WO2021086086A1 - 개선된 알룰로스의 제조 방법 - Google Patents

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WO2021086086A1
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양재경
박지원
한정숙
김고은
남충우
박종진
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주식회사 삼양사
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    • C12Y302/01026—Beta-fructofuranosidase (3.2.1.26), i.e. invertase

Definitions

  • the present invention relates to an improved method for producing allulose, and more particularly, to prepare a fructose-containing raw material solution using raw sugar as a raw material substrate used in the manufacturing process.
  • Allulose is a kind of functional sugar known as rare sugar as an epimer of fructose (D-fructose). It has a high sweetness of about 60 to 70% of sugar, but its calories are close to zero calories, preventing diabetes and preventing diabetes. It is known to be effective in improvement. In addition, allulose is known to have excellent solubility, so it is one of the materials that is attracting attention to its use in food.
  • allulose is one of the spotlighted sugars that can replace sugar or fructose. Allulose can be prepared by chemical or biological methods,
  • the fructose-containing solution which is a reaction raw material used in the allulose conversion process, may be a fructose isomerization reaction product obtained by converting glucose obtained from decomposition of starch or the like into an isomerization reaction, or may be obtained by hydrolyzing sugar.
  • a process of making sugar from existing raw sugar is required, and there are problems such as an increase in manufacturing cost and yield in the sugar manufacturing process, and the addition of a number of processes.
  • isomerized sugar obtained from existing corn there is a problem that affects the resolution because it contains substances of DP3 or higher.
  • the allulose conversion product has a low content of allulose, so it is necessary to increase the purity of allulose for commercialization or crystallization, and for this purpose, a process of purification and concentration is required.
  • allulose has a demand for crystalline powder, but allulose has low crystallinity and is difficult to crystallize.
  • the allulose concentrate or the allulose crystallization solution contains impurities, it is necessary to remove the impurities to ensure product quality. In particular, some impurities may interfere with allulose crystallization or crystal growth.
  • a fructose-containing raw material manufactured using sugar raw materials is introduced as a raw material of the allulose manufacturing process to It is to provide a method of manufacturing and an apparatus used therein.
  • a further example of the present invention is that compared to the conventional case of preparing allulose using sugar or using isomerized fructose using starch, the sugar manufacturing process and the glucose manufacturing process can be omitted, thereby simplifying the process and reducing the cost of the raw material. It is to provide a method of manufacturing allulose by introducing a fructose-containing raw material manufactured using raw sugar, which can reduce production cost, as a raw material of the allulose manufacturing process, and an apparatus used therein.
  • Another example of the present invention is a fructose prepared using raw sugar in which the content of impurities contained in allulose syrup or powder is reduced by reducing the content of oligosaccharides of DP3 or higher and other impurities contained in conventional isomerized sugar using starch.
  • -It is to provide a method of manufacturing allulose by introducing the containing raw material as a raw material of the allulose manufacturing process and an apparatus used therein.
  • the invert sugar produced from raw sugar is used as a raw material for allulose production. It is to provide a method for preparing a fructose-containing raw material by inputting it into a fructose separation process and an apparatus used therein.
  • the biological production method of allulose includes a process of preparing, separating, and purifying through a fructose epimer conversion reaction, and the raw material for producing allulose, such as fructose or fructose-containing raw material, is used to prepare glucose by decomposition of starch in the case of conventional starch-derived fructose.
  • Fructose production by isomerization of glucose, and fructose separation and purification processes, and in the case of sugar-derived fructose the process of separating and purifying sugar from raw sugars such as raw sugar, and manufacturing glucose and fructose by decomposition of sugar And fructose separation and purification processes.
  • starch-derived fructose is starch-derived isomerized sugar including glucose
  • sugar-derived fructose is sugar separated, refined, and crystallized from raw sugars and other raw materials for sugar production, and the pre-step for preparing these raw materials for producing these fructose is essential. to be.
  • starch-derived fructose in the case of conventional starch-derived fructose or sugar-derived fructose, it is not possible to directly manufacture fructose from the initial raw material of the process, and as a raw material for fructose production, starch-derived fructose includes a glucose manufacturing process, and the sugar-derived process is used as a sugar decomposition process Since at least a two-step process to be included additionally needs to be performed, the process is complicated, the process yield is low, and by-products are generated in each process.
  • starch-derived fructose contains a number of impurities above DP3 in the glucose manufacturing process, which is a pre-fructose manufacturing process, making it difficult to separate and purify fructose, and when allulose is produced using starch-derived fructose, DP3 Since the above impurities may be included, the allulose separation and purification process may be difficult and complicated.
  • the sugar refining process which is a pre-stage reaction for producing sugar-derived fructose, requires a number of processes for removing by-products, for example, in the process of dissolving raw sugar and crystallizing it into sugar.
  • the raw material for fructose production according to the present invention does not include a separate process for producing isomerized sugar or sugar, and the raw material for sugar production, for example, sugar cane, sugar beet raw material juice, concentrate, or the juice Since molasses is removed from the liquid or concentrated solution and the resulting crystal solution is used to directly treat the invertase and separate and purify fructose, the process can be simplified because the pre-step reaction for preparing the raw material for fructose production is not required. have.
  • Allulose is unstable as the pH is low and the temperature is high, and the content of allulose changes during the actual production process, especially in the concentration step. This problem lowers the purity of high-purity allulose, which greatly affects the crystallization step.
  • the content of allulose decreases during this process, the content of additionally generated allulose conversion product (Impurity) increases, and it was found that this component acts as an inhibitor in the growth of allulose crystal grains. It has a great influence on the particle size and crystal yield.
  • the present invention controls impurities other than allulose during the production of allulose, thereby improving the shape, structure and size of allulose crystal particles, crystal purity, crystal formation rate, and crystal yield.
  • the impurity may be an allulose modified product, an allulose modified polymer, or an intermediate material produced and converted in the process of decomposition of allulose, and hydroxymethylfurfural (HMF), more preferably 5-HMF.
  • the production, separation and/or purification process of allulose is carried out under conditions in which impurities contained in the allulose conversion reaction product, such as 5-HMF, are not produced or are minimized. It is possible to reduce the content of impurities contained therein, thereby reducing the content of impurities in the crystallization stock solution, thereby lowering the content of impurities that hinder crystal growth, thereby improving crystal shape and crystal yield.
  • the fructose-containing raw material used as the raw material for the allulose conversion reaction is 0.001 to 2.2 mg/L, for example 2.2 mg/L or less, 2.1 mg/L or less, 2.0 mg/L or less, 1.9 mg/L or less, 1.8 mg/L or less, 1.7 mg/L or less, 1.6 mg/L or less, 1.5 mg/L or less, 1.4 mg /L or less, 1.3 mg/L or less, 1.2 mg/L or less, 1.1 mg/L or less, 1.0 mg/L or less, 0.9 mg/L or less, 0.8 mg/L or less, 0.7 mg/L or less, 0.6 mg/L It may be less than, specifically, the fructose-containing raw material may have a solid content of 45 to 55% by weight.
  • Allulose syrup obtained after performing the high purity separation and ion purification process using SMB of the allulose conversion reaction product is 0.001 to 5.7 mg/L, for example, 5.7 mg/L or less, 5.6 mg/L or less, 5.5. mg/L or less, 5.25 mg/L or less, 5.0 mg/L or less, 4.7 mg/L or less, 4.5 mg/L or less, 4.25 mg/L or less, 4.0 mg/L or less, 3.7 mg/L or less, 3.5 mg/ L or less, 3.25mg/L or less, 3.0mg/L or less, 2.7mg/L or less, 2.5mg/L or less, 2.25mg/L or less, 2.0mg/L or less, 1.7mg/L or less, 1.5mg/L or less , Or it may have a 5-HMF content of 1.25mg / L or less. It may be less than, specifically, the fructose-containing raw material may have a solid content of 70 to 75% by weight.
  • the content of hydroxymethylfurfural is 0.01% by weight or less, 0.05% by weight or less, 0.06% by weight or less, 0.07% by weight or less, 0.08% by weight or less, 0.085% by weight based on 100% by weight of the total solid content of allulose. % Or less, 0.09% by weight or less, or 0.095% by weight or less, or may not be included, for example.
  • the hydroxymethylfurfural may be 5-hydroxymethylfurfural.
  • Starch-derived isomerized sugar has the advantage of eliminating unnecessary processes in sugar manufacturing because the resolution of the starch-derived isomerized sugar is inferior to that of the raw sugar-derived fructose-containing substrate due to a substance higher than DP3 contained in the raw material.
  • An example of the present invention is to obtain an invert syrup containing fructose and glucose using a raw material for preparing sugar containing sugar and an inverting enzyme, and introducing it into a fructose separation process to prepare a fructose-containing raw material, and It relates to a method for producing allulose, including performing an allulose conversion reaction using the fructose-containing raw material.
  • the manufacturing method does not include an isomerization reaction of starch-derived glucose or a step of separating or purifying sugar from a raw material for sugar production.
  • the fructose separation process may include at least one selected from the group consisting of an activated carbon treatment process, an ion purification process, a high purity separation process and a concentration process using Mosai copper layer (SMB) chromatography, for example
  • the fructose separation process may include ion purification of the invert sugar syrup, a high-purity separation process and a concentration process using Mosai copper layer (SMB) chromatography.
  • the invert sugar syrup may contain fructose, glucose, and disaccharides or more saccharides, and in one embodiment of the present invention, the fructose-containing raw material prepared as a raw material for sugar production is based on the saccharide solid content, and the oligosaccharide content of DP3 or more is 2.0 It may be less than or equal to weight.
  • the invert sugar syrup may have a saccharide solid content of 10% by weight or more, and through a fructose separation process, a fructose-containing raw material having a fructose content of 90% by weight or more based on the total saccharide solid content of the fructose-containing raw material may be prepared. have.
  • the total content of fructose and glucose may be 90% by weight or more, and in detail, based on 100% by weight of the total solid content of fructose and glucose contained in the invert sugar syrup, the The fructose may be contained in an amount of 40% by weight or more and the glucose in an amount of 60% by weight or less.
  • the fructose-containing raw material obtained by the above manufacturing method may contain 0.001 to 2.2 mg/L of 5-HMF, and the allulose conversion reaction product may contain 0.001 to 5.7 mg/L of 5-HMF. .
  • the allulose conversion reaction product may be obtained by treating a fructose-containing raw material through a biological allulose conversion process, and the fructose content of the fructose-containing raw material introduced into the allulose conversion reaction is based on 100% by weight of the total saccharide solid content. It may be 85% by weight or more.
  • Another example of the present invention relates to an allulose-containing composition containing 1.0% by weight or less of 5-HMF, and may contain 5% by weight or more of allulose, based on the solid content, and DP3 or more
  • the oligosaccharide content is 2.0% by weight or less, 1.5% by weight or less, 1.0% by weight or less, 0.5% by weight or less, 0.1% by weight or less, 0.05% by weight or less, 0.01% by weight or less, 0.005% by weight or less, 0.001% by weight or less, or It may be 0.0001% by weight or less, preferably not included.
  • the method for producing allulose using raw sugar according to the present invention includes the step of preparing a fructose-containing product using a raw material for sugar production.
  • the raw sugar is brought into contact with an invertase to hydrolyze the sugar contained in the raw sugar to convert it into a mixture of glucose and fructose to convert a fructose-containing product, such as invert syrup (invert syrup). syrup).
  • invertase to hydrolyze the sugar contained in the raw sugar to convert it into a mixture of glucose and fructose to convert a fructose-containing product, such as invert syrup (invert syrup). syrup).
  • invertase so that the content of disaccharide or more is low, for example, based on 100% by weight of the total saccharide solid content, 10% by weight or less, 9% by weight or less, 8% by weight or less, 7% by weight or less, 6 Invert sugar containing fructose and glucose by being completely hydrolyzed into glucose and fructose to be less than or equal to 5% by weight, less than 4% by weight, less than 3% by weight, less than 2% by weight, less than 1% by weight, or less than 0.5% by weight.
  • Prepare syrup invert syrup).
  • fructose may be obtained from raw sugar containing sugar.
  • raw sugar instead of separated and purified raw materials such as glucose, fructose, and sugar, raw sugar is used to produce allulose in high yield, and an allulose production method that does not contain impurities such as 5-HMF is provided. It can enable mass production of allulose with high yield at low cost.
  • the inverting step is a biocatalyst comprising an enzyme that decomposes sugar into glucose and fructose, a microorganism that produces the enzyme (e.g., cells, lysates of cells, microbial cultures, and supernatant of microbial cultures) It may be performed by contacting the raw sugar with, for example, mixing the biocatalyst with the raw sugar or contacting the raw sugar with a carrier on which the biocatalyst is immobilized.
  • an enzyme that decomposes sugar into glucose and fructose e.g., cells, lysates of cells, microbial cultures, and supernatant of microbial cultures
  • a raw material solution for sugar production is put into a reaction tank and water is injected to prepare a raw material for invertase treatment with a solid content of 30% by weight or more, for example, 35 to 45% by weight, preferably 40% by weight, and the invertase
  • a solid content 30% by weight or more, for example, 35 to 45% by weight, preferably 40% by weight
  • invertase After adjusting the temperature of the raw material to be treated at 55 to 75°C, preferably at 60°C, and adding hydrochloric acid to pH 4.0 to 5.5, preferably to pH 4.5, invertase is added in an amount of 0.01 to 5.0% by weight based on the solid content. For example, by adding 0.01% to 1% by weight, hydrolysis may be performed for 16 to 48 hours or 20 to 28 hours.
  • the invertase may be any enzyme that decomposes sugar into glucose and fructose, and may be, for example, sumizyme INV-L (HBI ENZYME INC), but is not limited thereto.
  • the raw material for preparing a fructose-containing raw material for the allulose conversion reaction is a raw material for sugar production, as a raw material for sugar cane, sugar beet raw material juice, concentrate, or molasses from the juice or concentrate And the crystals obtained after removal.
  • Invert sugar refers to the decomposition of sugar contained in raw sugar into glucose and fructose by acid hydrolysis of raw sugar, for example, raw sugar at high temperature or hydrolysis by enzyme treatment of invertase.
  • the starting material of the present invention is preferably the juice or juice of sugar cane or sugar beet obtained after pressing sugar cane (for example, extracted without processing).
  • the raw sugar applicable to the present invention may be prepared by using a commercially available product, or by further processing sugar cane or sugar beet juice or juice.
  • sugar cane stems are prepared as they are or cut to produce juice, and lime is added to the juice to filter impurities while raising the pH to precipitate proteins, fats, and suspended solids.
  • lime is added to the juice to filter impurities while raising the pH to precipitate proteins, fats, and suspended solids.
  • the process of concentrating the juice from which the impurities have been removed may be further performed, and the crystal obtained by separating the crystal and molasses by centrifugation may be used.
  • sugar cane can be juiced to obtain sugar cane juice, and the juice can be filtered to remove impurities, and a concentration process may be optionally performed. It is sufficient to treat only the process of removing solids as well as soluble substances, thereby contaminating the enzyme and removing substances that can reduce the efficiency.
  • the prepared invert syrup Prior to performing the enzyme conversion step, the prepared invert syrup can be further concentrated to a solid content of 68% by weight to inhibit the growth of microorganisms and reduce transportation costs.
  • the sugar cane juice has a sugar content of about 16 to 23% by weight, and 90% by weight or more of the sugars are sugar (sucrose).
  • the raw material treated with the invertase may be a raw sugar solution having a solid content of 35 to 65% by weight, for example 45 to 60% by weight (or brix).
  • the hydrolyzed invert syrup or fructose-containing product produced by the treatment of invertase has a saccharide solid content of 10% by weight or more, 15% by weight or more, 20% by weight or more, 25% by weight or more, 30% by weight. % Or more, 35% by weight or more, 40% by weight or more, 45% by weight or more, 50% by weight or more, or 55% by weight or more, for example 30 to 80% by weight, 35 to 80% by weight, 40% by weight % To 80% by weight, 45% to 80% by weight, 50% to 80% by weight, 55% to 80% by weight, 30 to 75% by weight, 35% to 75% by weight, 40% to 75% by weight %, 45% to 75%, 50% to 75%, 55% to 75%, 30 to 70%, 35% to 70%, 40% to 70%, 45% % To 70% by weight, 50% to 70% by weight, 55% to 70% by weight, 30 to 65% by weight, 35% to 65% by weight, 40% to 65% by weight, 45% to
  • the saccharides contained in the inverted enzyme treatment product are mainly composed of fructose and glucose, and may contain more saccharides than other disaccharides.
  • the total content of fructose and glucose is 90% by weight or more, 91% by weight or more, 92% by weight or more, 93% by weight or more, 94% by weight or more, 95% by weight or more, based on 100% by weight of the total saccharide solid content, It may be 96% by weight or more, 97% by weight, 98% by weight, 99% by weight or more, or 99.5% by weight or more, and the remaining saccharides excluding glucose and fructose, such as disaccharides or more, are based on 100% by weight of the total saccharide solid content, 10 Wt% or less, 9 wt% or less, 8 wt% or less, 7 wt% or less, 6 wt% or less, 5 wt% or less, 4 wt% or less, 3 wt% or less, 2 wt% or less,
  • the content of glucose and fructose contained in the inverted enzyme treatment product decomposes the sugar contained in the raw material by the action of the invertase to produce the same amount of glucose and fructose. Therefore, the content of glucose and fructose is 1:1 by weight, so the fructose and It may be included in an amount of 50% by weight based on 100% by weight of the total content of glucose, or by adding the same amount of glucose fructose obtained through sugar decomposition according to the content of glucose and fructose contained in the raw sugar before the inversion enzyme is treated.
  • the content of glucose and fructose contained in the inverted product can be determined, the content of glucose and fructose contained in the inverted enzyme treatment product is based on 100% by weight of the total content of the fructose and glucose, and the fructose content is, for example, 40% by weight.
  • the glucose content may be the residual amount of the fructose content based on 100% by weight of the total content of fructose and glucose.
  • Raw sugar solution of 35 to 45% by weight of solid content is enzymatically hydrolyzed using an invertase, and a mixture of fructose and glucose obtained by decolorization, ion purification, and concentration processes are performed to obtain a raw material syrup of 43 to 48% by weight of fructose. It is a step of manufacturing.
  • the reaction solution containing the activated carbon is subjected to a solid-liquid separation process to obtain a filtrate, and impurities are filtered residues. Can be removed with.
  • the filtration may be performed using filtration equipment such as a filter press.
  • the stirring speed of the reaction solution may be 5 to 500 rpm, preferably 50 to 300 rpm.
  • the stirring speed may be appropriately selected in consideration of the degree of dispersion of the activated carbon and the cost required for stirring.
  • the contact time between the activated carbon and the reaction solution can be appropriately selected in consideration of the degree of dispersion of the activated carbon and the removal efficiency of impurities, and may be, for example, 0.5 to 5 hours, preferably 0.5 to 2 hours, and if the contact time is short Removal of impurities, for example, may not be sufficiently discolored, and if the contact time is long, major components may be destroyed and browned.
  • the activated carbon used in the activated carbon treatment process may be derived from coal-based or wood-based, and impurities may be selectively removed depending on the pore size of the activated carbon.
  • the ion purification process may be performed using one type of ionic resin selected from the group consisting of a cation exchange resin, an anion exchange resin, and a resin in which a cation and anion exchange resin are mixed, and the ion purification process of the allulose conversion product Similarly, can be applied to the ion purification process of fructose.
  • a method of preparing a fructose-containing raw material includes (1) a conversion process of preparing a mixture containing glucose and fructose by treating the raw sugar with an invertase enzyme; (2) A process for preparing a fructose-containing raw material including a fructose separation process for obtaining a fructose fraction and a raffinate by performing separation of the inverted product using ion purification and simulated moving bed (SMB) chromatography.
  • SMB simulated moving bed
  • raffinate is also referred to as a raffinate, and in the product obtained by passing the raw material introduced in the separation process through the separation process, the target fraction containing the target material to be increased by the separation process and , And a residual liquid containing a substance to be removed or reduced in content in the separation process, and the residual liquid is called raffinate.
  • the fructose-containing raw material which is a substrate for the allulose conversion reaction, may perform a process of preparing an invert sugar syrup containing fructose by contacting the raw sugar with an invertase enzyme, and separating high-purity fructose from the invert sugar syrup.
  • the process of separating high-purity fructose from the inverted sugar syrup includes first (A) a conversion process of preparing invert sugar syrup containing fructose using raw sugar and a conversion catalyst, and (B) separation process of preparing fructose from the invert sugar syrup.
  • Phosphorus primary ion purification, separation using SMB chromatography, and secondary ion purification may be performed by one or more processes selected from the group consisting of, and additionally, activated carbon treatment and filtration treatment may be performed.
  • the fructose manufacturing process of the present invention can be used in both a continuous type and a batch type, and according to an embodiment, a continuous process may be used, but the present invention is not limited thereto.
  • the inverted sugar reactant obtained in step (A) may be subjected to a first ion purification and SMB chromatography separation process.
  • the separation process for preparing fructose may be performed by the same method, process and reaction conditions as in a conventional separation process for preparing fructose.
  • the first ion purification and SMB chromatography are substantially the same as those described in the separation process of the allulose-converted reactant in (2).
  • the separation process of the fructose production of the present invention may include a first ion purification, SMB chromatography separation, a second ion purification, and a concentration process, and the process of selectively removing impurities from the fructose isomerization reaction is a desalting process, a decolorization process.
  • Process or decolorization and desalting process can be performed.
  • the process of removing the impurities may be performed by passing through a column filled with an ion exchange resin in order to remove impurities such as a process for removing insoluble substances using filtration, a process for decolorizing using activated carbon, and a colored component and an ionic component.
  • a fructose syrup having a fructose content of 40 to 44% by weight is obtained through the process of removing impurities from the fructose isomerization reaction product.
  • a glucose raffinate and a fructose fraction were obtained using a simulated moving bed adsorption separation method (simulated moving bed, SMB), and the fructose fraction was subjected to a second ion purification and concentration process, based on 100% by weight of the total solid content.
  • SMB simulated moving bed adsorption separation method
  • the separation of glucose and fructose it can be performed substantially the same as the SMB chromatograph separation process used in the separation process of the allulose conversion reactant, for example, calcium (Ca) type having a particle size of 220 to 320 ⁇ m. Strongly acidic cationic resins can be used.
  • the high-purity separation process may be performed at a temperature of 40 to 60° C., for example, 60° C.
  • the fructose production process of the present invention can be used in both a continuous and a batch type, and is preferably a continuous process.
  • the process of manufacturing fructose through recycling of fructose raffinate according to the present invention will be described in detail for each step.
  • the first ion purification method it can be performed in the same or different method as the first ion purification manufactured by Allulose to remove impurities such as colored and ionic components, and the same type or different types of ion exchange resins are filled. It can be carried out by using one or two or more separated columns.
  • the ion purification process may be performed by setting process conditions in consideration of the physical properties and ion purification efficiency of the resin used for ion purification.
  • 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 an insoluble substance removal process, a decolorization process using activated carbon, and a colored component and an ionic component.
  • impurities such as an insoluble substance removal process, a decolorization process using activated carbon, and a colored component and an ionic component.
  • the fructose fraction obtained in the high-purity separation process may be subjected to secondary ion purification and concentration processes 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 by various methods to include a fructose content of 85% by weight or more.
  • the fructose fraction obtained by the simulated moving bed adsorption separation method eg, 20 to 30% by weight of solid content may be concentrated to 45 to 55% by weight of the solid content through a concentration process.
  • Concentration in the fructose production process The process may include concentrating for 10 to 15 minutes at a temperature of 70 to 85° C.
  • the concentration may be performed under reduced pressure or vacuum using a Falling Film Evaporator or a Thin Film Evaporator.
  • the process of concentrating in the fructose manufacturing process may include concentrating at a temperature of 70 to 85° C. for 10 to 15 minutes.
  • a high-purity fructose solution obtained by separating fructose from invert sugar syrup obtained from raw sugar is used as a substrate for the allulose conversion reaction.
  • the allulose production method includes (1) an allulose conversion process of preparing an allulose conversion reaction product from a fructose-containing raw material; (2) an allulose separation process for obtaining an allulose fraction and a fructose raffinate by performing ion purification and separation of the conversion reaction product using a simulated moving bed (SMB) chromatography.
  • the allulose production method may further include an allulose crystallization step of ion purification, concentration, and crystallization of the allulose fraction obtained in the separation step of (3) allulose production.
  • the allulose manufacturing process of the present invention may use both a continuous process and a batch process, and according to an embodiment, a continuous process may be used, but the present invention is not limited thereto.
  • the final product obtained in the fructose separation process according to the present invention is introduced into the allulose production process as a reaction raw material for the allulose conversion reaction.
  • the fructose content of the fructose fraction obtained through the high purity separation process may be 85% by weight or more, and the fructose content of the final product obtained through the concentration process may be 85 to 95% by weight or 85 to 99% by weight.
  • the fructose raw material introduced in the allulose conversion reaction has a fructose content of 85% by weight or more, such as 85% by weight to 99% by weight, and the content of monosaccharides and disaccharides is 5% by weight or less, for example, 1% by weight to It may be 5% by weight.
  • 2BX (20 g/L) in HPLC measurement it is 10 g/L based on glucose (50%), and HMF can be confirmed as 0.05% weight when set as 0.01 g/L.
  • the present invention can maximize the production yield of allulose and lower the production cost of allulose by using a fructose-containing raw material using raw sugar as a raw material substrate for an allulose conversion process.
  • a fructose-containing raw material using raw sugar as a raw material substrate for an allulose conversion process.
  • a separate sugar manufacturing process and sugar decomposition treatment device are not required, so process design And it is advantageous in terms of operation.
  • the allulose production method is an allulose conversion process of preparing an allulose conversion reaction product from a fructose-containing raw material, and separation of the conversion reaction product using ion purification and simulated moving bed (SMB) chromatography. To obtain an allulose fraction and a raffinate by performing an allulose separation process.
  • the allulose manufacturing process of the present invention may use both a continuous process and a batch process, and according to an embodiment, a continuous process may be used, but the present invention is not limited thereto.
  • the allulose conversion process is a process of converting allulose from a fructose-containing raw material by performing an allulose conversion reaction, and a reaction liquid containing allulose converted from fructose as a product of the process is obtained.
  • a strain producing an allulose epimerase or a recombinant strain into which a gene encoding an allulose epimerase has been introduced is cultured, and therefrom
  • the obtained allulose epimerization enzyme can be produced by reacting with a fructose-containing raw material.
  • the allulose epimerization enzyme may be performed in a liquid phase reaction or a solid phase reaction using an immobilized enzyme.
  • a composition for producing allulose comprising at least one selected from the group consisting of extracts may be prepared by reacting with a fructose-containing raw material.
  • allulose is produced using the cells of the strain producing the allulose epimerization enzyme, it may be carried out in a liquid phase reaction or a solid phase reaction using immobilized cells.
  • the strain producing the allulose epimerization enzyme may be a strain capable of converting allulose from fructose in a high yield while having high stability or capable of producing an allulose epimerization enzyme.
  • the strain may be a strain isolated from nature or a non-GMO strain that is a mutant strain thereof, or a recombinant strain in which a gene encoding an allulose epimerase is introduced into a host cell.
  • various strains known as the non-GMO strain may be used.
  • the recombinant strain may be used as a variety of host cells, such as E. coli, Bacillus strain, Salmonella strain, and Corynebacterium strain, but preferably may be a GRAS strain, Corynebacterium strain, Corynebacterium strain. It may be Leeum glutaricum.
  • the allulose conversion process according to an embodiment of the present invention is performed by a biological method, for example, in the case of a solid phase reaction, immobilizing the allulose epimerase or cells on a carrier and filling the column, and the filled column It may further comprise the step of supplying a fructose solution.
  • the column to be filled with the carrier on which the enzyme or cells are immobilized and the method of filling the column can be easily selected and performed by a person skilled in the art to which the present invention belongs, depending on the enzyme or cell or the immobilization carrier used.
  • a packed-bed column may be prepared by filling a column with the immobilized enzyme or cells.
  • Enzymatic reaction that is, conversion of fructose to allulose can be carried out by supplying a fructose solution as a substrate to the packed bed column.
  • an example of a method of preventing or reducing the generation of impurities in order to prevent or reduce the generation of impurities may be a method of performing the allulose production process at a pH of 4 or more and/or a temperature of 70° C. or less. .
  • the reaction may be carried out under 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.
  • the reaction may be carried out under a temperature condition of 30° C. or higher, for example, 40° C. or higher.
  • the composition for producing allulose 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, etc. It can be.
  • Korean Patent Publication No. 2014-0021974 Korean Patent Publication No. 2014-0054997, Korean Patent Publication No. 2014-0080282, or Korean Registered Patent No. 10-1318422. have.
  • the fructose raw material introduced into the allulose conversion process according to the present invention may be prepared by a biological method or a chemical method, and is preferably a biological method.
  • the fructose raw material may be used as a fructose raw material to be added to the allulose conversion process by biologically or chemically hydrolyzing raw sugar to prepare a syrup containing glucose and fructose, and separating the fructose.
  • 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 reactants, and , For example 85 to 99 w/v%, 88 to 99 w/v%, 88 to 99 w/v%, 85 to 87% (w/v), 88 to 90% (w/v), 91 to 93 % (w/v), 94 to 99% (w/v), or 97 to 99% (w/v).
  • the concentration of fructose may be determined in consideration of the economic feasibility of the process and the solubility of fructose, and the fructose may be used as a buffer solution or a solution dissolved in water (eg, distilled water).
  • the product obtained in the allulose conversion process is a mixture containing fructose as a raw material substrate and allulose as a product, and the allulose fraction and the residual content of allulose as the target substance increased through a high-purity separation process.
  • a liquid is obtained, and since a large amount of fructose, which is a substrate for the allulose conversion reaction, is contained in the residue, it may mean a fructose raffinate.
  • the allulose production process may include a process of separating the allulose conversion reaction product including ion purification of the allulose conversion reaction product and separation of an allulose conversion reaction product with a Mosai copper layer (SMB) chromatograph.
  • the allulose conversion reaction product is separated by SMB chromatography to separate an allulose fraction having a higher allulose content than the conversion reaction product and a fructose raffinate, and the allulose fraction is an allulose concentration process or crystallization process.
  • the fructose raffinate is introduced into the fructose manufacturing process and recycled.
  • the content of allulose in the allulose fraction may include separating/purifying such that the content of allulose is 85% by weight or more, for example, 85% by weight to 95% (w/w) or more.
  • the ion purification process in the allulose manufacturing process is a process of removing ions contained in the reactant, and may be performed before and/or after the SMB chromatography separation process.
  • the first ion purification process for performing the ion purification process may be performed in the same or different manner as the second ion purification for the following allulose fraction, for example, the same type or a different type. It can be carried out by using one or two or more separation towers filled with an ion exchange resin of.
  • the ion purification process may be performed at a temperature of 35 to 50° C., for example, 38 to 58° C., in consideration of the physical properties and ion purification efficiency of the resin used for ion purification.
  • a process of selectively treating the allulose conversion reactant with activated carbon may be additionally performed before performing the first ion purification process of the allulose conversion reactant.
  • the activated carbon treatment is performed by adsorbing and removing polymers or low-molecular organic substances, colored ionic substances, proteins, etc. that may act as impurities or induce denaturation of allulose.
  • the activated carbon used in the activated carbon treatment process may be derived from coal-based or wood-based, and impurities may be selectively removed according to the pore size of the activated carbon.
  • the reaction solution containing the activated carbon is subjected to a solid-liquid separation process to obtain a filtrate, and impurities are filtered residues. Can be removed with.
  • the filtration may be performed using filtration equipment such as a filter press.
  • the high-purity separation process using SMB chromatography is a separation method that is easy to secure the stability of a material because there is no phase change in the separation process.
  • chromatographic separation methods are widely used as liquid phase adsorption separation methods.
  • the simulated moving bed adsorption separation method (simulated moving bed (SMB)) is a separation technique proposed in U.S. Patent No. 2,985,589 in 1961. Purity and productivity compared to conventional batch chromatography by separating continuously using a number of columns. It is excellent and has the advantage that the use of less solvent is possible.
  • the simulated moving bed (SMB) adsorption separation process is a process in which a mixture to be separated is injected and a raffinate and an extract are produced continuously.
  • the basic principle of SMB is to simulate the countercurrent flow of the stationary and mobile phases and enable continuous separation by moving the positions between the columns at regular intervals. Materials that move quickly because of their weak affinity with the adsorbent move in the direction of the liquid phase and collect as extract, and substances that move slowly because of their strong affinity with the adsorbent move in the flow direction of the stationary bed and collect as raffinate.
  • the columns are connected in series, the inlet consists of the mixture and the mobile phase, and the outlet consists of the desired extract and raffinate.
  • the separation resin in the SMB a strong acid cation exchange resin to which a salt is added, which is widely used in the simple sugar separation process, is used, so the product obtained after performing the separation process contains metal ions.
  • An example of the strong acid cation exchange resin may be a cation exchange resin with a calcium active group attached thereto.
  • a typical simulated moving bed (SMB) adsorption separation device consists of four sections consisting of one or more columns, a desorbent inlet port located between each section, a strong adsorbent extract outlet port, and a feed to be separated. ) It consists of an inlet port and a raffinate discharge port, which is a weak adsorbent.
  • the separation method of a mixture using a similar moving bed (SMB) adsorption separation device can be applied to the separation of aromatic hydrocarbon mixtures, ethylbenzene separation, and chiral compound separation. It can be applied to the separation process of semi-mixed drugs.
  • the high purity separation process may be performed at a temperature of 45 to 70° C., for example, 50 to 65° C.
  • the allulose fraction obtained in the high-purity separation process using SMB chromatography in the allulose production process of the present invention can be commercialized as a liquid syrup through an allulose concentration process, or can be commercialized into allulose crystals through an allulose crystallization process.
  • the allulose fraction obtained in the SMB chromatographic separation process is ion-purified and concentrated to prepare a concentrate obtained.
  • the concentrate may be used as an allulose syrup product, or may be introduced into a crystallization process to be prepared as allulose crystals.
  • the allulose fraction obtained in the high purity separation process using the SMB chromatography may be subjected to the second ion purification process, and in the same or different method as the first ion purification process performed in the separation process. You can do it.
  • the content of allulose in the allulose solution for obtaining allulose crystals must be contained in a high concentration in a supersaturated state, but crystallization cannot be performed directly because the content of allulose in the allulose conversion reactant is low. In order to increase the content, a process of purifying and concentrating to the desired level should be performed.
  • the step of concentrating the purified allulose solution may be performed at a temperature of 40 to 75 °C or 55 to 75 °C.
  • the temperature of the concentrate is higher than 75° C., heat denaturation of D-allulose may occur, and when the temperature is lower than 40° C., it is difficult to achieve the desired level of concentration.
  • the concentration proceeds, the temperature of the reactant increases rapidly due to the heat of evaporation, so the temperature of the concentrate must be rapidly concentrated while maintaining the temperature below 75°C.
  • the present invention in order to achieve heat denaturation and concentration of allulose at a desired level, it may be concentrated at a temperature of 55 to 75°C, preferably 60 to 70°C. The concentration process may be repeated once or twice or more until the desired concentration level is achieved.
  • the process of concentrating the allulose fraction obtained in the SMB chromatography separation process may be performed in various ways, and the solid content of the concentrate may be 70 brix or more.
  • the allulose fraction (eg, 20 to 30% by weight solid content) obtained by the simulated moving bed adsorption separation method may be concentrated to a solid content of 70 brix or more through a concentration process.
  • the solid content of the allulose concentrate may be 70 brix or more, for example, 70 brix to 85 brix.
  • the allulose fraction obtained in the SMB chromatography separation process may be performed under a temperature condition of 40 to 70° C.
  • the concentration process is optionally divided into at least two steps. You can do it.
  • the concentration of allulose syrup is performed first to a concentration of 30 to 50 Bx, and the concentration of the first concentrate may be performed secondly to a concentration of 60 to 85 Bx. have.
  • the process of concentrating in the allulose manufacturing process may include concentrating for 10 to 15 minutes at a temperature range of 55 to 75°C.
  • the concentration may be concentrated under reduced pressure or vacuum conditions using a Falling Film Evaporator or a Thin Film Evaporator.
  • the allulose content contained in the allulose concentrate has little fluctuations with the allulose content of the allulose fraction obtained in the SMB chromatography separation process, and the solid content increases, allowing the subsequent crystallization process to be performed.
  • the allulose content contained in the allulose concentrate is 94% by weight or more, 95% by weight or more, 96% by weight or more, 97% by weight or more, 98% by weight or more, or 99% by weight or more based on 100% by weight of the total solid content. I can.
  • the allulose crystallization process includes secondary ion-purifying the allulose fraction obtained in the high-purity separation process, concentrating the ion-purified allulose fraction, and crystallizing allulose from the concentrate to obtain allulose crystals and And obtaining an allulose crystallization mother liquor.
  • Specific examples of the allulose separation process may include primary ion purification, high purity chromatography separation, secondary ion purification, concentration and crystallization processes, and optionally desalting, decoloring, or Decolorization and desalting processes can be performed.
  • the content of allulose in the allulose fraction is 85% by weight or more, 90% by weight or more, 91% by weight or more, 92% by weight or more, 93% by weight or more, 94% by weight or more, or 95% by weight or more, for example 85% by weight.
  • % To 99.9% (w/w) or more may include separation/purification.
  • the allulose contained in the allulose crystal has a purity of 90% by weight or more, 95% by weight or more, or 99% by weight or more, and the allulose content in the crystallization mother liquor is 85% by weight or more, 90% by weight or more, 93% by weight or more , Or 95% by weight or more, for example 85% by weight to 95% by weight.
  • the allulose obtained by the method of the present invention can be purified and/or crystallized by a conventional method, and such purification and crystallization belongs to a conventional technique for those skilled in the art. For example, it may be performed by one or more methods selected from the group consisting of centrifugation, filtration, crystallization, ion exchange chromatography, and combinations thereof.
  • the allulose fraction obtained in the high-purity separation process using the SMB chromatography can be secondary ion purified, and can be performed in the same or different way as the primary ion purification used in the allulose separation process. have.
  • the method of preparing D-allulose crystals according to the present invention may include the step of concentrating the purified D-allulose solution.
  • the content of allulose in the allulose solution for obtaining allulose crystals should be at least 70% by weight. Since the purity of allulose in the allulose solution prepared by the allulose epimerase is as low as 20 to 30% by weight, crystallization cannot be performed directly, and allulose must be purified and concentrated to a desired level before the crystallization step.
  • it in order to achieve heat denaturation and concentration of allulose at a desired level, it may be concentrated in a temperature range of 55 to 75°C. The concentration process may be repeated once or twice or more until the desired concentration level is achieved.
  • the step of cooling to crystallize may include rapidly cooling to a temperature range of 10 to 25° C. through a heat exchanger, and then repeatedly heating and cooling to induce crystal growth.
  • the method of preparing the D-allulose crystal according to the present invention may further include the step of recovering the allulose crystal obtained in the crystallization step by centrifugation, washing with deionized water, and drying.
  • An example according to the present invention includes an allulose conversion reactor for performing an allulose conversion reaction from a fructose raw material using a biological catalyst, a column filled with a cation exchange resin with an active group attached thereto, a raw material inlet, and an allulose fraction It relates to an allulose production apparatus comprising a simulated moving bed (SMB) chromatography separator having an outlet for discharging fructose raffinate.
  • SMB simulated moving bed
  • the fructose separation device includes an ion purifier having a column filled with an ion exchange resin for ion purification of the inverted reactant, a column filled with a cation exchange resin with an active group attached thereto, and an inlet for introducing the reactant passing through the ion purifier, A simulated moving bed (smb) chromatography separator having an outlet for discharging a fructose fraction and a raffinate, a concentrator for concentrating the fructose fraction discharged from the separator, and a fructose-containing raw material discharged from the concentrator. It may include a connection part for connecting the high-purity fructose solution manufacturing apparatus and the allulose manufacturing apparatus for providing to the loss manufacturing apparatus.
  • the method of manufacturing allulose according to the present invention simplifies the process by omitting the sugar manufacturing process and the glucose manufacturing process, compared to the conventional case of manufacturing allulose using sugar or using isomerized fructose using starch, Production costs can be reduced by using low-cost raw materials, and the content of impurities contained in allulose syrup or powder can be controlled by reducing the content of oligosaccharides and other impurities greater than DP3 contained in conventional isomerized sugar using starch. have.
  • 3 to 9 are HPLC analysis results of samples obtained in a sugar manufacturing process using raw sugar, each of which is a raw sugar solution and a crystallized mother liquor for sugar preparation.
  • a reaction solution having a solid content of 55bx was prepared by mixing 220 kg of raw sugar and 180 kg of distilled water and adjusting the pH to 4.12 with 1N HCl, and 0.1% by weight of Invertase (Sumizyme INV-L) under temperature conditions using the reaction solution. , Okjeon Biochem) was treated. The treatment solution was reacted for 24 hours to obtain a reaction product solution containing 50.0% by weight of glucose and 48.6% by weight of fructose.
  • the raw sugar is manufactured from sugar cane and has a sugar content of 98.5%.
  • the reaction product liquid was decolorized for 30 minutes by treatment with 1.0% by weight of activated carbon at a temperature of 80° C., and decolorization treatment was performed by filtering the activated carbon.
  • the color and ions were passed through the decolorization-treated reaction product solution to a cation exchange resin (SCRB), an anion exchange resin (AMP24), and a resin mixed with a cation and anion exchange resin (MB) at a rate of twice the volume of the ion exchange resin per hour. Impurities such as components were removed.
  • SCRB cation exchange resin
  • AMP24 anion exchange resin
  • MB cation and anion exchange resin
  • the product from which the impurities have been removed is subjected to a high purity separation process (SMB) for fructose fractionation using chromatography filled with a calcium (Ca 2+ ) type ion exchange resin, so that the fructose content in the solid content is 85% by weight.
  • SMB high purity separation process
  • a fructose fraction was obtained.
  • the fructose fraction was concentrated to obtain a fructose solution having a solid content of 50% by weight and a fructose content of 98.1% by weight.
  • allulose was prepared. Specifically, the allulose conversion process and the separation process were performed at a flow rate of 3.8 m3/hr using the prepared fructose solution having a solid content of 50% by weight and a fructose content of 98.1% by weight.
  • the allulose content of the reactant obtained through the allulose conversion process was 20 to 23% by weight, and after ion purification, it passed through the separation process at a concentration of 45 to 50% by weight.
  • Raffinate generated during separation using Ca+ type separation (SMB) resin was generated by 3 m3 per hour.
  • the fructose solution was passed through a tower on which the allulose enzyme was fixed, thereby obtaining low-purity allulose having an allulose content of 21.8% by weight.
  • allulose syrup was prepared from a fructose substrate by a biological method.
  • low-purity allulose was passed through an anion exchange resin and a resin in which a cation and anion exchange resin were mixed to obtain a low-purity allulose through the ionic resin.
  • a high-purity allulose fraction was separated using chromatography filled with a calcium (Ca 2+ ) type ion exchange resin, and a high-purity allulose having an allulose content of 95% by weight or more.
  • the high purity allulose was passed through an anion exchange resin and a resin in which a cation and anion exchange resin were mixed to obtain ion-purified high purity allulose.
  • the obtained ion-purified high-purity allulose was concentrated to prepare a high-purity allulose concentrate having a solid content of 72 Brix and a purity of 98.5% by weight.
  • the allulose syrup production method substantially performed the allulose conversion process and the separation process of Example 1, but as a substrate for the allulose conversion reaction, from a starch-derived fructose raw material containing 90% by weight of fructose. , 50 mM PIPES buffer solution pH7.5 and reacted under the conditions of 60 °C, having a solid content of 72 Brix An allulose concentrate having an allulose purity of 97.5% by weight was obtained.
  • the starch-derived fructose was mixed with water so that corn starch was 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. Thereafter, the saccharified solution was vacuum drum filtration to remove insoluble substances to obtain a fructose isomerization reaction product (a syrup with a fructose content of 42% by weight).
  • the reaction product (syrup with a fructose content of 42% by weight) that has passed through the fructose isomerization process is passed through the first ion purification process consisting of a strong acid resin, a weak basic resin, and a strong acid resin and a weak basic mixed resin, and the solid content 50 through ion purification. After concentration to% by weight, it passed through the SMB chromatography process. An SMB process was performed to obtain a fructose fraction, and the fructose fraction was subjected to a second ion purification and concentration process to obtain a fructose-containing raw material solution having a solid content of 50 Brix and a fructose content of 90% by weight.
  • Test Example 1 Analysis of 5-HMF content of allulose derived from raw materials for sugar production
  • Example 1 high-purity fructose solution
  • Example 2 high-purity allulose
  • Example 3 high-purity allulose
  • Example 2 high-purity allulose
  • 5 brix Brix
  • the analyzed sample was put in a 1 ml quartz cuvet, measured with a spectrophotometer at an absorbance of 280 nm and an absorbance of 250 nm, and calculated by Equation 1 to obtain the 5-HMF content in the sample.
  • Table 1 shows the measurement results of 5-HMF content using the spectrophotometer and the measurement results of 5-HMF content using HPLC analysis.
  • a (280 nm) and A (250 nm) are absorbance values measured at 280 nm or 250 nm, respectively.
  • Table 1 shows the measurement results of the 5-HMF content using the spectrophotometer.
  • Samples 1 and 2 according to Example 1 showed a significant difference in the content of HMF from the control samples 1 and 2 according to Comparative Example 1. Therefore, the fructose-containing raw material derived from the raw material for sugar production according to this embodiment and the allulose syrup prepared using the same, compared with the fructose-containing raw material derived from starch and the allulose syrup prepared using the same, fructose-containing In addition to the difference in the content of 5-HMF in the raw material, the difference in the content of HMF in the prepared and separated allulose syrup was observed, and it was confirmed that the state was significantly lower than that of the comparative example.
  • the prepared analytical sample was subjected to HPLC-UV analysis conditions at 30° C. using a C18 (Shiseido, Capcell pak 4.6mm ⁇ x 250mm) column, and water as a mobile phase. 90% (v/v), methanol 10% (v/v) was carried out while flowing at a flow rate of 0.6 ml/min, and analyzed using a UV detector.
  • Sample analysis results using the HPLC analysis show the area of each peak in the HPLC result graph in Table 1 below, and the C18 compound (HMF) contained in each sample using the peak area of the C18 compound (5-HMF) by HPLC analysis. ), you can check the relative content.
  • Test Example 2 Analysis of the by-product content of starch-derived allulose
  • the allulose prepared in Comparative Example 1 was obtained for each process, as in the sample of Test Example 1, two samples were obtained, and purified water was added and diluted with 5 Brix to prepare an analysis sample.
  • control sample 1 starch-free high-purity fructose solution
  • control sample 2 high-purity allulose
  • 5 -For HMF analysis an analysis sample was prepared by diluting with 5 Brix.
  • the analysis sample was analyzed in substantially the same way as the method of measuring the 5-HMF content using a spectrophotometer according to Test Example 1.
  • Table 2 shows the measurement results of the 5-HMF content using the spectrophotometer.
  • the raw sugar-derived fructose-containing raw material and the starch-derived fructose-containing raw material had a large difference in HMF content.
  • the starch-derived allulose is manufactured compared to the raw sugar-derived allulose, the manufacturing process increases, and the amount of HMF increases compared to the raw sugar-derived allulose.
  • the difference in the amount of final HMF can be confirmed, and it can be seen that the purity of the final allulose is also high in crude sugar.
  • HMF can be measured with a UV detector using HPLC, and HPLC was measured by setting the same concentration to compare the relative difference between HMF of raw sugar-derived allulose and starch-derived allulose.
  • Sample 6 and Control Sample 6 When confirming, the difference in the area can be confirmed, and the amount of HMF is proportional to the area, but it was confirmed that the amount of HMF of allulose derived from raw sugar was small.
  • Test Example 3 Analysis of the content of by-products contained in allulose products by manufacturing step
  • a fructose solution which is a raw material substrate for producing allulose prepared in Example 1, was obtained, and the fructose solution having a solid content of 50 Brix and a fructose content of 98.1% by weight was used for analysis as Sample 6-1.
  • the allulose conversion process product obtained by the allulose conversion process using the fructose solution was used as sample 6-2, and the purified product obtained by ion-purifying the allulose conversion process product was used as sample 6-3, and the ion-purified
  • the allulose fraction obtained by separating the purified product using a Ca+ type separation (SMB) resin was used as sample 6-4, and the purified product obtained by purifying the allulose fraction was used as sample 6-5, and the purified product was A high-purity allulose concentrate having a purity of 98.5% by weight and a solid content of 72 Brix obtained by concentration was used as Sample 6-6.
  • a starch-derived fructose solution was obtained as a raw material substrate for allulose production, and the fructose solution having a solid content of 50 brix and a fructose content of 90% by weight was used for analysis as a control sample 6-1.
  • the allulose conversion process product obtained by the allulose conversion process using the fructose solution was used as a control sample 6-2, and the purified product obtained by ion-purifying the allulose conversion process product was used as a control sample 6-3, and the ion The allulose fraction obtained by separating the purified purified product using a Ca+ type separation (SMB) resin was used as a control sample 6-4, and the purified product obtained by purifying the allulose fraction was used as a control sample 6-5, A high-purity allulose concentrate with a purity of 95% by weight of a solid content of 72 Brix obtained by concentrating the purified product was used as a control sample 6-6.
  • SMB Ca+ type separation
  • the 5-HMF analysis method was performed by HPLC analysis in substantially the same manner as the 5-HMF content analysis method in the sample of Test Example 1, and the analysis results are shown in Table 3 below.
  • the amount of change (percent) is expressed as a percentage of the relative content of HMF contained in each sample based on the HMF content contained in the raw material sample 6-1 or the control sample 6-1.
  • the standard curve used for the HPLC analysis is shown in FIG. 10.
  • Table 3 shows the content of 5-HMF in the sample obtained in the allulose manufacturing process using raw sugar and the content of 5-HMF in the sample obtained in the allulose manufacturing process using starch, respectively. . According to the results of Table 3, it can be seen that the content of HMF is not due to the raw material, but rather increases the content of by-products of the final product while following the process during product manufacturing. As an example, if you check Table 3, compared to the HMF content of high fructose of the raw material, the difference in the content of HMF of the product can be confirmed, and therefore, it was confirmed that the content of by-products when manufactured with raw sugar-derived allulose can be reduced. .
  • Example 1 and Comparative Example 1 The high-purity allulose prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was used as a sample, and specifically, the final allulose solution prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was used with a solid content of 70 Brix and pH 4, 5, An analysis sample was prepared according to the values of 6 and 7, and 10 ml each were used for analysis.
  • the analysis samples were stored at 70° C. for 24 hours under conditions of pH 4, 5, 6, and 7 to perform a harsh test, and an HPLC analyzer was used to measure the content of allulose and by-products.
  • HPLC analysis conditions using a C18 (Shiseido, Capcell pak 4.6mm ⁇ x 250mm) column at 30 °C, water as a mobile phase 90% (v / v), methanol 10% (v / v) 0.6 ml / min flow rate It was carried out while flowing, and analyzed using a UV detector.
  • the HPLC analysis results of the sample of Example 1 are shown in Fig. 1, and the HPLC analysis results of the control sample of Comparative Example 1 are shown in Fig. 2.
  • the starch-derived allulose of Comparative Example 1 decreased the amount of allulose content and the increased amount of the by-product (5-HMF) in the storage condition at 70° C. for 24 hours. It was confirmed that it was significantly higher than that of allulose derived from raw sugar.
  • Example 1 and Comparative Example 1 The high-purity allulose prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was used as a sample, and specifically, the final allulose solution prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was prepared at pH 4, 5, using 1N HCl and 1N NaOH. After adjusting to 6 and 7, adjust the solid content with 70 Brix, prepare an analysis sample by adjusting the pH to pH 4, 5, 6, and 7, respectively, and take 10 ml of the analysis sample and use it in the analysis experiment. I did.
  • Test Example 6 Analysis of by-products by sugar purification process
  • Sugar is prepared by re-refining the mother liquor when the crystallization process is in progress in the conventional sugar manufacturing process, and the mother liquor was obtained and by-products of each process were analyzed under the same conditions as the analysis conditions of Test Example 2 by HPLC method. Specifically, the analysis samples were raw sugar, mother liquor 1, mother liquor 2, mother liquor 3, and mother liquor 4.
  • Raw sugar is collected and analyzed before entering the existing process, and when this raw sugar is dissolved and subjected to the crystallization step, sugar comes out and sugar comes out, and the remaining liquid is the mother liquor 1.
  • mother liquor 1 When the mother liquor 1 is crystallized again, sugar of lower quality than the first step of crystallization is produced.
  • the remaining liquid is called mother liquor 2.
  • Sugar was crystallized two more times in this way, and the mother liquor 3 and mother liquor 4 obtained sequentially were obtained.
  • the mother liquor the liquid remaining after crystallization is called the mother liquor, and the concentration of impurities in the mother liquor becomes thicker as the crystallization process proceeds. Therefore, when sugar crystallization proceeds by dissolving the existing raw sugar, impurities become thick in the remaining mother liquor except for the sugar obtained as a product.

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Abstract

본 발명은 알룰로스의 개선된 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 제조 공정에서 사용되는 원료 기질로서 원당을 활용하여 과당-함유 원료 용액 제조하는 것이다.

Description

개선된 알룰로스의 제조 방법
본 발명은 알룰로스의 개선된 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 제조 공정에서 사용되는 원료 기질로서 원당을 활용하여 과당-함유 원료 용액 제조하는 것이다.
알룰로스(Pscicose)는 과당(D-fructose)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 알룰로스는 용해성도 우수한 것으로 알려져 있어, 식품에의 활용이 주목되고 있는 소재 중 하나이다.
기능성 감미료로서 설탕 또는 과당 등을 대체할 수 있는 각광받는 당류 중 하나로서 알룰로스가 있다. 알룰로스는 화학적 또는 생물학적 방법으로 제조될 수 있으나,
알룰로스 전환 공정에 사용되는 반응 원료인 과당 함유 용액이 전분 등의 분해로부터 얻어지는 포도당을 이성화 반응으로 전환한 과당 이성화 반응물이거나 또는 설탕을 가수분해하여 얻어지는 것일 수 있다. 설탕 원료를 사용하여 알룰로스를 제조할 경우, 기존 원당에서 설탕을 만드는 공정이 필요하고 설탕 제조공정에서 제조원가 상승 및 수율 증가, 다수 공정의 추가 등의 문제점이 있다. 또한, 기존 옥수수로부터 얻어지는 이성화당의 경우 DP3이상의 물질이 포함되어 있어 분리능에 영향을 미치는 문제도 있다.
설탕 원료를 사용하여 알룰로스를 제조할 경우, 기존 원당에서 설탕을 만드는 공정을 제거할 수 있게 되고, 옥수수로부터 얻어지는 이성화당의 경우 DP3이상의 물질도 존재하여, 분리능에 영향을 미치기도 한다. 또한, 최근 포도당 및 과당 옥수수 시럽 및 기타 사탕 수수 공급원의 해외 제조업체와의 가격 경쟁으로 인해 원료 비용이 제조 원가에 부담을 주고 있어, 보다 저렴한 원료 및 공정으로 알룰로스를 제조할 필요성이 있다.
알룰로스 제조 공정에서 알룰로스 전환 반응 생성물에는 알룰로스 함량이 낮아 제품화 또는 결정화를 위해 알룰로스 순도를 증가시킬 필요가 있으며, 이를 위해 정제 및 농축하는 공정이 필요하다. 또한, 알룰로스는 결정 분말에 대한 요구가 있으나, 알룰로스는 결정성이 낮아 결정화하기 어렵다. 또한 알룰로스 농축물 또는 알룰로스 결정화 용액에 불순물을 포함하는 경우 제품 품질 확보를 위해 불순물을 제거할 필요가 있으며, 특히 일부 불순물을 알룰로스 결정화 또는 결정 성장에 방해가 되기도 한다.
따라서, 보다 저렴한 원료 및 공정으로 효율적인 알룰로스 제조 공정을 제공하고, 알룰로스 용액에 포함된 불순물의 함량 또는 알룰로스 제조과정에서 불순물의 생성을 최소화하는 알룰로스 제조 방법이 절실히 필요한 실정이다.
본 발명의 일 예는, 설탕 원료를 활용하여 알룰로스 순도 및 수율을 향상시키고 원료의 이용률을 높이고자, 설탕 원료를 활용하여 제조된 과당-함유 원료를 알룰로스 제조 공정의 원료로서 투입하여 알룰로스를 제조하는 방법 및 이에 사용되는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 일 예는, 종래에 설탕을 사용하여 알룰로스를 제조하거나 전분을 이용한 이성화 과당을 이용할 경우에 비해, 설탕 제조공정 및 포도당 제조과정을 생략할 수 있어 공정을 단순화하고, 저가의 원료를 활용할 수 있어 생산비용을 감소할 수 있는 원당을 활용하여 제조된 과당-함유 원료를 알룰로스 제조 공정의 원료로서 투입하여 알룰로스를 제조하는 방법 및 이에 사용되는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 예는, 종래 전분을 이용한 이성화당에 포함된 DP3이상의 올리고당류 및 기타 불순물의 함량을 감소시켜 알룰로스 시럽 또는 분말에 포함된 불순물 함량을 제어한 원당을 활용하여 제조된 과당-함유 원료를 알룰로스 제조 공정의 원료로서 투입하여 알룰로스를 제조하는 방법 및 이에 사용되는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 설탕 제조용 원료를 이용하여 고순도 과당을 직접 제조하여 알룰로스 제조의 원료로 활용하여 알룰로스 순도 및 수율을 향상시키고 생성된 알룰로스에 포함된 불순물을 감소하고자, 원당으로부터 생성된 전화당을 과당 분리공정에 투입하여 과당-함유 원료를 제조하는 방법 및 이에 사용되는 장치를 제공하는 것이다.
알룰로스의 생물학적 제조방법은, 과당 에피머 전환 반응로 제조하고 분리 및 정제하는 공정을 포함하며, 알룰로스 제조 원료인 과당 또는 과당-함유 원료는 종래 전분 유래 과당의 경우 전분의 분해에 의한 포도당 제조, 포도당의 이성화 반응에 의한 과당 제조, 및 과당 분리 및 정제 공정을 포함하고, 설탕 유래 과당의 경우 원당과 같은 설탕 제조용 원료로부터 설탕을 분리 및 정제하는 공정, 설탕의 분해에 의한 포도당 및 과당을 제조하는 공정 및 과당 분리와 정제 공정을 포함한다. 즉, 전분 유래 과당은 직접 원료는 포도당을 포함하는 전분 유래 이성화당이고, 설탕 유래 과당은 원당 등의 설탕 제조용 원료에서 분리, 정제 및 결정화된 설탕이며, 이들 과당 제조 원료를 제조하기 위한 전단계가 필수적이다.
따라서, 종래 전분 유래 과당 또는 설탕 유래 과당의 경우, 공정의 최초 원료로부터 직접 과당을 제조하지 못하고, 과당 제조를 위한 원료로서, 전분 유래 과당은 포도당 제조공정을 포함하고 설탕 유래 공정을 설탕 분해 공정을 추가로 포함하여야 하는 적어도 2단계 공정을 진행해야 하므로 공정이 복잡하고 공정 수율이 낮아지고, 각 공정에서 부산물이 발생하는 문제점이 있다.
또한 전분 유래 과당은 과당 제조 공정의 전단계 반응인 포도당 제조 공정에서 DP3 이상의 불순물을 다수 포함하고 있어 과당 분리 및 정제를 어렵게 하고 전분 유래 과당을 이용하여 알룰로스를 생산하는 경우 알룰로스 전환 반응생성물에도 DP3 이상의 불순물을 포함될 수 있어 알룰로스 분리 및 정제 공정을 어렵고 복잡하게 할 수 있다. 설탕 유래 과당을 제조하기 위한 전단계 반응인 설탕 정제 공정은, 예를 들면 원당을 녹여 설탕으로 결정화하는 과정에서 부산물 제거를 위한 다수의 공정이 필요하게 된다.
이에, 본 발명에 따른 과당 제조용 원료는 별도의 이성화당 또는 설탕을 제조하는 공정을 포함하지 않고, 설탕 제조용 원료, 예를 들면 사탕수수, 사탕무우 원료의 착즙액(juice), 농축액, 또는 상기 착즙액 또는 농축액에서부터 당밀을 제거하고 얻어진 결정 용해액을 이용하여 직접 전화효소를 처리하고 과당을 분리 및 정제하는 공정을 수행할 수 있어 과당 제조용 원료를 제조하는 전단계 반응이 필요하지 않아 공정을 단순화할 수 있다.
알룰로스는 pH가 낮고 온도가 높을수록 불안정하여, 실제 생산 공정 중 특히 농축 단계에서 알룰로스의 함량이 변화된다. 이러한 문제는 고순도의 알룰로스 순도를 낮추게 하여 결정화 단계에 많은 영향을 주게 된다. 실제 이 과정에서 알룰로스의 함량이 감소되면서 부가적으로 생성되는 알룰로스 전환물(Impurity)의 함량이 증가하며, 이 성분이 알룰로스 결정 입자가 성장하는데 Inhibitor로 작용됨을 알 수 있었고, 이로 인해 결정 입자의 입도와 결정 수율에 큰 영향을 준다. 이에, 본 발명은 알룰로스 생산 과정에서 알룰로스 이외의 불순물을 조절하여, 알룰로스 결정 입자의 모양, 구조 및 크기, 결정 순도, 결정 생성 속도, 및 결정 수율을 향상시킬 수 있다. 상기 불순물은 알룰로스 변성체, 알룰로스 변성 중합체, 또는 알룰로스가 분해되는 과정에서 생성되어 전환된 중간체물질일 수 있으며, 히드록시메틸푸르푸랄(Hydroxymethylfurfural, HMF), 더욱 바람직하게는 5-HMF를 포함한다.
본 발명에 따라, 알룰로스 전환 반응생성물에 포함된 불순물, 예를 들면 5-HMF이 생성되지 않거나 생성을 최소화한 조건에서 알룰로스의 생산, 분리 및/또는 정제 공정을 수행하여, 알룰로스 시럽에 포함되는 불순물의 함량을 감소시키고, 이로 인해 결정화 원액의 불순물 함량을 감소시켜 결정 성장을 방해하는 불순의 함량을 낮추어 결정 모양과 결정 수율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따라 설탕 제조용 원료를 이용하여 고순도 과당을 직접 제조하고, 이를 활용하여 알룰로스를 제조하는 경우, 알룰로스 전환 반응의 원료가 되는 과당-함유 원료는 0.001 내지 2.2 mg/L, 예를 들면 2.2 mg/L 이하, 2.1 mg/L 이하, 2.0 mg/L 이하, 1.9 mg/L 이하, 1.8 mg/L 이하, 1.7 mg/L 이하, 1.6 mg/L 이하, 1.5 mg/L 이하, 1.4 mg/L 이하, 1.3 mg/L 이하, 1.2 mg/L 이하, 1.1 mg/L 이하, 1.0 mg/L 이하, 0.9 mg/L 이하, 0.8 mg/L 이하, 0.7 mg/L 이하, 0.6 mg/L 이하일 수 있으며, 구체적으로는 상기 과당-함유 원료는 45 내지 55 중량%의 고형분 함량을 갖는 것일 수 있다.
상기 알룰로스 전환 반응 생성물을 SMB를 이용한 고순도 분리 및 이온정제 공정을 수행한 후 얻어지는 알룰로스 시럽은 0.001 내지 5.7 mg/L, 예를 들면 5.7 mg/L 이하, 5.6 mg/L 이하, 5.5. mg/L 이하, 5.25mg/L 이하, 5.0mg/L 이하, 4.7 mg/L 이하, 4.5mg/L 이하, 4.25mg/L 이하, 4.0mg/L 이하, 3.7mg/L 이하, 3.5mg/L 이하, 3.25mg/L 이하, 3.0mg/L 이하, 2.7mg/L 이하, 2.5mg/L 이하, 2.25mg/L 이하, 2.0mg/L 이하, 1.7mg/L 이하, 1.5mg/L 이하, 또는 1.25mg/L 이하의 5-HMF 함량을 갖는 것일 수 있다. 이하일 수 있으며, 구체적으로는 상기 과당-함유 원료는 70 내지 75 중량%의 고형분 함량을 갖는 것일 수 있다.
알룰로스에 포함된 고형분의 총함량 100중량%를 기준으로 히드록시메틸푸르푸랄의 함량을 0.01중량% 이하, 0.05 중량%이하, 0.06 중량%이하, 0.07 중량%이하, 0.08 중량%이하, 0.085 중량%이하, 0.09 중량%이하, 또는 0.095 중량%이하로 포함하거나, 예를 들면 포함하지 않을 수도 있다. 상기 히드록시메틸푸르푸랄은 5-히드록시메틸푸르푸랄일 수 있다.
설탕 제조용 원료로 알룰로스를 제조할 경우, 종래에 사용하는 전분 유래 이성화당 또는 설탕분해물을 제조하는 공정을 진행할 필요없이 직접적으로 효소 반응 및 탈색, 여과, 정제를 바로 들어가게 되어, 기존 공정에서 발생하는 제품의 손실 및 불필요 공정을 줄일 수 있게 된다. 전분 유래 이성화당은 원료에서 포함되는 DP3이상의 물질로 인해 분리능이 원당유래 과당-함유 기질에 비해 떨어지며, 설탕 분해물의 경우 설탕 제조에 진행되는 불필요한 공정을 없애는 장점을 보유하게 된다.
본 발명의 일예는 설탕을 함유하는 설탕 제조용 원료와 전화 효소를 이용하여 과당과 포도당을 함유하는 전화당 시럽(invert syrup)을 얻어, 과당 분리공정에 투입하여 과당-함유 원료를 제조하는 단계, 및 상기 과당-함유 원료를 이용하여 알룰로스 전환 반응을 수행하는 단계를 포함하는, 알룰로스의 제조방법에 관한 것이다. 상기 제조방법은, 전분 유래 포도당의 이성화 반응 또는 설탕 제조용 원료로부터 설탕을 분리 또는 정제하는 공정을 포함하지 않는다.
상기 과당 분리 공정은 상기 전화당 시럽을 활성탄 처리 공정, 이온정제공정, 모사이동층(SMB) 크로마토그래피를 이용한 고순도 분리 공정 및 농축 공정으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들면 상기 과당 분리 공정은 상기 전화당 시럽을 이온정제, 모사이동층(SMB) 크로마토그래피를 이용한 고순도 분리 공정 및 농축 공정을 포함할 수 있다.
상기 전화당 시럽은 과당, 포도당 및 2당류 이상의 당류를 포함할 수 있으며 본 발명의 일예에서, 상기 설탕 제조용 원료로 제조된 상기 과당-함유 원료는 당류 고형분 함량 기준으로, DP3이상의 올리고당류 함량이 2.0중량%이하일 수 있다. 상기 전화당 시럽은 당류 고형분 함량이 10중량% 이상일 수 있으며, 또한 과당 분리 공정을 거쳐, 과당-함유 원료의 전체 당류 고형분 함량을 기준으로 과당 함량 90중량%이상의 과당-함유 원료를 제조하는 것일 수 있다.
상기 전화당 시럽의 전체 당류 고형분 함량을 기준으로, 과당 및 포도당의 합계 함량은 90 중량%이상일 수 있으며 자세하게는 상기 전화당 시럽에 포함된 과당 및 포도당의 합계 고형분 함량 100 중량%를 기준으로, 상기 과당은 40 중량%이상 및 상기 포도당은 60 중량%이하로 포함되는 것일 수 있다.
상기 제조방법으로 얻어지는 상기 과당-함유 원료는 0.001 내지 2.2 mg/L의 5-HMF를 포함할 수 있으며, 상기 알룰로스 전환 반응생성물은 0.001 내지 5.7 mg/L의 5-HMF를 포함하는 것일 수 있다.
상기 알룰로스 전환 반응물은 과당-함유 원료를 생물학적 알룰로스 전환 공정으로 처리하여 얻어진 것일 수 있으며 상기 알룰로스 전환 반응에 투입되는 과당-함유 원료의 과당 함량은, 전체 당류 고형분 함량 100중량%를 기준으로 85중량%이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일예는 1.0 중량% 이하의 5-HMF를 포함하는 알룰로스 함유 조성물에 관한 것으로서, 고형분 함량 기준으로, 알룰로스를 5 중량%이상으로 포함할 수 있으며 고형분 함량 기준으로, DP3이상의 올리고당류 함량이 2.0 중량%이하, 1.5 중량% 이하, 1.0중량% 이하, 0.5 중량% 이하, 0.1 중량% 이하, 0.05 중량% 이하, 0.01 중량% 이하, 0.005 중량% 이하, 0.001 중량% 이하, 또는 0.0001 중량% 이하, 바람직하게는 포함하지 않는 것일 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 원당을 이용한 알룰로스 제조방법은, 설탕 제조용 원료를 이용한 과당 함유 산물의 제조하는 단계를 포함한다.
상기 설탕 제조용 원료를 이용한 과당 함유 산물의 제조하는 단계는, 상기 원당을 전화효소와 접촉시켜 원당 내 포함된 설탕을 가수분해하여 글루코스 및 과당의 혼합물로 전환시켜 과당-함유 산물, 예컨대 전화시럽(invert syrup)을 제조하는 공정이다. 전화효소(Invertase)를 이용하여 이당류 이상의 함량이 낮도록, 예를 들면 전체 당류 고형분 함량 100중량%을 기준으로, 10 중량% 이하, 9 중량% 이하, 8 중량% 이하, 7 중량%이하, 6 중량% 이하, 5 중량% 이하, 4 중량%이하, 3 중량 이하, 2중량% 이하, 1 중량%이하 또는 0.5 중량% 이하가 되도록 포도당과 과당으로 완전히 가수분해시켜 과당 및 포도당을 함유하는 전화당 시럽(invert syrup)을 제조한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 과당 제조 공정을 구체적으로 설명하면, 과당은 설탕을 포함하는 원당으로부터 얻어질 수 있다. 이를 통해, 포도당, 과당, 설탕과 같이 분리 및 정제된 원료를 대신하여, 원당을 사용하여 높은 수율의 알룰로스를 제조하고, 불순물, 예컨데 5-HMF를 포함하지 않는 알룰로스 제조방법을 제공하여 매우 낮은 비용으로 고수율로 알룰로스의 대량 생산을 가능하게 할 수 있다.
상기 전화단계 (inverting step)는 설탕을 포도당과 과당으로 분해하는 효소, 상기 효소를 생산하는 미생물 (예, 균체, 균체의 파쇄물, 미생물 배양물, 및 미생물 배양물의 상등액을 포함)을 포함하는 생촉매와 원당을 접촉시키는 단계, 예컨대, 상기 생촉매와 원당을 혼합하는 단계 또는 상기 생촉매가 고정화된 담체에 원당을접촉시키는 단계에 의하여 수행될 수 있다.
구체적으로, 설탕 제조용 원료 용액을 반응탱크에 넣고 물을 주입하여 고형분 함량 30 중량% 이상, 예를 들면 35 내지 45중량%, 바람직하게는 40 중량%으로 전화 효소 처리 원료를 제조하고, 상기 전화 효소 처리 원료를 온도 55 내지 75 ℃, 바람직하게는 60 ℃로 조절하고 염산을 첨가하여 pH 4.0 내지 5.5, 바람직하게는 pH 4.5로 조절한 후에, 전화효소(Invertase)를 고형분 대비 0.01 내지 5.0 중량% 예를 들면 0.01% 내지 1 중량%를 첨가하여 16 내지 48시간 또는 20 내지 28시간 동안 가수분해를 수행할 수 있다.
상기 전화효소는 설탕을 포도당과 과당으로 분해하는 효소라면 모두 사용할 수 있으며, 예를 들면 sumizyme INV-L(HBI ENZYME INC) 일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 알룰로스 전환 반응을 위한 과당-함유 원료를 제조하기 위한 원료는, 설탕 제조를 위한 원료로서 사탕수수, 사탕무우 원료의 착즙액(juice), 농축액, 또는 상기 착즙액 또는 농축액에서부터 당밀을 제거하고 얻어진 결정 등을 포함한다. 전화당은 설탕 제조원료, 예를 들면 원당을 고온에서 산 가수분해하거나 인버타제(invertase)의 효소 처리로 가수분해하여 원당에 포함된 설탕이 포도당과 과당으로 분해된 것을 의미한다. 본 발명의 출발 물질은 바람직하게는 사탕 수수를 가압 한 후 얻은 사탕 수수 또는 사탕 무우의 주스 또는 착즙액 (예를 들어, 가공없이 추출됨)이다.
본 발명에 적용 가능한 원당은 시판 제품을 사용하거나, 사탕수수 또는 사탕무를 착즙 또는 착즙액의 추가 가공을 거쳐 제조한 것일 수 있다. 예를 들면 사탕 수수 착즙액을 제조하는 단계는, 사탕수수 줄기를 그대로 또는 절단하여 착즙액을 제조하고, 착즙액에 석회를 첨가하여 불순물을 걸러내는 동시에 pH를 높여 단백질, 지방, 부유물질을 침전시켜 불순물을 제거한다. 상기 불순물이 제거된 착즙액을 가열하여 농축하는 공정을 추가로 수행할 수 있으며, 원심분리하여 결정과 당밀을 분리하여 얻은 결정을 사용할 수 있다.
예를 들면, 사탕 수수를 착즙하여 사탕수수 주스를 얻고, 상기 착즙액을 여과하여 불순물을 제거하여 제조할 수 있으며, 선택적으로 농축공정을 수행할 수도 있다. 고형물뿐만 아니라 가용성 물질을 제거하여 효소를 오염 및 효율을 감소시킬 수 있는 물질을 제거하는 공정만 처리하는 것으로 충분하다. 효소 전환 단계를 수행하기 전에, 제조된 전화당(invert syrup)은 미생물의 생장을 억제하고 운송 비용을 줄이기 위해 고형분 함량 68중량%로 추가 농축을 수행할 수 있다.
상기 사탕수수 착즙액은 약 16 내지 23 중량%의 당류 함량을 가지며, 상기 당류 중에서 90 중량% 이상이 설탕(sucrose)이다. 전화효소로 처리하는 원료는 고형분 함량 35 내지 65 중량%, 예를 들면 45 내지 60 중량% (또는 브릭스)의 원당 용액일 수 있다.
상기 가수분해 완료 전화당액 (invert syrup) 또는 전화효소의 처리로 생성된 과당-함유 산물은 당류 고형분 함량이, 10중량% 이상, 15 중량%이상, 20 중량%이상, 25 중량%이상, 30 중량% 이상, 35 중량% 이상, 40 중량% 이상, 45 중량% 이상, 50 중량% 이상, 또는 55 중량% 이상일 수 있으며, 예를 들면 30 내지 80 중량%, 35 중량% 내지 80 중량%, 40 중량% 내지 80 중량%, 45 중량% 내지 80 중량%, 50 중량% 내지 80 중량%, 55 중량% 내지 80 중량%, 30 내지 75 중량%, 35 중량% 내지 75 중량%, 40 중량% 내지 75 중량%, 45 중량% 내지 75 중량%, 50 중량% 내지 75 중량%, 55 중량% 내지 75 중량%, 30 내지 70 중량%, 35 중량% 내지 70 중량%, 40 중량% 내지 70 중량%, 45 중량% 내지 70 중량%, 50 중량% 내지 70 중량%, 55 중량% 내지 70 중량%, 30 내지 65 중량%, 35 중량% 내지 65 중량%, 40 중량% 내지 65 중량%, 45 중량% 내지 65 중량%, 50 중량% 내지 65 중량%, 55 중량% 내지 65 중량%, 30 내지 60 중량%, 35 중량% 내지 60 중량%, 40 중량% 내지 60 중량%, 45 중량% 내지 60 중량%, 50 중량% 내지 60 중량%, 또는 55 중량% 내지 60 중량%일 수 있다.
상기 전화효소 처리 산물에 포함된 당류는 과당과 포도당이 주성분이며 나머지 이당류 이상 당류를 포함할 수 있다. 상기 과당과 포도당의 합계 함량은, 전체 당류 고형분 함량 100중량%을 기준으로, 90 중량% 이상, 91 중량% 이상, 92 중량% 이상, 93 중량%이상, 94 중량%이상, 95 중량% 이상, 96 중량%이상, 97 중량 이상, 98중량%, 99 중량%이상 또는 99.5 중량%이상일 수 있으며, 포도당과 과당을 제외한 나머지 당류, 예컨대 이당류 이상의 당류는 전체 당류 고형분 함량 100중량%을 기준으로, 10 중량% 이하, 9 중량% 이하, 8 중량% 이하, 7 중량%이하, 6 중량% 이하, 5 중량% 이하, 4 중량%이하, 3 중량 이하, 2중량% 이하, 1 중량%이하 또는 0.5 중량% 이하일 수 있으며, 예를 들면, 0.5 내지 1.0 중량%일 수 있다.
상기 전화효소 처리 산물에 포함된 포도당과 과당 함량은, 전화효소의 작용에 의해 원료에 포함된 설탕을 분해하여 동량의 포도당과 과당을 생성하므로 포도당과 과당 함량은 중량비로 1:1이므로 상기 과당과 포도당의 합계 함량 100중량%를 기준으로 50중량%의 함량으로 포함될 수 있으며, 또는 전화 효소를 처리하기 전 원당에 포함된 포도당과 과당의 함량에 따라 설탕 분해로 얻어지는 동량의 포도당 과당 함량을 더하여 최종 전화 생성물에 포함된 포도당 및 과당 함량이 결정될 수 있으므로, 상기 전화효소 처리 산물에 포함된 포도당과 과당 함량은, 상기 과당과 포도당의 합계 함량 100중량%를 기준으로 과당 함량은 예를 들면, 40 중량% 이상, 42.5 중량% 이상, 45 중량% 이상, 46 중량% 이상, 47 중량% 이상, 47.5 중량% 이상, 48 중량% 이상, 48.5 중량% 이상, 49 중량% 이상, 49.5 중량% 이상, 50 중량% 이상, 51 중량% 이상, 52 중량% 이상, 53 중량% 이상, 54 중량%이상, 55 중량% 이상, 56중량% 이상, 57중량% 이상, 58중량% 이상, 또는 59중량% 이상일 수 있으며, 예를 들면 40 내지 60중량%, 42.5 내지 60중량%, 45 내지 60중량%, 46 내지 60중량%, 47 내지 60중량%, 47.5 내지 60중량%, 48 내지 60중량%, 48.5 내지 60중량%, 49 내지 60중량%, 49.5 내지 60중량%, 50 내지 60중량%, 51 내지 60중량%, 52 내지 60중량%, 53 내지 60중량%, 54 내지 60중량%, 55 내지 60중량%, 56 내지 60중량%, 57 내지 60중량%, 58 내지 60중량%, 59중량% 내지 60중량%, 40 내지 55중량%, 42.5 내지 55중량%, 45 내지 55중량%, 46 내지 55중량%, 47 내지 55중량%, 47.5 내지 55중량%, 48 내지 55중량%, 48.5 내지 55중량%, 49 내지 55중량%, 49.5 내지 55중량%, 50 내지 55중량%, 51 내지 55중량%, 52 내지 55중량%, 53 내지 55중량%, 54 내지 55중량%, 40 내지 54중량%, 42.5 내지 54중량%, 45 내지 54중량%, 46 내지 54중량%, 47 내지 54중량%, 47.5 내지 54중량%, 48 내지 54중량%, 48.5 내지 54중량%, 49 내지 54중량%, 49.5 내지 54중량%, 50 내지 54중량%, 51 내지 54중량%, 52 내지 54중량%, 53 내지 54중량%, 40 내지 53중량%, 42.5 내지 53중량%, 45 내지 53중량%, 46 내지 53중량%, 47 내지 53중량%, 47.5 내지 53중량%, 48 내지 53중량%, 48.5 내지 53중량%, 49 내지 53중량%, 49.5 내지 53중량%, 50 내지 53중량%, 51 내지 53중량%, 52 내지 53중량%, 40 내지 52중량%, 42.5 내지 52중량%, 45 내지 52중량%, 46 내지 52중량%, 47 내지 52중량%, 47.5 내지 52중량%, 48 내지 52중량%, 48.5 내지 52중량%, 49 내지 52중량%, 49.5 내지 52중량%, 50 내지 52중량%, 51 내지 52중량%, 40 내지 51중량%, 42.5 내지 51중량%, 45 내지 51중량%, 46 내지 51중량%, 47 내지 51중량%, 47.5 내지 51중량%, 48 내지 51중량%, 48.5 내지 51중량%, 49 내지 51중량%, 49.5 내지 51중량%, 50 내지 51중량%, 40 내지 50중량%, 42.5 내지 50중량%, 45 내지 50중량%, 46 내지 50중량%, 47 내지 50중량%, 47.5 내지 50중량%, 48 내지 50중량%, 48.5 내지 50중량%, 49 내지 50중량%, 49.5 내지 50중량%, 40 내지 49중량%, 42.5 내지 49중량%, 45 내지 49중량%, 46 내지 49중량%, 47 내지 49중량%, 47.5 내지 49중량%, 48 내지 49중량%, 48.5 내지 49중량%, 40 내지 48.5중량%, 42.5 내지 48.5중량%, 45 내지 48.5중량%, 46 내지 48.5중량%, 47 내지 48.5중량%, 47.5 내지 48.5중량%, 48 내지 48.5중량%, 40 내지 48중량%, 42.5 내지 48중량%, 45 내지 48중량%, 46 내지 48중량%, 47 내지 48중량%, 47.5 내지 48중량%, 40 내지 47중량%, 42.5 내지 47중량%, 45 내지 47중량%, 46 내지 47중량%, 40 내지 46중량%, 42.5 내지 46중량%, 45 내지 46중량%, 40 내지 45중량%, 또는 42.5 내지 45중량%일 수 있다. 상기 과당과 포도당의 합계 함량 100중량%를 기준으로 포도당 함량은 과당 함량의 잔량일 수 있다.
(2) 과당 함유 산물로부터 고순도 과당을 얻는 단계
고형분 함량 35 내지 45 중량%의 원당 용액을 전화효소(Invertase)를 이용하여 효소 가수분해하여 얻어진 과당 및 포도당 혼합액을 탈색공정, 이온정제공정 및 농축공정을 수행하여 과당 43 내지 48 중량%의 원료 시럽을 제조하는 단계이다.
상기 탈색 공정은 알룰로스 용액에 활성탄을 접촉시켜 온도 40 내지 50℃에서 0.5 내지 5시간 동안 반응한 후에, 상기 활성탄을 포함한 반응액을 고액분리 공정을 수행하여 여액을 수득하고, 불순물은 여과 잔류물로 제거될 수 있다. 상기 여과는 필터프레스와 같은 여과 장비를 이용하여 수행할 수 있다.
상기 활성탄 반응 공정에서 선택적으로 교반할 수 있으며, 상기 반응액의 교반 속도는 5 내지 500rpm, 바람직하게는 50 내지 300rpm일 수 있다. 상기 교반속도는 활성탄의 분산 정도 및 교반에 소요되는 비용을 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 활성탄과 반응액의 접촉시간은 활성탄의 분산정도 및 불순물의 제거효율 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들면, 0.5 내지 5시간, 바람직하게는 0.5 내지 2시간일 수 있으며, 접촉시간이 짧으면 불순물 제거 예를 들면 탈색이 충분히 이루어지지 않을 수 있으며, 접촉시간이 길면 주요성분의 파괴 및 갈변이 일어날 수 있다.
상기 활성탄 처리 공정에 사용된 상기 활성탄은 석탄계 또는 목질계 유래일 수 있으며, 활성탄의 기공 입경 사이즈에 따라 선택적으로 불순물을 제거할 수도 있다
상기 이온정제공정은 양이온 교환수지, 음이온 교환수지, 및 양이온과 음이온교환수지가 혼합된 수지로 이루어지는 군에서 선택된 1종의 이온 수지를 이용하여 수행될 수 있으며, 상기 알룰로스 전환 산물의 이온 정제 공정을 유사하게 과당의 이온정제 공정에 적용할 수 있다.
일 구체예에서, 과당-함유 원료를 제조하는 방법은 (1)원당에 전화효소를 처리하여 포도당과 과당을 포함하는 혼합액을 제조하는 전화 공정 공정; (2)상기 전화산물을 이온정제 및 모사 이동층(simulated moving bed, SMB) 크로마토그래피를 이용한 분리를 수행하여 과당 분획과 라피네이트를 얻는 과당 분리 공정을 포함하는 과당-함유 원료를 제조하는 공정을 포함한다.
본 명세서에서, 용어 "라피네이트(raffinate)"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 물질 등을 포함하는 잔류액을 포함하며, 상기 잔류액 라피네이트라고 한다.
알룰로스 전환 반응의 기질인 과당-함유 원료는, 원당에 전화효소를 접촉시켜 과당을 함유하는 전화당 시럽을 제조하고, 상기 전화당 시럽에서 고순도 과당을 분리하는 공정을 수행할 수 있다.
상기 전화당 시럽에서 고순도 과당을 분리하는 공정은, 먼저 (A)원당과 전화촉매를 사용하여 과당을 함유하는 전화당 시럽을 제조하는 전화공정, (B)상기 전화당 시럽을 과당 제조의 분리공정인 제1차 이온정제, SMB 크로마토그래피를 이용한 분리 및 제2차 이온정제로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 공정으로 수행할 수 있으며, 추가적으로 활성탄 처리 및 여과 처리 공정을 수행할 수 있다.
본 발명의 과당 제조 공정은 연속식과 배치식 모두 사용 가능하며, 일 실시예에 따르면 연속식 공정을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 예에서, 과당 반응물을 분리 및 농축하기 위해서, 단계(A)에서 얻어진 전화당 반응물을 제1차 이온정제 및 SMB 크로마토그래피 분리 공정을 수행할 수 있다. 상기 과당 제조의 분리 공정은 통상의 과당 제조의 분리 공정과 동일한 방법, 공정 및 반응 조건으로 수행할 수 있다. 상기 제1차 이온정제 및 SMB 크로마토 그래피는 상기 (2)항목의 알룰로스 전환 반응물의 분리공정에서 기술한 바와 실질적으로 동일하다.
본 발명의 과당 제조의 분리 공정은 제1차 이온정제, SMB 크로마토그래피 분리, 제2차 이온정제 및 농축 공정을 포함할 수 있으며, 선택적으로 과당 이성화 반응물의 불순물을 제거하는 공정은 탈염공정, 탈색공정 또는 탈색과 탈염 공정을 수행할 수 있다. 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(simulated moving bed, SMB)을 이용하여 포도당 라피네이트와 과당 분획을 얻고, 상기 과당 분획을 제2차 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 알룰로스 전환 반응물의 분리공정에서 사용한 SMB 크로마토마토그래프 분리공정과 실질적으로 동일하게 수행할 수 있으며, 예를 들면 220 내지 320 ㎛의 입도를 가지는 칼슘(Ca)형 강산성 양이온 수지를 사용할 수 있다. 상기 고순도 분리 공정은 40 내지 60 ℃온도, 예를 들면 60 ℃에서 수행될 수 있다.
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.
제1차 이온정제방법으로, 유색 및 이온 성분 등의 불순물을 제거하기 위해 알룰로스 제조의 제1차 이온정제와 동일 또는 상이한 방법으로 수행할 수 있으며, 동일 종류 또는 상이한 종류의 이온교환수지가 충진된 분리탑을 1개 또는 2이상 사용하여 수행할 수 있다. 상기 이온 정제 공정은 이온정제에 사용되는 수지의 물성 및 이온 정제 효율을 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 충진된 컬럼에 통액시켜 수행할 수 있다. 예를 들면, 고순도 분리 공정에서 얻어진 과당 분획을, 제2차 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% 이상으로 포함하도록 한다. 예를 들면, 모사 이동층 흡착 분리 방법으로 얻어진 과당 분획(예를 들면, 고형분 농도 20 내지 30 중량%을 농축 공정을 통해 고형분 농도 45 내지 55 중량%로 농축할 수 있다. 상기 과당 제조 공정에서 농축하는 공정은 70 내지 85 ℃의 온도하에서 10 내지 15 분 동안 농축하는 것을 포함할 수 있다. 상기 농축은 연속진공농축장치(Falling Film Evaporator) 또는 박막진공농축기(Thin Film Evaporator)를 이용하여 감압 또는 진공 조건하에서 농축할 수 있다. 상기 과당 제조 공정에서 농축하는 공정은 70 내지 85 ℃의 온도하에서 10 내지 15 분 동안 농축하는 것을 포함할 수 있다.
(3) 과당액을 이용하여 알룰로스 함유 산물을 얻는 단계
본 발명에 따른 알룰로스 제조방법에 있어서, 원당에서 얻어지는 전화당 시럽에서 과당을 분리한 고순도 과당액을 알룰로스 전환반응의 기질로 사용하는 것이다.
일 구체예에서, 알룰로스 제조방법은 (1)과당-함유 원료로 알룰로스 전환 반응물을 제조하는 알룰로스 전환 공정; (2)상기 전환 반응물을 이온정제 및 모사 이동층(simulated moving bed, SMB) 크로마토그래피를 이용한 분리를 수행하여 알룰로스 분획과 과당 라피네이트를 얻는 알룰로스 분리 공정을 포함한다. 상기 알룰로스 제조방법은, (3)알룰로스 제조의 분리 공정에서 얻어지는 상기 알룰로스 분획을 이온정제, 농축 및 결정화하는 알룰로스 결정화 공정을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 알룰로스 제조 공정은 연속식과 배치식 공정을 모두 사용가능하며, 일 실시예에 따르면 연속식 공정을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 과당 분리공정에서 얻어지는 최종 산물을 알룰로스 전환 반응을 위한 반응 원료로서 알룰로스 제조 공정에 투입한다. 고순도 분리 공정을 거쳐 얻어진 과당 분획의 과당 함량은 85중량% 이상이고, 농축 공정을 거쳐 얻어지는 최종 산물의 과당 함량은 85 내지 95 중량% 또는 85 내지 99 중량% 일 수 있다. 상기 알룰로스 전환 반응에 투입되는 과당 원료는 과당 함량이 85중량%이상, 예를 들면 85중량% 내지 99중량%이고 1당류 및 2당류의 함량은 5 중량%이하, 예를 들면 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다. 구체적인 일 예에서, HPLC 측정시 2BX(20g/L)로 본다면 포도당(50%)기준 10g/L이며, HMF는 0.01g/L 기준으로 설정 시 0.05%중량으로 확인할 수 있다.
본 발명은, 알룰로스 전환 공정의 원료 기질로서 원당을 이용하여 과당-함유 원료를 사용함으로써 알룰로스의 생산 수율을 최대로 높이고 알룰로스의 제조원가를 낮출 수 있다. 또한, 알룰로스 제조 공정에서, 원당으로부터 직접적으로 과당-함유 원료를 제조함으로써 설탕을 이용하여 과당-함유 원료를 제조하기 위한 종래의 방법에서 별도로 설탕 제조공정 및 설탕 분해 처리 장치가 필요하지 않아 공정 설계 및 운영면에서 유리하다.
일 구체예에서, 알룰로스 제조방법은 과당-함유 원료로 알룰로스 전환 반응물을 제조하는 알룰로스 전환 공정, 및 상기 전환 반응물을 이온정제 및 모사 이동층(simulated moving bed, SMB) 크로마토그래피를 이용한 분리를 수행하여 알룰로스 분획과 라피네이트를 얻는 알룰로스 분리 공정을 포함한다. 본 발명의 알룰로스 제조 공정은 연속식과 배치식 공정을 모두 사용가능하며, 일 실시예에 따르면 연속식 공정을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
알룰로스 전환 공정은, 알룰로스 전환 반응을 수행하여 과당-함유 원료로부터 알룰로스를 전환하는 공정으로서, 공정의 산물로서 과당으로부터 전환된 알룰로스를 함유하는 반응액을 얻는다.
본 발명의 일 구체예에서, 생물학적 방법에 따라 알룰로스를 제조하는 방법으로는 알룰로스 에피머화 효소를 생산하는 균주 또는 알룰로스 에피머화 효소를 암호화하는 유전자가 도입된 재조합 균주를 배양하고, 이로부터 얻어진 알룰로스 에피머화 효소를 과당-함유 원료와 반응하여 생산할 수 있다. 상기 알룰로스 에피머화 효소는 액상 반응 또는 고정화 효소를 이용한 고상 반응으로 수행될 수 있다.
또는, 알룰로스 에피머화 효소를 생산하는 균주 또는 알룰로스 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 알룰로스 생산용 조성물을, 과당-함유 원료와 반응하여 제조될 수 있다. 알룰로스 에피머화 효소를 생산하는 균주의 균체를 이용하여 알룰로스를 제조하는 경우 액상 반응 또는 고정화 균체를 이용한 고상 반응으로 수행될 수 있다.
본 발명의 구체적 일예에서, 알룰로스 에피머화 효소를 생산하는 균주는 높은 안정성을 가지면서도 고수율로 과당으로부터 알룰로스를 전환할 수 있거나 알룰로스 에피머화 효소를 생산할 수 있는 균주일 수 있으며. 상기 균주는 자연에서 분리한 균주 또는 이의 돌연변이 균주인 non-GMO 균주, 또는 알룰로스 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 알룰로스 전환 공정은 생물학적 방법으로 수행하며, 예를 들어 고상반응인 경우, 상기 알룰로스 에피머화 효소 또는 균체를 담체에 고정화하고 컬럼에 충진시키는 단계 및 상기 충진된 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 column)을 제조할 수 있다. 충진상 컬럼에 기질인 과당 용액을 공급하는 것에 의해 효소 반응, 즉, 과당의 알룰로스로의 전환이 수행될 수 있다.
상기 알룰로스의 전환반응에 있어서, 불순물 생성을 방지 또는 감소시키기 위해 방지 또는 감소시키는 방법의 일예는, 알룰로스 생산 공정을 pH는 4 이상 및/또는 온도는 70℃ 이하에서 수행하는 방법일 수 있다. 구체적으로 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℃ 이상, 예컨대 40℃ 이상의 온도 조건 하에서 수행될 수 있다. 상기 과당을 알룰로스로 전환시키는 효소(예컨대, 에피머레이즈)는 금속 이온에 의하여 활성화가 조절될 수 있으므로, 상기 알룰로스 생산에 있어서, 금속 이온을 첨가하면 과당에서 알룰로스로의 전환 효율, 즉 알룰로스 생산률이 증가될 수 있다. 따라서, 상기 알룰로스 생산용 조성물은 구리 이온, 망간 이온, 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.
알룰로스 및 이의 제조방법에 관한 자세한 기술내용은 한국공개특허 제2014-0021974호, 한국공개특허 제2014-0054997, 한국공개특허 제2014-0080282호, 또는 한국등록특허 제10-1318422호에 기재되어 있다.
본 발명에 따른 알룰로스 전환 공정에 투입되는 과당 원료는 생물학적 방법 또는 화학적 방법으로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 생물학적 방법이다. 상기 과당 원료는 원당을 생물학적 또는 화학적으로 가수분해하여 포도당과 과당을 포함하는 시럽을 제조하고, 과당을 분리하여 알룰로스 전환 공정에 투입되는 과당 원료로 사용할 수 있다.
상기 알룰로스 생산 방법에 있어서, 효율적인 알룰로스 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 용해성을 고려하여 결정할 수 있으며, 상기 과당은 완충용액 또는 물(예컨대 증류수)에 용해된 용액 상태로 사용될 수 있다.
(4) 알룰로스 함유 산물로부터 고순도 알룰로스를 얻는 단계 (알룰로스 전환 반응물의 분리공정)
본 발명의 일 예에서 알룰로스 전환 공정에서 얻어지는 산물은 원료 기질인 과당과 생산물인 알룰로스를 포함하는 혼합물이며, 고순도 분리공정을 거치면서 목적 물질인 알룰로스의 함량이 증가된 알룰로스 분획과 잔류액을 얻으며, 잔류액에는 알룰로스 전환 반응의 기질인 과당이 다량 포함되므로 과당 라피네이트를 의미할 수 있다.
본 발명에 따른 알룰로스 제조 공정은, 상기 알룰로스 전환 반응생성물을 이온정제 및 모사이동층(SMB) 크로마토그래프 분리 공정을 포함하는 알룰로스 전환 반응생성물의 분리공정을 포함할 수 있다. 구체적인 일예에서, 상기 알룰로스 전환 반응생성물을 SMB 크로마토그래피 분리를 수행하여, 전환 반응물보다 알룰로스 함량이 높은 알룰로스 분획과 과당 라피네이트로 분리하고, 상기 알룰로스 분획은 알룰로스 농축 공정 또는 결정화 공정으로 투입되고, 과당 라피네이트는 과당 제조 공정으로 투입되어 재순환한다.
상기 알룰로스 분획 내 알룰로스의 함량은 85중량% 이상, 예를 들면 85 중량% 내지 95 %(w/w) 이상이 되도록 분리/정제하는 것을 포함할 수 있다.
상기 알룰로스 제조 공정에서 이온 정제 공정은 반응물 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 제1차 이온정제는 하기 알룰로스 분획의 제2차 이온정제와 동일 또는 상이한 방법으로 수행할 수 있으며, 예를 들면 동일 종류 또는 상이한 종류의 이온교환수지가 충진된 분리탑을 1 개 또는 2 개 이상 사용하여 수행할 수 있다. 상기 이온 정제 공정은 이온정제에 사용되는 수지의 물성 및 이온 정제 효율을 고려하여 35 내지 50 ℃ 온도, 예를 들면 38 내지 58 ℃에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일예에서, 상기 알룰로스 전환 반응물의 제1차 이온 정제 공정을 수행하기 전에, 선택적으로 알룰로스 전환 반응물을 활성탄으로 처리하는 공정을 추가로 수행할 수도 있다. 상기 활성탄 처리는 불순물로 작용하거나, 알룰로스의 변성을 유도할 수 있는 고분자 또는 저분자 유기물, 유색이온성 물질 또는 단백질 등을 흡착시켜 제거하는 것이다. 상기 활성탄 처리 공정에 사용된 상기 활성탄은 석탄계 또는 목질계 유래일 수 있으며, 활성탄의 기공 입경 사이즈에 따라 선택적으로 불순물을 제거할 수도 있다. 상기 활성탄 공정은 알룰로스 용액에 활성탄을 접촉시켜 온도 40 내지 50℃에서 0.5 내지 5시간 동안 반응한 후에, 상기 활성탄을 포함한 반응액을 고액분리 공정을 수행하여 여액을 수득하고, 불순물은 여과 잔류물로 제거될 수 있다. 상기 여과는 필터프레스와 같은 여과 장비를 이용하여 수행할 수 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(simulated moving bed, SMB)은 1961년 미국특허 제2,985,589호 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) 흡착 분리 공정은 분리대상 혼합물의 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 extract로 모이고 흡착제와 친화력이 강해서 느리게 움직이는 물질은 고정상의 흐름 방향으로 움직여서 라피네이트(raffinate)로 모인다. 칼럼은 연속적으로 연결되어 있으며 입구는 혼합물과 이동상, 출구는 목적 추출물(extract)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 칼슘 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 혼합물(feed) 유입 포트 및 약 흡착질인 라피네이트(raffinate) 배출 포트로 구성된다. 유사 이동층(SMB) 흡착 분리 장치를 사용한 혼합물의 분리방법은 방향족 탄화수소의 혼합물의 분리, 에틸벤젠의 분리 공정, 키랄 화합물의 분리 공정 등에 적용될 수 있으며, 의약품 제조 과정 중 최종 산물 혹은 중간 물질인 라세미 혼합 의약품의 분리 공정 등에 적용될 수 있다.
상기 고순도 분리 공정은 45 내지 70 ℃온도, 예를 들면 50 내지 65 ℃에서 수행될 수 있다.
(5) 알룰로스 농축 또는 결정화 공정
본 발명의 알룰로스 제조 공정에서 SMB 크로마토그래피를 이용한 고순도 분리공정에서 얻어진 알룰로스 분획은 알룰로스 농축 공정을 거쳐 액상 시럽으로 제품화하거나, 알룰로스 결정화 공정을 거쳐 알룰로스 결정으로 제품화할 수 있다.
상기 단계 (4)에서 SMB 크로마토그래프 분리 공정에서 얻어진 알룰로스 분획을 이온정제하고 농축하여 얻어진 농축물을 제조하는 단계이다. 상기 농축물은 알룰로스 시럽제품으로 사용되거나, 결정화 공정에 투입되어 알룰로스 결정으로 제조될 수 있다.
본 발명의 일예에서, 상기 SMB 크로마토그래피를 이용한 고순도 분리공정에서 얻어진 알룰로스 분획을 제2차 이온정제 공정을 수행할 수 있으며, 상기 분리 공정에서 수행한 제1차 이온정제와 동일 또는 상이한 방법으로 수행할 수 있다.
알룰로스 결정을 수득하기 위한 알룰로스 용액 중 알룰로스의 함량은 과포화 상태로 높은 농도로 포함되어야 하나, 알룰로스 전환 반응물의 알룰로스의 함량은 낮기 때문에 직접 결정화를 수행할 수 없으며 결정화 단계 전에 알룰로스를 함량을 증가시키기 위해 정제하고 원하는 수준까지 농축하는 공정을 수행해야 한다.
본 발명의 일 구체예에서, 상기 정제된 알룰로스 용액을 농축시키는 단계는 40 내지 75 ℃ 또는 55 내지 75 ℃ 온도에서 수행될 수 있다. 농축액의 온도가 75 ℃보다 높아지면 D-알룰로스의 열변성이 일어날 수 있으며, 40 ℃보다 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, 알룰로스의 열변성 및 원하는 수준의 농축을 달성하기 위하여, 55 내지 75℃온도, 바람직하게는 60 내지 70 ℃범위에서 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 알룰로스 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 알룰로스 분획(예를 들면, 고형분 함량 20 내지 30중량%)을 농축 공정을 통해 고형분 함량 70 브릭스 이상으로 농축할 수 있다. 상기 알룰로스 농축물의 고형분 함량은 70브릭스 이상, 예를 들면 70 브릭스 내지 85브릭스일 수 있다. 불순물 생성 방지 또는 감소시키기 위해, 상기 농축 공정은, SMB 크로마토그래피 분리 공정에서 얻어진 알룰로스 분획을 40 내지 70℃ 이하의 온도 조건에서 수행할 수 있으며, 선택적으로 상기 농축 공정을 적어도 2단계 이상으로 나누어 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 농축 공정을 2단계로 나누어 수행하는 경우에는 알룰로스 시럽을 30 내지 50Bx 농도가 되도록 1차로 농축을 수행하고, 1차 농축액을 다시 60 내지 85Bx 농도로 2차로 농축을 수행할 수 있다.
상기 알룰로스 제조 공정에서 농축하는 공정은 55 내지 75 ℃온도 범위에서 10 내지 15 분 동안 농축하는 것을 포함할 수 있다. 상기 농축은 연속진공농축장치(Falling Film Evaporator) 또는 박막진공농축기(Thin Film Evaporator)를 이용하여 감압 또는 진공 조건하에서 농축할 수 있다.
상기 알룰로스 농축물에 포함된 알룰로스 함량은 상기 SMB 크로마토그래피 분리 공정에서 얻어진 알룰로스 분획의 알룰로스 함량과 변동이 거의 없으며, 고형분 함량이 증가하여 이후 결정화 공정을 수행할 수 있도록 한다. 상기 알룰로스 농축물에 포함된 알룰로스 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 알룰로스 결정화 공정은, 상기 고순도 분리 공정에서 얻어진 알룰로스 분획을 제2차 이온정제하는 단계, 상기 이온 정제된 알룰로스 분획을 농축하는 단계, 상기 농축물로부터 알룰로스를 결정화하여 알룰로스 결정과 알룰로스 결정화 모액을 얻는 단계를 포함한다. 상기 알룰로스 분리공정의 구체적인 예는, 제1차 이온정제, 고순도 크로마토그래피 분리, 제2차 이온정제, 농축 및 결정화 공정을 포함할 수 있으며, 선택적으로 알룰로스 전환 반응물을 탈염공정, 탈색공정 또는 탈색과 탈염 공정을 수행할 수 있다.
상기 알룰로스 분획 내 알룰로스의 함량은 85중량% 이상, 90중량% 이상, 91중량% 이상, 92중량% 이상, 93중량% 이상, 94중량% 이상 또는 95중량% 이상, 예를 들면 85 중량% 내지 99.9 %(w/w) 이상이 되도록 분리/정제하는 것을 포함할 수 있다.
상기 알룰로스 결정에 포함된 알룰로스는 순도 90중량%이상, 95 중량%이상, 또는 99중량%이상이며, 상기 결정화 모액 내 알룰로스 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 알룰로스는 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 알룰로스 분획을 제2차 이온 정제할 수 있으며, 상기 알룰로스의 분리 공정에서 사용한 제1차 이온정제와 동일 또는 상이한 방법으로 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 D-알룰로스 결정을 제조하는 방법은 정제된 D-알룰로스 용액를 농축시키는 단계를 포함할 수 있다. 알룰로스 결정을 수득하기 위한 알룰로스 용액 중 알룰로스의 함량은 70 중량% 이상이어야 한다. 알룰로스 에피머화 효소에 의해 제조된 알룰로스 용액 중 알룰로스의 순도는 20 내지 30 중량% 정도로 낮기 때문에 직접 결정화를 수행할 수 없으며 결정화 단계 전에 알룰로스를 정제하고 원하는 수준까지 농축해야 한다. 본 발명의 일 구체예에서, 알룰로스의 열변성 및 원하는 수준의 농축을 달성하기 위하여, 55 내지 75 ℃온도 범위에서 농축할 수 있다. 상기 농축 공정은 원하는 농축 수준을 달성할 때까지 1회 또는 2회 이상 반복 수행할 수 있다.
상기 냉각시켜 결정화하는 단계는, 열 교환기를 통하여 10 내지 25 ℃온도 범위로 급속히 냉각시킨 후, 승온과 냉각을 반복적으로 수행하여 결정성장을 유도시키는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 D-알룰로스 결정을 제조하는 방법은 상기 결정화 단계에서 수득된 알룰로스 결정을 원심분리에 의해 회수하고, 탈이온수로 세척한 후, 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일예는, 생물학적 촉매를 이용하여 과당 원료로부터 알룰로스 전환반응을 수행하는 알룰로스 전환 반응기, 활성기가 부착된 양이온교환수지가 충진된 칼럼을 포함하고, 원료 투입구, 및 알룰로스 분획과 과당 라피네이트를 배출하는 배출구를 구비한 모사 이동층(simulated moving bed, SMB) 크로마토그래피 분리기를 포함하는 알룰로스 제조 장치에 관한 것이다.
상기 과당 분리 장치는 전화 반응물을 이온정제하는 이온교환수지가 충진된 칼럼을 구비한 이온정제기, 활성기가 부착된 양이온교환수지가 충진된 칼럼을 포함하고, 이온정제기를 통과한 반응물을 투입하는 투입구, 과당 분획과 라피네이트를 배출하는 배출구를 구비한 모사 이동층(simulated moving bed, smb) 크로마토그래피 분리기, 상기 분리기에서 배출된 과당 분획을 농축하는 농축기, 및 상기 농축기에서 배출된 과당-함유 원료를 알룰로스 제조 장치에 제공하기 위한 고순도 과당액 제조 장치와 알룰로스 제조 장치를 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 알룰로스를 제조하는 방법는, 종래에 설탕을 사용하여 알룰로스를 제조하거나 전분을 이용한 이성화 과당을 이용할 경우에 비해, 설탕 제조공정 및 포도당 제조과정을 생략할 수 있어 공정을 단순화하고, 저가의 원료를 활용할 수 있어 생산비용을 감소할 수 있으며, 종래 전분을 이용한 이성화당에 포함된 DP3이상의 올리고당류 및 기타 불순물의 함량을 감소시켜 알룰로스 시럽 또는 분말에 포함된 불순물 함량을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따라 원당 유래 과당을 이용하여 제조된 알룰로스 전환 반응생성물의 HPLC 분석 결과이다.
도 2는 비교예 1에 따라 전분 유래 과당을 이용하여 제조된 알룰로스 전환 반응생성물의 HPLC 분석 결과이다.
도 3 내지 도 9는 원당을 이용한 설탕 제조 공정에서 얻어지는 시료의 HPLC 분석 결과로서, 각 시료는 원당 용액 및 설탕 제조용 결정화 모액이다.
도 10은 전분 유래 알룰로스와 원당 유래 알룰로스 용액에 대해 HPLC를 이용한 HMF 함량 분석을 위한 표준 곡선을 나타낸다.
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.
실시예 1: 설탕 제조용 원료를 이용한 알룰로스 제조
원당 220kg와 증류수 180kg와 혼합하고 1N HCl으로 pH 4.12로 조정하여 고형분 함량 55bx를 갖는 반응액을 제조하고, 상기 반응액을 이용하여 온도 조건에서 0.1 중량%의 전화효소(Invertase)(Sumizyme INV-L, 옥전바이오켐)를 처리하였다. 상기 처리액을 24시간 반응하여 포도당 50.0 중량% 및 과당 48.6 중량%를 포함하는 반응 산물액을 얻었다. 상기 원당은 사탕수수에서 제조된 것으로서, 설탕함량 98.5%인 것이다.
상기 반응 산물액을 온도 80 ℃에서 활성탄 1.0 중량%을 처리하여 30분 동안 탈색하고, 활성탄을 여과하여 탈색처리를 수행하였다. 상기 탈색처리된 반응 산물액을 양이온 교환수지(SCRB), 음이온 교환수지(AMP24) 및 양이온과 음이온교환수지가 혼합된 수지(MB)에 시간당 이온교환수지 2배 부피의 속도로 통액시켜 유색 및 이온 성분 등의 불순물을 제거하였다. 상기 불순물을 제거한 산물을, 칼슘(Ca2+) 타입의 이온교환수지로 충진된 크로마토그래피를 이용하여 과당 분획을 위한 고순도 분리 공정(SMB)을 진행하여, 고형분 함량 중 과당 함량을 85 중량%의 과당 분획을 얻었다. 상기 과당 분획을 농축하여, 50 중량%의 고형분 함량 및 98.1 중량%의 과당 함량을 갖는 과당액을 얻었다.
상기 제조된 과당 원료를 이용하여, 알룰로스를 제조하였다. 구체적으로, 상기 제조된 50 중량%의 고형분 함량 및 98.1 중량%의 과당 함량을 갖는 과당액을 이용하여 유량 3.8 m3/hr로 알룰로스 전환 공정과 분리 공정을 수행하였다. 알룰로스 전환 공정을 거쳐 수득한 반응물의 알룰로스 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.
상기 알룰로스 전환 공정은 알룰로스 효소가 고정된 탑에 과당액을 통액시켜, 21.8 중량% 알룰로스 함량의 저순도 알룰로스를 얻었으며, 구체적으로 한국등록특허 제10-1318422호에 기재된 제조방법에 따라 생물학적 방법으로 과당 기질로부터 알룰로스 시럽을 제조하였다.
이후 저순도 알룰로스를 음이온 교환수지 및 양이온과 음이온교환수지가 혼합된 수지에 통액시키켜 이온 수지를 통액한 저순도 알룰로스를 얻었다. 상기 수지를 통액한 저순도 알룰로스에 대해, 칼슘(Ca2+) 타입의 이온교환수지로 충진된 크로마토그래피를 이용하여 고순도의 알룰로스 분획을 분리하여, 알룰로스 함량 95 중량%이상의 고순도 알룰로스를 제조하였다. 상기 고순도 알룰로스를 음이온 교환수지 및 양이온과 음이온교환수지가 혼합된 수지에 통액시켜 이온정제된 고순도 알룰로스를 얻었다. 상기 얻어진 이온정제된 고순도 알룰로스를 농축하여, 고형분 함량 72 브릭스(Brix)을 가지며, 순도 98.5 중량%의 고순도 알룰로스 농축액을 제조하였다.
비교예 1: 전분 유래 알룰로스 제조 및 5-HMF 함량 분석
본 비교예에서 알룰로스 시럽의 제조방법은 실질적으로 실시예 1의 알룰로스 전환 공정 및 분리 공정을 수행하였으나 다만, 알룰로스 전환 반응의 기질로서, 과당 함량 90 중량%로 포함하는 전분 유래 과당 원료로부터, 50 mM PIPES 완충용액 pH7.5 및 60℃ 조건 하에서 반응시켜, 고형분 함량 72브릭스(Brix)을 갖는 알룰로스 순도 97.5 중량%의 알룰로스 농축액을 수득하였다.
상기 전분 유래 과당은 옥수수 전분을 30 내지 35 중량%가 되도록 물과 혼합한 후, 효소 가수분해를 진행하여 포도당 함량 88 중량% 이상의 당화액을 수득하였다. 그 다음, 상기 당화액을 진공드럼여과를 수행하여 불용성 물질들을 제거하여 과당 이성화 반응물(과당 함량 42 중량 % 시럽)을 얻었다. 상기 과당 이성화 공정을 통과한 반응생성물(과당 함량 42 중량 % 시럽)을 강산성 수지, 약염기성 수지, 및 강산성 수지와 약염기성 혼합수지로 구성된 제1차 이온정제 공정으로 통액하여 이온정제를 거쳐 고형분 50 중량%로 농축 후 SMB 크로마토그래피 공정을 통과시켰다. SMB 공정을 수행하여 과당 분획을 얻고, 상기 과당 분획을 제2차 이온정제 및 농축 공정을 수행하여 고형분 함량 50 브릭스(Brix) 및 과당 함량 90 중량%의 과당-함유 원료 용액을 얻었다.
상기 과당-함유 용액을 이용하여, 실시예 1의 알룰로스 생산 공정과 실질적으로 동일한 방법으로 알룰로스 전환 반응물 제조, 이온정제, Ca+ type 분리 (SMB) 수지를 이용한 분리공정, 이온 정제, 및 농축 공정을 수행하여 알룰로스를 제조하였다. 상기 최종 얻어진 알룰로스 용액은 고형분 함량 72 브릭스(Brix) 및 알룰로스 순도 최대 99 중량% (공정상에서는 95~99%)의 고순도 알룰로스 농축액을 제조하였다.
시험예 1: 설탕 제조용 원료 유래 알룰로스의 5-HMF 함량 분석
(1)분석 시료 제조
실시예 1에서 제조한 알룰로스 제조용 원료 기질인 고순도 과당액(시료 1), 및 농축 공정을 진행한 고순도 알룰로스(시료 2)을 포함하는 2 가지 샘플을 준비하고, 정제수를 첨가하여 5 브릭스(Brix)로 희석하여 5-HMF 분석을 위한 분석시료를 제조하였다.
(2) 분광광도계를 이용한 분석
분광광도계를 이용한 5-HMF 함량의 측정방법으로서, 상기 분석 시료를 1ml quartz cuvet에 담아 280nm의 흡광도와 250nm의 흡광도에서 Spectrophotometer로 측정하고 수학식1로 계산하여 시료 내 5-HMF 함량을 얻었다. 상기 분광광도계를 이용한 5-HMF 함량의 측정 결과 및 HPLC 분석을 이용한 5-HMF 함량의 측정 결과를 표 1에 나타낸다. 하기 수학식 1에서 A(280nm) 및 A(250nm)는 280nm 또는 250 nm에서 각각 측정된 흡광도 수치이다. 상기 분광광도계를 이용한 5-HMF 함량의 측정 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
Figure PCTKR2020014966-appb-M000001
하기 표 1의 분광광도계를 이용한 5-HMF 함량의 측정결과에 따르면, 알룰로스 전환 반응의 기질인 과당이 원당에서 제조된 실시예 1의 시료 1은 HMP 함량이 0.53(mg/L)이었다. 하기 표 2의 비교예 1에 따른 전분 유래 과당 (대조시료 1)은 분광광도계 분석 결과 HMP의 함량이 2.29(mg/L)인 것을 고려하면, 실시예 1의 원당 유래 과당 기질의 HMF 함량이 매우 낮음을 확인하였다.
실시예 1에 따른 시료 1 및 시료 2는, 비교예 1에 따른 대조시료 1 및 2와 현저한 HMF의 함량 차이를 볼 수 있었다. 따라서, 본 실시예에 따라 설탕 제조용 원료에서 유래된 과당-함유 원료와 이를 활용하여 제조된 알룰로스 시럽은, 전분 유래 과당-함유 원료와 이를 활용하여 제조된 알룰로스 시럽과 비교하여, 과당-함유 원료에서 5-HMF 함량 차이가 있을 뿐만 아니라, 제조 및 분리된 알룰로스 시럽에서도 HMF 함함량의 차이가 나며, 비교예에 비해서 현저히 낮은 상태를 유지하는 것으로 확인할 수 있었다.
(3) HPLC 분석
HPLC 분석을 이용한 5-HMF 함량의 분석 방법으로서, 구체적으로 상기 제조된 분석시료를 HPLC-UV 분석 조건은 C18(Shiseido, Capcell pak 4.6mm Φ x 250mm) 컬럼을 사용하여 30 ℃에서, 이동상으로 물 90%(v/v), 메탄올 10%(v/v) 를 0.6 ml/min 유속으로 흘려 주면서 수행하였으며, UV Detector를 사용하여 분석하였다. 상기 HPLC 분석을 이용한 시료 분석 결과는 HPLC 결과 그래프에서 각 피크의 면적을 하기 표 1에 나타내며, HPLC분석에 의한 C18 화합물(5-HMF)의 피크 면적을 이용하여 각 시료에 포함된 C18 화합물(HMF)의 상대적인 함량을 확인할 수 있다.
시료 A280nm A250nm 분광광도계 분석 HMF(mg/L) HPLC분석에 의한C18 면적
시료1 0.151 0.101 0.53 *
시료2 0.452 0.336 1.24 83.6
원당을 이용한 알룰로스 제조공정에서 얻어진 시료 내 5-HMF의 함량이 전분비교유래 과당을 이용한 알룰로스 제조공정에서 얻어진 시료와 비교해 더욱 낮음을 확인하였으며, 이에 실시예 1에 따른 생산물이 알룰로스 순도가 더 높은 것으로 확인되었다. 상기 표 1의 HPLC분석에 의한 C18 면적을 고려할 때, 시험예2 에서 진행한 HMF함량과의 차이가 현저히 많이 나는 것으로 확인하였다. 동일 고형분의 샘플에 대해 측정하였을 때 HMF의 피크가 높게 나오며, 면적을 바탕으로 비교해 보았을 때 전분유래 알룰로스가 HMF의 양이 조금 더 증가하는 것으로 확인되었다. 특히 마지막 농축공정을 끝내고 난 시료2와 대조시료2를 확인해보면, 면적값이 차이가 큰 것으로 확인되었다.
따라서, 원당 유래 알룰로스 제조시, 종래 전분유래로 알룰로스에 비해서 순도가 높고 부산물이 적은 고순도 알룰로스를 제조할 수 있다.
시험예 2: 전분 유래 알룰로스의 부산물 함량 분석
(1) 분석 시료 제조
비교예 1에서 제조한 알룰로스를 공정별로, 시험예 1의 시료와 같이 2종 시료를 얻고, 정제수를 첨가하여 5 브릭스(Brix)로 희석하여 분석시료를 제조하였다.
구체적으로, 상기 알룰로스의 제조공정 중에서, 원료 기질인 전분 유리 고순도 과당액(대조시료1) 및 농축 공정을 진행한 고순도 알룰로스(대조시료 2)을 포함하는 2 가지 샘플군을 채취하고, 5-HMF 분석을 위해 5 브릭스(Brix)로 희석하여 분석시료를 제조하였다.
(2) 분광광도계를 이용한 분석
시험예 1에 따른 분광광도계를 이용한 5-HMF 함량의 측정방법과 실질적으로 동일한 방법으로 분석시료를 분석하였다. 상기 분광광도계를 이용한 5-HMF 함량의 측정 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
원당 유래 과당-함유 원료와 전분 유래 과당-함유 원료는 HMF 함량에서의 큰 차이가 있음을 확인하였다. 원당유래 알룰로스와 대비하여 전분유래 알룰로스를 제조하게 되면 제조 공정이 많아지게 되어, HMF의 양이 원당유래 알룰로스에 비해서 많아지게 된다. 이러한 예로 대조시료 2와 시료 2를 비교하면, 최종 HMF의 양 차이를 확인할 수 있으며, 최종 알룰로스의 순도에서도 원당유래가 높은 것을 알 수 있다.
따라서, 원당유래 알룰로스 제조시 기존에 전분유래로 만든 알룰로스에 비해서 순도가 높고 부산물이 적은 고순도 알룰로스를 제조할 수 있음을 확인하였다.
(3) HPLC 분석
시험예 1에 따른 HPLC 분석을 이용한 5-HMF 함량의 분석방법과 실질적으로 동일한 방법으로 분석시료를 분석하였다. 상기 HPLC 분석을 이용한 시료 분석 결과는 HPLC 결과 그래프에서 각 피크의 면적을 하기 표 2에 나타낸다.
시료 A280nm A250nm 분광광도계 분석 HMF(mg/L) HPLC분석에 의한C18 면적
대조시료1 2.359 2.146 2.29 *
대조시료2 0.767 0.227 5.83 136.8
HPLC를 활용하여 UV Detector로 HMF를 측정할 수 있으며, 원당유래 알룰로스와 전분유래 알룰로스의 HMF의 상대적인 차이를 비교하기 위해 동일 농도를 설정하여 HPLC를 측정하였고, 그 결과 시료 6과 대조시료 6을 확인하면, 면적의 차이를 확인 할 수 있으며, HMF의 양은 면적에 비례하는데, 원당 유래 알룰로스의 HMF의 양이 적은 것을 확인할 수 있었다.
시험예 3: 제조 단계 별 알룰로스 산물에 포함된 부산물의 함량 분석
실시예 1에서 제조한 알룰로스 제조용 원료 기질인 과당액을 얻었으며, 상기과당액은 고형분 함량 50 브릭스 및 98.1 중량%의 과당 함량을 갖는 과당액을 시료 6-1로 분석에 사용하였다. 상기 과당액을 이용한 알룰로스 전환 공정으로 얻어진 알룰로스 전환 공정 산물을 시료 6-2로 사용하고, 상기 알룰로스 전환 공정 산물을 이온정제한 정제 산물을 시료 6-3으로 사용하고, 상기 이온정제된 정제 산물을 Ca+ type 분리 (SMB) 수지를 이용하여 분리하여 얻어진 알룰로스 분획을 시료 6-4로 사용하고, 상기 알룰로스 분획을 정제한 정제물을 시료 6-5로 사용하고, 상기 정제물을 농축하여 얻어진 고형분 함량 72 브릭스(Brix)의 순도 98.5 중량%의 고순도 알룰로스 농축액을 시료 6-6으로 사용하였다.
비교예 1에 따라 알룰로스 제조용 원료 기질인 전분 유래 과당액을 얻었으며, 상기 과당액은 고형분 함량 50 브릭스 및 90 중량%의 과당 함량을 갖는 과당액을 대조시료 6-1로 분석에 사용하였다. 상기 과당액을 이용한 알룰로스 전환 공정으로 얻어진 알룰로스 전환 공정 산물을 대조시료 6-2로 사용하고, 상기 알룰로스 전환 공정 산물을 이온정제한 정제 산물을 대조시료 6-3으로 사용하고, 상기 이온정제된 정제 산물을 Ca+ type 분리 (SMB) 수지를 이용하여 분리하여 얻어진 알룰로스 분획을 대조시료 6-4로 사용하고, 상기 알룰로스 분획을 정제한 정제물을 대조시료 6-5로 사용하고, 상기 정제물을 농축하여 얻어진 고형분 함량 72 브릭스(Brix)의 순도 95 중량%의 고순도 알룰로스 농축액을 대조시료 6-6으로 사용하였다.
상기 제조된 시료 6-1 내지 6-6 및 대조시료 6-1 내지 6-6에 정제수를 첨가하여 5 브릭스(Brix)로 희석하여 5-HMF 분석을 위한 분석시료를 제조하였다. 상기 5-HMF 분석 방법은 시험예 1의 시료 내 5-HMF 함량분석 방법과 실질적으로 동일한 방법으로 HPLC 분석을 수행하였으며, 분석결과를 하기 표 3에 나타낸다. 하기 표 3에서 변화량(퍼센트)는 원료 시료 6-1 또는 대조시료 6-1에 포함된 HMF함량을 기준으로 각 시료에 포함된 HMF의 상대적인 함량을 퍼센트로 표시한 것이다. 상기 HPLC 분석에 사용된 표준 곡선은 도 10에 나타낸다.
시료 ppm 원료기준 변화량(%)
시료 6-1 4.36 100%
시료 6-2 137.97 3085%
시료 6-3 4.25 18%
시료 6-4 17.03 311%
시료 6-5 7.96 103%
시료 6-6 8.37 113%
대조시료 6-1 16.4 100%
대조시료 6-2 110.9 576%
대조시료 6-3 42.1 157%
대조시료 6-4 82.1 401%
대조시료 6-5 63.7 288%
대조시료 6-6 46.0 180%
상기 표 3는 원당을 이용한 알룰로스 제조공정에서 얻어진 시료 내 5-HMF의 함량과 전분을 이용한 알룰로스 제조공정에서 얻어진 시료 내 5-HMF의 함량을, 각각 제조 공정별로 채취한 시료에 대해 수행하였다. 상기 표 3의 결과에 따르면, HMF의 함량은 원료에서 기인한다기 보다는 제품 제조시 공정을 따르면서 최종 제품의 부산물의 함량이 증가한다는 것을 파악할 수 있다. 일례로 표 3을 확인하면, 원료의 고과당의 HMF 함량에 비해, 제품의 HMF의 함량의 차이를 확인할 수 있으며, 따라서 원당유래 알룰로스로 제조시 부산물의 함량을 줄일 수 있다는 것을 확인 할 수 있었다.
시험예 4: 알룰로스 산물의 보관 안정성 분석
실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 고순도 알룰로스를 시료로 사용하였으며, 구체적으로 상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 최종 알룰로스 용액을 고형분 함량 70 브릭스(Brix) 및 pH 4, 5, 6, 및 7 로 맞추어 분석 시료를 제조하고 10ml씩 취하여 분석에 사용하였다.
상기 분석 시료를 pH 4, 5, 6, 및 7 조건에서 이후 70 ℃에서 24시간 보관하여 가혹테스트를 진행하였고, 알룰로스 함량 및 부산물의 함량을 측정하기 위해서 HPLC 분석기기를 사용하였다. HPLC 분석 조건은, C18 (Shiseido, Capcell pak 4.6mm Φ x 250mm) 컬럼을 사용하여 30 ℃에서, 이동상으로 물 90%(v/v), 메탄올 10%(v/v) 를 0.6 ml/min 유속으로 흘려 주면서 수행하였으며, UV Detector를 사용하여 분석하였다. 실시예 1의 시료에 대한 HPLC 분석 결과를 도 1에 나타내고, 비교예 1의 대조시료에 대한 HPLC 분석 결과를 도 2에 나타낸다.
도 1의 HPLC 분석 결과 그래프에 나타낸 바와 같이, 비교예 1의 전분유래 알룰로스에 비해서, 실시예 1에 따른 알룰로스 시료는 보관 조건에서 감소폭이 적었으며, 부산물(5-HMF)의 함량의 증가폭도 비교예 1의 전분유래 알룰로스에 비해 적은 것으로 확인되었다.
도 2의 HPLC 분석 결과 그래프에 나타낸 바와 같이, 비교예 1의 전분유래 알룰로스는 70 ℃에서 24시간 보관 조건에서 알룰로스 함량의 감소폭과 부산물(5-HMF)의 함량의 증가폭이 실시예 1의 원당유래 알룰로스에 비해 크게 높게 나타남을 확인하였다.
따라서, 전분유래 알룰로스에 비해서 원당유래 알룰로스의 보관 안정성이 높다는 것을 확인할 수 있었다.
시험예 5: 알룰로스 산물의 pH 안정성 분석
실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 고순도 알룰로스를 시료로 사용하였으며, 구체적으로 상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 최종 알룰로스 용액을 1N HCl 및 1N NaOH를 이용하여 pH 4, 5, 6, 및 7로 조정한 후 70 브릭스(Brix)로 고형분 함량을 조절하고, 각각 pH를 pH 4, 5, 6, 및 7로 맞추어 분석시료를 제조하고, 분석 시료 10 ml씩 취하여 분석실험에 사용하였다.
이후에, 상기 분석 시료를 70 ℃에서 24시간 보관하여 가혹테스트를 진행하였고 이후 알룰로스 함량 및 부산물의 함량을, 시험예 1의 HPLC 분석방법과 실질적으로 동일한 방법으로 분석하였다. 실시예 1의 시료 및 비교예 1의 시료에 대한 HPLC 분석 결과를 표 4에 나타낸다. 상기 분석 시료 제조 직후의 알룰로스 함량을 대조구로 사용 하였다.
시료 PH 조건 대조구 24시간경과후 감소량(중량%)
실시예 1 4 98.1 92.6 5.5
실시예 1 5 98.3 95.5 2.8
실시예 1 6 98.2 96.0 2.2
실시예 1 7 98.2 96.2 2.0
비교예 1 4 96.7 89.9 6.8
비교예 1 5 97.0 92.7 4.3
비교예 1 6 96.9 92.8 4.0
비교예 1 7 96.9 93.3 3.6
실시예 1과 비교예 1에서 얻어진 알룰로스 시럽에 대한 pH 조건에 따른 가혹조건 보관 실험 결과를 비교하면, 실시예 1에 따른 원당유래 알룰로스의 감소량이 비교예 1의 전분유래 알룰로스에 비해 적어, pH 조건에 따른 보관 안정성 면에서 원당유래 알룰로스가 더욱 바람직한 것으로 확인되었다.
시험예 6: 설탕 정제 공정 별 부산물 분석
기존 설탕을 제조하는 공정에서 결정화 공정 진행 시 모액을 다시 재정제하는 공정으로 설탕을 제조하고 있으며, 상기 모액을 수득하여 HPLC방법으로 시험예 2의 분석조건과 동일한 조건으로 공정별 부산물을 분석하였다. 구체적으로, 분석 시료는 원당, 모액 1, 모액 2, 모액 3, 및 모액 4 이었다.
원당은 기존 공정에 들어가기 전에 채취하여 분석한 것이며, 이 원당을 녹여서 결정화 단계를 거치면 설탕이 나오고 설탕이 나오고 남은 액을 모액 1이며, 모액1을 다시 결정화시키면 처음 단계의 결정화 보다는 품질이 낮은 설탕이 만들어 지고 남은 액을 모액 2라고 한다. 이와 같이 2회 더 설탕을 결정화하고 순차적으로 얻어진 모액 3과 모액 4를 얻었다. 설탕을 결정화하는 공정에서 결정화 후 남은 액을 모액이라고 칭하며, 결정화 공정이 진행될수록 모액의 불순물 농도는 더욱 진해진다. 따라서 기존 원당을 용해하여 설탕 결정화를 진행하면 제품으로 수득되는 설탕을 제외하고 남은 모액에서 불순물이 짙어지게 된다.
상기 설탕 제조공정에서 얻어진 시료를 분석한 결과, 많은 미지의 피크들이 검출되어 있으며, 이러한 물질들은 설탕으로 제조되고 남은 물질로서 폐수처리와 같은 방법으로 버리게 되어, 추후 환경 문제를 야기할 수 있다. 설탕에서 알룰로스로 넘어갈 경우 설탕까지 제조하는 공정에서 많은 양의 부산물이 발생하게 되어 알룰로스를 제조하기까지의 많은 부산물을 처리해야 하는 공정이 필요하게 된다.
도 3 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 설탕에서 알룰로스로 넘어갈 경우 설탕까지 제조하는 공정에서 많은 양의 부산물이 발생하게 되어 알룰로스를 제조하기까지의 많은 부산물을 처리해야 하는 공정이 필요하게 된다. 실시예와 같이 원당으로 직접 알룰로스를 제조하게 되면, 이러한 공정을 거치지 않고 직접 알룰로스로 넘어가기 때문에 따로 부산물이 생길 공정이 없어서 유리하다.

Claims (24)

  1. 설탕을 함유하는 설탕 제조용 원료와 전화 효소를 이용하여 과당과 포도당을 함유하는 전화당 시럽(invert syrup)을 얻어, 과당 분리공정에 투입하여 과당-함유 원료를 제조하는 단계, 및 상기 과당-함유 원료를 이용하여 알룰로스 전환 반응을 수행하는 단계를 포함하는, 알룰로스의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제조방법은, 전분 유래 포도당의 이성화 반응 또는 설탕 제조용 원료로부터 설탕을 분리 또는 정제하는 공정을 포함하지 않는 것인 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 과당 분리 공정은 상기 전화당 시럽을 활성탄 처리 공정, 이온정제공정, 모사이동층(SMB) 크로마토그래피를 이용한 고순도 분리 공정 및 농축 공정으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 과당 분리 공정은 상기 전화당 시럽을 이온정제, 모사이동층(SMB) 크로마토그래피를 이용한 고순도 분리 공정 및 농축 공정을 포함하는 것인, 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전화당 시럽은 과당, 포도당 및 2당류 이상의 당류를 포함하는 것인 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전화당 시럽은 당류 고형분 함량이 10중량% 이상인 것인 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전화당 시럽은 과당 분리 공정을 거쳐, 과당-함유 원료의 전체 당류 고형분 함량을 기준으로 90중량%이상의 과당을 함유하는 과당-함유 원료를 제조하는 것인 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전화당 시럽의 전체 당류 고형분 함량을 기준으로, 과당 및 포도당의 합계 함량은 90 중량%이상인 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전화당 시럽에 포함된 과당 및 포도당의 합계 고형분 함량 100 중량%를 기준으로, 과당은 40 중량%이상 및 포도당은 60 중량%이하로 포함되는 것인 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 과당-함유 원료는 0.001 내지 2.2 mg/L의 5-HMF를 포함하는 것인, 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 과당-함유 원료는 고형분 함량 기준으로, DP3이상의 올리고당류 함량이 2.0중량%이하인 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 알룰로스 전환 반응생성물은 0.001 내지 5.7 mg/L의 5-HMF를 포함하는 것인, 제조방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 설탕 제조용 원료는 사탕수수 또는 사탕무우의 착즙액, 농축액, 또는 상기 착즙액 또는 농축액에서부터 당밀을 제거하고 얻어진 결정인 제조방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 설탕 제조 원료는 사탕수수 또는 사탕무우의 착즙액 또는 농축액에서부터 당밀을 제거하고 얻어진 결정을 용해한 것인 제조방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 전화당 시럽은 설탕 제조 원료의 착즙액, 농축액, 또는 상기 착즙액 또는 농축액에서부터 당밀을 제거하고 얻어진 결정을 이용한 전화효소 처리 원료를, 온도 55 내지 75 ℃ 및 pH 4.0 내지 5.0으로 조정하고, 전화효소 처리 원료의 고형분 함량을 기준으로 0.01% 내지 1.0 중량%의 전화효소를 처리하여 수행하여 얻어진 것인 제조방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 알룰로스 전환 반응물은 과당-함유 원료를 생물학적 알룰로스 전환 공정으로 처리하여 얻어진 것인 제조방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 알룰로스 전환 반응에 투입되는 과당-함유 원료의 과당 함량은, 전체 당류 고형분 함량 100중량%를 기준으로 85중량%이상인 제조방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 알룰로스 전환반응은 알룰로스 전환율이 15% 내지 70%인 생물학적 촉매를 사용하는 것인 제조방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 알룰로스 분획을 농축하고, 상기 농축물로 부터 알룰로스를 결정화하여 알룰로스 결정과 결정화 모액을 얻는 단계를 추가로 포함하는 제조방법.
  20. 고형분 함량 기준으로, 1.0 중량% 이하의 5-HMF를 포함하는 알룰로스 함유 조성물.
  21. 제20항에 있어서, 상기 조성물은 0.001 내지 5.7 mg/L의5-HMF를 포함하는 알룰로스 함유 시럽인 조성물.
  22. 제20항에 있어서, 설탕을 함유하는 설탕 제조용 원료와 전화 효소를 이용하여 과당과 포도당을 함유하는 전화당 시럽(invert syrup)을 얻어, 과당 분리공정에 투입하여 과당-함유 원료를 제조하는 단계, 및 상기 과당-함유 원료를 이용하여 알룰로스 전환 반응을 수행하는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조된 것인 알룰로스 함유 조성물.
  23. 제20항에 있어서, 고형분 함량 기준으로, 알룰로스를 5 중량%이상으로 포함하는 조성물.
  24. 제20항에 있어서, 고형분 함량 기준으로, DP3이상의 올리고당류 함량이 2.0 중량%이하인 조성물.
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