로 칼슴이온 농도를 조절하거나， 전기 전도도 수치 이하로 양이온 농도를 조절할 수 있다.
본 발명의 일예에서 , 상기 과당 라피네이트를 사이코스 전환 반응에 투입하기 전에, 상기 과당 라피네이트 또는 상기 과당 라피네이트와 신규 과당 원료의 흔합 원료의 칼슴이온 농도를 0 .05mM이하의 농도로 조절하는 이온 농도의 조절단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 또한， 상기 과당 라피네이트를 사이코스 전환 반응에 투입하기 전에, 과당 라피네이트의 처리 산물이 전기 전도도가 0 내지 15 / s/cm를 갖도록 상기 크로마토그래피 분리공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 이온정제하는 공정을 추가로 포함하는 것이 바람직하다 .
본 발명의 또 다른 일예는 생물학적 촉매를 이용하여 과당 원료로부터 사이코스 전환반웅을 수행하는 사이코스 전환 반웅기; 활성기가 부착된 양이온교환수지가 층진된 칼럼올 포함하고, 원료 투입구， 및 사이코스 분획과 과당 라피네이트를 배출하는 배출구를 구비한 모사 이동층 (simulated moving bed, SMB) 크로마토그래피 분리기; 및 상기 분리기에서 배출된 과당 라피네이트를 이온교환수지가 충진된 칼럼을 구비한 이은정제기 및 농축기를 포함하며, 상기 농축기를 통과한 처리 산물을 사이코스 전환 반응기로 재순환시키는 것인, 사이코스의 제조 장치에 관한 것이다.
본 발명은 과당 라피네이트를 활용하여 효율적으로 사이코스를 생산하고, 과당 라피네이트를 과당 이성화 시럽과 흔합하여 액상과당 제품의 품질 저하를 막고, 사이코스 시럽 생산에 사용되는 고과당 시럽의 과당 함량을 유지할 수 있다. 이하, 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 사이코스 제조 방법은， 사이코스 전환 반응물을 모사 이동층 (simulated moving bed, SMB) 크로마토그래피로 분리하여 사이코스 분획과 과당 라피네이트를 얻고, 상기 과당 라피네아트를 사이코스 전환 반웅의 원료로 재순환되는 단계를 포함하는 사이코스의 제조방법에 관한 것이다.
구체적 일예에서, 본 발명의 사이코스 제조방법은 (1)과당 -함유 원료로 사이코스의 생물학적 전환 반웅을 수행하여 사이코스 전환 반웅물을 제조하는 사이코스 전환 공정; (2)상기 전환 반응물을 제 1차 이온정제 및 모사 이동층 (simuiated moving bed, SMB) 크로마토그래피를 이용한 분리를 수행하여 사이코스 분획과 과당 라피네이트를 얻는 사이코스 분리 공정 ; 및
(3) 상기 과당 라피네이트를 사이코스 전환 반웅에 투입하여 원료로 사용하는 공정을 포함할 수 있으며, 추가적으로 (4)상기 사이코스 분획을 이용하여 사이코스 결정을 얻는 공정을 포함할 수 있다. 본 발명의 사이코스 제조 공정은 연속식과 배치식 모두 사용가능하며 바람직하게는 연속식 공정이다.
본 명세서에서， 용어 "라피네이트 (raf f inate) "라 함은 추잔액이라고도 하며, 분리공정에 투입된 원료가 분리공정을 통과하여 얻어지는 산물에는 분리공정으로 함량을 높이고자 하는 목적 물질을 포함하는 목적 분획과, 분리공정에서 제거 또는 함량을 감소하고자 하는 물질등을 포함하는 잔류액을 포함하며， 상기 잔류액 라피네이트라고 한다. 본 발명의 일 예에서 사이코스 전환 공정에서 얻어지는 산물은 원료 기질인 과당과 생산물인 사이코스를 포함하는 흔합물이며, 고순도 분리공정을 거치면서 목적 물질인 사이코스의 함량이 증가된 사이코스 분획과 잔류액을 얻으며, 잔류액에는 사이코스 전환 반응의 기질인 과당이 다량 포함되므로 과량 라피네이트를 의미할 수 있다ᅳ 이하, 본 발명에 따라 사이코스 전환 반웅의 산물의 고순도 분리 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트 재순환을 통한 사이코스 제조 공정을 각 단계별로 자세히 기술하고자 한다.
( 1) 사이코스 전환 공정
사이코스 전환 공정은， 사이코스 전환 반응을 수행하여 과당 -함유 원료로부터 사이코스를 전환하는 공정으로서， 공정의 산물로서 과당으로부터 전환된 사이코스를 함유하는 반응액을 얻는다.
본 발명의 일 구체예에서 , 생물학적 방법에 따라 사이코스를 제조하는 방법으로는 사이코스 에피머화 효소를 생산하는 균주 또는 사이코스 에피머화 효소를 암호화하는 유전자가 도입된 재조합 균주를 배양하고, 이로부터 얻어진 사이코스 에피머화 효소를 과당—함유 원료와 반웅하여 생산할 수 있다. 상기 사이코스 에피머화 효소는 액상 반웅 또는 고정화 효소를 이용한 고상 반웅으로 수행될 수 있다.
또는, 사이코스 에피머화 효소를 생산하는 균주 또는 사이코스 에피머화 효소를 암호화하는 유전자가 도입된 재조합 균주를 얻고， 균주의 균체, 상기 균주의 배양물， 상기 균주의 파쇄물， 및 상기 파쇄물 또는 배양물의 추출물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 사이코스 생산용 조성물을, 과당 -함유 원료와 반웅하여 제조될 수 있다. 사이코스 에피머화 효소를 생산하는 균주의 균체를 이용하여 사이코스를 제조하는 경우 액상 반응 또는 고정화 균체를 이용한 고상 반응으로 수행될 수 있다. 본 발명의 구체적 일예에서， 사이코스 에피머화 효소를 생산하는 균주는 높은 안정성을 가지면서도 고수율로 과당으로부터 사이코스를 전환할 수 있거나 사이코스 에피머화 효소를 생산할 수 있는 균주일 수 있으며. 상기 균주는 자연에서 분리한 균주 또는 이의 돌연변이 균주인 non-GMO 균주, 또는 사이코스 에피머화 효소를 암호화하는 유전자를 숙주세포에 도입한 재조합 균주일 수 있다. 본 발명의 일예에서는， 상기 non-GMO 균주로는 알려진 다양한 균주를 사용할 수 있다. 상기 재조합 균주는 다양한 숙주세포 예컨대 대장균, 바실러스속 균주, 살모넬라속 균주 및 코리네박테리움속 균주 등을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 GRAS 균주인 코리네박테리움속 균주일 수 있으며, 코리네박테리움 글루타리쿰일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 사이코스 전환 공정은 생물학적 방법으로 수행하며, 예를 들어 고상반웅인 경우， 상기 사이코스 에피머화 효소 또는 균체를 담체에 고정화하고 컬럼에 충진시키는 단계 및 상기 층진된 컬럼에 과당 용액을 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다ᅳ 효소나 균체가 고정화된 담체를 층진시킬 컬럼 및 상기 컬럼에 충진시키는 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 사용된 효소나 균체， 또는 고정화 담체에 따라 적합한 것으로 용이하게 선택하여 수행할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에서, 상기 고정화된 효소 또는 균체를 컬럼에 충진시켜 충진상 컬럼 (packed— bed co l umn)을 제조할 수 있다. 층진상 컬럼에 기질인 과당 용액을 공급하는 것에 의해 효소 반웅, 즉， 과당의 사이코스로의 전환이 수행될 수 있다.
상기 사이코스의 전환반응에 있어서 , 상기 반웅은 pH 4.5 내지 7. 5 , 예컨대, pH 4. 7 내지 7.0， 또는 pH 5.0 내지 6.0 또는 pH 5.0 내지 5.5의 조건 하에서 수행될 수 있다. 또한， 상기 반웅은 30 °C 이상， 예컨대 40 °C 이상의 온도 조건 하에서 수행될 수 있다. 상기 과당을 사이코스로 전환시키는 효소 (예컨대， 에피머레이즈)는 금속 이온에 의하여 활성화가 조절될 수 있으므로, 상기 사이코스 생산에 있어서， 금속 이온을 첨가하면 과당에서 사이코스로의 전환 효율, 즉 사이코스 생산률이 증가될 수 있다. 따라서, 상기 사이코스 생산용 조성물은 구리 이온， 망간 이온， 칼슘 이온， 마그네슴 이온, 아연 이온, 니켈 이온， 코발트 이온， 철 이온， 알루미늄 이온 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 이온을 추가로 포함하는 것일 수 있다.
사이코스 및 이의 제조방법에 관한 자세한 기술내용은 한국공개특허 제 2014一 0021974호, 한국공개특허 제 2014-0054997， 한국공개특허 게 2014— 0080282호, 또는 한국등록특허 제 10-1318422호에 기재되어 있다.
본 발명에 따른 사이코스 전환 공정에 투입되는 과당 원료는 생물학적 방법 또는 화학적 방법으로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 생물학적 방법이다.
상기 과당 원료는 과당 시럽과 같은 액상 원료, 또는 과당 분말과 같은 분말 원료로 제공될 수 있으며, 상기 과당 시럽의 경우 생물학적 방법 또는 화학적 제조 공정에서 얻어진 산물일 수 있거나， 과당 분말을 물과 같은 용매에 용해하여 제조된 것일 수 있다.
상기 과당 원료를 생물학적 방법으로 제조하는 일예는， 포도당—함유 원료를 과당 이성화 효소 또는 상기 효소를 생산하는 균체를 이용하여 이성화하는 과당 이성화 공정을 수행하고， 상기 과당 이성화 공정의 반웅물을 제 1차 이온정제, 고순도 크로마토그래피 분리공정, 제 2차 이온정제 및 농축하는 공정을 통해 분리하여 얻을 수 있다. .
상기 사이코스 생산 방법에 있어서, 효율적인 사이코스 생산을 위하여 , 기질로서 사용되는 과당의 농도는 전체 반응물 기준으로 85 w/v% 이상, 90 w/v% 이상， 또는 95 w/v% 이상일 수 있으며, 예를 들면 85 내지
99 w/v% , 88 내지 99 w/v% , 88 내지 99w/v% , 85 내지 87 %(w/v) , 88 내지
90 %(w/v) , 91 내지 93 %(w/v) , 94 내지 99 %(w/v) 또는 97 내지
99 %(w/v)일 수 있다. 과당의 농도는 공정의 경제성 및 과당의 용해성올 고려하여 결정할 수 있으며, 상기 과당은 완충용액 또는 물 (예컨대 증류수)에 용해된 용액 상태로 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 과당 제조 공정을 구체적으로 설명하면， 과당은 설탕 또는 포도당으로부터 얻어질 수 있다. 이를 통해, 포도당， 과당, 설탕과 같이 보편화되고 저렴한 원료를 사용하여 높은 수율의 사이코스를 제조하는 방법을 제공하여 사이코스의 대량 생산을 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 과당 제조 공정의 일예를 설명하면, 옥수수 전분을 30 내지 35 중량 %가 되도록 물과 흔합한 후， 효소 가수분해를 진행하여 포도당 함량 88 중량 ¾ 이상의 당화액을 수득한다. 그 다음， 상기 당화액의 불순물을 제거하는 공정과 과당 이성화 공정을 거쳐 과당 함량 40 내지 44 중량 %의 과당 시럽을 수득한다. 그 다음, 모사 이동층 흡착 분리 방법 ( s imu l at ed movi ng bed , SMB)을 이용하여 포도당 라피네이트와 과당 분획을 얻고， 상기 과당 분획을 제 2차 이은정제 및 농축 공정을 수행하여 과당 함량이 85 중량 %이상， 예를 들면 85 내지 99 중량 %의 과당 -함유 용액을 얻는다. 모사 이동층 흡착 분리 방법은 하기 (2)번 항목에서 상술한 바와 같다. 상기 불순물을 제거하는 공정은 여과로 불용성 물질의 제거 공정, 및 활성탄을 이용한 탈색 공정, 유색 성분과 이온 성분 등의 불순물을 제거하기 위해 이온교환 수지가 층진된 컬럼에 통액시켜 수행할 수 있다 :
과당 분리 공정의 구체적인 예는 제 1차 이은정제， 고순도 크로마토그래피 분리， 제 2차 이온정제， 농축 및 결정화 공정을 포함할 수 있으며, 선택적으로 과당 이성화 반웅물의 불순물을 제거하는 공정은 탈염공정, 탈색공정 또는 탈색과 탈염 공정을 수행할 수 있다.
본 발명의 과당 제조 공정에 포함된 농축 공정은 다양한 방법으로 농축하여 과당 함량을 85중량 % 이상으로 포함하도록 한다. 예를 들면, 모사 이동층,.흡착 분리 방법으로 얻어진 과당 분획 (예를 들면 고형분 농도 20〜 30%)올 농축 공정올 통해 고형분 농도 45 내지 55% 농축할 수 있다.
(2) 사이코스 전환 반웅물의 분리공정
본.발명에 따른 사이코스 제조 공정은, 상기 사이코스 전환 반응물을 이온정제 및 모사이동층 (SMB) 크로마토그래프 분리 공정을 포함하는 사이코스 전환 반응물의 분리공정을 포함할 수 있다. 구체적인 일예에서， 상기 사이코스 전환 반웅물을 SMB 크로마토그래피 분리를 수행하여, 전환 반응물보다 사이코스 함량이 높은 사이코스 분획과 과당 라피네이트로 분리하고, 상기 사이코스 분획은 사이코스 농축 공정 또는 결정화 공정으로 투입되고， 과당 라피네이트는 과당—함유 원료로서 사이코스 전환 공정으로 투입되어 재순환된다.
상기 사이코스 분획 내 사이코스의 함량은 85중량 % 이상， 예를 들면 85 중량 % 내지 95 %(w/w) 이상이 되도록 분리 /정제 하는 것을 포함할 수 있다. 상기 고순도 분리 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트 내 과당 함량은 85 중량 %이상, 예를 들면 85 중량 % 내지 98 중량 %일 수 있으며, 사이코스 함량은 2중량%이하인 것이 바람직하다. 과당 라피네이트 중에서 과당과 포도당을 제외한 기타 이당류 이상의 당류의 함량은 전체 당류의 총고형분 함량을 기준으로 10 중량 % 미만이 바람직하다. 상기 불순물중 이당류 이상의 당류는 말토오스, 이소말토오스 등을 포함하며， 말토오스 또는 이소말토오스 관련 올리고사카라이드를 포함할 수 있다.
상기 과당 라피네이트를 사이코스 전환 반응으로 재순환할 경우， 재순환 횟수가 증가할수록. 불순물의 함량이 증가한다. 상기 과당 라피네이트의 불순물 함량이 특정 수치 범위 이하로 유지할 수 있도록 공정을 수행하는 것이 바람직하며, 상기 불순물 함량이 특정 수치 범위를 초과할 경우， 사이코스 제조 공정에서 일부 또는 전부를 배출하여 제거될 수 있다. 예를 들면, 과당 라피네이트 내 이당류 이상의 당류 함량이， 과당 라피네이트의 총 당류 고형분 100중량 % 기준으로 10 중량 %미만， 예를 들면 8 중량 %미만， 6 증량 %미만， 또는 5 중량 ¾ 미만으로 유지되는 것이 바람직하다.
상기 사이코스 제조 공정에서 이온 정제 공정은 반웅물 내 포함된 이온을 제거하는 공정으로서, SMB 크로마토그래피 분리 공정 이전 및 /또는 이후에 수행할 수 있다. 상기 SMB 크로마토그래피 분리를 수행하기 전에 이온정제 공정을 수행하는 제 1차 이온정제는 하기 사이코스 분획의 제 2차 이온정제와 동일 또는 상이한 방법으로 수행할 수 있으며, 예를 들면 동일 종류 또는 상이한 종류의 이온교환수지가 층진된 분리탑을 1개 또는 2이상 사용하여 수행할 수 있다. 상기 이온 정제 공정은 이온정제에 사용되는 수지의 물성 및 이온 정제 효율을 고려하여 35 내지 50 °C 은도， 예를 들면 38 내지 58 °C에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일예에서， 상기 사이코스 전환 반웅물의 제 1차 이온 정제 공정을 수행하기 전에, 선택적으로 사이코스 전환 반웅물을 활성탄으로 처리하는 공정을 추가로 수행할 수도 있다.
본 발명의 일 예에서， SMB 크로마토그래피를 이용한 고순도 분리 공정은 분리과정에서 상 변화가 없어 물질의 안정성 확보에 용이한 분리방법이다. 이러한 흡착 분리방법 중에서 액상 흡착 분리방법으로는 크로마토그래피 분리방법이 많이 사용되고 있다. 이중， 모사 이동층 흡착 분리 방법 ( s imu l ated moving bed , SMB)은 1961년 미국특허 제 2 , 985 , 589호 에서 제안된 분리 기술로, 다수의 컬럼을 이용하여 연속적으로 분리함으로써 기존의 희분식 크로마토그래피에 비해 순도 및 생산성이 우수하고, 적은 용매의 사용이 가능하다는 장점을 지닌다. 상기 모사 이동층 (SMB) 흡착 분리 공정은 분리대상 흔합물의 주입과 라피네이트 및 추출물의 생산이 연속적으로 이루어지는 공정이다.
SMB의 기본 원리는 칼럼 사이의 위치를 일정 시간 간격으로 움직임으로써 고정상과 이동상의 향류의 흐름을 모사하고 연속적인 분리를 가능하게. 하는 것이다. 흡착제와 친화력이 약해서 빨리 .움직이는 물질은 액상의 흐름 방향으로 움직여서 ext ract로 모이고 흡착제와 친화력이 강해서 느리게 움직이는 물질은 고정상의 흐름 방향으로 움직여서 라피네이트 ( raf f inat e)로 모인다. 칼럼은 연속적으로 연결되어 있으며 입구는 흔합물과 이동상, 출구는' 목적 추출물 (ext ract )과 라피네이트로 구성된다.
상기 SMB에서 분리수지로서 단당 분리 공정에도 널리 사용되고 있는 염이 첨가된 강산의 양이온 교환수지를 사용하므로 분리공정을 수행 후 얻어지는 산물에는 금속이온이 포함된다. 상기 강산의 양이온 교환수지의 예는 칼슴 활성기가 부착된 양이온교환수지일 수 있다.
도 1은 일반적인 모사 이동층 (SMB) 흡착 분리 장치의 공정도를 나타낸다. 일반적인 모사 이동층 (SMB) 흡착 분리 장치는 하나 또는 그 이상의 컬럼으로 구성된 4개의 구간과 각 구간 사이에 위치한 탈착제 (desorbent ) 유입 포트， 강 흡착질인 추출물 (ext ract ) 배출 포트， 분리대상 흔합물 ( feed) 유입 포트 및 약 흡착질인 라피네이트 (raf f inat e) 배출 포트로 구성된다. 유사 이동층 (SMB) 흡착 분리 장치를 사용한 흔합물의 분리방법은 방향족 탄화수소의 흔합물의 분리， 에틸벤젠의 분리 공정, 키랄 화합물의 분리 공정 등에 적용될 수 있으며， 의약품 제조 과정 중 최종 산물 혹은 중간 물질인 라세미 흔합 의약품의 분리 공정 등에 적용될 수 있다.
상기 고순도 분리 공정은 45 내지 70 °C 온도， 예를 들면 50 내지 65 °C에서 수행될 수 있다.
(3) 과당 라피네이트의 재순환 공정
본 발명에 따른 사이코스 제조방법은, SMB 크로마토그래피 분리 공정에서 얻어자는 과당 라피네이트를 사이코스 전환 공정으로 재순환하여 반웅 원료로 사용함으로써, 사이코스의 생산 수율을 최대로 높이고 사이코스의 제조원가를 낮출 수 있다. 사이코스 제조의 분리공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 사이코스 제조 공정으로 재순환하는 경우， 재순환하지 않는 경우에 비해 과당 원료의 투입량이 감소되어 원료 생산 부하를 줄일 수 있다. 상기와 같은 사이코스 제조 공정의 운영으로 사이코스와 같은 목적 산물을 연속적으로 생산하기 위해 생물 전환 반응기를 초기 활성 대비 적합한 수준의 생산성을 유지하면서 운전할 수 있다.
또한, 과당 라피네이트를 활용하여 과당 이성화 시럽의 혼합을 통한 액상과당 제품의 품질 저하를 막고 사이코스 시럽 생산에 사용되는 고과당 시럽의 과당 함량을 유지할 수 있다.
상기 사이코스 제조의 분리공정에서 얻어지는. 과당 라피네이트를 사이코스 전환 반응의 원료로 사용하기 전에， 사이코스 전환 반웅의 원료로 사용하기에 적합한 조건을 갖도록, 넁각, 농축, 이온 정제 및 pH 조절로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 공정을 추가로 수행할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일예에서， 과당 라피네이트는 고순도 분리 정제 공정에서 배출되어, 넁각, 1차 이온 정제， 농축, 및 pH 조절단계를 수행하여， 신규 과당원료와 유사한 고형분 함량 (브릭스) 및 pH (예를 들면， 중성 pH)로 조절하고, 칼슘 이온 농도가 감소한 과당 원료로 사이코스 전환 반응에 투입될 수 있다.
본 발명의 일예에서， 사이코스 제조의 고순도 분리공정에서 얻어지는 과당 라피네이트는 사이코스 전환 반응의 원료로 단독， 또는 신규 과당 원료와 함께 투입될 수 있다. 상기 과당 라피네이트와 신규 과당 원료의 흔합물을 사이코스 전환 반응의 반응 원료로 사용하는 경우， 과당 라피네이트의 활용을 최대화하고 공정에서 얻어지는 사이코스의 수율을 최대로 유지할 수 있도록， 과당 라피네이트와 신규 과당 원료의 혼합비를 적절히 조절할 수 있다. 공정의 유지 면에서는 신규 과당 함량을 최대로 설정할 수 있으나 과당 라피네이트의 재활용 이라는 면에서는 적절하지 아니하며. , 고순도 분리 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 최대한 활용할 수 있도록 흔합비를 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면， 사이코스 전환 반응에 공급되는 원료로 전화반웅을 수행한 후에， 감소된 과당 부족분을 보층하는 함량으로 과당 라피네이트를 흔합할 수도 있고, 사이코스의 수율을 특정 수치이상으로 유지 가능한 함량까지 과당 라피네이트 흔합량을 증가시킬 수 있다.
또한, 과당 라피네이트의 재순환 횟수가 증가할수록 과당 라피네이트에서 과당과 함께 얻어지는 포도당 및 이당류 이상의 과당 이외의 불순물의 함량이 높아지는 문제점이 있으므로 이들 불순물의 함량이 특정 함량 이하로 유지될 수 있도록 재순환 횟수 및 신규 과당 원료와 흔합비를 적절히 조절할 수 있다.
과당 라피네이트와 흔합되는 신규 과당 원료의 흔합량은, 과당 원료를 사이코스로 전환하는 전환율 또는 수율을 결정하는 생물학적 전환 수단, 예컨대 효소， 균체， 추출물 또는 파쇄물 등의 생물학적 촉매의 전환율을 고려하거나， 사이코스 제조 공정상의 다양한 인자， 예를 들면 과당 함량 등을 고려하여 결정할 수 있다. 예를 들면, 신규 과당 원료내 과당 함량 및 /또는 과당 라피네이트 내 과당 함량을 고려하여 신규 과당 원료의 흔합량을 결정할 수 있다. 즉, 신규 과당 원료내 과당 함량이 높을 경우， 과당 라피네이트와 흔합 시 얻어지는 흔합 원료의 과당 함량이 높아지므로 , 상대적으로 낮은 과당 함량을 갖는 신규 과당 원료를 사용하는 경우에 비해 과당 라피네이트의 흔합량올 많게 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 사이코스 제조 공정의 분리 과정에서 얻어지는 과당 라피네이트는 과당 함량 85 중량 ¾이상, 예를 들면 85 중량 % 내지 99 중량 %일 수 있다. 또한, 사이코스 전환 반응에 투입되는 과당 원료의 신규 과당 함량은 85 중량>이상, 예를 들면 85 중량 ¾ 내지 99 중량 %일 수 있다. 상기 과당 라피네이트와 신규 과당 원료의 흔합물을 사이코스 전환 반응의 반응 원료로 사용하는 경우, 상기와 같은 다양한 영향 인자를 고려하여 과당 라피네이트와 흔합되는 신규 과당 원료의 흔합량을 결정할 수 있으며, 통상 과당 함량, Br ix , 사이코스 생산 시스템의 운영방식， 수율 등을 고려하여 적절히 조절할 수 있다. 사이코스 제조의 분리 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트의 활용도를 고려하면， 과당 라피네이트를 전부 사용하고， 사이코스 전환으로 감소된 원료 분을 신규 과당 원료로 보충하여 운영될 수 있으며, 신규 과당 원료만으로 가동되는 사이코스 제조 시스템에서 과당 라피네이트의 일부를 과당 원료로. 사용할 수도 있다. 따라서, 과당 라피네이트의 전부를 사용할 수도 있고， 과당 원료에 최소한의 함량으로 첨가하고 나머지는 시스템에서 배출할 수도 있다. 따라서, 과당 라피네이트를 사이코스 전환 반웅에 투입하는 함량은 분리공정에서 얻어지는 과당 라피네이트 전부를 최대한의 함량으로 해서， 시스템 운영이 허용되는 한 과당 라피네이트 일부를 재순환할 수 있다.
구체적으로， 과당 라피네이트의 최대 활용도를 고려한다면 과당 라피네이트 전부를 사용하는 경우가 바람직하며， 이 경우 사이코스 전환 공정과 분리 공정에서 감소된 과당 원료분 만큼의 부족분을 신규 과당 원료로 보층할 수 있다. 예를 들면, 과당 라피네이트와 신규 과당 원료를 모두 동일하게 50 브릭스로 조정한 경우， 신규 과당 원료 부피 100을 기준으로 5 부피비 내지 .150 부피비, 바람직하게는 50 내지 130부피비로 사용될 수 있다.
예를 들면, 과당 라피네이트와 신규 과당 원료를 모두 동일하게 50 브릭스로 조정한 경우, 과당 라피네이트와 신규 과당 원료의 흔합비는 과당 라피네이트: 신규 과당원료 =1 : 0.9 내지 1.5부피비일 수 있다. 신규 과당 원료의 과당 농도에 따라 흔합비가 달라질 수 있다. 예를 들면 과당 라피네이트과 신규 과당 원료를 모두 동일하게 50 브릭스로 조정한 경우, 과당 라피네이트과 신규 과당 원료의 흔합비는 1 : 0.9 내지 1.5부피비， 또는 과당 라피네이트: 신규 과당원료 =1 : 0.95 내지 1. 15부피비 또는 1 : 0.98 내지 1.05부피비일 수 있으며， 또한 과당 라피네이트: 신규 과당원료의 흔합은 1 : 1.05 내지 1.2 또는 1 : 1 .08 내지 1. 13 부피비일 수 있다.
상기 과당 라피네이트에 대한 신규 과당 원료의 첨가량이 상기 범위보다 적은 경우에는， 과당 라피네이트의 재순환 횟수가 증가될수록 사이코스 전환공정에 투입되는 라피네이트 원료의 과당 순도가 떨어지게 되어 사이코스 전환율이 감소하게 되고 사이코스 최종 생산 수율이 저하된다. 따라서, 생산 소요시간 및 사이코스 수율을 고려하여 적절한 사이코스 생산 수율이 유지되도록 공정을 최적화하여야 한다. 상기 흔합비가 상기 범위조건을 만족하는 경우， 사이코스 전환 공정을 계속 수행하여도 사이코스 이성화 공정에 투밉되는 원료의 과당 순도를 적정 범위로 유지할 수 있으며 사이코스 전환율도 안정적으로 유지할 수 있다. 본 발명의 일예에서, 과당 라피네이트의 재순환은 칼슘 함량이 증가하게 되며 이러한 칼슴은 사이코스 전환 반응의 활성을 떨어뜨리게 될 수 있어, 칼슘 이온 농도를 조절하기 위한 공정을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 이온 농도를 조절하는 단계는 이온교환수지가 충진된 크로마토그래피를 이용하여 수행할 수 있다. 구체적으로 금속이온를 결합할 수 있는 히드록시기 (0H— )로 치환된 강염기성 또는 약염기성 음이온 수지를 이용한 이온교환공정을 수행할 수 있다.
상기 과당 라피네이트를 사이코스 전환 반응에 투입하기 전에， 상기 과당 라피네이트 또는 상기 과당 라피네이트를 함유하는 과당 원료의 칼슘이온 농도를 0.05mM 이하의 범위， O . OlmM 이하， 0.005mM, 또는 O . OOlmM이하의 농도 범위로 칼슘 농도를 조절할 수 있다. SMB 크로마토그래피 공정에서 발생되는 과당 라피네이트를 재사용하는데 있어서 SMB 크로마토그래피 공정에서 흔입되는 칼슘 (Ca) 이온을 정제하지 않올 경우에는 망간을 단독으로 사용한 것보다 활성이 떨어지므로 사이코스 생산량에 부정적인 영향을 줄 수 있다.
사이코스 전환 반응물의 SMB 고순도 분리공정에서 분리수지로서 단당 분리 공정에도 널리 사용되고 있는 염이 첨가된 강산의 양이온 교환수지를 사용하므로, 사용함에 따라 수지에 붙어있는 금속 일부가 유출되고， 이에 따라 분리공정을 수행 후 얻어지는 산물에는 금속이온이 포함된다. 특히 칼슘이온이 과량으로 포함되어 있어 사이코스 전환 반웅에 좋지 않은 영향을 미친다. 따라서, 과당 라피네이트를 이온 정제하여 특정 농도 범위 이하로 칼슘이온 농도를 조절할 필요성이 있다. 이는 수지의 내구성과도 연관이 있는데 점도가 있는 당액이 들어오면서 점도에 의한 마찰이 발생되어 수지의 표면에 붙어있는 금속 이온들이 소량씩 유출이 된다. 그러한 이유로 이온교환수지를 층진 후 장기간 사용 시에는 일정 주기에 따라 수지를 교체한다..
상기 과당 라피네이트의 이온정제는 상기 (2)항목의 사이코스 전환 반응물의 분리 공정에서 수행하는 이온정제 공정과 동일한 방법으로 수행할 수 있다.
상기 크로마토그래피 분리공정에서 얻어지는 과당 라피네이트는 전기 전도도가 20 내지 200 z^s/cm이며, 상기 과당 라피네이트를 이은정제공정으로 처리할 수 있으며， 상기 처리 산물의 전기 전도도가 0 내지 15 /cm인 것일 수 있다.
본 발명의 일예에서, 사이코스 제조의 분리 공정에서 얻어진 과당 라피네이트는 이온정제와 함께 또는 이온정제 후에 농축하여 과당 함량을 증가시키는 공정을 추가로 수행할 수 있다. 사이코스 제조의 고순도분리 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트가 낮은 브릭스를 갖는 경우 농축 공정을 수행하여 신규 과당 원료와 동일 . 또는 유사한 브릭스가 되도록 고형분 함량을 조절할 수 있다. 사이코스 제조의 고순도 분리공정에서 얻어지는 과당 라피네이트는 15 내지 25 Br i x 정도이므로, 사이코스 전환 공정에 공급되는 통상의 과당 함유 원료가 45—55 브릭스, 예컨대 약 50 브릭스 임을 고려하면, 농축공정을 수행하여 과당 함량을 증가시키는 것이 바람직하다. 상기 농축 공정은 포도당을 원료로 과당 이성화를 수행하여 과당 원료를 제조하는 과당 제조 공정에서 사용되는 농축 과정과 동일하거나, 사이코스 제조의 SMB 고순도 분리 후에 얻어지는 사이코스 분획의 농축 공정과 동일한 방법으로 수행할 수 있다. 상기 과당 제조 공정에서 농축하는 공정은 사이코스보다 열안정성이 높기 때문에 70 내지 85°C의 온도 하에서 10 내지 15 분 동안 농축하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 구체적 일예에서, 사이코스 제조의 분리 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 사이코스 전환 공정에 투입하기 전에， 이온정제 공정 및 /또는 과당 농축 공정을 수행하는 것은 사이코스 제조 장치에 연결된 별도 장치를 이용하여 수행할 수 있다.
상기 냉각， 농축, 이온 정제 및 pH 조절로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 공정을 추가로 처리한 과당 라피네이트를 저장조에 투입하여， 온도 조절하는 단계， 또는 상기 사이코스 전환 공정에 제공되는 과당 라피네이트의 투입량을 조절하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.
(4) 사이코스 농축 또는 결정화 공정
본 발명의 사이코스 제조 공정에서 SMB 크로마토그래피를 이용한 고순도 분리공정에서 얻어진 사이코스 분획은 사이코스 농축 공정을 거쳐 액상 시럽으로 제품화하거나, 사이코스 결정화 공정을 거쳐 사이코스 결정으로 제품화할 수 있다.
상기 단계 (2)에서 SMB 크로마토그래프 분리 공정에서 얻어진 사이코스 분획을 이온정제하고 농축하여 얻어진 농축물을 제조하는 단계이다. 상기 농축물은 사이코스 시럽제품으로 사용되거나， 결정화 공정에 투입되어 사이코스 결정으로 제조될 수 있다.
본 발명의 일예에서, 상기 SMB 크로마토그래피를 이용한 고순도 분리공정에서 얻어진 사이코스 분획을 제 2차 이온정제 공정을 수행할 수 있으며， 상기 분리 공정에서 수행한 제 1차 이온정제와 동일 또는 상이한 방법으로 수행할 수 있다.
사이코스 결정을 수득하기 위한 사이코스 용액 중 사이코스의 함량은 과포화 상태로 높은 농도로 포함되어야 하나， 사이코스 전환 반웅물의 사이코스의 함량은 낮기 때문에 직접 결정화를 수행할 수 없으며 결정화 단계 전에 사이코스를 함량을 증가시키기 위해 정제하고 원하는 수준까지 농축하는 공정을 수행해야 한다.
본 발명의 일 구체예에서, 상기 정제된 사이코스 용액을 농축시키는 단계는 55 내지 75°C에서 수행될 수 있다. 농축액의 온도가 75°C보다 높아지면 D-사이코스의 열변성이 일어날 수 있으며, 55°C보다 낮아지면 원하는 수준의 농축을 달성하기 어렵다. 농축이 진행되면서 증발열에 의해 반응물의 온도가 급격히 증가되므로， 농축액의 온도를 75 이하로 유지하면서 신속하게 농축해야 한다.
본 발명의 일 구체예에서, 사이코스의 열변성 및 원하는 수준의 농축을 달성하기 위하여, 55 내지 75°C 온도, 바람직하게는 60 내지 70 °C범위에서 농축할 수 있다. 상기 농축 공정은 원하는 농축 수준을 달성할 때까지 1회 또는 2회 이상 반복 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 SMB 크로마토그래피 분리공정에서 얻어진 사이코스 분획의 농축 공정은 다양한 방법으로 수행할 수 있으며， 농축물의 고형분 함량이 70브릭스 이상이 되도록 할 수 있다. 예를 들면, 모사 이동층 흡착 분리 방법으로 얻어진 사이코스 분획 (예를 들면， 고형분 함량 20 30 중량 %)을 농축 공정을 통해 고형분 함량 70 브릭스 이상으로 농축할 수 있다. 상기 사이코스 농축물의 고형분 함량은 70브릭스 이상, 예를 들면 70 브릭스 내지 85브릭스일 수 있다.
상기 사이코스 제조 공정에서 농축하는 공정은 55 내지 75°C 온도 범위에서 10 내지 15 분 동안 농축하는 것을 포함할 수 있다. 상기 농축은 연속진공농축장치 (Fal l ing Fi lm Evaporator ) 또는 박막진공농축기 (Thin Fi lm Evaporator)를 이용하여 감압 또는 진공 조건하에서 농축할 수 있다. 상기 사이코스 농축물에 포함된 사이코스 함량은 상기 SMB 크로마토그래피 분리 공정에서 얻어진 사이코스 분획의 사이코스 함량과' 변동이 거의 없으며， 고형분 함량이 증가하여 이후 결정화 공정을 수행할 수 있도록 한다. 상기 사이코스 농축물에 포함된 사이코스 함량은 고형분 총함량 100중량 %를 기준으로 94 중량 ¾이상， 95 중량 %이상， 96 중량 %이상， 97 중량%이상, 98 중량?。이상 또는 99중량 %이상일 수 있다. 상기 사이코스 결정화 공정은， 상기 고순도 분리 공정에서 얻어진 사이코스 분획을 제 2차 이온정제하는 단계， 상기 이온 정제된 사이코스 분획을 농축하는 단계 , 상기 농축물로부터 사이코스를 결정화하여 사이코스 결정과 사이코스 결정화 모액을 얻는 단계를 포함한다. 상기 사이코스 분리공정의 구체적인 예는, 제 1차 이온정제， 고순도 크로마토그래피 분리, 제 2차 이온정제, 농축 및 결정화 공정을 포함할 수 있으며， 선택적으로 사이코스 전환 반웅물을 탈염공정， 탈색공정 또는 탈색과 탈염 공정을 수행할 수 있다.
상기 사이코스 분획 내 사이코스의 함량은 85중량 % 이상， 90중량 % 이상, 91중량 ¾> 이상, 92중량 % 이상， 93중량 % 이상， 94증량 % 이상 또는 95중량 % 이상, 예를 들면 85 중량 % 내지 99 .9 %(w/w) 이상이 되도록 분리 /정제하는 것을 포함할 수 있다.
상기 사이코스 결정에 포함된 사이코스는 순도 90중량 %이상, 95 중량 %이상, 또는 99중량%이상이며， 상기 결정화 모액 내 사이코스 함량은 85중량 %이상, 90중량 %이상， 93중량 %이상, 또는 95 중량 %이상, 예를 들면 85 중량 % 내지 95 중량 %일 수 있다.
본 발명의 방법에 의하여 과당으로부터 수득된 사이코스는 통상적인 방법에 의해 정제될 수 있으며， 이러한 결정은 당업자에게 통상적인 기술에 속한다. 예를 들어 원심분리, 여과, 결정화， 이온교환 크로마토그래피 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 방법에 의하여 이루어질 수 있다.
일예에서, 상기 SMB 크로마토그래피를 이용한 고순도 분리공정에서 얻어진 사이코스 분획을 제 2차 이온정제할 수 있으며, 상기 사이코스의 분리 공정에서 사용한 제 1차 이온정제와 동일 또는 상이한 방법으로 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 D-사이코스 결정을 제조하는 방법은 정제된 D- 사이코스 용액를 농축시키는 단계를 포함할 수 있다. 사이코스 결정을 수득하기 위한 사이코스 용액 중 사이코스의 함량은 70 중량¾이상이어야 한다. 사이코스 에피머화 효소에 의해 제조된 사이코스 용액 중 사이코스의 순도는 20 내지 30% 정도로 낮기 때문에 직접 결정화를 수행할 수 없으며 결정화 단계 전에 사이코스를 정제하고 원하는 수준까지 농축해야 한다. 본 발명의 일 구체예에서, 사이코스의 열변성 및 원하는 수준의 농축을 달성하기 위하여， 55 내지 75 °C 온도 범위에서 농축할 수 있다. 상기 농축 공정은 원하는 농축 수준을 달성할 때까지 1회 또는 2회 이상 반복 수행할 수 있다.
상기 넁각시켜 결정화하는 단계는， 열 교환기를 통하여 10 내지 25 °C온도 범위로 급속히 냉각시킨 후， 승온과 넁각을 반복적으로 수행하여 결정성장을 유도시키는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 D—사이코스 결정을 제조하는 방법은 상기 결정화 단계에서 수득된 사이코스 결정을 원심분리에 의해 회수하고, 탈이온수로 세척한 후, 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일예에서, 과당 원료를 이용한 생물학적 사이코스 전환 반웅 및 사이코스 분리 공정을 수행하는 사이코스 제조 장치로서,
과당 원료로부터 사이코스 전환반응을 수행하는 사이코스 전환 반응기 ,
. 상기 전환 반응기에서 얻어진 사이코스 전환 반웅물을 이온정제하는 이온교환수지가 충진된 칼럼을 구비한 이온정제기,
활성기가 부착된 양이온교환수지가 충진된 칼럼을 포함하고 이온정제기를 통과한 반웅물을 투입하는 투입구， 사이코스 분획과 과당 라피네이트를 배출하는 배출구를 구비한 모사 이동층 (s imu l ated moving bed,
SMB) 크로마토그래프 분리기， 및 상기 분리기에서 배출된 과당 라피네이트를 이온교환수지가 층진된 칼럼을 구비한 이온정제기 및 농축기를 통과하여 사이코스 전환 반응기로 재순환시키는 것인 사이코스 제조 장치를 제공한다.
상기 사이코스 제조 장치는, 사이코스 전환 반응기에 연결되며， 농축기로부터 배출된 과당 라피네이트와 신규 과당 원료를 흔합하는 흔합조를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제조 장치는 상기 크로마토그래프 분리기에서 배출된 과당 라피네이트의 넁각을 위한 열교환기를 추가로 구비할 수 있다. 【발명의 효과】
본 발명에 따른 과당 라피네이트의 활용으로 효율적인 사이코스 생산 및 액상과당을 생산할 수 있으며 , 특히 라피네이트와 신규 과당원료의 흔합비를 조절하여 액상과당 제품의 품질 저하를 막고 사이코스 시럽 생산에 사용되는 고과당 시럽의 과당 함량을 유지시켜 장기간 안정적으로 높은 수율로 사이코스를 생산할 수 있다.
【도면의 간단한 설명】
도 1는 일반적인 SMB 공정의 일예를 나타내는 도면이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따라 얻어지는 과당 라피네이트 전량을 사이코스 전환반응에 투입하는 사이코스 제조방법에 대한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 얻어지는 과당 라피네이트 일부를 사이코스 전환반응에 투입하는 사이코스 제조방법에 대한 모식도이다.
【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】
이하， 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며， 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 제조예 1. 사이코스 시럽의 제조
한국공개특허 제 2014-0054997에 기재된 제조방법과 실질적으로 동일한 생물학적 방법으로 과당 기질로부터 사이코스 시럽을 제조하였다. 구체적으로， 크로스트리디움 신댄스 (Cl ost r idi uim sc indens ATCC
35704)로부터 유래된 사이코스 에피머화 효소의 암호화 유전자 (DPE gene ; Gene bank : EDS06411 . 1)를 재조합 백터 (pCES_sodCDPE)에 도입하여， 상기 제조된 재조합 백터 (pCES_sodCDPE) 플라스미드를 전기천공법 (e l ect roporat i on)을 사용하여 코리네박테리움 글루타리쿰을 형질전환시켰다. 상기 형질전환된 코리네박테리움 글루타리쿰 세포를 포함하는 비드를 제조하고 고정화 반웅 컬럼에 충진하고, 40브릭스의 88 중량 % 과당 또는 95 중량 % 과당으로부터 사이코스 시럽을 제조하였다. 즉， 88 중량 % 과당함유 기질로부터 포도당 :과당 :시>이코스 :올리고당 = 41 : 39 : 15 : 5인 21~23(w/w)% 사이코스 시럽을 수득하였고 (사이코스 시럽 A)， 과당 함량 95 중량 %로 포함하는 원료로 부터 포도당:과당:사이코스:올리고당 = 6 : 67 : 25 : 2인 24~26(w/w)% 사이코스 시럽을 수득하였다 (사이코스 시럽 B) . 제조예 2. 과당 라피네이트의 제조
제조예 1에서 얻어진 2 종류의 사이코스 시럽올 유색 및 이온 성분 등의 불순물을 제거하기 위해 양이온 교환수지， 음이온 교환수지 및 양이온과 음이온교환수지가 흔합된 수지로 층진된 상온의 컬럼에 시간당 이온교환수지 2배 부피의 속도로 통액시켜 탈염시켰다.
그 다음, 칼슘 (Ca2+) 타입의 이온교환수지로 충진된 크로마토그래피를 이용하여 고순도의 사이코스 분획을 분리한 후， 남은 것을 라피네이트로 수득하였다. 88 중량 % .과당 함량의 원료로부터 얻어진 사이코스 시럽 (사이코스 시럽 A)으로부터 수득한 과당 라피네이트는 당류 고형분 총 100중량 %를 기준으로 과당 85 내지 95 중량 % , 포도당 1 내지 10 증량 % 및 환원당 1 내지 5 중량 %를 포함하고 있었다.
95 중량 % 과당 함량의 원료로부터 얻어진 사이코스 시럽 (사이코스 시럽 B)으로 부터 수득한 과당 라피네이트는 당류 고형분 총 100중량 %를 기준으로 과당 88 내지 98 중량 %， 포도당 1 내지 8 중량 % 및 환원당 1 내지 4 중량 %를 포함하고 있었다.
실시예 1 : 과당 라피네이트를 이용한 사이코스 생산
제조예 1 및,제조예 2와 같이 과당 함량 88 중량 %의 시럽을 이용하여 사이코스 함량 95 중량 %의 고형분 10톤을 생산하기 위해, 유량 3.8 mVhr로 사이코스 전환 공정과 분리 공정을 수행하였다. · 구체적으로, 과당 함량 88 중량 %의 원료 기질용액 (시^이코스 시럽 A)으로 사이코스 전환 공정을 거쳐 수득한 사이코스 시럽의 사이코스 함량은 20 내지 23 중량 %이었다. 상기 사이코스 전환 반웅물을 양이온 교환수지， 음이온 교환수지 및 양이온과 음이은교환수지가 흔합된 수지로 층진된 상온의 컬럼에 시간 당 이온교환수지 2배 (1~2배 ) 부피의 속도로 통액 시켜 탈염시킨 후에 농축 공정을 수행하여 45 내지 50 중량 %의 사이코스 농도의 시럽을 만들었다. Ca2+-유형 분리 수지를 이용하여 고순도 크로마토그래피를 수행한 결과 과당 라피네이트는 시간당 3.1 m3씩 발생하였다ᅳ
사이코스 전환 공정과 분리 SMB 크로마토그래프의 매시간마다 부족한 0.9 m3는 과당 공정에서 얻어지는 과당 함량 88 중량 의 신규 과당 원료와 흔합하였다. 즉， 신규 과당 원료와 과당 라피네이트의 총 고형분 함량을 50중량 %(50 브릭스)로 맞춘 경우에, 신규 과당 원료와 과당 라피네이트의 흔합 부피비가 0.9:3.1(신규 과당: 과당 라피네이트 =0.29:1)로 흔합한 흔합물을 사이코스 전환 공정에 투입하여 사이코스 생산 공정을 수행하였다. 상기 공정을 10회 반복하여 수행하였으며， 각 공정별 흔합 원료 및 라피네이트의 당류 조성을 분석하여 하기 표 1에 나타내었다.
【표 1】
Figure imgf000024_0001
7차혼합액 2.0% 10.4% 79.6% 0.2% 7.4% 20.7%
7차 라피네이트 2.5% 12.7% 75.0% 0.3% 9.0%
8차혼합액 2.2% 11.1% 78.1% 0.3% 7.9% 20.3%
8차 라피네이트 2.6% 13.5% 73.3% 0.3% 9.6%
9차흔합액 2.3% 11.9% 76.6% 0.3% 8.4% 19.9%
9차 라피네이트 2.8% 14.5% 71.4% 0.3% 10.2%
10차혼합액 2.5% 12.7% 75.0% 0.3% 9.0% 19.5%
10차 라피네이트 3.0% 15.5% 69.4% 0.4% .10.9% 상기 표 1에 나타낸 것과 같이， 신규 과당 원료와 라피네이트의 흔합 부피비가 0.9:3.1(0.29:1)인 경우에는， 재순환 횟수가 증가될수록 사이코스 전환공정에 투입되는 라피네이트 원료의 과당 순도가 떨어지게 되어 사이코스 전환율이 감소하게 되고 사이코스 최종 생산 수율이 저하되는 것을 확인하였다. 실시예 2: 과당 라피네이트를 이용한 연속적 사이코스 생산
실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되， 고순도 분리공정에서 얻어지는 과당라피네이트 1.8 m3/hr는 신규 과당 원료 (과당 순도 88¾>， 고형분 농도 50 중량 2.0 mVhi "와 흔합하여 이온정제 공정에 공급하였다. 상기 신규 과당 원료와 라피네이트 흔합비는 5.2 내지 5.3: 4.7 내지 4.8 (신규 과당: 라피네이트 =1.08~1.13:1)비율이다.
상기 공정을 10회 반복하여 수행하였으며， 각 공정 별 흔합 기질 및 라피네이트의 당류 조성을 분석하여 하기 표 2에 나타내었다.
【표 2]
Figure imgf000025_0001
2차 라피네이트 1.6% 7.8% 83.0% 0.1% 7.3%
3차흔합액 1.3% 6.3% 85.7% 0.0% 6.5% 21.9%
3차 라피네이트 1.6% 7.7% 82.5% 0.1% 7.9%
4차흔합액 1.4% 6.3% 85.4% 0.0% 6.8% 21.9%
4차 라피네이트 1.6% 7.6% 82.1% 0.0% 8.3%
5차흔합액 1.4% 6.3% 85.3% 0.0% 7.0% 21.5%
5차 라피네이트 1.7% 7.6% 82.0% 0.0% 8.5%
6차혼합액 1.4% 6.2% 85.2% 0.0% 7.1% 21.5%
6차 라피네이트 1.7% 7.6% 81.9% 0.0% 8.6%
7차혼합액 1.4% 6.2% 85.1% 0.0% 7.1% 21.5%
7차 라피네이트 1.7% 7.6% 81.8% 0.0% 8.7%
8차흔합액 1.4% 6.2% 85.1% 0.0% 7.2% 21.5%
8차 라피네이트 1.7% 7.6% 81.8% 0.0% 8.7%
9차 흔합액 1.4% 6.2% 85.1% 0.0% 7.2% 21.5%
9차 라피네이트 1.7% 7.6% 81.7% 0.0% 8.7%
10차혼합액 1.4% 6.2% 85.1% 0.0% 7.2% 21.5%
10차 라피네이트 1.7% 7.6% 81.7% 0.0% 8.7% 상기 표 2에서 확인할 수 있듯이， 신규 과당 원료과 라피네이트 흔합비는, 신규 과당 원료과 라피네이트를 50 브릭스로 조절할 경우， 신규 과당 원료: 라피네이트의 흔합비는 5.2 내지 5.3: 4.7 내지 4.8 부피비 (신규 과당 원료 : 과당 라피네이트 =1.08~1.13 :1)인 경우에는 사이코스 전환 공정이 계속적으로 수행되어도 사이코스 전환공정에 투입되는 원료의 과당 순도가 크게 떨어지지 않으며, 사이코스 전환율은 5차 흔합액부터 안정적으로 유지가 될 수 있음을 확인하였다.
【표 3】
Figure imgf000026_0001
고순도 분리후 사이코스 0.0% 0.0% 1.8% 97.2% 1.0% 고순도 분리후 1.5% 8.3% 85.6% . 0.3% 4.3% 라피네이트 분획
액상과당 시럽 (55¾ 2.4% 39.5% 56.5% 0.0% 1.6% 사이코스 분획의 0.0% 0.0% 1.8% 97.2% 1.0% 정제 /농축
사이코스 결정화 0.0% 0.0% 0.1% 99.9% 0.0% 사이코스 결정화 모액 0.0% 0.0% 7.6% 89.5% 2.9% 상기 표 3에 나타낸 것과 같이, 과당 원료의 과당 순도 88 중량 %를 이용하여 사이코스 제조 공정을 운영할 경우， 사이코스 전환율 약 23%를 나타내며 고순도 분리를 통해서 사이코스 순도 95 중량 % 이상의 사이코스. 시럽을 제조하였다. 이때 분리 수율은 원료의 사이코스 함량 90% 이상을 분리할 수 있었다.
분리된 고순도 사이코스 분획은 정제를 거쳐 액상 제품으로 출시되거나 결정화 공정올 진행하여 사이코스 함량 99.9중량¾의 결정화 제품을 만들 수 있다. 결정화 공정을 수행할 경우 상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 사이코스 함량 95 중량 % 이상이었다. 또한 고순도 분리 후에 얻어진 과당 라피네이트를 고형분 함량 50 내지 77 중량 %로 농축하여 과당 함량 42중량 % (고형분 함량 50 내지 77 중량 %)의 신규 과당 원료와 흔합하여 과당 순도 56.5 중량 %의 액상 과당 시럽을 제품으로 수득하였다. 실시예 3. 과당 라피네이트를 이용한 사이코스 생산
실시예 1과 동일한 방법으로 진행하되 , 과당 함량 95 중량 %의 시럽을 이용한 사이코스 함량 95 중량 %의 고형분 10톤을 생산하기 위해 유량 3.8 m3/hr로 사이코스 전환 공정과 분리 공정을 수행하였다.
사이코스 전환 공정을 거쳐 수득한 시럽의 사이코스 함량은 21 내지 25 중량 % 이며, 이온정제 후 45 내지 50 중량 ¾>의 농도로 분리 공정을 통과한다. Ca2+ type 분리 수지를 이용하여 분리 시 발생되는 과당 라피네이트는 시간당 3 m3씩 발생하였다. 사이코스 전환 공정과 분리 크로마토그래프의 매시간마다 부족한 0.8 m3는 과당 공정에서 공급되어 흔합하였다. 즉, 신규 과당 원료과 라피네이트를 50 브릭스로 조절할 경우， 신규 과당 원료와 라피네이트의 흔합 부피비가 0.9:3.1 (신규 과당 원료: 라피네이트 =0.29:1)로 사이코스 생산 공정을 수행하였다.
상기 공정을 10회 반복하여 수행하였으며， 각 공정 별 흔합 기질 및 라피네이트의 당류 조성을 분석하여 하기 표 4에 나타내었다.
【표 4】
Figure imgf000028_0001
7차 라피네이트 0.1% 3.9% 94.2% 1.3% 0.5%
8차혼합액 0.1% 3.7% 94.7% 0.8% 0.7% 26.9%
8차 라피네이트 0.1% 3.9% 94.3% 1.3% 0,4%
9차혼합액 0.1% 3.7% 94.8% 0.8% 0.6% 26.9%
9차 라피네이트 0.1% 3.9% 94.2% 1.4% 0.4%
10차흔합액 0.1% 3.7% 94.8% 0.8% 0.6% 26.9%
10차 라피네이트 0.1% 3.9% 94.2% 1.5% 0.3% 상기 표 4에 나타낸 것과 같이， 과당 순도 95 중량 ¾>를 이용하여 사이코스를 생산하였을 때는 실시예 1과 달리 과당의 함량 변화가 없음을 확인하였다. 사이코스 전환 공정으로 주입되는 과당 순도 95 중량 % 이상의 과당 원료는， 과당 라피네이트의 재순환 횟수가 증가될수록 사이코스 전환 공정에 투입되는 원료의 과당 순도가 차이가 없어 사이코스 최종 생산이 유지가 될 수 있는 것을 확인하였다. 이는 포도당 및 이당류의 함량이 높지 않고 환원당 일부가 사이코스 분획으로 빠져나가면서 과당의 함량이 유지되는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 원료의 과당 함량이 95% 이상의 고순도 조건에서 높은 사이코스 전환율을 가지면서 라피네이트의 재순환이 가능하였다. 실시예 4. 과당 라피네이트를 이용한 연속적 사이코스 생산
실시예 3과 동일한 방법으로 수행하되， 과당 42%와 흔합 후 남은 라피네이트 1.9 m3/hr는 신규 과당 원료 1.9 m3/hr와 흔합하여 사이코스 전환 공정과 분리 크로마토그래피에 공급하였다. 신규 과당 원료과 라피네이트를 50 브릭스로 조절할 경우， 신규 과당 원료과 과당 라피네이트 흔합비는 5.0 내지 5.1 ： 4.9 내지 5.1 부피비 (과당 라피네이트:신규 과당 원료 =1: 0.98-1.05)이다. 상기 공정을 10회 반복하여 수행하였으몌 각 공정별 흔합 기질 및 라피네이트의 당류 조성을 분석하여 하기 표 5에 나타내었다. 【표 5]
Figure imgf000030_0001
9차 라피네이트 0. 1% 3.9% 94. 1% 1.3% 0.6%
10차 흔합액 0. 1% 3.5% 94.9% 0.5% 1.0% 27.0%
10차 라피네이트 0. 1% 3.8% 94.2% 1.2% 0. 7% 상기 표 5에 나타낸 것과 같이 , 라피네이트 일부를 액상과당 55 중량 ¾> 시럽으로 사용하고 , 라피네이트의 또 다른 일부는 신규 과당 원료와 흔합하면서 연속적인 사이코스 전환공정에 투입하여 고순도 사이코스 생산이 안정적으로 유지가 될 수 있음을 확인하였다. 각 공정별로 당조성의 변화를 확인하여 하기 표 6에 나타냈다.
【표 6】
Figure imgf000031_0001
상기 표 6에서 확인할 수 있듯이， 라피네이트를 일부 액상과당 생산 공정 으로 보내도, 사이코스 생산이 안정적으로 유지가 될 수 있다.
분리된 고순도 사이코스는 실시예 3과 동일하게 정제를 거쳐 액상 제품으로 출시되거나 결정화 공정을 진행하여 사이코스 함량 99.9% 의 결정화 제품을 만들 수 있다. 다른 사항들은 실시예 3과 동일하게 나타났다. 결정화 공정을 수행할 경우 상기 표 6에 나타낸 바와 같이， 사이코스 함량이 99.9% 이었다. 액상과당 (55% 시럽) 또한 기존 액상과당 95%와 4 를 흔합했올 때의 품질과 동등한 품질의 산물이 얻어졌다. 실시예 6 . 흔합 금속이온에 따른 사이코스 전환율 비교 실험
과당 라피네이트와 유사한 조성에서의 사이코스 전환율을 평가하였다. 즉, 과당 순도 95 중량 % 시럽을 50 중량 ¾>로 희석하여 Ca2+이온을 0.005~0.01mM로 첨가 후 1.0 mM의 Μη을 추가로 첨가하여 사이코스 전환 공정을 확인하여 표 7에 나타내었다.
【표 7】
Figure imgf000032_0001
사이코스 전환 반웅의 활성을 증가시키는 망간을 처리한 경우 상대활성 152¾>에서, 칼슘을 추가로 첨가한 칼슘과 망간이 흔합되어 있는 상태에서 사이코스 전환 반응의 상대활성은 망간을 단독 처리한 것보다 최대 약 16%까지 감소되며， 칼슘이온의 농도가 높아질 수록 상대활성은 점차 감소하는 경향을 확인하였다.
이러한 결과는 고순도 분리 크로마토그래피 공정에서 발생되는 과당 라피네이트를 재사용하는데 있어서 분리 크로마토그래피 공정에서 석출되는 O . OlmM 이하의의 Ca 이은을 정제해야 되는 이유로 볼 수 있다. 이온정제를 하지 않을 시에는 망간을 단독으로 사용한 것보다 활성이 떨어지므로 사이코스 생산량에 부정적인 영향을 줄 수 있다.

Claims

【청구의 범위】
【청구항 1】
사이코스 전환 반웅물을 모사 이동층 (s imul ated moving bed, SMB) 크로마토그래피로 분리하여 사이코스 분획과 과당 라피네이트를 얻고,
상기 과당 라피네이트를 제 1과당 원료로서 사이코스 전환 반웅으로 재순환하는 단계를 포함하는 사이코스의 제조방법 .
【청구항 2】
제 1항에. 있어서， 상기 사이코스 전환 반웅물은 과당—함유 원료를 이용한 생물학적 사이코스 전환 공정으로 제조되는 것인 제조방법.
【청구항 3】
제 1항에 있어서, 상기 SMB 크로마토그래피로 분리공정에서 얻어진 과당 라피네이트는， 사이코스 전환 반응으로 재순환되기 전에， 게 2 과당 원료로서 신규 과당 원료와 흔합하는 단계를 추가로 포함하는 것인 제조방법.
【청구항 4】
게 3항에 있어서， 상기 과당 라피네이트와 제 2과당 원료 (라피네이트：제 2 과당 원료)의 흔합비는， 과당 라피네이트와 제 2 과당 원료가 50 브릭스인 경우， 부피비로 1 : 0.9 내지 1.5인 제조방법.
【청구항 5】
제 3항에 있어서， 상기 과당 라피네이트와 제 2 과당 원료의 흔합비 (라피네이트：과당 원료)는， 과당 라피네이트와 게 2 과당 원료가 50 브릭스인 경우 1 : 0.95 내지 1. 15 또는 1 : 1.05 내지 1.2인 제조방법.
【청구항 6】
제 1항에 있어서， 상기 과당 라피네이트는 사이코스 전환 반응에 재순환되기 전에, 넁각， pH 조절, 이온정제 및 농축 공정으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 공정이 추가로 수행되는 것인 제조방법.
【청구항 7】
거 16항에 있어서, 상기 이온정제 공정으로 처리하여 얻어진 산물의 전기 전도도가 0 내지 15 /s/cm인 것인 제조방법.
【청구항 8】 제 1항에 있어서, 상기 SMB 크로마토그래피 분리공정에서 얻어지는 과당 라피네이트는 전기 전도도가 20 내지 200 ^s /cm인 것인 제조방법.
【청구항 9】
게 1항에 있어서, 상기 사이코스 전환 반응의 원료로 재순환되기 전에， 상기 과당 라피네이트 또는 상기 과당 라피네이트를 함유하는 흔합 원료의 칼슘이온 농도를 0 .05 mM 이하의 범위로 조절하는 이온정제공정을 수행하는 것인 사이코스 제조방법 .
【청구항 10】
제 6항에 있어서, 상기 넁각 공정은， SMB 크로마토그래피 분리공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 열교환기로 냉각하는 것인 제조방법.
【청구항 11]
제 1항에 있어서， 상기 사이코스 전환 반웅에 투입되는 과당 원료의 과당 함량은, 과당 원료의 당류 함량 100중량 %를 기준으로 85중량 %이상인 제조방법.
【청구항 12】
게 1항에 있어서, 상기 SMB 크로마토그래피 분리공정에서 얻어진 과당 라피네이트는 과당 라피네이트의 당류 총합 100중량 %를 기준으로 85 내지 98 중량 %의 과당 및 2. 0 중량 % 이하의 사이코스를 포함하는 것인 제조방법.
【청구항 13】
제 1항에 있어서， 상기 과당 라피네이트를 저장조에 투입하여 , 온도 조절하는 단계, 또는 상기 사이코스 전환 공정에 제공되는 과당 라피네이트의 투입량을 조절하는 단계를 추가로 포함하는 제조방법.
【청구항 14】
제 1항에 있어서, 상기 제조방법은, SMB 크로마토그래피 분리 공정을 수행하기 전， SMB 크로마토그래피 분리 공정을 수행한 후, 또는 SMB 크로마토그래피 분리 공정을 수행하기 전후 모두에서 이온정제공정을 추가로 포함하는 것인 제조방법.
【청구항 15]
제 1항에 . 있어서, 상기 SMB 크로마토그래피 공정은 칼슘 활성기가 부착된 양이온교환수지가 충진된 칼럼 크로마토그래프로 수행되는 것인 제조방법.
【청구항 16]
제 1항에 있어서, 상기 사이코스 전환반응의 사이코스 전환율은 15% 내지 70%인 생물학적 촉매를 사용하는 것인 제조방법.
【청구항 17】
제 1항에 있어서, 상기 제조방법은 연속식으로 수행되는 것인 제조방법.
【청구항 18]
제 1항에 있어서, 상기 사이코스 분획을 농축하고, 상기 농축물로부터 사이코스를 결정화하여 사이코스 결정과 결정화 모액을 얻는 단계를 추가로 포함하는 제조방법 .
【청구항 19】
과당 원료를 이용한 생물학적 사이코스 전환 반응 및 사이코스 분리 공정을수행하는 사이코스 제조 장치로서，
생물학적 촉매를 이용하여 과당 원료로부터 사이코스 전환반웅을 수행하는 사이코스 전환 반웅기,
활성기가 부착된 양이온교환수지가 층진된 칼럼을 포함하고， 원료 투입구, 및 사이코스 분획과 과당 라피네이트를 배출하는 배.출구를 구비한 모사 이동층 ( s imul ated moving bed , SMB) 크로마토그래프 분리기, 및
상기 분리기에서 배출된 과당 라피네이트를 이온교환수지가 층진된 칼럼을 구비한 이온정제기 및 농축기를 통과하여 사이코스 전환 반응기로 재순환시키는 것인 사이코스 제조 장치 .
【청구항 20】
제 19항에 있어서, 상기 사이코스 전환 반응기에 연결되며, 분리기부터 배출된 과당 라피네이트와 신규 과당 원료를 흔합하는 흔합조를 추가로 포함하는 사이코스 제조 장치 .
【청구항 21】
제 19항에 있어서， 상기 이온교환수지가 충진된 칼럼올 구비한 이온정제기가， 사이코스 전환 반웅기와 크로마토그래≤ 분리기 사이에 연결된 것인 제조 장치ᅳ
【청구항 22]
제 19항에 있어서， 상기 과당 라피네이트의 넁각을 위한 열교환기를 추가로 구비하는 것인 제조 장치 .
【청구항 23】
제 19항에 있어서, 사이코스 전환 반응기에 투입하기 전에， 상기 과당 라피네이트를 저장하는 저장조를 추가로 포함하는 제조 장치 .
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