WO2018105934A2 - 사이코스의 효율적인 제조 방법 - Google Patents

사이코스의 효율적인 제조 방법 Download PDF

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WO2018105934A2
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separation
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박지원
박성원
박종진
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    • B01D15/10—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features
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    • B01D15/1814—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to flow patterns recycling of the fraction to be distributed
    • B01D15/1821—Simulated moving beds
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
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    • C07H1/06—Separation; Purification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
    • C07H3/00—Compounds containing only hydrogen atoms and saccharide radicals having only carbon, hydrogen, and oxygen atoms
    • C07H3/02—Monosaccharides
    • 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
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/02—Monosaccharides

Definitions

  • the present invention relates to a method for efficiently utilizing fructose raffinate obtained in the process of producing a psychose, specifically, fructose-containing raw material for the production of a process of fructose by incorporating the fructose raffinate obtained in the process of producing a fructose into a process of producing a fructose. It is used to prepare a solution.
  • Psc i cose is a functional sugar known as rare sugars as an epimer of fructose (D—f ructose) .It has a high sweetness of about 60 to 70% of sugar and its calories are almost zero calories. It is known to be effective in the prevention and improvement of Cycos is also known to be excellent in solubility, and is one of the materials that is being used for food.
  • the method for preparing psychos by biological method is to contact the fructose-containing substrate solution and the psychos epimerase or the cells producing the enzyme to convert the psychos. Carry out the reaction.
  • the fructose-containing solution which is a reaction material used in the psychocos conversion process, may be a fructose isomerization reaction product obtained by isomerizing glucose obtained from decomposition of starch or the like.
  • reaction liquid containing D-psychos 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.
  • high purity liquids are mainly made by chromatography, and then crystallized to produce products.
  • a high purity separation process is performed to obtain a high purity psychos product from the cyclic conversion reaction solution, and in order to obtain a psychosis crystal, a high purity psychos syrup is used.
  • Psychocrystallization process can be performed.
  • the fructose fraction includes a fructose fraction containing a high concentration of fructose as a raffinate in the process of separating the psychos, a method of improving the purity and yield of the psychos and increasing the utilization of raw materials by recycling the fructose raffinate is required. .
  • fructose-containing raw materials are prepared by incorporating fructose raffinate in the process of producing fructose into fructose to improve the purity and yield of lysate and increase the utilization of raw materials by utilizing fructose raffinate.
  • the present invention provides a method for producing a psychose by adding as a raw material of the manufactured fructose-containing raw material of the psychic manufacturing process and an apparatus used therefor.
  • Another embodiment of the present invention is to recycle the fructose raffinate to improve the purity and yield of the cycle, and to increase the utilization of the raw material, the fructose-containing raw material is added to the separation process of fructose production fructose raffinate It is to provide a method of manufacturing and a device used therein. [Measures of problem]
  • One embodiment of the present invention is to add the fructose-raffinate obtained in the separation process of the manufacturing process of the fructose to prepare a fructose-containing raw material, and to add the prepared fructose-containing raw material as a raw material of the process It relates to a method and apparatus for producing a psychocos.
  • the present invention provides a method for preparing fructose-containing raw materials and a method for recycling the fructose raffinate according to the present invention to improve the purity and yield of the sicose and to increase the utilization of the raw materials.
  • a fructose raffinate containing a high concentration of fructose is obtained in the process of producing a psychose, so that a fructose-containing raw material is added to the process of separating the fructose to produce a fructose.
  • the method of manufacturing and producing a psychos by injecting the manufactured fructose-containing raw material as a raw material of a psychos manufacturing process is a process which utilizes a fructose manufacturing process for a psychos manufacturing process.
  • the siccos conversion reactant by simulated moving bed (SMB) chromatography.
  • SMB simulated moving bed
  • the present invention relates to a process for producing a psychose comprising the steps of separating to obtain a fructose fraction and fructose raffinate, and recycling the fructose raffinate as a raw material of a psychocos conversion reaction.
  • a further embodiment of the present invention by separating the sicose conversion reactant (s imul ated moving bed (SMB) chromatography) to obtain a psycose fraction and fructose raffinate, the fructose raffinate process for fructose production, for example
  • the present invention relates to a method for producing a fructose-containing raw material for producing a psychose by adding to a fructose separation process.
  • Another embodiment of the present invention is a psychocos conversion reaction to perform the psychosis conversion reaction from the fructose raw material using a biological catalyst
  • the present invention relates to a psychocosal manufacturing apparatus including a fructose separation device for receiving fructose raffinate discharged from the separator to separate fructose.
  • the apparatus for producing a psychos may further include a device for injecting a fructose-containing raw material obtained from a fructose separation device into a psychose conversion reactor or a fructose manufacturing device for providing a discharged fructose-containing raw material to a psychose production device, and a psychocos production process. It may include a connection for connecting the device.
  • the apparatus for producing a psychos may optionally include a storage tank for storing the fructose-containing raw material to adjust the amount of raw materials and the feeding speed to be input into the psychos conversion reactor. . .
  • the present invention will be described in more detail.
  • a method for preparing a fructose-containing raw material to be used in a psychic conversion reaction is carried out by simulating a psychic conversion reaction. bed, SMB) chromatography to obtain a psycose fraction and fructose raffinate, and the fructose-laffinate is fed to a fructose-separating process to prepare a fructose-containing raw material.
  • a method of making a fructose-containing feedstock comprises: (1) a piscose conversion process for preparing a psychocos conversion reactant with a fructose-containing feedstock; (2) the process of separating the converted semicoal water by ion purification and simulative moving bed (SMB) chromatography to obtain a psychocos fraction and fructose raffinate; And (3) a step of preparing the fructose-containing raw material by introducing the fructose raffinate into a separation step of fructose production.
  • SMB simulative moving bed
  • a method for preparing a psychose is obtained by separating a psychos conversion reactant with a simulated moving bed (SMB) chromatography to obtain a psychocos fraction and a fructose raffinate, and the fructose raffinate to fructose. It may include the step of preparing a fructose-containing raw material by the input to the separation process of the production, and performing a cycle conversion reaction using the fructose-containing raw material.
  • SMB simulated moving bed
  • the method for producing a psychos comprises: (1) a psychos conversion process for producing a psychos conversion semiconduct from a fructose-containing raw material; (2) separating the converted reactants using ion purification and simulated moving bed (SMB) chromatography to obtain a psychocos fraction and fructose raffinate; (3) preparing the fructose-containing raw material by introducing the fructose raffinate into a separation step of fructose production, and (4) introducing the obtained fructose-containing raw material into a psychocos conversion process.
  • the method of producing a psychos may further include a psychos crystallization process of ionizing, concentrating and crystallizing the psychos fraction obtained in (5) the separation process of producing a psychose.
  • the process for producing the psychos of the present invention can use both continuous and batch processes, and is preferably a continuous process.
  • the term "raf f inate" is also referred to as a balance, and the raw material introduced into the separation process passes through the separation process.
  • the product obtained includes a residual fraction containing a target fraction containing a target substance to be increased in a separation process and a substance to be removed or reduced in a separation process, and is referred to as the residual liquid raffinate.
  • the product obtained in the process of converting the psychos is a mixture containing fructose as a raw material substrate and a product of psychos, and a ' cosic fraction having an increased content of the desired substance, psychos, through a high purity separation process.
  • a residual solution is obtained, and the residual solution may include a fructose raffinate because a large amount of fructose, which is a substrate of a psychocos conversion reaction, is contained. .
  • the present invention is to efficiently produce the psychos through the use of fructose raffinate, and to add the fructose-lafinate to the fructose manufacturing process to obtain a fructose-containing raw material, is used as a raw material in the subsequent process for the conversion of fructose,
  • the yield can be increased, and fructose raffinate is processed using a fructose manufacturing process, which does not require a separate treatment device, which is advantageous in terms of process design and operation.
  • the psychocos conversion process is a process of converting the psychos from the fructose-containing raw material by carrying out a psychocos conversion reaction, and obtains a semicoagulant containing a psychose converted from fructose as a product of the process.
  • the method for producing a psychosis 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 a fructose-containing raw material.
  • the psychos epimerase can be carried out in a solid phase reaction using liquid reaction or immobilized enzyme.
  • Cellulose, the culture of the strain, of the strain, the lysate, and a composition for producing a psychos comprising at least one selected from the group consisting of extracts of the lysate or culture can be prepared by reacting with a fructose-containing raw material .
  • preparing the Pycose using the cells of the strain producing the Pseudomonas epimerase can be carried out by a liquid phase reaction or 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 mutant strain thereof, a non-GMO strain, or a recombinant strain incorporating a gene encoding a cyclic epimerase into a host cell.
  • various strains known as the non-GMO strain may 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 a GRAS strain, Corynebacte It may be Leeum glutaricum.
  • the process for converting a psychos is performed by a biological method, for example, in the case of a solid phase reaction, immobilizing the psychos epimerizing enzyme or cell on a carrier and layering the column and in the layered column.
  • the method may further include supplying a fructose solution.
  • the column to be filled with the carrier to which the enzyme or cell is immobilized and the method of filling the column can be easily selected by a person skilled in the art to be suitable according to the enzyme, cell or immobilized carrier used.
  • a packed-bed column may be prepared by filling the column with the immobilized enzyme or cell.
  • Enzymatic reaction i.e., conversion of fructose to psychocos can be carried out by feeding the fructose solution as substrate to the packed bed column.
  • the reaction can 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 have.
  • the reaction is 30 ° C or more, such as 40 ° C It can be carried out under the above temperature conditions. Since the enzyme for converting the fructose to the psychos (eg epimerase) can be activated by metal ions, in the production of the psychos, the addition of metal silver to the efficiency of the conversion of fructose to the psychos, namely Psycho production rate can be increased.
  • the composition for producing the psychos further includes at least one metal ion selected from the group consisting of copper ions, manganese ions, calcium ions, magnesium ions, zinc ions, nickel ions, cobalt ions, iron ions, aluminum ions and the like. It may be.
  • Korean Patent Publication No. 2014-0021974 Korean Patent Publication No. 2014-0054997, Korean Patent Publication No. 2014-0080282, or Korean Patent Registration No. 10-1318422. have.
  • 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 excessive material is a liquid material, or fructose powder may be provided as a powder material, such as, the fructose syrup biological method or chemical manufacture can be a product obtained from the process, the solvent fructose powder, such as water and, if the same and fructose syrup It may be prepared by dissolving in.
  • 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 aion 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 semicoal water.
  • the concentration of fructose can be determined in consideration of the economics of the process and the solubility of fructose, and the fructose can be used in the form of a solution dissolved in a buffer solution or water (eg distilled water).
  • a buffer solution or water eg distilled water
  • fructose can be obtained from sugar or glucose.
  • 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 of 88% by weight or more of glucose content. 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 moving bed adsorptive separation method (SMB), and the fructose fraction was subjected to secondary ion purification and concentration to obtain a fructose content of 85 At least% 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 the impurities may be performed by passing through a column filled with an ion exchange resin to remove impurities such as a process of removing an insoluble substance, a decolorization process using activated carbon, and a color component and an ionic component.
  • fructose separation process may include primary ionic purification, high purity chromatography separation, secondary ionic purification, concentration and crystallization process, and optionally, desalting, decolorizing or decolorizing And a desalting process can be carried out.
  • the concentration process included in the fructose manufacturing process of the present invention can be carried out in a variety of ways to include a fructose content of more than 85% by weight.
  • the fructose fraction eg, solid content concentration 20-30% obtained by the simulated mobile bed adsorptive separation method may be concentrated through a concentration process of 45 to 55 weight 3 ⁇ 4> solid content.
  • a process for producing a psychos includes the process of separating the psychoseconic semiconduct with ionic refining and a moxibustion layer (SMB) chromatograph. And may include a process for separating the psychocos conversion reaction product.
  • the Pseudo-conversion semi-ungmulol SMB chromatography separation is carried out to separate the Pseudomonas fraction and the fructose raffinate having a higher content of the Psyco than the conversion semi-coagulum, wherein the Pycos fractionation process or crystallization process The fructose raffinate is added to the fructose manufacturing process and recycled.
  • the content of the Psycose in the Psychos 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.
  • the sugars of the disaccharide or more of the impurities include maltose and isomaltose, and the like, and may include maltose or isomaltose-related lygosaccharides.
  • the content of impurities increases as the number of recycles increases. It is preferable to perform the process to maintain the impurity content of the fructose raffinate below a certain numerical range, and if the impurity content exceeds a specific numerical range, part or in the process of producing a psychos. All can be removed by draining.
  • the sugar content of the disaccharide or higher in the fructose raffinate is less than 10% by weight, for example, less than 8% by weight, less than 6% by weight, or 5% by weight, based on 100% by weight of the total sugar solids content of the fructose raffinate. It is desirable to remain below.
  • 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. SMB chromatography .
  • the primary ion purification which performs the ion purification process before the separation may be performed in the same or different manner as the secondary ion purification of the following Psycho fraction, for example, the same or different kinds of silver exchange resins This may be accomplished using one or more stratified separation towers.
  • the ion purification ⁇ process is 35 to 50 ° C temperature in consideration of the physical properties and ion purification efficiency of the resin used in the ion purification, For example, it may be carried out at 38 to 58 ° C.
  • the psychic conversion reactant before performing the first ion purification process of the psychic conversion reactant, it may optionally be further carried out a step of treating the psychic conversion reactant 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, 1961. Compared to batch chromatography, the purity and productivity are excellent, and the use of less solvent is possible.
  • the simulated moving bed (SMB) complex 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.
  • the fast-moving material due to its weak affinity with the adsorbent moves in the direction of the liquid flow and collects in ext ract
  • the slow-moving material due to its strong affinity with the adsorbent moves in the direction of the flow in the stationary phase and gathers into raffinate (raf f inat e).
  • the columns are connected in series and the inlet consists of the mixture, mobile phase, and the outlet extract (ext ract) and 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 comprises four sections consisting of one or more columns, a desorbent inlet port located between each section, an extract outlet port that is strongly adsorbent, It consists of a feed inlet port for separation and a raf f inate outlet port, which is a weak adsorbate.
  • 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 651: (3) input of fructose raffinate into fructose manufacturing process
  • the fructose raffinate obtained in the high purity chromatographic separation process of the Pseudomonas preparation according to the present invention is added to the separation process of fructose preparation to prepare a 'fructose-containing raw material, and the prepared fructose-containing raw material is used as a raw material of the process Psycho was prepared by adding as.
  • the bioreactor may be operated while maintaining a suitable level of productivity compared to the initial activity in order to continuously produce a desired product such as psychose.
  • the fructose raffinate pulverized in the high-purity separation process of the psychos preparation is ion-purified, high-purity separation process (eg SMB separation) and concentration process so as to have suitable conditions for use as a raw material for the conversion of the psychos.
  • high-purity separation process eg SMB separation
  • concentration process so as to have suitable conditions for use as a raw material for the conversion of the psychos.
  • One or more processes selected from the group consisting of may be additionally performed, and the process may be performed by using a fructose manufacturing apparatus by adding to the separation process of fructose production.
  • the fructose raffinate obtained in the process of producing a psychose is recycled to the separation process of fructose preparation, thereby performing a fructose separation process
  • the process with the recycling of fructose raffinate increases the solids separation yield of the fructose fraction compared to the process without the recycling of the fructose raffinate, for example, fructose
  • the solids separation yield of the fructose fraction may be 50 to 80 weight 7 ° based on 100 weight 3 ⁇ 4 of the solid content of the raw material fed into the SMB separation process.
  • the fructose raffinate may be recycled by being added to at least one process selected from the group consisting of primary ion purification, separation using SMB chromatography, and crab secondary ion purification, which is a separation process of fructose production. have.
  • fructose raffinate can be passed through a high-purity separation process using SMB chromatography It may be added to a high-purity separation process using SMB chromatography or a previous process, for example, may be added to the high-purity separation process using primary ion purification or SMB chromatography.
  • fructose raffinate When fructose raffinate is added to a low U-order ion purification or high-purity separation process, impurities including glucose and other disaccharides other than fructose in the high-purity separation process of fructose preparation are included in the glucose raffinate and removed, This is because the concentration of the impurity decreases.
  • the impurity content in the fructose raffinate exceeds a certain numerical range, it can be removed by discharge in the process of manufacturing a psychic.
  • the sugar content of the disaccharide or more in the fructose raffinate, the total sugars of the fructose raffinate exceeds a certain numerical range, it can be removed by discharge in the process of manufacturing a psychic.
  • the sugars of the disaccharide or more of the impurities include maltose, isomaltose, and the like, and may include maltose or isomaltose-related oligosaccharides.
  • Fructose raffinate increases calcium content, and this calcium can reduce the activity of the psychic conversion reaction, either by using a separate process for controlling calcium ion concentration or after the SMB separation process in the separation process of fructose production. A second secondary purification process may be performed. Therefore, fructose
  • the fructose-containing raw material which has undergone the separation process of manufacture, has a concentration of chalcion of less than or equal to 05 mM.
  • the calcium concentration can be adjusted to a concentration range of less than OlmM, less than 0.005 mM, or less than 0.001 mM.
  • the fructose raffinate obtained in the chromatographic separation process has an electrical conductivity of 20 to 200 / is / cm, and the fructose raffinate may be treated by an ion purification process to reach a suitable electric conductivity range, and the processed product fructose-
  • the containing raw material may be one having an electrical conductivity of 0 to 15 s / cm.
  • Metal ions that adversely affect the conversion reaction can be removed using chromatography packed with ion exchange resins. 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.
  • the silver tablet which is performed in the separation process of fructose preparation, may be performed in the same manner as the ion purification process performed in the separation process of the cyclic conversion reactant of item (2).
  • the fructose raffinate obtained in the high-purity separation process of Psycose preparation is 15 to 25 Br x ix, considering that the fructose-containing raw material supplied to the Psychos conversion process is 45-55 brix, for example, about 50 Br ix. It is preferable to carry out to increase the fructose content.
  • 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.
  • the fructose raffinate obtained in the high-purity separation process of the production of psychos is introduced into the separation process of fructose production, in order to maximize the utilization of the fructose raffinate, the fructose isomerization reaction product obtained in the existing fructose production process and The mixing ratio of can be adjusted appropriately. fruit sugar In consideration of the recycling aspect of the raffinate, it is preferable to set the mixing ratio so as to make the best use of the fructose raffinate obtained in the high purity separation process.
  • fructose raffinate fed to the separation process of fructose production can increase the fructose raffinate incorporation to such an amount that the yield and concentration of the final fructose-containing raw material of the fructose production process can be maintained above a certain value.
  • the dosage of fructose raffinate can be properly adjusted in consideration of the mixing ratio of fructose isomerization reaction product in the fructose manufacturing process, and a storage tank of fructose raffinate can be provided.
  • fructose raffinate when added to the primary ion purification process of fructose preparation, it is mixed with the fructose isomerization reaction product, and when it is added to the SMB separation process, it is mixed with the primary ion purification product.
  • the secondary ion purification process when added to the secondary ion purification process, it can be mixed with the fructose fraction of the SMB separation process.
  • the mixing ratio (fructose: fructose raffinate) of fructose liquid, which is an isomerization reaction in fructose manufacturing process, and fructose raffinate which is added to fructose manufacturing process is the same as 50 brix of both fructose raffinate and fructose liquid.
  • fructose and fructose raffinate When adjusted, based on 100% by weight of the total content of fructose and fructose raffinate may be 65 to 95% by weight fructose and 5 to 35% by weight fructose raffinate, preferably 75 to 92% by weight fructose It may be 8 to 25% by weight fructose raffinate, for example 80 to 90% by weight fructose solution and 10 to 20% by weight fructose raffinate.
  • a process for producing fructose from sugar or glucose will be described as an example, and the fructose manufacturing process includes: (A) fructose isomerization for producing fructose isomerization by reacting fructose isomerization with sugar or glucose-containing raw materials. fair; (B) fructose separation step of obtaining fructose fraction and glucose raffinate by separating the fructose isomerization reaction by primary ion purification and simulated mobile bed (SMB) chromatography; And (C) may comprise a step of secondary purification and concentration of the fructose fraction.
  • the fructose manufacturing process of the present invention can be used both in a continuous and batch form, and is preferably a continuous process.
  • fructose raffinate according to the present invention Recycling fructose manufacturing process will be described in detail at each stage.
  • fructose when isomerizing glucose to produce fructose, fructose can be obtained by isomerizing a glucose-containing raw material.
  • the fructose isomerization process is a raw material for producing fructose, which is a step of hydrolyzing sugar or isomerizing glucose to extract fructose.
  • the enzyme used for the hydrolysis is ⁇ -D-fructosidase, including ⁇ -fructofuranosidase, invertase, saccharase, and the like. It may be one or more selected from the group consisting of sucrose, ⁇ glucosidase and a -D- glucohydrolase, but is not limited thereto.
  • the glucose isomerization enzyme may be, for example, glucose isomerase (gl ucose i somerase) or phosphoglucoisomerase (phosphogl ucoi somerase), but is not limited thereto.
  • the fructose isomerization reaction product obtained in step (A) may be subjected to primary ion purification and SMB chromatography separation process. Separation process of fructose production can be carried out in the same method, process and reaction conditions as conventional fructose production process . .
  • the primary ion purification and SMB chromatography are substantially the same as described in the separation process of the psychic conversion reactant in item (2).
  • Separation process of fructose preparation of the present invention may include a primary ion purification, SMB chromatography separation, roughly secondary silver purification and concentration process, optionally removing the impurities of the fructose isomerization reaction desalting process, decolorization Process or decolorization and desalting process.
  • the process of removing impurities may include removal of insoluble materials by filtration, decolorization using activated carbon, and ion exchange resins to remove impurities such as colored components and ionic components. This can be done by passing through a packed column.
  • a fructose syrup having a fructose content of 40 to 44 wt.%) Is obtained by removing impurities of the fructose isomerization reactant.
  • glucose raffinate and fructose fractions were obtained using simulated mobile bed adsorptive separation method (S imu l ated movi ng bed, SMB), and the fructose fractions were subjected to secondary ion purification and concentration to obtain a total solid content of 100. Based on weight%, a fructose solution of 45-55% by weight solids concentration can be obtained.
  • the separation of glucose and fructose it can be carried out substantially the same as the SMB chromatograph separation process used in the separation process of the (2) cyclic conversion reactant, for example, calcium having a particle size of 22 to 320 (Ca ) Strong acid cationic resin can be used.
  • the high purity separation process 40 to 60 of the fructose production process of the present invention can be used both in a continuous and batch type, preferably a continuous process.
  • the fructose manufacturing process through fructose raffinate recycling according to the present invention will be described in detail for each step.
  • the separation process of the psychic conversion reaction product In order to separate the glucose and fructose, (2) in the separation process of the psychic conversion reaction product . It can be carried out substantially the same as the SMB chromatograph separation process used, for example, calcium (Ca) type strong acid cation resin having a particle size of 220 ⁇ 320 can be used.
  • the high purity separation process may be carried out at a temperature of 40 to 60 ° C, for example 60 ° C.
  • the first ion purification method it can be carried out in the same or different method as the first ion purification of Psycos to remove impurities such as color and ionic components, the same type or different types of ion exchange resin is layered It can be carried out using one or two separated separation towers.
  • the ion purification process may be performed by setting process conditions in consideration of the physical properties of the resin used in the ion purification and the ion purification efficiency.
  • the process of removing the impurities may be performed by passing through a column in which an ion exchange resin is layered to remove impurities such as a process of removing an insoluble substance, a process of decolorization using activated carbon, and a color component and an ionic component.
  • the fructose fraction obtained in the high purity separation process, the secondary ion purification, and the concentration process may be performed to prepare a fructose raw material having a desired fructose content.
  • 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 weight 3 ⁇ 4>. For example, copying Fructose fraction obtained by moving bed adsorptive separation method (eg solid content concentration
  • 20-303 ⁇ 4> can be concentrated to 45-55% by weight solids concentration through a concentration process.
  • Concentrating in the fructose manufacturing process may include concentration for 10 to 15 minutes at a temperature of 70 to 85 ° C.
  • the concentration may be concentrated under reduced pressure or vacuum conditions using a continuous vacuum evaporator or thin film evaporator.
  • Concentrating in the fructose manufacturing process may include concentration for 10 to 15 minutes at a temperature of 70 to 85 ° C. (4) Input by the process of conversion of fructose-containing raw materials
  • the final product obtained in the fructose production process according to the present invention is introduced into the psychocos production process as a reaction raw material for the psychos conversion reaction.
  • the fructose content of the fructose isomerization reaction product in the fructose manufacturing process is 40 to 44% by weight, the fructose content of the fructose fraction obtained through the high purity separation process is more than 85% by weight, and the fructose content of the final product obtained through the concentration process is 85 to It may be 99% by weight.
  • the fructose raw material input to the psychos conversion reaction has a fructose content of 85% by weight or more, for example, 85% by weight to 99% by weight, and a glucose content of 10% by weight 3 ⁇ 4> or less, for example, 1% by weight to 10% by weight. Can be.
  • the fructose content of the fructose-containing raw material solution when the fructose content of the fructose-containing raw material solution is 88% by weight, the fructose content of the psychos-converted semicoated water is 64 to 67% by weight, and the psychos content is 21 to 24% by weight. Glucose content may be 8 to 10% by weight . have.
  • the fructose content of the fructose-containing raw material solution is 95% by weight
  • the fructose content of the psychos-converted semicoated water is 68 to 71% by weight
  • the psychos content is 24-27% by weight
  • the glucose content is 2 To 5% by weight.
  • the fructose content contained in the fructose raffinate may be 85% by weight or more, for example, 85% by weight to 99% by weight.
  • the psychos fraction obtained in the separation process of the psychos manufacturing process of the present invention may be commercialized into a liquid syrup through a psychos concentration process, or may be commercialized into a psychos crystal through a psychos crystallization process.
  • 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 first secondary tablets performed in the separation process Can be done.
  • the content of the psychos in the psychos solution for obtaining the psychos crystals should be contained in a high concentration in a supersaturated state, but since the content of the psychos in the psychos conversion reactants is low, direct crystallization cannot be performed and the psychos before the crystallization step Purification and concentration to the desired level should be carried out to increase the content.
  • 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 concentration process in order to achieve thermal denaturation and the desired level of concentration of the psychos, 55 to 75 ° C temperature, preferably 60 to Concentrate at 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 sicose fraction for example, 20 to 30% by weight of solid content
  • the solids content of the Psycho Concentrate may be 70 brix or more, 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.
  • Psychos content contained in the Psychoconcentrate is hardly fluctuated with the Psycose content of the Psycose fraction obtained in the SMB chromatography separation process, so that the solid content is increased to perform the subsequent crystallization process.
  • Psychos content contained in the Psychoconcentrate is 94% by weight, 95% by weight, 96% by weight), 97% by weight or more, based on 100% by weight total solids. It may be at least 98% by weight or at least 99% by weight.
  • Said psychos crystallization process the secondary ion purification of the psychos fraction obtained in the high purity separation process .
  • 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 Weight to 99.9 (w / w) or more May include separating / purifying.
  • Pycos contained in the crystallization of the psychosis is at least 90% by weight, at least 95% by weight or at least 99% by weight, the content of the psychos in the crystallization mother liquor is at least 85% by weight, at least 90% by weight, at least 93% by weight, Or at least 95% by weight, for example 85% to 95% by weight.
  • Pycos obtained by the process of the present invention can be purified and / or crystallized by conventional methods, and such purification and crystallization belong to those of ordinary skill 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 ionic fraction purified from the high-purity separation process using the SMB chromatography can be purified by the secondary ion, and the same process as the primary ion purification used in the process of the process of the lycosyl ion can be performed in the same or different manner. Can be.
  • 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 crystal should be at least 70% by weight.
  • the purity of the psychos in the psychos solution prepared by the psychos epimerizing enzyme is low because it is 20 to 30% by weight. Crystallization cannot be carried out and the pycos must be purified and concentrated to the desired level before the crystallization step.
  • in order to achieve the heat denaturation and the desired level of concentration of the psychos may 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 step of crystallization by varying the angle may be rapidly cooled to a temperature range of 10 to 25 ° C through a heat exchanger, and may include inducing crystal growth by repeatedly performing the temperature rise and angle.
  • the method of preparing the D-psicose crystals according to the present invention may further include the step of recovering the sicose crystals obtained in the crystallization step by centrifugation, washing with deionized water, and then drying.
  • One embodiment according to the present invention comprises a cyclic conversion reactor for performing a cyclic conversion reaction from fructose raw material using a biological catalyst, a column layered with a cation exchange resin with an active group, a raw material inlet, and a cyclic fraction and Simulated moving bed (SMB) chromatographic separator having an outlet for discharging fructose raffinate, and a fructose separation apparatus for receiving fructose raffinate discharged from the separator to separate fructose It relates to a course manufacturing apparatus.
  • SMB Simulated moving bed
  • the manufacturing apparatus may further include a heat exchanger for the condensation of fructose raffinate, and may further include a reservoir for storing the fructose-containing raw material prior to feeding into the psychic conversion reactor.
  • the fructose separation device includes an ion purifier having a column filled with an ion exchange resin for purifying the fructose isomerization reaction product, a column filled with a cation exchange resin with an active group, and a reactant passed through the ion purifier.
  • Simul ated moving bed (smb) chromatographic separator with an inlet, a psycose fraction and an outlet for discharging fructose raffinate, a concentrator for condensing the fructose fraction discharged from the separator, and a fructose discharged from the concentrator It may include a connecting portion connecting the fructose production apparatus and the psychosis production apparatus for providing the raw material containing to the psychocos production apparatus.
  • a fructose raw material obtained in the fructose manufacturing process is introduced into a psychocos conversion process, and a psychocos is prepared.
  • the present invention provides a method of improving the purity and yield of the cycle, and increasing the utilization of the raw materials.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a general SMB process.
  • FIG. 2 is a fructose raffinate obtained in the high-purity separation step of the process for producing a psychose, according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram of an example of a series of manufacturing processes for producing fructose-containing raw material solutions and performing the conversion process between them.
  • 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, of the cosmos epimerase enzyme derived from Crostr i diuim sc indens ATCC 35704. A coding gene (DPE gene; Gene bank: EDS06411.1) was introduced into a recombinant vector (pCES_sodCDPE), and the recombinant vector (pCES_sodCDPE) plasmid prepared above was subjected to Corynebacterium glue using electroporation (elect roporat i on). Taricum was transformed.
  • DPE gene cosmos epimerase enzyme derived from Crostr i diuim sc indens ATCC 35704.
  • a coding gene DPE gene; Gene bank: EDS06411.1
  • pCES_sodCDPE recombinant vector
  • Beads comprising the transformed Corynebacterium glutaricum cells were prepared and packed in an immobilization reaction column, and a cycos syrup was prepared from 40 Brix of 88 wt% fructose or 95 wt fructose.
  • 21-23 (w / w)% cosmos syrup having a solid weight ratio of glucose: fructose: psychose: oligosaccharides of 41: 39: 15: 5 was obtained from a 88-weight fructose-containing substrate (Cycos Syrup A).
  • Psycho Syrup obtained from a raw material containing 95% by weight fructose (Phyco Syrup B ).
  • the raffinate obtained from the sicose syrup (Cycos Syrup A) obtained from a raw material of 88% by weight fructose content contained 85 to 95% by weight fructose, 1 to 10% by weight glucose and 1 to 5% by weight reducing sugar.
  • the raffinate obtained from the sicose syrup (Cycos syrup B) obtained from a raw material of 95% by weight fructose content contained 88 to 98% by weight fructose, 1 to 8% by weight glucose and 1 to 4% by weight reducing sugar.
  • Example 1 Psycho Production Using Fructose Raffinate
  • fructose manufacturing process corn starch is mixed with water to 30 to 35% by weight, and then subjected to enzymatic hydrolysis to obtain a saccharified solution having a glucose content of 88 weight 3 ⁇ 4 »or more. Then, the saccharified liquid was subjected to vacuum drum filtration to remove insoluble substances, thereby obtaining a fructose isomerization reactant (fructose content 42 wt% syrup).
  • the fructose raffinate obtained in the preparation process of P. 2 was concentrated to 88% by weight fructose and 50% by weight of total solids (50 Brix), and the reactants (Fructose content 42% by weight syrup) passed through the fructose isomerization process. In addition, it was fed to an ion purification process composed of a strong acid resin, a weakly basic resin, and a strong acid resin and a weakly basic mixed resin.
  • the first step of purification by ion by adjusting the total solid content of the isomerization reaction is injected fructose and fructose raffinate to 50% by weight (Brix 50), of the fructose-fructose-isomerization reaction as in Production Example 2
  • the mixing ratio of the raffinate was used in an 8: 2 to 9: 1 weight ratio.
  • the combined fructose syrup was concentrated through primary ion purification to 50% by weight of total solids and then passed through an SMB chromatography process.
  • the SMB process was performed to obtain a glucose raffinate and a fructose fraction, and the fructose fraction was subjected to a second refining and concentration process to obtain a fructose-containing solution having a content of 40 wts of 88 wt% fructose.
  • the fructose-containing solution was subjected to a psychocos conversion reaction and separation process in substantially the same manner as in Preparation Example 1.
  • the mixed solution shown in 1 means a fructose-containing raw material obtained after the fructose raffinate obtained in the separation process of psychose production is added to the separation process of fructose production.
  • fructose manufacturing process corn starch is mixed with water to 30 to 35% by weight, and then subjected to enzymatic hydrolysis to obtain a saccharified solution having a glucose content of 88% by weight or more. Then, the saccharified solution was subjected to vacuum drum filtration to remove insoluble substances, thereby obtaining a fructose isomerized semicoagulum (fructose content of 42% by weight syrup).
  • the mixing ratio of the fructose isomerization reactant and fructose raffinate of Preparation Example 2 was 8 : 2 to 9: 1 weight ratio.
  • the combined fructose syrup was concentrated through primary ion purification to 50 wt 3 ⁇ 4 of total solids and passed through SMB chromatography. SMB process was performed to obtain glucose raffinate and fructose fractions.
  • the sugar composition of the mixture and raffinate for each process is analyzed and shown in Table 2 below.
  • the total solid content of the inputs provided to the SMB separation process is based on 100% by weight.
  • fructose raffinate was mixed according to the present invention, after SMB separation, 55.4% by weight of the total solids of the fructose fraction and 44.6% by weight of glucose raffinate were separated.
  • Example 4 Fructose Production Using Raffinate
  • the experiment was carried out in substantially the same manner as in Example 2, except that in Example 2, instead of the fructose content of 88% by weight, the fructose content was 95 Pycos conversion was carried out using a weight% of raw material.
  • the total solid content of the inputs provided to the SMB separation process is based on 100% by weight.
  • the total solid content of the fructose fraction was 44.3% by weight and the glucose raffinate was 55.7% by weight.
  • 54.6% by weight of total solids of fructose fraction and glucose after SMB separation when fructose raffinate was mixed according to the present invention Raffinate 45, separated by 4% by weight.
  • the relative activity of the psychocosylation reaction is higher than that of the manganese alone treatment at 152% relative activity.
  • the maximum activity was reduced by about 16%, and the relative activity gradually decreased as the concentration of chalcion ions increased.

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Abstract

본 발명은 사이코스 제조 공정에서 사이코스 전환 반응물을 고순도 크로마토그래프로 분리 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 효율적으로 활용하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로, 사이코스 제조 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 과당 제조 공정에 투입하여 사이코스 제조를 위한 과당-함유 원료 용액 제조에 활용되는 것이다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
사이코스의 효율적인 제조 방법 【기술분야】
본 발명은 사이코스 제조 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 효율적으로 활용하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로， 사이코스 제조 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 과당 제조 공정에 투입하여 사이코스 제조를 위한 과당—함유 원료 용액 제조에 활용하는 것이다.
【발명의 배경이 되는 기술】
사이코스 (Psc i cose)는 과당 (D— f ructose)의 에피머로서 희소당으로 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 있어, 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 반웅 원료인 과당 함유 용액이 전분 등의 분해로부터 얻어지는 포도당을 이성화 반웅으로 얻어진 과당 이성화 반웅물일 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 고순도액을 만든 후， 결정화하여 제품을 생산하고 있다. 상기 사이코스 전환 반응액으로부터 고순도 사이코스 제품을 얻기 위해서는 고순도 분리공정을 수행하며, 또한 사이코스 결정을 얻기 위해서는 고순도의 사이코스 시럽을 이용하여 사이코스 결정화 공정을 수행할 수 있다.
상기 사이코스 분리공정에는 사이코스 분획뿐만 아니라 과당을 고농도로 포함하는 과당 분획이 라피네이트로 얻어지므로 상기 과당 라피네이트를 재활용하여 사이코스 순도 및 수율을 향상시키고 원료의 이용률을 높이는 방법이 필요한 실정이다.
【발명의 내용】
【해결하고자 하는 과제】
본 발명의 일예는 , 과당 라피네이트를 활용하여 사이코스 순도 및 수율을 향상시키고 원료의 이용률을 높이고자， 사이코스 제조 공정의 과당 라피네이트를 과당 제조의 분리 공정에 투입하여 과당 -함유 원료를 제조하고, 상기 제조된 과당—함유 원료 사이코스 제조 공정의 원료로서 투입하여 사이코스를 제조하는 방법 및 이에 사용되는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일예는 과당 라피네이트를 재활용하여 사이코스 순도 및 수율을 향상시키고 원료의 이용률을 높이고자, 사이코스 제조 공정의 과당 라피네이트를 과당 제조의 분리 공정에 투입하여 과당 -함유 원료를 제조하는 방법 및 이에 사용되는 장치를 제공하는 것이다. 【과제의 해결 수단】
본 발명의 일예는 사이코스 제조의 분리공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 과당 제조의 분리공정에 투입하여 과당—함유 원료를 제조하고， 상기 제조된 과당 -함유 원료를 사이코스 제조 공정의 원료로서 투입하여 사이코스를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 사이코스 제조를 위한 과당—함유 원료의 제조방법 및 상기 과당 라피네이트를 재활용하여 사이코스 순도 및 수율을 향상시키고 원료의 이용률을 높이는 방법이다.
본 발명에 따른 사이코스 제조방법에 있어서, 사이코스 제조의 분리공정에는 과당을 고농도로 포함하는 과당 라피네이트가 얻어지므로， 과당 라피네이트를 과당 제조의 분리공정에 투입하여 과당 -함유 원료를 제조하고, 상기 제조된 과당 -함유 원료를 사이코스 제조 공정의 원료로서 투입하여 사이코스를 제조하는 방법은， 사이코스 제조 공정에 과당 제조 공정을 활용하는 공정이다.
본 발명의 일예는, 사이코스 전환 반응물을 모사 이동층 (s imulated moving bed , SMB) 크로마토그래피로. 분리하여 사이코스 분획과 과당 라피네이트를 얻고, 상기 과당 라피네이트를 사이코스 전환 반응의 원료로 재순환되는 단계를 포함하는 사이코스의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 추가 일예는， 사이코스 전환 반응물을 모사 이동층 ( s imul ated moving bed , SMB) 크로마토그래피로 분리하여 사이코스 분획과 과당 라피네이트를 얻고， 상기 과당 라피네이트를 과당 제조 공정， 예를 들면 과당 분리 공정에 투입하여， 사이코스 제조를 위한 과당 -함유 원료를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 일예는 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 imu l ated moving bed , SMB) 크로마토그래피 분리기， 및
상기 분리기에서 배출된 과당 라피네이트를 제공받아 과당을 분리하는 과당 분리 장치를 포함하는 사이코스 제조 장치에 관한 것이다.
상기 사이코스 제조장치는 추가로 과당 분리 장치에서 얻어진 과당- 함유 원료를 사이코스 전환 반응기로 투입하는 장치 또는 배출된 과당—함유 원료를 사이코스 제조 장치에 제공하기 위한 과당 제조 장치와 ,사이코스 제조 장치를 연결하는 연결부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 사이코스 제조장치는， 선택적으로 상기 과당—함유 원료를 저장하는 저장조를 포함하여 사이코스 전환 반응기에 투입하는 원료량 및 투입속도를 조절할 수 있다. . . 이하, 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다.
본 발명에 따라 사이코스 전환 반웅에ᅳ 사용할 과당ᅳ함유 원료를 제조하는 방법은， 사이코스 전환 반웅물을 모사 이동층 (s imul ated moving bed , SMB) 크로마토그래피로 분리하여 사이코스 분획과 과당 라피네이트를 얻고, 상기 과당 라피네이트를 과당 제조의 분리공정으로 투입하여 과당- 함유 원료를 제조하는 방법이다.
일 구체예에서, 과당 -함유 원료를 제조하는 방법은 ( 1)과당 -함유 원료로 사이코스 전환 반응물을 제조하는 사이코스 전환 공정; (2)상기 전환 반웅물을 이온정제 및 모사 이동층 (s imu l ated moving bed , SMB) 크로마토그래피를 이용한 분리를 수행하여 사이코스 분획과 과당 라피네이트를 얻는 사이코스 분리 공정; 및 (3) 상기 과당 라피네이트를 과당 제조의 분리공정으로 투입하여 과당 -함유 원료를 제조하는 공정올 포함한다.
본 발명에 따른 사이코스를 제조하는 방법은， 사이코스 전환 반응물을 모사 이동층 (s imul ated moving bed , SMB) 크로마토그래피로 분리하여 사이코스 분획과 과당 라피네이트를 얻고, 상기 과당 라피네이트를 과당 제조의 분리공정으로 투입하여 과당 -함유 원료를 제조하고, 상기 과당 -함유 원료를 이용하여 사이코스 전환 반응을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구체예에서， 사이코스 제조방법은 ( 1 )과당—함유 원료로 사이코스 전환 반웅물을 제조하는 사이코스 전환 공정; (2)상기 전환 반응물을 이온정제 및 모사 이동층 (s imul ated moving bed , SMB) 크로마토그래피를 이용한 분리를 수행하여 사이코스 분획과 과당 라피네이트를 얻는 사이코스 분리 공정; (3) 상기 과당 라피네이트를 과당 제조의 분리공정으로 투입하여 과당 -함유 원료를 제조하는 공정 및 (4) 상기 얻어진 과당—함유 원료를 사이코스 전환 공정으로 투입하는 공정을 포함한다. 상기 사이코스 제조방법은, (5)사이코스 제조의 분리 공정에서 얻어지는 상기 사이코스 분획을 이온정제, 농축 및 결정화하는 사이코스 결정화 공정을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 사이코스 제조 공정은 연속식과 배치식 공정을 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 과당 라피네이트를 의미할 수 있다. .
본 발명은 과당 라피네이트의 활용을 통한 효율적으로 사이코스를 생산하고, 과당 라피네이트를 과당 제조 공정에 투입하여 과당 -함유 원료를 얻고， 이어지는 사이코스 전환 공정에 원료로 사용되어， 과당 제조 공정의 수율을 높일 수 있으며， 과당 제조 공정을 이용하여 과당 라피네이트를 처리하므로 별도로 처리 장치가 필요하지 않아 공정 설계 및 운영면에서 유리하다.
이하, 본 발명에 따라 사이코스 전환 반응의 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 반웅을 수행하여 과당ᅳ함유 원료로부터 사이코스를 전환하는 공정으로서， 공정의 산물로서 과당으로부터 전환된 사이코스를 함유하는 반웅액을 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 반응하여 생산할 수 있다. 상기 사이코스 에피머화 효소는 액상 반웅 또는 고정화 효소를 이용한 고상 반응으로 수행€수 있다.
또는, 사이코스 에피머화 호소를 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 반응하여 제조될 수 있다. 사이코스 에피머화 효소를 생산하는 균주의 균체를 이용하여 사이코스를 제조하는 경우 액상 반응 또는 고정화 균체를 이용한 고상 반웅으로 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 사용 ¾ 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 층진시키는 단계 및 상기 층진된 컬럼에 과당 용액을 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 효소나 균체가 고정화된 담체를 충진시킬 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. 충진상 컬럼에 기질인 과당 용액을 공급하는 것에 의해 효소 반웅, 즉, 과당의 사이코스로의 전환이 수행될 수 있다.
상기 사이코스의 전환반응에 있어서, 상기 반응은 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 반응은 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 이은을 첨가하면 과당에서 사이코스로의 전환 효율， 즉 사이코스 생산률이 증가될 수 있다. 따라서, 상기 사이코스 생산용 조성물은 구리 이온, 망간 어온， 칼슘 이온, 마그네슘 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 2014-0021974호, 한국공개특허 제 2014-0054997， 한국공개특허 제 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 아온정제 및 농축하는 공정을 통해 분리하여 얻을 수 있다. ᅳ
상기 사이코스 생산 방법에 있어서， 효율적인 사이코스 생산을 위하여, 기질로서 사용되는 과당의 농도는 전체 반웅물 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 용해성을 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 % 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 i mu l ated moving bed , SMB)을 이용하여 포도당 라피네이트와 과당 분획을 얻고， 상기 과당 분획을 게 2차 이온정제 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 불용성 물질의 제거 공정, 및 활성탄을 이용한 탈색 공정， 유색 성분과 이온 성분 등의 불순물을 제거하기 위해 이온교환 수지가 충진된 컬럼에 통액시켜 수행할 수 있다. 과당 분리 공정의 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.
본 발명의 과당 제조 공정에 포함된 농축 공정은 다양한 방법으로 수행할수 있으며 과당 함량을 85중량 % 이상으로 포함하도록 한다. 예를 . 들면， 모사 이동층 흡착 분리 방법으로 얻어진 과당 분획 (예를 들면 , 고형분 농도 20~30%)을 농축 공정을 통해 고형분 농도 45 내지 55 중량 ¾> 농축할 수 있다.
(2) 사이코스 전환 반웅물의 분리공정
본 발명에 따른 사이코스 제조 공정은， 상기 사이코스 전환 반웅물을 이온정제 및 모사이동층 (SMB) 크로마토그래프 분리 공정을 포함하는 사이코스 전환 반웅물의 분리공정을 포함할 수 있다. 구체적인 일예에서， 상기 사이코스 전환 반웅물올 SMB 크로마토그래피 분리를 수행하여, 전환 반웅물보다 사이코스 함량이 높은 사이코스 분획과 과당 라피네이트로 분리하고, 상기 사이코스 분획은 사이코스 농축 공정 또는 결정화 공정으로 투입되고, 과당 라피네이트는 과당 제조 공정으로 투입되어 재순환한다.
. 상기 사이코스 분획 내 사이코스의 함량은 85중량 % 이상， 예를 들면 85 중량 % 내지 95 %(w/w) 이상이 되도록 분리 /정제하는 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 있다. 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 및 이소말토오스 등을 포함하며, 말토오스 또는 이소말토오스 관련 을리고사카라이드를 포함할 수 있다.
상기 과당 라피네이트를 재사용할 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 ¾>미만， 6 중량 ¾>미만， 또는 5 중량 % 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 이은교환수지가 층진된 분리탑을 1 개 또는 2 개 이상 사용하여 수행할 수 있다. 상기 이온 정제ᅵ 공정은 이온정제에 사용되는 수지의 물성 및 이온 정제 효율을 고려하여 35 내지 50 °C 온도， 예를 들면 38 내지 58 °C에서 수행될 수 있다ᅳ
본 발명의 일예에서， 상기 사이코스 전환 반응물의 제 1차 이온 정제 공정을 수행하기 전에, 선택적으로 사이코스 전환 반응물을 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 i mu l ated movi ng bed , SMB)은 1961년 미국특허 제 2 , 985 , 589호 에서 제안된 분리 기술로， 다수의 컬럼을 이용하여 연속적으로 분리함으로써 기존의 회분식 크로마토그라피에 비해 순도 및 생산성이 우수하고， 적은 용매의 사용이 가능하다는 장점을 지닌다. 상기 모사 이동층 (SMB) 착 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 (extract ) 배출 포트， 분리대상 흔합물 ( feed) 유입 포트 및 약 흡착질인 라피네이트 (raf f inate) 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 651：에서 수행될 수 있다. (3) 과당 라피네이트의 과당 제조공정에 투입
본 발명에 따른 사이코스 제조의 고순도 크로마토그래피 분리 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 과당 제조의 분리공정에 투입하여' 과당 -함유 원료를 제조하고, 상기 제조된 과당 -함유 원료를 사이코스 제조 공정의 원료로서 투입하여 사이코스를 제조한다.
사이코스 제조 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 재순환하여 반응 원료로 사용함으로써 사이코스의 생산 수율을 최대로 높이고 사이코스의 쎄조원가를 낮출 수 있다. 또한， 사이코스 제조 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 과당 제조 공정을 이용하여 처리하므로 별도로 처리 장치가 필요하지 않아 공정 설계 및 운영면에서 유리하다. 상기와 같은 사이코스 제조 공정의 운영으로 사이코스와 같은 목적 산물을 연속적으로 생산하기 위해 생물 반응기를 초기 활성 대비 적합한 수준의 생산성을 유지하면서 운전할 수 있다.
본 발명의 일예에서， 사이코스 제조의 고순도 분리 공정에서 앋어지는 과당 라피네이트는 사이코스 전환 반응의 원료로 사용하기에 적절한 조건을 갖도록, 이온정제， 고순도 분리 공정 (예， SMB 분리) 및 농축 공정으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 공정을 추가로 수행할 수 있으며， 상기 공정은 과당 제조의 분리 공정에 투입하여 과당 제조 장치를 이용하여 수행할 수 있다.
본 발명의 일예에 따라 사이코스 제조 공정에서 얻어진 과당 라피네이트를 과당 제조의 분리공정으로 재순환하여 과당 분리공정을 수행하는 경우, 과당 제조 공정에서 수행되는 SMB 크로마토그래프 분리공정에서, 과당 라피네이트의 재순환이 없는 공정에 비해 과당 라피네아트의 재순환이 있는 공정이 과당 분획의 고형분 분리 수율이 증가하며, 예를 들면 과당 라피네이트의 재순환이 있는 공정은 SMB 분리 공정에 투입된 원료의 고형분 100중량 ¾를 기준으로 과당 분획의 고형분 분리수율이 50 내지 80 중량 7。일 수 있다.
구체적 일예에서, 상기 과당 라피네이트를， 과당 제조의 분리공정인 제 1차 이온정제, SMB 크로마토그래피를 이용한 분리 및 게 2차 이온정제로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 공정에， 투입하여 재순환할 수 있다. 바람직하게는ᅵ 상기 과당 라피네이트에서 과당과 함께 얻어지는 포도당 및 이당류 이상의 과당 이외의 불순물의 함량이 특정 함량 이하로 유지될 수 있도록, 과당 라피네이트가 SMB 크로마토그래피를 이용한 고순도 분리 공정을 통과할 수 있도록， SMB 크로마토그래피를 이용한 고순도 분리 공정 또는 그 이전 공정에 투입할 수 있으며, 예를 들면 제 1차 이온정제 또는 SMB 크로마토그래피를 이용한 고순도 분리 공정에 투입하여 진행할 수 있다. 저 U차 이온정제 또는 고순도 분리 공정에 과당 라피네이트를 투입하는 경우， 과당 제조의 고순도 분리 공정에서 과당을 제외한 포도당 및 기타 이당류를 포함하는 불순물이， 포도당 라피네이트에 포함되어 제거되어, 과당 분획에는 상기 불순물의 농도가 감소하기 때문이다.
상기 과당 라피네이트 내 불순물 함량이 특정 수치 범위를 초과할 경우, 사이코스 제조 공정에서 배출하여 제거될 수 있다. 예를 들면， 과당 라피네이트 내 이당류 이상의 당류 함량이， 과당 라피네이트의 총 당류
100중량 % 기준으로, 10 중량 %미만， 예를 들면 8 중량 %미만, 6 중량 %미만, 또는 5 중량 ¾ 미만으로 유지되는 것이 바람직하다. 상기 불순물중 이당류 이상의 당류는 말토오스， 이소말토오스 등을 포함하며， 말토오스 또는 이소말토오스 관련 올리고사카라이드를 포함할 수 있다.
과당 라피네이트는 칼슘 함량이 증가하게 되며 이러한 칼슘은 사이코스 전환 반응의 활성을 떨어뜨리게 될 수 있어， 칼슘 이온 농도를 조절하기 위한 공정을 별도로 사용하거나, 과당 제조의 분리공정에서 SMB 분리 공정 이후에 제 2차 이은정제 공정을 수행할 수 있다. 따라서， 과당 제조의 분리 공정을 거친 과당 -함유 원료는 칼슴이온 농도가 으 05mM 이하의 범위， O . OlmM 이하, 0.005mM , 또는 0 .001 mM이하의 농도 범위로 칼슘 농도를 조절할 수 있다.
상기 크로마토그래피 분리공정에서 얻어지는 과당 라피네이트는 전기 전도도가 20 내지 200 /is/cm이며， 상기 과당 라피네이트를 이온정제공정으로 처리하여 적합한 전기 전도도 범위를 도달할 수 있으며, 상기 처리 산물인 과당 -함유 원료는 전기 전도도가 0 내지 15 s /cm인 것일 수 있다.
사이코스 제조 공정의 SMB 크로마토그래피 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 사이코스 전환 반응의 원료로 재순환하는데 있어서， SMB 크로마토그래피 공정에서. 흔입되는 칼슘 (Ca) 이온을 정제하지 않을 경우에는 효소 또는 균체 의 전환 활성이 떨어질 수 있으므로 사이코스 생산량에 부정적인 영향을 줄 수 있다.
상기 칼슘과 같은 전환 반웅에 좋지 않은 영향을 미치는 금속이온은 이온교환수지가 충진된 크로마토그래피를 이용하여 제거할 수 있다. 구체적으로 금속이온를 결합할 수 있는 히드록시기 (0H— )로 치환된 강염기성 또는 약염기성 음이온 수지를 이용한 이온교환공정을 수행할 수 있다.
상기 과당 제조의 분리공정에서 수행되는 이은정제는 상기 (2)항목의 사이코스 전환 반응물의 분리 공정에서 수행하는 이온정제 공정과 동일한 방법으로 수행할 수 있다.
사이코스 제조의 고순도 분리공정에서 얻어지는 과당 라피네이트는 15 내지 25. Br ix 정도이모로， 사이코스 전환 공정에 공급되는 과당 함유 원료가 45-55 브릭스， 예컨대 약 50 Br ix 임을 고려하면, 농축공정을 수행하여 과당 함량을 증가시키는 것이 바람직하다. 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 일예에서, 사이코스 제조의 고순도 분리공정에서 얻어지는 과당 라피네이트가 과당 제조의 분라 공정으로 투입되는 경우， 과당 라피네이트의 활용을 최대화하기 위해, 기존 과당 제조 공정에서 얻어지는 과당 이성화 반웅물과의 흔합비를 적절히 조절할 수 있다. 과당 라피네이트의 재활용이라는 측면을 고려하면, 고순도 분리 공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 최대한 활용할 수 있도록 흔합비를 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 과당 제조의 분리 공정으로 공급돠는 과당 라피네이트는 과당 제조공정의 최종 과당 -함유 원료의 수율 및 농도를 특정 수치이상으로 유지 가능한 함량까지 과당 라피네이트 흔합량을 증가시킬 수 있다. 필요한 경우， 과당 제조 공정의 과당 이성화 반웅물과의 흔합비를 고려하여 과당 라피네이트의 투입량을 적절히 조절할 수 있으며， 과당 라피네이트의 저장조를 구비할 수 있다 .
예를 들면， 과당 라피네이트가 과당 제조의 제 1차 이온정제 공정에 투입되는 경우, 과당 이성화 반웅물과 흔합되어 처리되고, SMB 분리공정으로 투입되는 경우 제 1차 이온정제물과 흔합되어 처리되고, 제 2차 이온정제 공정에 투입되는 경우 SMB 분리 공정의 과당 분획과 흔합되어 처리될 수.있다.
본 발명에 있어서, 과당 제조 공정 내 이성화 반응물인 과당액과 과당 제조 공정에 투입되는 과당 라피네이트의 흔합비 (과당액 : 과당 라피네이트)은, 과당 라피네이트와 과당액을 모두 동일하게 50 브릭스로 조정한 경우, 과당액과 과당 라피네이트의 총 함량 100중량 %를 기준으로 과당액 65 내지 95 중량 %와 과당 라피네이트 5 내지 35 중량%일 수 있으며， 바람직하게는 과당액 75 내지 92 중량 %와 과당 라피네이트 8 내지 25 중량 %일 수 있으며， 예를 들면 과당액 80 내.지 90 중량 %와 과당 라피네이트 10 내지 20 중량 %일 수 있다.
본 발명의 일예에서， 설탕 또는 포도당으로부터 과당을 제조하는 공정을 예로 들어 설명하며, 과당 제조 공정은， (A) 설탕 또는 포도당 -함유 원료로 과당 이성화 반응을 수행하여 과당 이성화 반웅물올 제조하는 과당 이성화 공정; (B)상기 과당 이성화 반응물을 제 1차 이온정제 및 모사 이동층 ( s imu l ated movi ng bed , SMB) 크로마토그래피를 이용한 분리를 수행하여 과당 분획과 포도당 라피네이트를 얻는 과당 분리 공정; 및 (C)상기 과당 분획을 제 2차 이온정제 및 농축하는 공정을 포함할 수 있다. 본 발명의 과당 제조 공정은 연속식과 배치식 모두 사용가능하며， 바람직하게는 연속식 공정이다. 이하, 본 발명에 따른 과당 라피네이트 재순환을 통한 과당 제조 공정을 각 단계별로 자세히 기술하고자 한다.
본 발명의 일예에서 , 포도당을 이성화하여 과당을 제조하는 경우, 포도당 -함유 원료를 이성화하여 과당을 얻을 수 있다. 과당 이성화 공정은 과당을 제조하는 원료로서 설탕을 가수분해하거나 포도당을 이성화하여 과당을 벋는 단계이다.
상기 가수분해에 사용되는 효소는 β - 프럭토푸라노시다아제 ( f ructof uranos idase)， 인버타아제 ( invertase) , 사카라제 등을 포함하는 β -D-프룩토시다아제 ( fructos idase) , 수크라아제 (sucrose) , αᅳ글루코시다아제 (ghicos i dase) 및 a -D- 글루코하이드를라아제 (gl ucohydro l ase)로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 포도당을 이성질화 효소로는 글루코스 아이소머라아제 (gl ucose i somerase) 또는 포스포글루코 아이소머라아제 (phosphogl ucoi somerase)일 수 있으나， 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일예에서, 과당 이성화 반응물을 분리 및 농축하기 위해서， 단계 (A)에서 얻어진 과당 이성화 반웅물을 제 1차 이온정제 및 SMB 크로마토그래피 분리 공정을 수행할 수 있다. 상기 과당 제조의 분리 공정은 통상의 과당 제조 공정과 동일한 방법, 공정 및 반응 조건으로 수행할 수 있다.. 상기 제 1차 이온정제 및 SMB 크로마토 그래피는 상기 (2)항목의 사이코스 전환 반응물의 분리공정에서 기술한 바와 실질적으로 동일하다.
본 발명의 과당 제조의 분리 공정은 제 1차 이온정제， SMB 크로마토그래피 분리, 거 12차 이은정제 및 농축 공정을 포함할 수 있으며， 선택적으로 과당 이성화 반응물의 불순물을 제거하는 공정은 탈염공정， 탈색공정 또는 탈색과 탈염 공정을 수행할 수 있다ᅳ 상기 불순물을 제거하는 공정은 여과를 이용한 불용성 물질의 제거 공정, 및 활성탄을 이용한 탈색 공정 , 유색 성분과 이온 성분 등의 불순물을 제거하기 위해 이온교환 수지가 충진된 컬럼에 통액시켜 수행할 수 있다. 상기 과당 이성화 반응물의 불순물을 제거하는 공정을 거쳐 과당 함량 40 내지 44 중량 )의 과당 시럽을 수득한다. 그 다음， 모사 이동층 흡착 분리 방법 ( s imu l ated movi ng bed , SMB)을 이용하여 포도당 라피네이트와 과당 분획을 얻고, 상기 과당 분획을 제 2차 이온정제 및 농축 공정을 수행하여 전체 고형분 100중량 %를 기준으로, 고형분 농도 45 내지 55 중량 %의 과당 용액을 얻을 수 있다.
상기 포도당과 과당의 분리를 위해서는 상기 (2) 사이코스 전환 반응물의 분리공정에서 사용한 SMB 크로마토마토그래프 분리공정과 실질적으로 동일하게 수행할 수 있으며， 예를 들면 22으 320 의 입도를 가지는 칼슘 (Ca)형 강산성 양이온 수지를 사용할 수 있다. 상기 고순도 분리 공정은 40 내지 60 본 발명의 과당 제조 공정은 연속식과 배치식 모두 사용 가능하며, 바람직하게는 연속식 공정이다. 이하， 본 발명에 따른 과당 라피네이트 재순환을 통한 과당 제조 공정을 각 단계별로 자세히 기술하고자 한다.
상기 포도당과 과당을 분리하기 위해서는 상기 (2) 사이코스 전환 반웅물의 분리공정에서. 사용한 SMB 크로마토마토그래프 분리공정과 실질적으로 동일하게 수행할 수 있으며, 예를 들면 220 ~ 320 의 입도를 가지는 칼슘 (Ca)형 강산성 양이온 수지를 사용할 수 있다. 상기 고순도 분리 공정은 40 내지 60 °C 온도， 예를 들면 60 °C 에서 수행될 수 있다. 제 1차 이온정제방법으로, 유색 및 이온 성분 등의 불순물을 제거하기 위해 사이코스 제조의 제 1차 이온정제와 동일 또는 상이한 방법으로 수행할 수 있으며 , 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 효율올 고려하여 공정 조건을 설정하여 수행할 수 있다.
상기 불순물을 제거하는 공정은 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. 고순도 분리 공정에서 얻어진 과당 분획을， 제 2차 이온정제, 및 농축 공정을 수행하여 목적하는 과당 함량을 갖는 과당 원료를 제조할 수 있다. 본 발명의 과당 제조 공정에 포함된 농축 공정은 다양한 방법으로 농축하여 과당 함량을 85중량 ¾> 이상으로 포함하도록 한다. 예를 들면， 모사 이동층 흡착 분리 방법으로 얻어진 과당 분획 (예를 들면 , 고형분 농도
20 ~30¾>)을 농축 공정을 통해 고형분 농도 45 내지 55 증량 %로 농축할 수 있다. 상기 과당 제조 공정에서 농축하는 공정은 70 내지 85°C의 온도하에서 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 과당 제조 공정에서 농축하는 공정은 70 내지 85°C의 온도하에서 10 내지 15 분 동안 농축하는 것을 포함할 수 있다. (4) 과당 -함유 원료의 사이코스 전환 반응으로 투입
본 발명에 따른 과당 제조 공정에서 얻어지는 최종 산물을 사이코스 전환 반응을 위한 반응 원료로서 사이코스 제조 공정에 투입한다.
상기 과당 제조 공정에서 과당 이성화 반웅물의 과당 함량은 40 내지 44 중량 % 이고， 고순도 분리 공정을 거쳐 얻어진 과당 분획의 과당 함량은 85중량 % 이상이고， 농축 공정을 거쳐 얻어지는 최종 산물의 과당 함량은 85 내지 99 중량 % 일 수 있다. 상기 사이코스 전환 반응에 투입되는 과당 원료는 과당 함량이 85중량 )이상， 예를 들면 85중량 % 내지 99중량 %이고 포도당 함량은 10 중량 ¾>이하, 예를 들면 1 중량 % 내지 10 중량 %일 수 있다. 본 발명의 일예로서, 상기 과당 -함유 원료 용액의 과당 함량 88 중량%인 경우, 사이코스 전환 반웅물의 사이코스 전환 반웅물의 과당 함량은 64 내지 67중량 %이고, 사이코스 함량은 21 내지 24 중량 %이고， 포도당 함량은 8 내지 10 중량 % 일 수. 있다. 또한 상기 과당 -함유 원료 용액의 과당 함량 95 중량 %인 경우 사이코스 전환 반웅물의 사이코스 전환 반웅물의 과당 함량은 68 내지 71 중량 %이고， 사이코스 함량은 24 내지 27 중량 %이고, 포도당 함량은 2 내지 5 중량 %일 수 있다.
상기 과당 라피네이트에 포함된 과당 함량은 85 중량 %이상, 예를 들면 85 중량 % 내지 99 중량 %일 수 있다. 사이코스 제조 공정에서 분리공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 과당 제조 공정으로 재순환 하는 경우， 재순환하지 않는 경우에 비해 과당 원료의 생산 부하를 효과적으로 줄이는 방법이다. 본 발명의 사이코스 제조 공정의 분리공정에서 얻어진 사이코스 분획은 사이코스 농축 공정을 거쳐 액상인 시럽으로 제품화하거나， 사이코스 결정화 공정을 거쳐 사이코스 결정으로 제품화할 수 있다. (5) 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 이은정제와 동일 또는 상이한 방법으로 수행할 수 있다.
사이코스 결정을 수득하기 위한 사이코스 용액 중 사이코스의 함량은 과포화 상태로 높은 농도로 포함되어야 하나， 사이코스 전환 반응물의 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 %이상， 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 ¾> 이상, 91중량 % 이상, 92중량 % 이상， 93중량 ¾ 이상, 94중량 % 이상 또는 95중량 % 이상, 예를 들면 85 중량 내지 99.9 (w/w) 이상이 되도톡 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， 93 중량 %이상， 또는 95 중량 %이상， 예를 들면 85 중량 % 내지 95 중량 %일 수 있다.
본 발명의 방법에 의하여 수득된 사이코스는 통상적인 방법에 의해 정제및 /또는 결정화될 수 있으며， 이러한 정제 및 결정화는 당업자에게 통상적인 기술에 속한다. 예를 들어 원심분리, 여과， 결정화， 이온교환 크로마토그래피 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 방법에 의하여 이루어질 수 있다.
일 예에서， 상기 SMB 크로마토그래피를 이용한 고순도 분리공정에서 얻어진 사이코스 분획을 제 2차 이온 정제할 수 있으며, 상기 사이코스의 ¾리 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 중량 % 이상이어야 한다ᅳ 사이코스 에피머화 효소에 의해 제조된 사이코스 용액 중 사이코스의 순도는 20 내지 30 중량 % 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 °C온도 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 발명에 따른 일예는， 생물학적 촉매를 이용하여 과당 원료로부터 사이코스 전환반웅을 수행하는 사이코스 전환 반응기, 활성기가 부착된 양이온교환수지가 층진된 칼럼을 포함하고， 원료 투입구, 및 사이코스 분획과 과당 라피네이트를 배출하는 배출구를 구비한 모사 이동층 ( s imu l ated moving bed , SMB) 크로마토그래피 분리기， 및 상기 분리기에서 배출된 과당 라피네이트를 제공받아 과당을 분리하는 과당 분리 장치를 포함하는 사이코스 제조 장치에 관한 것이다.
상기 제조 장치는 과당 라피네이트의 넁각을 위한 열교환기를 추가로 구비할 수 있으며， 사이코스 전환 반응기에 투입하기 전에， 상기 과당- 함유원료를 저장하는 저장조를 추가로 포함할 수 있다.
상기 과당 분리 장치는 과당 이성화 반웅물을 이온정제하는 이온교환수지가 충진된 칼럼을 구비한 이온정제기， 활성기가 부착된 양이온교환수지가 충진된 칼럼을 포함하고, 이온정제기를 통과한 반응물을 투입하는 투입구, 사이코스 분획과 과당 라피네이트를 배출하는 배출구를 구비한 모사 이동층 (s imul ated moving bed , smb) 크로마토그래피 분리기， 상기 분리기에서 배출된 과당 분획을 농축하는 농축기 및 상기 농축기에서 배출된 과당 -함유 원료를 사이코스 제조 장치에 제공하기 위한 과당 제조 장치와 사이코스 제조 장치를 연결하는 연결부를 포함할 수 있다. 【발명의 효과】
본 발명의 사이코스 제조공정은 과당 제조 공정에서 얻어진 과당 원료를 사이코스 전환공정에 투입하여 사이코스를 제조하고， 사이코스 분리공정에는 얻어지는 과당 라피네이트를 과당 제조 공정으로 투입하여 과당 원료를 제조하는 것으로서, 사이코스 순도 및 수율을 향상시키고 원료의 이용률을 높이는 방법을 제공한다.
【도면의 간단한 설명】
도 1은 일반적인 SMB 공정의 일예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 사이코스 제조 공정 중 고순도 분리단계에서 얻어지는 과당 라피네이트를， 과당 이성화 공정에 투입하여 과당 -함유 원료용액을 제조하고， 이를 이용하여 사이코스 전환반웅을 수행하는 일련의 사이코스 제조공정의 일 예를 도식화한 것이다.
【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명올 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 (Clostr i diuim 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 (elect roporat i on)을 사용하여 코리네박테리움 글루타리쿰을 형질전환시켰다. 상기 형질전환된 코리네박테리움 글루타리쿰 세포를 포함하는 비드를 제조하고 고정화 반응 컬럼에 충진하고, 40 브릭스의 88 중량 % 과당 또는 95 중량 과당으로부터 사이코스 시럽을 제조하였다. 즉， 88 중량 과당함유 기질로부터 포도당:과당:사이코스:올리고당의 고형분 흔합 중량비가 41 : 39 : 15 : 5인 21~23(w/w)% 사이코스 시럽을 수득하였고 (사이코스 시럽 A) , 과당 함량 95 중량 %로 포함하는 원료로부터 포도당:과당:사이코스 :을리고당 = 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 시럽을 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 라피네이트는 과당 85 내지 95 중량 % , 포도당 1 내지 10 중량 % 및 환원당 1 내지 5 중량 %를 포함하고 있었다.
95 중량 % 과당 함량의 원료로부터 얻어진 사이코스 시럽 (사이코스 시럽 B)으로 부터 수득한 라피네이트는 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 2에서 얻은 과당 함량 88 중량 %의 과당 -함유 원료용액을 이용하여 사이코스 함량 95 중량 %의 고형분 10톤을 생산하기 위해, 유량 ¾.8V/hr로 사이코스 전환 공정과 분리 공정을 수행하였다. 사이코스 전환 공정을 거쳐 수득한 반응물의 사이코스 함량은 20 내지 23 중량 >이며， 이온정제 후 45 내지 50 중량 %의 농도로 분리 공정을 통과하였다. Ca+ type 분리 (SMB ) 수지를 이용하여 분리 시 발생되는 라피네이트는 시간당 3 m3씩 발생하였다.
구체적으로, 과당 제조 공정에서， 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 당화액을 진공드럼여과를 수행하여 불용성 물질들을 제거하여 과당 이성화 반응물 (과당 함량 42 중량 % 시럽)을 얻었다.
제조예 2에서 얻은 사이코스 제조 공정의 과당 라피네이트를 과당 함량 88 중량 % 및 총 고형분 50 중량 %( 50 브릭스)로 농축하여 상기 과당 이성화 공정을 통과한 반응물 (과당 함량 42 중량 % 시럽)과 흔합하여， 강산성 수지， 약염기성 수지, 및 강산성 수지와 약염기성 흔합수지로 구성된 이온정제 공정으로 투입하였다. 즉, 제 1차 이온정제 공정으로 ' 투입된 과당 이성화 반응물과 과당 라피네이트의 총 고형분 함량을 50 중량 %( 50브릭스)로 조절하여, 상기 과당 이성화 반응물과 제조예 2의 과당 라피네이트의 흔합비는 8 ： 2 내지 9 ： 1 중량비로 사용하였다. 흔합된 과당 시럽은 1차 이온정제를 거쳐 다시 총 고형분 50 중량 %로 농축 후 SMB 크로마토그래피 공정을 통과시켰다. SMB 공정을 수행하여 포도당 라피네이트와 과당 분획을 얻고, 상기 과당 분획을 제 2차 이은정제 및 농축 공정을 수행하여 40브릭스의 88 중량 % 과당 함량의 과당 -함유 용액을 얻었다. 상기 과당 -함유 용액을 제조예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 사이코스 전환 반웅과 분리 공정을 수행하였다.
상기 공정을 10회 반복하여 수행하였으며， 각 재순환 별 흔합 기질 및 라피네이트의 당류 조성을 분석하여 하기 표 1에 나타내었다. 하기 표
1에 나타낸 흔합액은 사이코스 제조의 분리 공정에서 얻어진 과당 라피네이트를 과당 제조의 분리공정에 투입한 후 얻어지는 과당 -함유 원료를 의미한다.
【표 1】
Figure imgf000026_0001
상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 사이코스 제조 공정에서 얻어진 과당 라피네이트를 과당 제조 공정에 투입함으로써 재순환 횟수가 증가하여도 사이코스 전환 공정에 투입되는 원료의 과당 순도가 일정하게 유지되는 것을 확인하였다. 실시예 2. 과당 라피네이트를 이용한 과당 생산 과당 라피네이트의 재순환 유 /무에 따른 당조성 및 수율 차이를 확인하고자본 실험을 수행하였다.
구체적으로， 구체적으로， 과당 제조 공정에서, 옥수수 전분을 30 내지 35 중량 %가 되도록 물과 흔합한 후, 효소 가수분해를 진행하여 포도당 함량 88 중량 % 이상의 당화액을 수득한다. 그 다음， 상기 당화액을 진공드럼여과를 수행하여 불용성 물질들을 제거하여 과당 이성화 반웅물 (과당 함량 42 중량 % 시럽)을 얻었다.
제조예 2에서 얻은 사이코스 제조 공정의 과당 라피네이트를 과당 함량 88 중량 % 및 총 고형분 50 중량 %(50 브릭스)로 농축하여 상기 과당 이성화 공정을 통과한 반웅물 (과당 함량 42 중량 % 시럽)과 흔합하여， 강산성 수지, 약염기성 수지, 및 강산성 수지와 약염기성 흔합수지로 구성된 이온정제 공정으로 투빕하였다. 즉, 제 1차 이온정제 공정으로 투입된 과당 이성화 반응물과 과당 라피네이트의 총 고형분 함량을 50 중량 ¾( 50브릭스)로 조절하여, 상기 과당 이성화 반응물과 제조예 2의 과당 라피네이트의 흔합비는 8 ： 2 내지 9 : 1 중량비로 사용하였다. 흔합된 과당 시럽은 1차 이온정제를 거쳐 다시 총 고형분 50 중량 ¾>로 농축 후 SMB 크로마토그래피 공정을 통과시켰다. SMB 공정을 수행하여 포도당 라피네이트와 과당 분획을 얻었다. 각 공정 별 흔합물 및 라피네이트의 당류 조성을 분석하여 하기 표 2에 나타내었다.
【표 2】
Figure imgf000027_0001
으
ᄆ 반웅물과 과당
라피네이트의
흔합물
고순도 분리 후 0.4% 10.0% 88.5% 0.0% 1. 1% 55.4% 과당 분획
고순도 분리 후 4.7% 95.3% 0.0% 0.0% 0.0% 44.6% 포도당
라피네이트 상기 표 2에서 과당 이성화 반웅물， SMB 분리 후 과당 분획， SMB 분리 후 포도당 라피네이트, 및 과당 이성화 반웅물과 과당 라피네이트의 흔합물의 총 고형분 함량을 100중량 % 기준으로， 각각의 구성 성분의 고형분 함량을 중량 %로 나타낸 것이다. 상기 분리 수율은 SMB 분리 공정에 제공된 투입물의 총 고형분 100 중량 %를 기준으로， SMB 분리후 과당 분획의 총 고형분의 함량 (중량 %)와, 포도당 라피네이트의 총 고형분의 함량 (중량 %)로 나타낸 것이다.
상기 표 2에서 확인할 수 있듯이, 사이코스 전환 공정의 라피네이트 분획을 과당 제조 공정의 과당 이성화 반웅물과 흔합하여 과당 분리 공정을 수행할 경우， SMB 분리 공정에 제공된 투입물의 총 고형분 100 중량 %를 기준으로, SMB 분리 후 과당 분획의 총 고형분의 함량 48 . 1중량 ¾>와 포도당 라피네이트 51 .9중량%로 분리되었다. 본 발명에 따라 과당 라피네이트를 흔합한 경우 SMB 분리 후 과당 분획의 총 고형분의 55 .4중량%와 포도당 라피네이트 44. 6중량 %로.분리되었다.
따라서， 사이코스 제조의 과당 라피네이트를 과당 제조의 분리 공정에 투입한 경우, SMB 공정에서 얻어지는 과당 분획내 과당 함량이 증가할 뿐만 아니라 고형분 분리 수율도 115% 증가되는 것을 확인하였다. 따라서, 사이코스 제조 공정의 고순도 크로마토그래피에서 얻어진 과당 라피네이트 분획을 과당 이성화 공정을 통과한 반웅산물과 흔합하여 분리하여도 동일한 과당 순도 및 수율 증가 효과를 확인할 수 있었다. 실시예 3. 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 mVhr로 사이코스 이성화 공정과 분리 공정을 수행하였다. 사이코스 전환 공정을 거쳐 수득한 반응산물의 사이코스 함량은 21 내지 25 중량 %. 이며, 이온정제 후 45 내지 50 중량 %의 농도로 분리 공정을 통과한다. Ca+ type 분리 수지를 이용하여 분리 시 발생되는 라피네이트 (과당 분획)은 시간당 3 m3씩 발생하였다.
상기 공정을 10회 반복하여 수행하였으며， 각 공정별 흔합 기질 및 라피네이트의 당류 조성을 분석하여 하기 표 3에 나타내었다.
【표 3】
Figure imgf000029_0001
상기 표 3에서 확인할 수 있듯이， 사이코스 제조 공정의 라피네이트 분획을 과당 제조 공정에 투입함으로써 재순환 횟수가 증가하여도 사이코스 전환 공정에 투입되는 원료의 과당 함량이 일정하게 유지되는 것을 확인하였다. 실시예 4. 라피네이트를 이용한 과당 생산 과당 라피네이트의 재순환 유 /무에 따른 당조성 및 수율 차이를 확인하고자， 실시예 2와 실질적으로 동일한 방법으로 실험을 수행하되, 다만 실시예 2에서 과당 함량 88중량 % 원료 대신에, 과당 함량 95 중량 %의 원료를 이용하여 사이코스 전환 반응을 수행하였다.
SMB 공정을 수행하여 포도당 라피네이트와 과당 분획을 얻었다. 각 공정 별 흔합물 및 라피네이트의 당류 조성을 분석하여 하기 표 4에 나타내었다.
【표 4]
Figure imgf000030_0001
상가 표 4에서 확인할 수 있듯이， 사이코스 전환 공정의 라피네이트 분획을 과당 제조 공정의 과당 이성화 반웅물과 흔합하여 과당 분리 공정을 수행할 경우， SMB 분리 공정에 제공된 투입물의 총 고형분 100 중량 %를 기준으로, SMB 분리 후 과당 분획의 총 고형분의 함량 44 .3 중량 %와 포도당 라피네이트 55. 7중량%로 분리되었다. 본 발명에 따라 과당 라피네이트를 흔합한 경우 SMB 분리 후 과당 분획의 총 고형분의 54.6 중량 %와 포도당 라피네이트 45 , 4 중량 %로 분리되었다. 따라서， 사이코스 제조의 과당 라피네이트를 과당. 제조의 분리 공정에 투입한 경우, SMB 공정에서 얻어지는 과당 분획내 과당 함량이 증가할 뿐만 아니라 고형분 분리 수율도 123% 증가되는 것을 확인하였다. 따라서, 사이코스 제조 공정의 고순도 크로마토그래피에서 얻어진 과당 라피네이트 분획올 과당 이성화 공정을 통과한 반응산물과 흔합하여 분리하여도 동일한 과당 순도 및 수율 증가 효과를 확인할 수 있었다. 실시예 5 . 흔합 금속이온에 따른 사이코스 전환율 비교 실험 사이코스 제조 과정에서 얻어진 과당 라피네이트와 유사한 조성에서의 사이코스 전환율을 평가하였다. 즉, 과당 순도 95 중량 % 시럽을 50 중량 %로 희석하여 Ca2+이온을 0.005~0.01mM로 첨가 후 1.0 mM의 Mn을 추가로 첨가하여 사이코스 전환 공정을 확인하여 표 5에 나타내었다.
【표 5】
Figure imgf000031_0001
사이코스 전환 반응의 활성을 증가시키는 망간을 처리한 경우 상대활성 152%에서, 칼슘을 추가로 첨가한 칼슘과 망간이 흔합되어 있는 상태에서 사이코스 전환 반응의 상대활성은 망간을 단독 처리한 것보다 최대 약 16%까지 감소되며， 칼슴이온의 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 이온을 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 반응물을 모사 이동층 ( s imu l ated movi ng bed , SMB) 크로마토그래피로 분리하여 사이코스 분획과 과당 라피네이트를 얻고，
상기 과당 라피네이트를 과당 제조의 분리공정으로 투입하여 과당- 함유 원료를 제조하고 ,
상기 과당 -함유 원료를 이용하여 사이코스 전환 반웅을 수행하는 단계를 포함하는, 사이코스의 제조방법 .
【청구항 2]
제 1항에 있어서, 상기 사이코스 전환 반응물은 과당 원료를 이용한 생물학적 사이코스 전환 공정으로 얻어지는 것인 제조방법 .
【청구항 3】
제 1항에 있어서, 상기 과당 라피네이트는 과당 제조의 분리공정인 이온정제 공정 또는 모사이동층 크로마토그래피를 이용한 분리공정에 투입되는 것인 제조방법.
【청구항 4】
게 3항에 있어서， 상기 과당 제조의 분리 공정은 과당 이성화 반응물을 이온정제하는 게 1차 이온정제, 모사이동층 크로마토그래피를 이용한 분리 공정, 제 2차 이은정제 공정 및. 농축 공정을 포함하며， 상기 과당 라피네이트는 상기 제 1차 이온정제, 모사이동층 크로마토그래피를 이용한 고순도 분리 및 제 2차 이온정제로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 공정에 투입되는 것인 제조방법.
【청구항 5】
제 4항에 있어서， 상기 이온정제 공정은 이온교환수지 크로마토그래피를 이용하여 수행하는 것인 제조방법.
【청구항 6】
제 1항에 있어서, 상기 과당—함유 원료는 전기 전도도가 0 내지 15 s /cm인 것인 제조방법 .
【청구항 7]
제 1항에 있어서, 상기 과당 -함유 원료는 칼슘이온 농도가 0.05 mM 이하의 범위인 제조방법.
【청구항 8】
저 U항에 있어서, 상기 모사 이동층 크로마토그래피 분리공정에서 얻어지는 과당 라피네이트는 전기 전도도가 20 내지 200 /is/cm인 것인 제조방법.
【청구항 9】
제 1항에 있어서, 상기 과당 제조에서 분리공정에서 얻어지는 과당액과 상기 과당 라피네이트는， 과당액과 과당 라피네이트를 각각 50 브릭스로 조정한 경우, 과당액과 과당 라피네이트의 전체 100중량 %를 기준으로 과당액 65 내지 95 중량 %와 과당 라피네이트 5 내지 35 중량 %인 제조방법.
【청구항 10】
거 U항에 있어서, 상기 사이코스 전환 반웅에 투입되는 과당 -함유 원료의 과당 함량은 전체 당류 함량 loo중량 %를 기준으로 85중량 ¾이상인 제조방법.
【청구항 11】
제 1항에 있어서， 상기 모사 이동층 크로마토그래피로 분리공정에서 얻어진 과당 라피네이트는 당류 총합 100중량 %를 기준으로 85 내지 99 중량 %의 과당 및 2.0 중량 ¾> 이하의 사이코스를 포함하는 것인 제조방법.
【청구항 12】
제 1항에 있어서， 상기 모사 이동층 크로마토그래피 공정은 칼슘 활성기가 부착된 양이온교환수지가 층진된 칼럼 크로마토그래프로 수행되는 것인 제조방법 .
【청구항 13】
제 1항에 있어서， 상기 사이코스 전환반응은 사이코스 전환율이 15% 내지 70%인 생물학적 촉매를 사용하는 것인 제조방법 .
【청구항 14]
제 1항에 있어서， 상기 모사이동층 크로마토그래피로 분리공정에서 얻어지는 과당 라피네이트를 열교환기를 통하여 냉각하는 단계를 추가로 포함하는 제조방법 .
【청구항 15】
제 1항에 있어서, 상기 제조방법은 연속식으로 수행되는 것인 제조방법.
【청구항 16]
제 1항에 있어서, 상기 사이코스 분획을 농축하고, 상기 농축물로 부터 사이코스를 결정화하여 사이코스 .결정과 결정화 모액을 얻는 단계를 추가로 포함하는 방법 .
【청구항 17]
과당ᅳ함유 원료로부터 사이코스 전환반응을 수행하는 사아코스 전환 반웅기 ,
활성기가 부착된 양이온교환수지가 충진된 칼럼을 포함하고， 원료 투입구, 및 사이코스 분획과 과당 라피네이트를 배출하는 배출구를 구비한 모사 이동층 ( s imul ated moving bed , SMB) 크로마토그래프 분리기, 및
상기 분리기에서 배출된 과당 라피네이트를 제공받아 과당을 분리하는 과당 분리 장치를 포함하는 사이코스 제조 장치 ,
【청구항 18】
제 17항에 있어서, 상기 사이코스 전환 반웅기는 생물학적 방법으로 과당—함유 원료부터 사이코스로 전환하는 것인 제조 장치.
【청구항 19】
제 17항에 있어서， 상기 크로마토그래프 분리기에서 배출된 과당 라피네이트의 넁각을 위한 열교환기를 추가로 포함하는 것인 제조 장치.
【청구항 20】
제 17항에 있어서, 사이코스 전환 반웅기에 투입하기 전에， 상기 과당 -함유 원료를 저장하는 저장조를 추가로 포함하는 제조 장치 .
【청구항 21】
제 17항에 있어서, 상기 과당 분리 장치는
과당 이성화 반웅물을 이온정제하는 이온교환수지가 충진된 칼럼을 구비한 이온정제기，
활성기가 부착된 양이온교환수지가 층진된 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，
상기 분리기에서 배출된 과당 분획을 농축하는 농축기， 및
상기 농축기에서 배출된 과당—함유 원료를 사이코스 제조 장치에 제공하기 위한 과당 제조 장치와 사이코스 제조 장치를 연결하는 연결부를 포함하는 것인， 사이코스 제조 장치.
【청구항 22]
제 21항에 있어서, 상기 이온교환수지가 층진된 칼럼을 구비한 이온정제기가, 크로마토그래프 분리기와 농축기 사이에 연결된 것인 제조 장치 .
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