WO2023121423A1 - 발효액으로부터 아미노산 함유 제품의 제조 방법 - Google Patents

발효액으로부터 아미노산 함유 제품의 제조 방법 Download PDF

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WO2023121423A1
WO2023121423A1 PCT/KR2022/021270 KR2022021270W WO2023121423A1 WO 2023121423 A1 WO2023121423 A1 WO 2023121423A1 KR 2022021270 W KR2022021270 W KR 2022021270W WO 2023121423 A1 WO2023121423 A1 WO 2023121423A1
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WO
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amino acid
granules
tryptophan
content
prepared
Prior art date
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PCT/KR2022/021270
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권민경
신지현
김종현
박상민
강지훈
김민섭
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씨제이제일제당 (주)
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K10/00—Animal feeding-stuffs
    • A23K10/10—Animal feeding-stuffs obtained by microbiological or biochemical processes
    • A23K10/16—Addition of microorganisms or extracts thereof, e.g. single-cell proteins, to feeding-stuff compositions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K20/00—Accessory food factors for animal feeding-stuffs
    • A23K20/10—Organic substances
    • A23K20/142—Amino acids; Derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/04—Alpha- or beta- amino acids
    • C12P13/06—Alanine; Leucine; Isoleucine; Serine; Homoserine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/04—Alpha- or beta- amino acids
    • C12P13/08—Lysine; Diaminopimelic acid; Threonine; Valine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/04—Alpha- or beta- amino acids
    • C12P13/22—Tryptophan; Tyrosine; Phenylalanine; 3,4-Dihydroxyphenylalanine

Definitions

  • the present application relates to a method for producing amino acid granules in which cells are removed from a fermentation broth.
  • amino acid granules for feed a fermentation method using microorganisms is used, and amino acid granules can be produced by directly drying and solidifying a fermentation broth of microorganisms.
  • strains (cells) used in the fermentation broth production process may remain in the fermentation broth.
  • the cells are included in amino acid granules, there is a problem in that the product registration process is complicated and it is difficult to sell the product in countries with GM strain issues.
  • the product registration process is complicated and it is difficult to sell the product in countries with GM strain issues.
  • granules there is an issue that it is difficult to produce a product with a purity higher than that of the fermentation broth, but there is an advantage in that a product with a higher content than conventional granules can be produced by removing the cells.
  • Patent Document 1 US Patent Publication No. US 2021-0094903 A1
  • Patent Document 2 US Patent Registration Publication US 8465962 B2
  • Patent Document 3 US Patent Registration Publication US 9885093 B2
  • Patent Document 4 US Patent Registration Publication US 10351859 B2
  • Patent Document 5 US Patent Registration Publication US 7863435 B2
  • Patent Document 6 US Patent Registration Publication US 10787692 B2
  • Patent Document 7 US Patent Registration Publication US 9029105 B2
  • Patent Document 8 US Patent Registration Publication US 2021-0094903 A1
  • One object of the present application is to provide a method for manufacturing a granule product having a uniform content for each particle size and a high amino acid content compared to the existing fermented broth and having less GM strain issues than conventional granule products due to the removal of bacterial cells.
  • one object of the present application is to provide amino acid granules having a higher amino acid content compared to the basic fermentation broth and having fewer GM strain issues than conventional granule products due to the removal of bacterial cells.
  • one aspect of the present application is a first step of preparing a fermentation filtrate by removing the cells from the fermentation broth containing amino acids; and a second step of forming granules from the fermentation filtrate.
  • the manufacturing method of the present application simplifies the product registration process by removing cells in the process of manufacturing amino acid granules, and can respond in advance to countries with genetically modified (GM) issues.
  • GM genetically modified
  • amino acid granule may mean an amino acid-containing mixture in the form of a granule.
  • formulation of the amino acid granules may be different unless the spirit of the invention of the present application is changed.
  • subsequent processes may be further performed to implement formulations of various amino acid granules.
  • the above-described amino acid granules can be used as an additive for animal feed, etc., and there is no limitation on their use.
  • a first step (S100) of preparing a fermentation filtrate by removing cells from the fermentation broth containing amino acids is performed.
  • cells removed in the present application is not limited to the meaning that cells are not provided at all in a solution or product. Specifically, the fact that the cells were removed from the solution or product means that the strain used to prepare the amino acid fermentation broth was separated from the solution or product to the extent that the mass was negligible. Therefore, in analyzing the composition of the product and the mass of the fermentation filtrate, which is a fermentation broth from which the cells are removed, or the amino acid granules prepared therefrom, the mass occupied by the cells can be ignored.
  • Amino acids included in the fermentation broth of the first step may be L-amino acids, and in particular, the amino acids may be amino acids with low solubility.
  • the amino acid to which the manufacturing method of the present application can be applied may be an amino acid having a low solubility of more than 0 g / 100 g and less than 20 g / 100 g solubility in water at 25 ° C., but is not limited thereto, as described above.
  • the amino acid may be valine, tryptophan, threonine, isoleucine, leucine, methionine, histidine or phenylalanine, but is not limited thereto.
  • Amino acids included in the fermentation broth of the first step may be prepared by an extraction method, a synthesis method, a fermentation method, an enzyme method, or the like.
  • amino acids may be provided from fermented products produced by fermentation using microorganisms.
  • the term "fermented product” or “fermented liquid” in this application may refer to a product of enzymatic or metabolic synthesis or decomposition of organic materials using microorganisms.
  • it may include a culture containing microorganisms obtained by culturing microorganisms in a culture medium, or a concentrate, dried product, or lyophilized product of a culture obtained by removing microorganisms therefrom.
  • the amino acid mixed solution may include L-amino acids and the entire fermented product or may be one in which impurities are removed from the fermented product.
  • the fermentation broth containing the amino acid is prepared according to known microbial fermentation methods (US 8465962 B2, US 9885093 B2, US 10351859 B2, US 7863435 B2, US 10787692 B2, US 9029105 B2, US 2021-0094903 A1) It may be a liquid of the obtained fermentation product, but is not limited thereto.
  • 'Fermentation broth containing amino acids' of the present application may be used interchangeably with 'fermentation broth containing amino acids' or 'fermentation broth containing amino acids'.
  • the fermentation broth prepared to provide amino acids in the first step may be a product obtained by culturing a microorganism that produces L-amino acids.
  • L-amino acid-producing microorganism in this application includes both wild-type microorganisms and microorganisms in which genetic modification has occurred naturally or artificially, and in which an external gene is inserted or the activity of an endogenous gene is enhanced or inactivated. It may be a microorganism that has a weakened or enhanced specific mechanism due to causes such as, etc., and includes a genetic modification (modification) for the production of a desired protein or product.
  • the above-mentioned microorganisms used in the first step are Brevibacterium genus, Corynebacterium genus, Escherichia genus, Serratia genus, Erwinia genus, It may be at least one selected from microorganisms such as Enterobacteria, Streptomyces, or Pseudomonas, or artificial mutants thereof. Accordingly, the first step may further include preparing an amino acid mixture solution using at least one of the above-described microorganisms.
  • microbes of the genus Corynebacterium may include all microorganisms of the genus Corynebacterium. Specifically, Corynebacterium glutamicum, Corynebacterium crudilactis, Corynebacterium deserti, Corynebacterium efficiens , Corynebacterium callunae, Corynebacterium stationis, Corynebacterium singulare, Corynebacterium halotolerans, Corynebacterium Corynebacterium striatum, Corynebacterium ammoniagenes, Corynebacterium pollutisoli, Corynebacterium imitans, Corynebacterium testudino It may be Corynebacterium testudinoris or Corynebacterium flavescens, and more specifically Corynebacterium glutamicum, but is not limited
  • Microorganisms of the genus Corynebacterium, particularly Corynebacterium glutamicum, are Gram-positive microorganisms that are widely used in the production of L-amino acids and other useful substances.
  • various studies are being conducted to develop highly efficient producing microorganisms and fermentation process technology. For example, the expression of a gene encoding an enzyme involved in biosynthesis such as L-tryptophan, L-valine, L-isoleucine, L-leucine, L-histidine or L-threonine is increased or a gene unnecessary for biosynthesis is increased.
  • a target material specific approach method such as removing is mainly used.
  • cells are removed from the fermentation broth prepared as described above. As described above, removing the cells does not necessarily completely remove the cells from the fermentation broth to render the fermentation broth sterile. Centrifugation, filtration, treatment with a precipitant for crystallized protein (salting-out), extraction, ultrasonic disruption, ultrafiltration, dialysis, molecular sieve chromatography (gel filtration), adsorption chromatography, ion exchange chromatography, Various chromatography such as affinity chromatography, HPLC, and these methods may be used in combination. In addition to the methods described above, the cells may be separated from the fermentation broth using a suitable method known in the art.
  • a step of separating amino acid crystals from the fermentation broth or dissolving the amino acid crystals in the fermentation broth may be performed prior to isolating the cells.
  • Amino acid crystals mean that some amino acids are crystallized in the fermentation broth when a high concentration of amino acids having relatively low solubility is included in the fermentation broth. If the solution contains amino acid crystals, there is a concern that the amino acid crystals may also be removed during the cell removal process. Amino acid crystals can be recycled after being dissolved in the fermentation broth prior to cell removal or separately separated, thereby preventing amino acids produced in the fermentation process from being discarded.
  • process efficiency can be increased by recycling the separated crystals in the second step, and the amino acid content (amino acid purity) in the amino acid granules can be controlled by adjusting the input amount of amino acid crystals. there is.
  • a solvent may be additionally added to the fermentation broth.
  • the solvent may be added as much as the solubility of the amino acid.
  • the solvent may be water (H 2 O).
  • the first step may include adding a calcium source.
  • a calcium source may be added to the fermentation broth before or after removing the cells from the fermentation broth in the first step.
  • calcium in the present application is an essential mineral for vertebrates because it functions to make bones healthy and facilitate blood circulation. More than 99% of calcium is in bones and teeth, and the rest is present in blood and muscles. Adequate amounts of calcium maintain bone health and prevent osteoporosis. It also plays a role in reducing the occurrence of cardiovascular disease by contracting muscles to prevent muscle spasms and lowering cholesterol levels. However, when calcium is insufficient, bones are not formed properly and muscles and nerves are abnormal, making it easy to cause injuries such as fractures even with minor trauma, and the risk of osteoporosis increases. This calcium is also provided to animals in the form of feed additives to prevent diarrhea or dysentery and to aid digestion and absorption, particularly in piglets.
  • the term "calcium source” refers to a material capable of providing calcium ions (Ca 2+ ) without limitation.
  • the calcium source includes calcium hydroxide (Calcium carbonate, Ca(OH) 2 ), calcium oxide (CaO), calcium carbonate (Calcium carbonate, CaCO 3 ), calcium sulfate (Calcium Sulfate, CaSO 4) or calcium chloride (Calcium chloride).
  • CaCl 2 may be used, but is not limited thereto.
  • calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) is an inorganic compound and has a colorless crystal or white powder form. Calcium hydroxide is basic when dissolved in water, and since it is inexpensive and has low toxicity, it can be used as a source of calcium ions in the present application.
  • calcium oxide (CaO) in the present application is a substance that dissolves in water to generate calcium ions and plays the same role as the calcium hydroxide. Since the heat of dissolution in the process of dissolving in water is relatively large, it can be provided to the process in the form of calcium hydroxide slurry that has been reacted with water in advance.
  • the reaction from calcium oxide to calcium hydroxide is: CaO + H 2 O ⁇ Ca(OH) 2 .
  • an equivalent amount of calcium hydroxide that is, an equivalent molar ratio based on calcium ions
  • an amount obtained by multiplying calcium hydroxide by 0.76 which is the value of the molecular weight of calcium oxide for the molecular weight of calcium hydroxide
  • water and added may be reacted with water and added.
  • the amount of water to be additionally added so that all of the calcium oxide used can be reacted by subtracting the added calcium oxide from the required calcium hydroxide or more.
  • the calcium source is added at a 0.02 to 2.0 molar ratio, 0.05 to 2.0 molar ratio, 0.07 to 1.5 molar ratio, 0.1 to 1.0 molar ratio, or 0.2 to 0.6 molar ratio with respect to amino acids in the fermentation broth containing amino acids. It may be, but is not limited thereto.
  • the calcium source may be added in powder form, aqueous solution form or slurry form in the calcium source addition step, but is not limited thereto.
  • a concentration step of concentrating the fermentation filtrate may be performed to increase the concentration of amino acids in the fermentation filtrate.
  • the fermentation filtrate is concentrated to prepare a concentrated fermentation filtrate.
  • Concentrating the fermentation filtrate may refer to a process of reducing the amount of solvent included in the fermentation filtrate and increasing the concentration of amino acids accordingly.
  • a forced circulation concentrating pipe may be used, and a paddle dryer, a slurry drying facility, and the like may be used for the concentrating process, but is not limited thereto.
  • Concentration in the concentration step may be performed at a concentration of greater than 0% (w/w) and less than or equal to 75% (w/w).
  • the degree of concentration refers to the degree of solvent removal (weight ratio) when comparing the fermentation filtrate and the concentrated fermentation filtrate. If the concentration exceeds the range, the concentrated solution gels and the fluidity is significantly lowered, making it difficult to proceed to the next step.
  • the above-described concentration may vary depending on the type and/or driving method of equipment used in the amino acid granule manufacturing process.
  • the concentration is 5% (w/w) or more and 75% (w/w) or less, 10% (w/w) or more and 70% (w/w) or less, or 20% (w/w) or more 65% (w / w) or less, but is not limited thereto.
  • a step of introducing a calcium source may be additionally performed if necessary.
  • the concentration of amino acids in the solution increases and there is a concern that amino acids may be precipitated in the form of crystals.
  • the calcium source may be added to the fermentation filtrate or the concentrated fermentation filtrate before and after concentration.
  • the concentration process can be performed at a relatively high concentration through the addition of a calcium source and/or crystal pulverization in the concentrate, and as the concentration increases, a larger amount of solvent is removed in the second step granulation process. The amount of water that needs to be removed can be reduced.
  • "granules” are macroscopic particles, which are permanent aggregates of larger sizes made up of small particles such as powder, with an average particle diameter of 50 ⁇ m to 5 mm, 75 ⁇ m to 100 ⁇ m. It may be a particle size of 4 mm or 100 ⁇ m to 3 mm.
  • the second step it is performed to form granules, which are particles having a predetermined size, from powder or fine solid materials, and can be performed using a granulation method known in the art without limitation.
  • a mixed type granulation method in which seeds are injected at a constant rate through a feeder into a mixed type granulator and at the same time the fermented liquid is supplied through a metered liquid pump to obtain granules, or a fixed amount of seed is injected into a fluidized bed granulator and a fixed amount of fermented liquid is added.
  • a fluid bed granulation method may be applied in which granules are formed while injecting at a constant rate. At this time, a step of drying the obtained granules may be further included, but is not limited thereto.
  • the mixing ratio of the seeds to the slurry solids of the fermentation broth may be 300 to 900% (w/w).
  • the mixing ratio of seeds to slurry solids may be used interchangeably with 'seed input ratio'.
  • the mixing ratio of the seeds may be 300 to 850% (w/w), 350 to 800% (w/w), or 300 to 800% (w/w). Formation of granules can be accelerated by performing the process by introducing seeds in the above ratio.
  • the seed mixing ratio may vary depending on the type of amino acid introduced into the process, process operating conditions for forming granules in the second step, etc., and is not limited to the above-described range.
  • seed is called a seed crystal or seed crystal and refers to a material used as a catalyst for crystallization or granulation of a liquid.
  • the seed in the present application refers to amino acid crystals, such as granules. It may be a crystal of the same type of amino acid as the amino acid contained in the fermentation concentrate to be transformed, but is not limited thereto.
  • the seed used at this time may have an average particle size of 150 to 300 ⁇ m.
  • a seed having an average particle size of 150 to 250 ⁇ m, 200 to 300 ⁇ m, or 200 to 250 ⁇ m may be used, but is not limited thereto.
  • the particle size of the seed used may consequently affect the productivity of the production of granules according to the present application, and may be appropriately selected by those skilled in the art in consideration of the desired moisture content.
  • the manufacturing method of the present application prior to the second step, may further include the step of adjusting the discharged moisture rate to 5 to 50% (w / w).
  • discharged water content is also referred to as “mixed water content”, and is the ratio of water in the entire mixture, which can be calculated by subtracting the total solids% (w / w) from 100% (w / w) of the entire mixture.
  • the discharged moisture rate is increased, the fermentation broth is mixed with the seeds for subsequent granulation, and when the mixture is introduced into the mixer, the recycle rate is lowered and the production rate is increased.
  • the discharge water content is 5 to 50% (w / w), 5 to 45% (w / w), 6 to 40% (w / w), 10 to 30% (w / w) or 15 to 30% (w / w), but is not limited thereto.
  • the discharged water content is less than the above range, it may be difficult to transfer the slurry due to high unit viscosity, and if it exceeds the above range, there may be problems of overload in the downstream process and excessive use of steam during granulation.
  • the discharged moisture rate may have a slightly different range depending on the type of amino acid contained in the concentrate.
  • the discharge water content may be determined by the input rate of the slurry of the fermentation broth. Specifically, as the feed rate of the slurry increases, the moisture content of the granular particles may increase, and as the feed rate of the slurry decreases, the moisture content of the granular particles may decrease. Since the input rate is determined according to the scale of the fermentation broth slurry, those skilled in the art can select and determine it appropriately.
  • the manufacturing method of the present application includes preparing a fermentation broth; pH adjustment step; concentration step; drying step; and a bereavement step.
  • Each of the above steps can be performed using a method known in the art (US 2021-0094903 A1) without limitation.
  • specific conditions may be appropriately changed to optimize the process, but is not limited thereto.
  • amino acid granules from which the cells are removed can be obtained through the first to second steps as described above. Since amino acid granules do not contain microbial cells, the amino acid content in the product may be at least 50%, 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, or 90% or more. Therefore, the manufacturing method of the present application is suitable for providing a product with a high amino acid content.
  • the production method of the present application provides amino acid granules from which cells are removed. Since the amino acid granules provided according to the present application do not contain microbial cells, the amino acid content is higher at the same weight compared to other amino acid granules containing microbial cells.
  • the weight of tryptophan-containing amino acid crystals generated in the process is about 4.9 kg, the content of tryptophan in amino acid crystals is about 2.0 kg, the water content in amino acid crystals is about 57.8% (w/w), and the solid content in amino acid crystals is about 42.2% (w/w).
  • the total weight of the tryptophan-containing fermentation filtrate used in the process is about 31.0 kg, the total volume is about 31.1 L, the tryptophan content in the fermentation filtrate is about 390.1 g (about 1.9 mol), and the concentration of tryptophan in the fermentation filtrate is About 12.5 g/L, the pH of the fermentation filtrate is about 5.8, the solid content in the fermentation filtrate is about 2.5% (w/w) (0.8 kg), the amount of tryptophan in the fermentation filtrate is about 50.3 of the total solid content analyzed as a percentage.
  • the calcium source introduced into the process was calcium hydroxide, and the input amount was about 28.3 g (about 0.2 mol).
  • the calcium source was added to the fermentation filtrate, the solid content of the fermentation filtrate into which the calcium source was added was about 2.6% (796.6 g), and the amount of tryptophan contained in the fermentation filtrate into which the calcium source was added was about 49.0% of the total solid content. analyzed as
  • the concentration was about 240.7 g/L, and the solid content was about 48.3 wt%.
  • Amino acid granules having a tryptophan purity of 84% were prepared using the concentrated fermentation filtrate, amino acid crystals, and seeds prepared in Experimental Example 1.
  • the purity of tryptophan in amino acid granules was calculated by calculating the ratio of the weight of tryptophan to the total solid content (the total weight minus the weight occupied by water) contained in the amino acid granules.
  • the table below summarizes the input amount of the concentrated fermentation filtrate, amino acid crystals, seeds and amino acid granules prepared therefrom, and the solid content, moisture content and tryptophan content in each element input to the process.
  • the amino acid granules As a result of preparing the amino acid granules, about 882.0 g of tryptophan granules were prepared, and the solid content of the tryptophan granules was 697.7 g, the water content was 184.3 g, and the tryptophan content was 588.1 g. It was analyzed that the tryptophan purity, which is the proportion of tryptophan among the solids contained in the tryptophan granules, was about 84.3% and the moisture content was about 20.9%.
  • the classification results according to the size of the tryptophan granules included in the amino acid granules prepared in the process are as follows same.
  • the table below summarizes the input amount of the concentrated fermentation filtrate, amino acid crystals, seeds and amino acid granules prepared therefrom, and the solid content, moisture content and tryptophan content in each element input to the process.
  • the amino acid granules As a result of preparing the amino acid granules, about 761.0 g of tryptophan granules were prepared, and the solid content of the tryptophan granules was 614.1 g, the water content was 146.9 g, and the tryptophan content was 515.8 g. It was analyzed that the tryptophan purity, which is the ratio of tryptophan among the solids contained in the tryptophan granules, was about 84.0% and the moisture ratio was about 19.3%.
  • the amino acid granules As a result of preparing the amino acid granules, about 826.0 g of tryptophan granules were prepared, and the solid content of the tryptophan granules was 642.5 g, the water content was 183.5 g, and the tryptophan content was 539.7 g. It was analyzed that the tryptophan purity, which is the proportion of tryptophan among the solids contained in the tryptophan granules, was about 84.0% and the moisture content was about 22.2%. However, when the moisture content was about 25%, it was confirmed that the granulation did not work well.
  • amino acid granules having different tryptophan purity could be prepared using the concentrated fermentation filtrate, amino acid crystals, and seeds prepared in Experimental Example 1. Specifically, it was confirmed whether amino acid granules having a tryptophan purity of 91% were prepared using the same concentrated fermentation filtrate, amino acid crystals, and seeds.
  • the table below summarizes the input amount of the concentrated fermentation filtrate, amino acid crystals, seeds and amino acid granules prepared therefrom, and the solid content, moisture content and tryptophan content in each element input to the process.
  • the amino acid granules As a result of preparing the amino acid granules, about 1099.1 g of tryptophan granules were prepared, and the solid content of the tryptophan granules was 846.3 g, the water content was 252.8 g, and the tryptophan content was 773.5 g. It was analyzed that the tryptophan purity, which is the proportion of tryptophan among the solids contained in the tryptophan granules, was about 91.4% and the water content was about 23.0%. same.
  • amino acid granules with reduced tryptophan purity could be prepared using the concentrated fermentation filtrate, amino acid crystals, and seeds prepared in Experimental Example 1. Specifically, it was confirmed whether amino acid granules having a tryptophan purity of 70% were prepared using the same concentrated fermentation filtrate, amino acid crystals, and seeds.
  • the table below summarizes the input amount of the concentrated fermentation filtrate, amino acid crystals, seeds and amino acid granules prepared therefrom, and the solid content, moisture content and tryptophan content in each element input to the process.
  • the amino acid granules As a result of preparing the amino acid granules, about 830.0 g of tryptophan granules were prepared, and the solid content of the tryptophan granules was 678.5 g, the water content was 151.5 g, and the tryptophan content was 469.6 g. It was analyzed that the tryptophan purity, which is the proportion of tryptophan among the solids contained in the tryptophan granules, was about 69.2% and the moisture content was about 18.2%. Regarding the above-mentioned amino acid granules having a tryptophan purity of about 70%, the tryptophan purity was maintained while maintaining the tryptophan purity. It was checked if only the moisture content could be changed.
  • the amino acid granules As a result of preparing the amino acid granules, about 900.0 g of tryptophan granules were prepared, and the solid content of the tryptophan granules was 710.5 g, the water content was 189.5 g, and the tryptophan content was 491.5 g. It was analyzed that the tryptophan purity, which is the proportion of tryptophan among the solids contained in the tryptophan granules, was about 69.2% and the moisture content was about 21.2%.
  • the classification results according to the size of the tryptophan granules included in the amino acid granules prepared in the process are as follows same.
  • amino acid granules with reduced tryptophan purity could be prepared from the concentrated fermentation filtrate, amino acid crystals, and seeds after removing the cells.
  • amino acid granules having various water contents while lowering the purity.
  • amino acid content of each particle size was similar through the size analysis of the tryptophan granules.
  • composition of the seed used in the experiment is as follows.
  • composition analysis of amino acid granules in the form of threonine granules prepared by adding the concentrated fermentation filtrate feed and seeds are as follows.
  • composition of the seed used in the experiment is as follows. Seeds were prepared using a pilot drum dryer.
  • composition analysis of amino acid granules in the form of threonine granules prepared by adding the concentrated fermentation filtrate feed and seeds are as follows.
  • amino acid granules having a purity of 80.9% of threonine were obtained.
  • the purity of threonine in the prepared amino acid granules was substantially the same in both cases.
  • item unit quantity feed (concentrated fermentation filtrate) input g 345.2 Adding Ca(OH) 2 Ratio 0.3 Decision or not - has exist Isoleucine concentration g/kg 217.0 pH (25 °C) - 9.1 solid content % 32.1 Isoleucine purity % 67.6
  • composition of the seed used in the experiment is as follows. Seeds were prepared using a pilot drum dryer.
  • amino acid granules having an isoleucine purity of 69.4% were obtained.
  • composition of the seed used in the experiment is as follows. Seeds were prepared using a pilot drum dryer.
  • amino acid granules having an isoleucine purity of 67.9% were obtained.
  • both a fluid bed granulator and a mixed type granulator can be used in preparing amino acid granules containing isoleucine.
  • the purity of isoleucine in the prepared amino acid granules was uniform in both cases.
  • composition of the seed used in the experiment is as follows. Seeds were prepared using a pilot drum dryer.
  • composition analysis of amino acid granules in the form of valine granules prepared by adding the concentrated fermentation filtrate feed and seeds are as follows.
  • composition of the seed used in the experiment is as follows. Seeds were prepared using a pilot drum dryer.
  • composition analysis of amino acid granules in the form of valine granules prepared by adding the concentrated fermentation filtrate feed and seeds are as follows.
  • amino acid granules having a valine purity of 75.5% were obtained.
  • both a fluid bed granulator and a mixed type granulator can be used in preparing amino acid granules containing valine.
  • the purity of valine in the prepared amino acid granules was uniform in both cases.
  • composition of the seed used in the experiment is as follows. Seeds were prepared by drying at about 100 ° C. for 2 hours using a vacuum dryer.
  • compositional analysis of amino acid granules in the form of histidine granules prepared by adding the concentrated fermentation filtrate feed and seeds are as follows.
  • amino acid granules having a histidine purity of 66.6% were obtained.
  • composition of the seed used in the experiment is as follows. Seeds were prepared by drying at about 100 ° C. for 2 hours using a vacuum dryer.
  • compositional analysis of amino acid granules in the form of histidine granules prepared by adding the concentrated fermentation filtrate feed and seeds are as follows.
  • amino acid granules having a histidine purity of 66.0% were obtained.
  • both a fluid bed granulator and a mixed type granulator can be used in preparing amino acid granules containing histidine.
  • the purity of histidine in the prepared amino acid granules was similar in both cases.
  • amino acid granules from which strains are removed can be prepared using various devices for various amino acids.
  • amino acid granules are prepared by removing the strain, it was confirmed that it is advantageous to manufacture a product with a high amino acid content as the amino acid content in the final product increases.
  • amino acid granules can be prepared for both the fluidized bed granulator and the mixed type granulator by adjusting the input amount of seeds, concentrated fermentation filtrate, and, if necessary, amino acid crystals used in the process.

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Abstract

본 출원은 발효액으로부터 아미노산 과립을 제조하는 방법에 관한 것으로, 제조된 아미노산 과립은 균체가 제거된 것임이 특징이다.

Description

발효액으로부터 아미노산 함유 제품의 제조 방법
본 출원은 발효액으로부터 균체가 제거된 아미노산 과립을 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
사료용 아미노산 과립을 생산하는 방법 중 하나로 미생물을 이용한 발효방법이 이용되고 있으며, 미생물 발효액을 직접 건조시켜 고체화하여 아미노산 과립을 생산할 수 있다.
특히, 용해도가 낮은 아미노산의 혼합형 과립화 방법(US 2021-0094903 A1)이 공지되어 있다.
상기 발효액으로부터 아미노산 과립을 제조하는 경우, 발효액 생산 공정에 이용된 균주(균체)가 발효액에 잔류할 수 있다. 균체가 아미노산 과립에 포함될 경우 시판시 제품 등록 과정이 복잡해지고, GM 균주 이슈가 있는 국가에서 제품 판매가 어렵다는 문제가 있다. 또한, 과립의 경우 발효액의 순도 이상의 제품을 생산하기 어렵다는 이슈가 있는데, 균체를 제거함으로써 기존 과립보다 고함량의 제품을 생산할 수 있다는 장점이 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 미국 특허공개공보 US 2021-0094903 A1
(특허문헌 2) 미국 특허등록공보 US 8465962 B2
(특허문헌 3) 미국 특허등록공보 US 9885093 B2
(특허문헌 4) 미국 특허등록공보 US 10351859 B2
(특허문헌 5) 미국 특허등록공보 US 7863435 B2
(특허문헌 6) 미국 특허등록공보 US 10787692 B2
(특허문헌 7) 미국 특허등록공보 US 9029105 B2
(특허문헌 8) 미국 특허등록공보 US 2021-0094903 A1
본 출원의 하나의 목적은 균체가 제거되어 기존의 과립 제품보다 GM 균주 이슈가 적고 기존 발효액 대비 아미노산 함량이 높으며 입도별 함량이 균일한 과립 제품을 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 출원의 하나의 목적은 균체가 제거되어 기존의 과립 제품보다 GM 균주 이슈가 적고 기본 발효액 대비 아미노산 함량이 높은 아미노산 과립을 제공하는 것이다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 한편, 본 출원에서 개시된 각각의 설명 및 실시형태는 각각의 다른 설명 및 실시 형태에도 적용될 수 있다. 즉, 본 출원에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 발명의 범주에 속한다. 또한, 하기 기술된 구체적인 서술에 의하여 본 출원의 범주가 제한된다고 볼 수 없다.
또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 출원이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 출원의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 출원의 하나의 양태는 아미노산을 함유하는 발효액으로부터 균체를 제거하여 발효 여과액을 준비하는 제1 단계; 상기 발효 여과액으로부터 과립을 형성하는 제2 단계를 포함한다.
본 출원의 제조 방법은 아미노산 과립을 제조하는 과정에서 균체를 제거함으로써 제품 등록 과정을 단순화하고, 유전자 변형에 대한(GM; Genetically Modified) 이슈가 있는 국가에 미리 대응할 수 있다. 또한 과립의 경우 발효액의 순도 이상의 제품을 생산하기 어렵다는 이슈가 있는데, 균체를 제거함으로써 기존 과립보다 고함량의 제품을 생산할 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 본 출원의 제조 방법을 이용하면 제품 순도 다변화가 가능하다.
본 출원의 용어, “아미노산 과립”은 과립(granule) 형태의 아미노산 함유 혼합물을 의미할 수 있다. 다만, 필요에 따라서는 아미노산 과립의 제형은 본 출원의 발명의 사상을 변경하지 않는 한에서 달리할 수 있다. 또한, 상술한 것과 같이 다양한 아미노산 과립의 제형을 구현하기 위해 후속 공정을 더 수행할 수 있다. 상술한 아미노산 과립은 동물 사료의 첨가제 등으로 이용될 수 있으며, 용도에는 제한이 없다.
이하에서는 본 출원의 일 양태에 따른 아미노산 과립 제조 방법의 각 단계에 대하여 더 자세히 살펴본다.
먼저, 아미노산을 함유하는 발효액으로부터 균체를 제거하여 발효 여과액을 준비하는 제1 단계(S100)가 수행된다.
본 출원의 용어, “균체가 제거된”은 용액 또는 제품 내에 균체가 전혀 제공되지 않는다는 의미에 국한되는 것은 아니다. 구체적으로, 용액 또는 제품 내에서 균체가 제거되었다는 것은 아미노산 발효액을 제조하는데 사용된 균주가 질량을 무시할 수 있을 정도로 용액 또는 제품으로부터 분리되었음을 의미한다. 따라서, 균체가 제거된 발효액인 발효 여과액 또는 이로부터 제조된 아미노산 과립의 질량과 제품의 조성을 분석함에 있어서, 균체가 차지하는 질량은 무시할 수 있다.
제1 단계의 발효액에 포함된 아미노산은 L-아미노산일 수 있으며, 특히 상기 아미노산은 용해도가 낮은 아미노산일 수 있다. 예컨대, 본 출원의 제조방법을 적용할 수 있는 아미노산은 25 ℃에서 물에 대한 용해도 0 g/100 g 초과 20 g/100 g 이하인 낮은 용해도를 갖는 아미노산일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 상기와 같이 낮은 용해도의 아미노산에 적용함으로써 기존의 공정에 비해 보다 현저한 효과를 기대할 수 있다.
구체적으로, 상기 아미노산은 발린, 트립토판, 트레오닌, 이소루신, 류신, 메티오닌, 히스티딘 또는 페닐알라닌일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제1 단계의 발효액에 포함된 아미노산은 추출법, 합성법, 발효법, 효소법 등에 의해 제조된 것일 수 있다. 경우에 따라 아미노산은 미생물을 이용한 발효법에 의해 제조된 발효물로부터 제공될 수 있다. 이때, 본 출원에서 용어 "발효물" 또는 "발효액"은 미생물을 이용한 유기물질의 효소적 또는 대사적 합성 또는 분해의 결과물을 의미할 수 있다. 예를 들면, 미생물을 배양배지에 배양하여 수득된 미생물을 포함하는 배양물 자체, 또는 이로부터 미생물을 제거하여 수득된 배양물의 농축물, 건조물 또는 동결건조물을 포함할 수 있다. 아울러, 이 경우에 아미노산 혼합 용액은 L-아미노산 및 발효물 전체를 포함하거나 발효물로부터 불순물이 제거된 것일 수 있다. 본 출원에 있어서, 상기 아미노산을 포함하는 발효액은 공지된 미생물 발효 방법(US 8465962 B2, US 9885093 B2, US 10351859 B2, US 7863435 B2, US 10787692 B2, US 9029105 B2, US 2021-0094903 A1)에 따라 수득한 발효물의 액체일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 출원의 '아미노산을 포함하는 발효액'은 '아미노산 함유 발효액' 또는 '아미노산 발효액'과 혼용되어 사용될 수 있다.
제1 단계에서 아미노산을 제공하기 위해 제조된 발효액은 L-아미노산을 생산하는 미생물을 배양하여 수득한 결과물일 수 있다. 이때, 본 출원에서 용어, "L-아미노산을 생산하는 미생물"은 야생형 미생물이나 자연적 또는 인위적으로 유전적 변형이 일어난 미생물을 모두 포함하며, 외부 유전자가 삽입되거나 내재적 유전자의 활성이 강화되거나 불활성화되는 등의 원인으로 인해서 특정 기작이 약화되거나 강화된 미생물로서, 목적하는 단백질 또는 산물의 생산을 위한 유전적 변형(modification)을 포함하는 미생물일 수 있다.
제1 단계에서 사용되는 상술한 미생물은 브레비박테리움(Brevibacterium) 속, 코리네박테리움(Corynebacterium) 속, 에스케리키아(Escherichia) 속, 세라티아(Serratia) 속, 어위니아(Erwinia) 속, 엔테로박테리아(Enterobacteria) 속, 스트렙토마이세스(Streptomyces) 속 또는 슈도모나스(Pseudomonas) 속 등의 미생물 또는 이의 인공변이주에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 따라서, 제1 단계는 상술한 미생물 중 적어도 하나를 이용한 아미노산 혼합 용액을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제1 단계에서 사용될 수 있는 본 출원의 상술한 미생물 중 "코리네박테리움 속 미생물"은 모든 코리네박테리움 속 미생물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum), 코리네박테리움 크루디락티스(Corynebacterium crudilactis), 코리네박테리움 데세르티(Corynebacterium deserti), 코리네박테리움 이피시엔스(Corynebacterium efficiens), 코리네박테리움 칼루내(Corynebacterium callunae), 코리네박테리움 스테셔니스(Corynebacterium stationis), 코리네박테리움 싱굴라레(Corynebacterium singulare), 코리네박테리움 할로톨레란스(Corynebacterium halotolerans), 코리네박테리움 스트리아툼(Corynebacterium striatum), 코리네박테리움 암모니아게네스(Corynebacterium ammoniagenes), 코리네박테리움 폴루티솔리(Corynebacterium pollutisoli), 코리네박테리움 이미탄스(Corynebacterium imitans), 코리네박테리움 테스투디노리스(Corynebacterium testudinoris) 또는 코리네박테리움 플라베스센스(Corynebacterium flavescens)일 수 있고, 더욱 구체적으로는 코리네박테리움 글루타미쿰일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
코리네박테리움 속(the genus Corynebacterium) 미생물, 특히 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)은 L-아미노산 및 기타 유용물질 생산에 많이 이용되고 있는 그람 양성의 미생물이다. 상기 L-아미노산 및 기타 유용물질을 생산하기 위하여, 고효율 생산 미생물 및 발효공정기술 개발을 위한 다양한 연구들이 수행되고 있다. 예를 들어, L-트립토판, L-발린, L-아이소류신, L-류신, L-히스티딘 또는 L-트레오닌 등의 생합성에 관여하는 효소를 코딩하는 유전자의 발현을 증가시키거나 또는 생합성에 불필요한 유전자를 제거하는 것과 같은 목적 물질 특이적 접근 방법이 주로 이용되고 있다.
제1 단계에서는 상술한 것과 같이 준비된 발효액으로부터 균체를 제거한다. 균체를 제거한다는 것이 반드시 발효액으로부터 균체를 완전히 제거하여 발효액을 멸균 상태로 만드는 것이 아님은 앞서 살펴본 바와 같다. 균체를 제거하기 위하여 원심분리, 여과, 결정화 단백질 침전제에 의한 처리(염석법), 추출, 초음파 파쇄, 한외여과, 투석법, 분자체 크로마토그래피(겔여과), 흡착크로마토그래피, 이온교환 크로마토그래피, 친화도 크로마토그래피 등의 각종 크로마토그래피, HPLC 및 이들의 방법이 조합되어 사용될 수 있다. 상술한 방법 외에도 당해 분야에 공지된 적합한 방법을 이용하여 균체를 발효액으로부터 분리할 수 있다.
제1 단계에서 경우에 따라 균체를 분리하기에 앞서 발효액으로부터 아미노산 결정을 분리하거나 발효액 내 아미노산 결정을 용해하는 단계가 수행될 수 있다. 아미노산 결정은 발효액 내에 용해도가 상대적으로 낮은 아미노산이 고농도로 포함되는 경우, 일부 아미노산이 발효액 내에서 결정을 이룬 것을 의미한다. 용액에 아미노산 결정이 포함되어 있는 경우 균체 제거 과정에서 아미노산 결정도 함께 제거될 우려가 있다. 아미노산 결정은 균체 제거에 앞서 발효액 내에 용해시키거나 따로 분리하여 재활용할 수 있고, 이에 따라 발효 공정에서 생산된 아미노산이 버려지는 것을 막을 수 있다.
제1 단계에서 아미노산 결정을 발효액으로부터 분리할 경우, 분리된 결정을 이후 제2 단계에서 재활용함으로써 공정 효율을 높일 수 있고, 아미노산 결정의 투입량을 조절하여 아미노산 과립 내 아미노산 함량(아미노산 순도)을 조절할 수 있다.
제1 단계에서 아미노산 결정을 발효액 내에 용해시킬 경우, 발효액에 용매를 추가로 투입할 수 있다. 용매를 추가로 투입할 경우 아미노산의 용해도만큼 용매를 투입할 수 있다. 이때, 용매는 물(H2O)일 수 있다.
또한 제1 단계는 칼슘원 첨가 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로 제1 단계에서 발효액으로부터 균체를 제거하기 이전 또는 이후에 발효액에 칼슘원을 첨가할 수 있다.
본 출원의 용어, "칼슘"은 뼈를 건강하게 하고 혈액순환을 원활히 하는 기능을 하므로 척추동물에 필수적인 미네랄이다. 칼슘의 99% 이상은 뼈와 치아에, 나머지는 혈액과 근육 등에 존재한다. 충분한 양의 칼슘은 뼈의 건강을 유지해 골다공증을 예방한다. 근육을 수축해 근육 경련을 막고 콜레스테롤 수치를 낮춰 심혈관질환 발생을 줄이는 역할도 한다. 그러나 칼슘이 부족하면 뼈가 제대로 형성되지 않고 근육과 신경에 이상이 생겨 작은 외상에도 골절 등의 부상이 발생하기 쉽고, 골다공증 위험이 커진다. 이러한 칼슘은 설사나 이질을 예방하고, 특히 새끼 돼지에서, 소화 및 흡수를 돕기 위해 사료 첨가제의 형태로 동물에 제공하기도 한다.
본 출원의 용어, "칼슘원"은 칼슘 이온(Ca2+)을 제공할 수 있는 물질을 제한 없이 지칭한다. 상기 칼슘원으로는 수산화칼슘(Calcium carbonate, Ca(OH)2), 산화칼슘(Calcium oxide, CaO), 탄산 칼슘(Calcium carbonate, CaCO3), 황산칼슘(Calcium Sulfate, CaSO4) 또는 염화칼슘(Calcium chloride, CaCl2)을 이용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 출원의 용어, "수산화칼슘(calcium hydroxide, Ca(OH)2)"은 무기 화합물로서 무색의 결정 또는 흰색의 분말 형태를 띈다. 수산화칼슘은 물에 용해되어 염기성을 띠며, 비용이 저렴하고 독성이 낮으므로, 본 출원에서 칼슘 이온 제공원으로 사용될 수 있다.
본 출원의 용어, "산화칼슘(calcium oxide, CaO)"은 물에 용해되어 칼슘 이온을 생성하는, 상기 수산화칼슘과 동일한 역할을 하는 물질이다. 물에 용해되는 과정에서의 용해열이 비교적 크기 때문에 사전에 물과 반응시킨 수산화칼슘 슬러리 형태로서 공정에 제공될 수 있다. 산화칼슘에서 수산화칼슘으로 되는 반응식은 다음과 같다: CaO + H2O →Ca(OH)2. 수산화칼슘과 동등량 즉, 칼슘 이온을 기준으로 동등한 몰 비율로 사용하기 위해서는 수산화칼슘 분자량에 대한 산화칼슘 분자량의 값인 0.76을 수산화칼슘에 곱한 양을 물과 반응시켜 투입할 수 있다. 상기 반응식과 같이 산화칼슘과 물은 1:1의 몰 비로 반응하므로 사용된 산화칼슘 모두가 반응할 수 있도록 추가 투입할 물의 양은 투입한 산화칼슘을 필요한 수산화칼슘에서 뺀 값만큼 또는 그 이상 투입할 수 있다.
상기 제1 단계에서 칼슘원은 아미노산을 포함하는 발효액 내 아미노산에 대해 칼슘 이온이 0.02 내지 2.0 몰 비, 0.05 내지 2.0 몰 비, 0.07 내지 1.5 몰 비, 0.1 내지 1.0 몰 비, 0.2 내지 0.6 몰 비로 첨가될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 칼슘원은 칼슘원 첨가 단계에서 분말 형태, 수용액 형태 또는 슬러리 형태로 첨가될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상술한 것과 같이 제1 단계를 수행한 후 아미노산을 함유하는 발효액으로부터 균체가 제거되고 발효 여과액이 준비된다. 준비된 발효 여과액에 대하여 제2 단계의 과립 형성을 수행하기에 앞서, 발효 여과액 내 아미노산 농도를 높이기 위해 발효 여과액을 농축하는 농축 단계가 수행될 수 있다.
농축 단계에서는 발효 여과액을 농축하여 농축된 발효 여과액을 준비한다. 발효 여과액을 농축한다는 것은 발효 여과액에 포함된 용매의 양을 줄이고 이에 따라 아미노산의 농도를 높이는 공정을 의미할 수 있다.
상기 농축 단계에서 사용되는 농축 장치에는 제한이 없다. 예를 들어, 강제순환식(forced circulation) 농축관을 사용할 수 있고, 패들 건조기(paddle dryer), 슬러리(slurry) 건조설비 등이 농축 공정에 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 농축 단계에서 농축은 0%(w/w) 초과 75%(w/w) 이하의 농축도로 수행할 수 있다. 농축도는 발효 여과액과 농축된 발효 여과액을 비교했을 때 용매가 제거된 정도(중량비)를 의미한다. 상기 농축도 범위를 초과하는 경우 농축액이 겔화하고 유동성이 현저히 낮아져 이후 단계로의 진행이 어려울 수 있다. 다만, 상술한 농축도는 아미노산 과립 제조 공정에 사용되는 설비의 종류 및/또는 구동 방식 등에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 상기 농축은 5%(w/w) 이상 75%(w/w) 이하, 10%(w/w) 이상 70%(w/w) 이하, 또는 20%(w/w) 이상 65%(w/w) 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 농축 단계에서 필요에 따라서는 칼슘원을 투입하는 단계를 추가로 수행할 수 있다. 농축 단계에서 발효 여과액을 농축하였을 때, 용액 내 아미노산의 농도가 높아지고 이에 따라 아미노산이 결정 형태로 석출될 우려가 있는데 농축액에 칼슘원을 추가 함으로써 농축 과정에서 아미노산이 석출되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 앞서 설명한 제1 단계에서 칼슘원을 투입하지 않은 경우, 농축 전후에 발효 여과액 또는 농축된 발효 여과액에 칼슘원을 추가할 수 있다.
또한 상기 농축액 내 결정을 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 통상의 호모게나이저(Homogenizer)를 사용하여 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 분쇄 단계를 통해 발효액 내의 결정의 평균 입도를 감소시킬 수 있고, 예컨대, 유동층 과립기 사용시 발생할 수 있는 노즐 막힘을 예방할 수 있다.
상기 상술한 바와 같이 농축액 내 칼슘원 첨가 및/또는 결정 분쇄를 통해 상대적으로 높은 농축도로 농축 공정을 수행할 수 있으며, 농축도가 증가함에 따라 더 많은 양의 용매가 제거되어 이후 제2 단계 과립 공정에서 제거해야 하는 수분의 양이 줄어들 수 있다.
다음으로, 제1 단계에서 수득한 발효액으로부터, 경우에 따라서는 제1 단계에서 수득한 발효액을 농축한 용액으로부터 과립을 제조하는 제2 단계가 수행된다.
제2 단계에서 "과립(granules)"은 분말(powder)과 같은 작은 입자들이 모여서 이루어진 보다 큰 크기의 영구적 응집체인 거시적 입자(macroscopic particles)로서, 평균 입자 직경이 50 μm 내지 5 mm, 75 μm 내지 4 mm 또는 100 μm 내지 3 mm 크기의 입자일 수 있다.
제2 단계에서 분말 또는 미세 고체물질로부터 소정의 크기를 갖는 입자인 과립을 형성하기 위하여 수행되는 것으로, 당업계에 공지된 과립화 방법을 제한 없이 사용하여 수행할 수 있다. 예컨대, 혼합형 과립기에 피더를 통해 시드를 일정한 속도로 주입하는 동시에 정량속액펌프를 통해 상기 발효액을 공급함으로써 과립을 수득하는 혼합형 과립화 방법 또는 유동층 과립기에 정해진 분량의 시드를 투입하고 정해진 분량의 발효액을 일정한 속도로 주입하면서 과립을 형성하는 유동층 과립화 방법을 적용할 수 있다. 이때, 수득한 과립을 건조하는 단계를 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제2 단계에서 발효액의 슬러리 고형분 대비 시드의 혼합 비율은 300 내지 900%(w/w)일 수 있다. 슬러리 고형분 대비 시드의 혼합 비율은 '시드 투입 비율'과 혼용되어 사용될 수 있다. 경우에 따라 시드의 혼합 비율은 300 내지 850%(w/w), 350 내지 800%(w/w), 300 내지 800%(w/w)이 될 수 있다. 상술한 비율로 시드를 투입하여 공정을 수행함으로써 과립의 형성을 촉진시킬 수 있다. 다만, 시드 혼합 비율은 공정에 투입된 아미노산의 종류, 제2 단계의 과립 형성을 위한 공정 운영 조건 등에 따라 달라질 수 있으며, 상술한 범위에 제한되지 않는다.
본 출원의 용어, "시드(seed)”는 종결정 또는 종정이라고 불리며, 액체의 결정화 또는 과립화를 위하여 촉매제로 사용되는 물질을 의미한다. 구체적으로, 본 출원에서의 시드는 아미노산 결정, 예컨대, 과립화하고자 하는 발효 농축액에 함유된 아미노산과 동종의 아미노산의 결정일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 시드는 발효액과 접촉시 발효액 내에 존재하는 고형 성분이 시드와 결합하면서 응집이 이루어짐으로써 과립을 형성할 수 있다.
예컨대, 이때 사용되는 시드는 150 내지 300 μm의 평균 입도를 갖는 것일 수 있다. 구체적으로, 150 내지 250 μm, 200 내지 300 μm, 또는 200 내지 250 μm의 평균 입도를 갖는 시드를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 사용되는 시드의 입도는 결과적으로 본 출원에 따른 과립의 제조의 생산성에 영향을 줄 수 있는 바, 원하는 수분 함량 등을 고려하여 당업자가 적절히 선택할 수 있다.
아울러, 본 출원의 제조방법은, 상기 제2 단계에 앞서, 배출수분율을 5 내지 50%(w/w)로 조절하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본 출원의 용어, "배출수분율"은 "혼합수분율"이라고도 하며, 전체 혼합물 중 수분이 차지하는 비율로서, 전체 혼합물 100%(w/w)로부터 총 고체량%(w/w)을 차감하여 산출할 수 있다. 본 출원과 관련하여, 배출수분율이 높아지면 이후 과립화를 위하여 발효액을 시드와 혼합하여 혼합기에 투입시 재사용율(recycle)이 낮아지면서 생산율이 높아지는 효과를 발휘할 수 있다. 예컨대, 상기 배출수분율은 5 내지 50%(w/w), 5 내지 45%(w/w), 6 내지 40%(w/w), 10 내지 30%(w/w) 또는 15 내지 30%(w/w)으로 조절될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 그러나, 배출수분율이 상기 범위 미만인 경우 단위 높은 점도로 인하여 슬러리의 이송에 어려움이 있을 수 있으며, 상기 범위 초과인 경우 과립 진행 시 후단 공정의 과부하 및 과도한 스팀 사용의 문제가 있을 수 있다. 상기 배출수분율은 농축액에 함유된 아미노산의 종류에 따라 그 범위가 다소 상이할 수 있다.
상기 배출수분율은 상기 발효액의 슬러리의 투입 속도에 의해 결정될 수 있다. 구체적으로, 상기 슬러리의 투입 속도가 증가할수록 과립입자의 수분 함량이 증가할 수 있고, 상기 슬러리의 투입 속도가 감소할수록 과립입자의 수분함량이 감소할 수 있다. 상기 투입 속도는 발효액 슬러리의 스케일(scale)에 따라서 결정되므로, 당업자가 적절히 선택하여 결정할 수 있다.
또한, 본 출원의 제조방법은, 발효액을 준비하는 단계; pH 조정 단계; 농축 단계; 건조 단계; 및 사별 단계로부터 선택되는 하나 이상의 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 각 단계는 당업계에 공지된 방법(US 2021-0094903 A1)을 제한없이 사용하여 수행할 수 있다. 나아가 공정의 최적화를 위하여 구체적인 조건을 적절히 변경할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 출원에 따르면 앞서 검토한 것과 같이 제1 단계 내지 제2 단계를 거쳐 균체가 제거된 아미노산 과립을 수득할 수 있다. 아미노산 과립은 균체를 포함하지 않기 때문에 제품 내 아미노산 함량이 적어도 50%, 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, 또는 90% 이상일 수 있다. 따라서, 본 출원의 제조 방법은 아미노산 고 함량의 제품을 제공하기 적합하다.
본 출원의 제조 방법은 균체가 제거된 아미노산 과립을 제공한다. 본 출원에 따라 제공된 아미노산 과립은 균체를 포함하지 않기 때문에 균체를 포함하는 다른 아미노산 과립과 비교했을 때 동일 중량에서 아미노산 함량이 더 높다.
이하, 하기 실시예에 의하여 본 출원을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 출원을 예시하기 위한 것일 뿐 본 출원의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
실험예 1. 트립토판을 포함하는 아미노산 과립 제조
실험예 1에서는 트립토판을 포함하는 아미노산 과립을 제조하였다. 이를 위하여 하기 트립토판을 포함하는 발효액(농도 90.0g/L, 고형분 13.5%(w/w), 비중 1.035, Purity 64.4%, 균체 15%)을 준비하였으며, 트립토판 함유 발효액으로부터 centrifuge(PTM006, 도모에공업㈜, 4000/3500RPM, Feeding rate 2.1LPM, Dam no. 1)를 이용해 아미노산 결정을 분리한 후 판형 여과막(Ceramic filteration system/퓨어테크, 온도 60℃, TMP 1.0, Inverter 40Hz)을 이용해 균체를 분리하여 발효 여과액을 준비하였다. 상기 발효 여과액에 칼슘원을 첨가한 후 20 L 농축관(N-21NS, EYELA, water bath 온도 70 ℃, 진공 압력 120 torr)을 이용하여 농축 후 블렌더(한일전기, SHMF-3600TG)를 이용해 농축액 내 아미노산 결정을 분쇄하여 농축된 발효 여과액을 준비하였다. 상기 농축된 발효 여과액과 공정에서 발생한 시드를 혼합형 과립기(Ploughshare mixer granulator, Lodige)에 혼합하여 제품을 수득했다.
공정에서 발생된 트립토판 함유 아미노산 결정의 무게는 약 4.9 kg, 아미노산 결정 내 트립토판의 함량은 약 2.0 kg, 아미노산 결정 내 수분 함량은 약 57.8 %(w/w), 아미노산 결정 내 고체 함량은 약 42.2 %(w/w)인 것으로 분석되었다.
또한, 공정에서 사용된 트립토판 함유 발효 여과액의 전체 중량은 약 31.0 kg, 전체 부피는 약 31.1 L, 발효 여과액 내 트립토판 함량은 약 390.1 g(약 1.9 mol), 발효 여과액 내 트립토판의 농도는 약 12.5 g/L, 발효 여과액의 pH는 약 5.8, 발효 여과액 내 고체 함량은 약 2.5 %(w/w)(0.8 kg), 발효 여과액에 포함된 트립토판의 양은 전체 고체 함량의 약 50.3 %인 것으로 분석된다.
공정에 투입된 칼슘원은 수산화칼슘이며, 투입량은 약 28.3 g(약 0.2 mol)이었다.
칼슘원은 발효 여과액에 투입되었으며, 칼슘원이 투입된 발효 여과액의 고체 함량은 약 2.6%(796.6 g), 칼슘원이 투입된 발효 여과액에 포함된 트립토판의 양은 전체 고체 함량의 약 49.0 %인 것으로 분석됐다.
또한, 상술한 칼슘원이 투입된 발효 여과액을 농축하여 제공한 농축된 발효 여과액의 경우 약 240.7 g/L의 농도를 나타냈으며, 고체 함량은 약 48.3 wt%였다.
실험예 1-1. 트립토판 순도가 84% 인 아미노산 과립 제조
상기 실험예 1에서 준비된 농축된 발효 여과액, 아미노산 결정, 시드를 이용하여 트립토판 순도가 84% 수준인 아미노산 과립을 제조하였다.
아미노산 과립에 있어서 트립토판 순도는 아미노산 과립에 포함된 전체 고체 함량(전체 중량에서 수분이 차지하는 중량을 제외한 값)에서 트립토판이 차지하는 중량의 비율을 구하여 산출했다.
아래의 표는 공정에 투입된 농축된 발효 여과액, 아미노산 결정, 시드 및 이들로부터 제조된 아미노산 과립의 투입량, 각각의 요소 내 고체 함량, 수분 함량 및 트립토판 함량을 정리한 것이다.
항목 중량(g) 고체함량(g) 수분 함량(g) 트립토판 함량(g)
농축된 발효 여과액 200.0 96.6 103.4 48.6
아미노산 결정(TDR) 140.0 59.1 80.9 57.2
시드 542.0 542.0 0.0 482.4
아미노산 과립(트립토판 과립) 882.0 697.7 184.3 588.1
아미노산 과립 제조 결과, 약 882.0 g의 트립토판 과립이 제조되었으며, 트립토판 과립 중 고체 함량은 697.7 g, 수분 함량은 184.3 g, 트립토판 함량은 588.1 g으로 분석됐다. 트립토판 과립에 포함된 고체 중 트립토판이 차지하는 비율인 트립토판 순도는 약 84.3%, 수분 비율은 약 20.9%인 것으로 분석됐다.공정에서 제조된 아미노산 과립에 포함된 트립토판 과립의 크기에 따른 분류 결과는 다음과 같다.
크기 0.85mm이상 0.37~0.85mm 0.21~0.37mm 0.21mm이하 합계
20mesh 20~45mesh 45~70mesh 70mesh 이상
함량(%) 84.4 84.5 83.9 83.5
중량(g) 4.1 76.1 176.6 299.1 555.8
중량비(%) 0.7 13.7 31.8 53.8 100
상술한 실험 결과로부터 균체를 제거한 후 농축된 발효 여과액, 아미노산 결정 및 시드로부터 트립토판 순도가 높은 아미노산 과립을 제조할 수 있음을 확인하였다. 또한, 트립토판 과립 크기 분석을 통해 각 입도별 아미노산의 함량이 균일한 것을 확인하였다.
실험예 1-2. 수분 함량이 조절된 아미노산 과립 제조
다음으로, 실험예 1에서 준비된 농축된 발효 여과액, 아미노산 결정 및 시드를 이용하여 트립토판 순도가 84% 수준인 아미노산 과립을 제조함에 있어서, 최종 제품 내 트립토판 순도를 유지하면서도 수분 함량을 변화시킬 수 있는지 확인하였다.
아래의 표는 공정에 투입된 농축된 발효 여과액, 아미노산 결정, 시드 및 이들로부터 제조된 아미노산 과립의 투입량, 각각의 요소 내 고체 함량, 수분 함량 및 트립토판 함량을 정리한 것이다.
항목 중량(g) 고체 함량(g) 수분 함량(g) 트립토판 함량(g)
농축된 발효 여과액 65.0 31.4 33.6 15.8
아미노산 결정(TDR) 196.0 82.7 113.3 80.1
시드 500.0 500.0 0.0 420.0
아미노산 과립(트립토판 과립) 761.0 614.1 146.9 515.8
아미노산 과립 제조 결과, 약 761.0 g의 트립토판 과립이 제조되었으며, 트립토판 과립 중 고체 함량은 614.1 g, 수분 함량은 146.9 g, 트립토판 함량은 515.8 g으로 분석됐다. 트립토판 과립에 포함된 고체 중 트립토판이 차지하는 비율인 트립토판 순도는 약 84.0%, 수분 비율은 약 19.3%인 것으로 분석됐다.
항목 중량(g) 고체 함량(g) 수분 함량(g) 트립토판 함량(g)
농축된 발효 여과액 81.0 39.1 41.9 19.7
아미노산 결정(TDR) 245.0 103.4 141.6 100.1
시드 500.0 500.0 0.0 420.0
아미노산 과립(트립토판 과립) 826.0 642.5 183.5 539.7
아미노산 과립 제조 결과, 약 826.0 g의 트립토판 과립이 제조되었으며, 트립토판 과립 중 고체 함량은 642.5 g, 수분 함량은 183.5 g, 트립토판 함량은 539.7 g으로 분석됐다. 트립토판 과립에 포함된 고체 중 트립토판이 차지하는 비율인 트립토판 순도는 약 84.0%, 수분 비율은 약 22.2%인 것으로 분석됐다.그러나 수분 비율이 약 25%일 경우, 과립화가 잘 되지 않는 것을 확인하였다.
실험예 1-3. 트립토판 순도 약 90%인 아미노산 과립 제조
다음으로, 상기 실험예 1에서 준비된 농축된 발효 여과액, 아미노산 결정, 시드를 이용하여 트립토판 순도가 다른 아미노산 과립도 제조 가능한지 확인하였다. 구체적으로, 동일한 농축된 발효 여과액, 아미노산 결정, 시드를 이용하여 트립토판 순도가 91%인 아미노산 과립 제조 가부를 확인하였다.
아래의 표는 공정에 투입된 농축된 발효 여과액, 아미노산 결정, 시드 및 이들로부터 제조된 아미노산 과립의 투입량, 각각의 요소 내 고체 함량, 수분 함량 및 트립토판 함량을 정리한 것이다.
항목 중량(g) 고체 함량(g) 수분 함량(g) 트립토판 함량(g)
농축된 발효 여과액 111.0 53.6 57.4 27.0
아미노산 결정(TDR) 338.1 142.7 195.4 138.1
시드 650.0 650.0 0.0 608.4
아미노산 과립(트립토판 과립) 1099.1 846.3 252.8 773.5
아미노산 과립 제조 결과, 약 1099.1 g의 트립토판 과립이 제조되었으며, 트립토판 과립 중 고체 함량은 846.3 g, 수분 함량은 252.8 g, 트립토판 함량은 773.5 g으로 분석됐다. 트립토판 과립에 포함된 고체 중 트립토판이 차지하는 비율인 트립토판 순도는 약 91.4%, 수분 비율은 약 23.0%인 것으로 분석됐다.공정에서 제조된 아미노산 과립에 포함된 트립토판 과립의 크기에 따른 분류 결과는 다음과 같다.
크기 0.85mm이상 0.37~0.85mm 0.21~0.37mm 0.21mm이하 합계
20mesh 20~45mesh 45~70mesh 70mesh 이상
함량(%) 88.3 89.2 90.6 88.7
중량(g) 12.8 59.8 161.0 466.5 700.2
중량비(%) 1.8 8.5 23.0 66.6 100
상술한 실험 결과로부터 균체를 제거한 후 농축된 발효 여과액, 아미노산 결정 및 시드로부터 트립토판 순도를 더 높인 아미노산 과립을 제조할 수 있음을 확인하였다. 또한, 트립토판 과립 크기 분석을 통해 각 입도별 아미노산의 함량이 균일한 것을 확인하였다.
실험예 1-4. 트립토판 순도가 약 70%인 아미노산 과립 제조
다음으로, 상기 실험예 1에서 준비된 농축된 발효 여과액, 아미노산 결정, 시드를 이용하여 트립토판 순도가 저하된 아미노산 과립도 제조 가능한지 확인하였다. 구체적으로, 동일한 농축된 발효 여과액, 아미노산 결정, 시드를 이용하여 트립토판 순도가 70%인 아미노산 과립 제조 가부를 확인하였다.
아래의 표는 공정에 투입된 농축된 발효 여과액, 아미노산 결정, 시드 및 이들로부터 제조된 아미노산 과립의 투입량, 각각의 요소 내 고체 함량, 수분 함량 및 트립토판 함량을 정리한 것이다.
항목 중량(g) 고체 함량(g) 수분 함량(g) 트립토판 함량(g)
농축된 발효 여과액 170.0 82.1 87.9 41.3
아미노산 결정(TDR) 110.0 46.4 63.6 44.9
시드 550.0 550.0 0.0 383.4
아미노산 과립(트립토판 과립) 830.0 678.5 151.5 469.6
아미노산 과립 제조 결과, 약 830.0 g의 트립토판 과립이 제조되었으며, 트립토판 과립 중 고체 함량은 678.5 g, 수분 함량은 151.5 g, 트립토판 함량은 469.6 g으로 분석됐다. 트립토판 과립에 포함된 고체 중 트립토판이 차지하는 비율인 트립토판 순도는 약 69.2%, 수분 비율은 약 18.2%인 것으로 분석됐다.상술한 트립토판 순도가 약 70%인 아미노산 과립에 대하여, 트립토판 순도는 유지한 채 수분 함량만 변화시킬 수 있는지 확인하였다.
항목 중량(g) 고체 함량(g) 수분 함량(g) 트립토판 함량(g)
농축된 발효 여과액 210.0 101.4 108.6 51.0
아미노산 결정(TDR) 140.0 59.1 80.9 57.2
시드 550.0 550.0 0.0 383.4
아미노산 과립(트립토판 과립) 900.0 710.5 189.5 491.5
아미노산 과립 제조 결과, 약 900.0 g의 트립토판 과립이 제조되었으며, 트립토판 과립 중 고체 함량은 710.5 g, 수분 함량은 189.5 g, 트립토판 함량은 491.5 g으로 분석됐다. 트립토판 과립에 포함된 고체 중 트립토판이 차지하는 비율인 트립토판 순도는 약 69.2%, 수분 비율은 약 21.2%인 것으로 분석됐다.공정에서 제조된 아미노산 과립에 포함된 트립토판 과립의 크기에 따른 분류 결과는 다음과 같다.
크기 0.85mm이상 0.37~0.85mm 0.21~0.37mm 0.21mm이하 합계
20mesh 20~45mesh 45~70mesh 70mesh 이상
함량(%) 69.9 70.1 71.0 71.2 　
중량(g) 32.5 177.0 175.0 152.0 536.5
중량비(%) 6.1 33.0 32.6 28.3 　
상술한 실험 결과로부터 균체를 제거한 후 농축된 발효 여과액, 아미노산 결정 및 시드로부터 트립토판 순도를 낮춘 아미노산 과립을 제조할 수 있음을 확인하였다. 또한, 순도를 낮추면서 다양한 수분 함량을 갖는 아미노산 과립 제조가 가능함을 확인하였다.또한, 트립토판 과립 크기 분석을 통해 각 입도별 아미노산의 함량이 유사한 것을 확인하였다.
다만, 수분함량이 약 15%인 경우 과립이 잘 형성되지 않는 것을 확인하였다.
실험예 2. 트레오닌을 포함하는 아미노산 과립 제조
실험예 2에서는 트레오닌을 포함하는 아미노산 과립을 제조하였다. 이를 위하여 트레오닌을 포함하는 발효액(농도 221.0g/L, 고형분 23.3%(w/w), 비중 1.028, 순도 92.4%, 균체 16.7%)을 준비하였으며, 트레오닌 함유 발효액으로부터 원심분리기(PTM006, 도모에공업㈜, 4000/3500RPM, Feeding rate 2.1LPM, Dam no. 1)를 이용해 아미노산 결정을 분리한 후 판형 여과막(Ceramic filteration system/퓨어테크, 온도 60℃, TMP 1.0, Inverter 40Hz)을 이용해 균체를 분리하여 발효 여과액을 준비하였다. 상기 발효 여과액에 Ca(OH)2 0.3몰 비 첨가한 후 20 L 농축관(N-21NS, EYELA, water bath 온도 70℃, 진공 압력 120torr)을 이용하여 농축하여 농축 후 블렌더(한일전기, SHMF-3600TG)를 이용해 농축액 내 아미노산 결정을 분쇄하여 농축된 발효 여과액을 준비하였다. 시드의 경우 Double drum dryer (DS-21, 대성기계공업, Steam 압력 0.4bar, Feeding rate 0.5LPM, 10RPM)을 이용하여 제조하였다.
트레오닌을 함유하는 아미노산 과립을 제조함에 있어서, 과립화 공정에 각각 혼합형 과립기(Ploughshare mixer granulator, Lodige) (실험예 2-1)와 유동층 과립기(FBG-3, ㈜에스원코리아)(실험예 2-2)를 이용하였다.
실험예 2-1. 혼합형 과립기를 이용한 트레오닌 함유 아미노산 과립 제조
트레오닌을 함유하는 아미노산 과립을 제조함에 있어서, 혼합형 과립기(Ploughshare mixer granulator, Lodige)를 이용하였다. 실험에 사용된 피드(농축된 발효 여과액)의 조성은 다음과 같다.
항목 단위 수량
피드
(농축된 발효 여과액) 		투입량 g 459.4
Ca(OH)2 투입 Ratio 0.3
결정 유무 - 있음
트레오닌 농도 g/kg 285.0
pH (25 ℃) - 9.1
고체 함량 % 35.0
트레오닌 순도 % 81.4
다음으로, 실험에 사용된 시드의 조성은 다음과 같다.
항목 단위 수량
시드 투입량 g 1004.5
Ca(OH)2 투입 Ratio 0.3
입도 - 60 Mesh 이하
수분 함량 % 0.85
트레오닌 순도 % 80.7
상기 농축된 발효 여과액 피드와 시드를 투입하여 제조한 트레오닌 과립 형태의 아미노산 과립 조성 분석 결과는 다음과 같다.
크기(mesh no.) 중량(g) 비율(%) 함량(%) 수분(%) 순도(%)
12 이하 427.9 35.7 77.2 1.87 78.7
12~40 397.0 33.1 77.1 3.15 79.6
40~60 275.7 23.0 77.5 1.99 79.0
60이상 97.2 8.1 77.9 2.50 79.9
전체 1,198 100.0 77.3 2.37 79.2
상술한 실험 결과, 트레오닌 순도가 79.2%인 아미노산 과립을 수득하였다.
실험예 2-2. 유동층 과립기를 이용한 트레오닌 함유 아미노산 과립 제조
트레오닌을 함유하는 아미노산 과립을 제조함에 있어서, 유동층 과립기(FBG-3, ㈜에스원코리아)를 이용하였다. 실험에 사용된 피드(농축된 발효 여과액)의 조성은 다음과 같다.
항목 단위 수량
피드
(농축된 발효 여과액) 		투입량 g 4216.0
Ca(OH)2 투입 Ratio 0.3
결정 유무 - 없음
트레오닌 농도 g/kg 175.1
pH (25 ℃) - 9.1
고체 함량 % 21.1
트레오닌 순도 % 80.8
다음으로, 실험에 사용된 시드의 조성은 다음과 같다. 시드는 파일럿 드럼 드라이어를 이용하여 제조하였다.
항목 단위 수량
시드 투입량 g 200.0
Ca(OH)2 투입 Ratio 0.3
입도 - 60 Mesh 이하
수분 함량 % 0.85
트레오닌 순도 % 81.2
상기 농축된 발효 여과액 피드와 시드를 투입하여 제조한 트레오닌 과립 형태의 아미노산 과립 조성 분석 결과는 다음과 같다.
크기(mesh no.) 중량(g) 비율(%) 함량(%) 수분(%) 순도(%)
12이하 0.0 0.0 - - -
12~40 806.0 78.7 80.5 0.57 80.9
40~60 171.5 16.7 79.9 0.58 80.4
60이상 46.6 4.6 80.0 1.83 81.5
전체 1,024 100.0 80.4 0.63 80.9
상술한 실험 결과, 트레오닌 순도가 80.9%인 아미노산 과립을 수득하였다.상술한 것과 같이 트레오닌을 함유하는 아미노산 과립을 제조함에 있어서 유동층 과립기와 혼합형 과립기를 모두 이용할 수 있음을 확인하였다. 제조된 아미노산 과립 내 트레오닌 순도는 두 경우 모두 실질적으로 동일하였다.
실험예 3. 아이소류신을 포함하는 아미노산 과립 제조
실험예 3에서는 아이소류신을 포함하는 아미노산 과립을 제조하였다. 이를 위하여 하기 아이소류신을 포함하는 발효액(농도 86.9g/L, 고형분 10.5%(w/w), 비중 1.030, 순도 81.0%, 균체 11%)을 준비하였으며, 실험예 2의 방법과 동일한 방법으로 농축된 발효 여과액을 준비하였다.
아이소류신을 함유하는 아미노산 과립을 제조함에 있어서, 각각 혼합형 과립기(Ploughshare mixer granulator, Lodige) (실험예 3-1)와 유동층 과립기(FBG-3, ㈜에스원코리아) (실험예 3-2)를 이용하였다.
실험예 3-1. 혼합형 과립기를 이용한 아이소류신 함유 아미노산 과립 제조
아이소류신을 함유하는 아미노산 과립을 제조함에 있어서, 혼합형 과립기를 이용하였다. 실험에 사용된 피드(농축된 발효 여과액)의 조성은 다음과 같다.
항목 단위 수량
피드
(농축된 발효 여과액) 		투입량 g 345.2
Ca(OH)2 투입 Ratio 0.3
결정 유무 - 있음
아이소류신 농도 g/kg 217.0
pH (25 ℃) - 9.1
고체 함량 % 32.1
아이소류신 순도 % 67.6
다음으로, 실험에 사용된 시드의 조성은 다음과 같다. 시드는 파일럿 드럼 드라이어를 이용하여 제조하였다.
항목 단위 수량
시드 투입량 g 516.4
Ca(OH)2 투입 Ratio 0.3
입도 - 60 Mesh 이하
수분 함량 % 2.0
아이소류신 순도 % 67.6
상기 농축된 발효 여과액 피드와 시드를 투입하여 제조한 아이소류신 과립 형태의 아미노산 과립 조성 분석 결과는 다음과 같다.
크기(mesh no.) 중량(g) 비율(%) 함량(%) 수분(%) 순도(%)
12 이하 50.5 8.1 64.6 1.64 65.6
12~40 152.8 24.5 69.5 1.63 70.6
40~60 125.1 20.0 67.2 1.87 68.5
60이상 296.4 47.4 68.5 1.73 69.7
전체 625 100.0 68.2 1.73 69.4
상술한 실험 결과, 아이소류신 순도가 69.4%인 아미노산 과립을 수득하였다.
실험예 3-2. 유동층 과립기를 이용한 아이소류신 함유 아미노산 과립 제조
아이소류신을 함유하는 아미노산 과립을 제조함에 있어서, 유동층 과립기를 이용하였다. 실험에 사용된 피드(농축된 발효 여과액)의 조성은 다음과 같다.
항목 단위 수량
피드
(농축된 발효 여과액) 		투입량 g 5055.0
Ca(OH)2 투입 Ratio 0.3
결정 유무 - 없음
아이소류신 농도 g/kg 44.4
pH (25 ℃) - 9.3
고체 함량 % 5.9
아이소류신 순도 % 69.2
다음으로, 실험에 사용된 시드의 조성은 다음과 같다. 시드는 파일럿 드럼 드라이어를 이용하여 제조하였다.
항목 단위 수량
시드 투입량 g 200.0
Ca(OH)2 투입 Ratio 0.3
입도 - 40~60 Mesh60 Mesh 이하
수분 함량 % 2.1
아이소류신 순도 % 59.0
상기 농축된 발효 여과액 피드와 시드를 투입하여 제조한 아이소류신 과립 형태의 아미노산 과립 조성 분석 결과는 다음과 같다.
mesh NO. 중량(g) 비율(%) 함량(%) 수분(%) 순도(%)
12 이하 12.0 3.5 66.4 1.12 67.2
12~40 34.3 10.0 70.2 1.34 71.1
40~60 70.0 20.3 69.9 1.32 70.8
60 이상 227.9 66.2 65.3 1.77 66.5
total 344 100.0 66.8 1.61 67.9
상술한 실험 결과, 아이소류신 순도가 67.9%인 아미노산 과립을 수득하였다. 상술한 것과 같이 아이소류신을 함유하는 아미노산 과립을 제조함에 있어서 유동층 과립기와 혼합형 과립기를 모두 이용할 수 있음을 확인하였다. 제조된 아미노산 과립 내 아이소류신 순도는 두 경우 균일했다.
실험예 4. 발린을 포함하는 아미노산 과립 제조
실험예 4에서는 발린을 포함하는 아미노산 과립을 제조하였다. 이를 위하여 발린을 포함하는 발효액(농도 68.4g/L, 고형분 10.1%(w/w), 비중 1.020, 순도 66.8%, 균체 5%)을 준비하였으며, 실험예 2의 방법과 동일한 방법으로 농축된 발효 여과액을 준비하였다.
발린을 함유하는 아미노산 과립을 제조함에 있어서, 각각 혼합형 과립기(Ploughshare mixer granulator, Lodige) (실험예 4-1)와 유동층 과립기(FBG-3, ㈜에스원코리아) (실험예 4-2)를 이용하였다.
실험예 4-1. 혼합형 과립기를 이용한 발린 함유 아미노산 과립 제조
발린을 함유하는 아미노산 과립을 제조함에 있어서, 혼합형 과립기를 이용하였다. 실험에 사용된 피드(농축된 발효 여과액)의 조성은 다음과 같다.
항목 단위 수량
피드
(농축된 발효 여과액) 		투입량 g 346.7
Ca(OH)2 투입 Ratio 0.3
결정 유무 - 있음
발린 농도 g/kg 225.1
pH (25 ℃) - 9.1
고체 함량 % 28.9
발린 순도 % 77.9
다음으로, 실험에 사용된 시드의 조성은 다음과 같다. 시드는 파일럿 드럼 드라이어를 이용하여 제조하였다.
항목 단위 수량
시드 투입량 g 651.0
Ca(OH)2 투입 Ratio 0.3
입도 - 60Mesh 이하
수분 함량 % 2.5
발린 순도 % 75.5
상기 농축된 발효 여과액 피드와 시드를 투입하여 제조한 발린 과립 형태의 아미노산 과립 조성 분석 결과는 다음과 같다.
mesh NO. 중량(g) 비율(%) 함량(%) 수분(%) 순도(%)
12 이하 396.5 54.9 75.0 0.39 75.3
12~40 182.5 25.3 72.2 1.25 73.1
40~60 86.0 11.9 74.2 1.44 75.3
60이상 57.5 8.0 69.2 0.96 69.8
전체 723 100.0 73.7 0.78 74.3
상술한 실험 결과, 발린 순도가 74.3%인 아미노산 과립을 수득하였다.
실험예 4-2. 유동층 과립기를 이용한 발린 함유 아미노산 과립 제조
발린을 함유하는 아미노산 과립을 제조함에 있어서, 유동층 과립기를 이용하였다. 실험에 사용된 피드(농축된 발효 여과액)의 조성은 다음과 같다.
항목 단위 수량
피드
(농축된 발효 여과액) 		투입량 g 4760.0
Ca(OH)2 투입 Ratio 0.3
결정 유무 - 없음
발린 농도 g/kg 81.6
pH (25 ℃) - 9.3
고체 함량 % 10.5
발린 순도 % 77.7
다음으로, 실험에 사용된 시드의 조성은 다음과 같다. 시드는 파일럿 드럼 드라이어를 이용하여 제조하였다.
항목 단위 수량
시드 투입량 g 200.0
Ca(OH)2 투입 Ratio 0.3
입도 - 60Mesh 이하
수분 함량 % 2.5
발린 순도 % 75.5
상기 농축된 발효 여과액 피드와 시드를 투입하여 제조한 발린 과립 형태의 아미노산 과립 조성 분석 결과는 다음과 같다.
mesh NO. 중량(g) 비율(%) 함량(%) 수분(%) 순도(%)
12 이하 0.0 0.0 - - -
12~40 249.0 39.7 74.7 0.70 75.3
40~60 208.4 33.2 74.5 0.78 75.0
60 이상 170.3 27.1 74.8 2.25 76.5
total 628 100.0 74.6 1.15 75.5
상술한 실험 결과, 발린 순도가 75.5%인 아미노산 과립을 수득하였다. 상술한 것과 같이 발린을 함유하는 아미노산 과립을 제조함에 있어서 유동층 과립기와 혼합형 과립기를 모두 이용할 수 있음을 확인하였다. 제조된 아미노산 과립 내 발린 순도는 두 경우 모두 균일했다.
실험예 5. 히스티딘을 포함하는 아미노산 과립 제조
실험예 5에서는 히스티딘을 포함하는 아미노산 과립을 제조하였다. 이를 위하여 히스티딘을 포함하는 발효액(농도 97.0g/kg, 고형분 15.4%(w/w), 순도 63.0%, 균체 13%)을 준비하였으며, 실험예 2의 방법과 동일한 방법으로 농축된 발효 여과액을 준비하였다.
히스티딘을 함유하는 아미노산 과립을 제조함에 있어서, 각각 혼합형 과립기(Ploughshare mixer granulator, Lodige) (실험예 5-1)와 유동층 과립기(FBG-3, ㈜에스원코리아) (실험예 5-2)를 이용하였다.
실험예 5-1. 혼합형 과립기를 이용한 히스티딘 함유 아미노산 과립 제조
히스티딘을 함유하는 아미노산 과립을 제조함에 있어서, 혼합형 과립기를 이용하였다. 실험에 사용된 피드(농축된 발효 여과액)의 조성은 다음과 같다.
항목 단위 수량
피드
(농축된 발효 여과액) 		투입량 g 40.0
Ca(OH)2 투입 Ratio 0.3
히스티딘 농도 g/kg 195.4
pH (25℃) - 8.63
고체 함량 % 29.1
히스티딘 순도 % 67.1
다음으로, 실험에 사용된 시드의 조성은 다음과 같다. 시드는 배큠 드라이어를 이용하여 약 100 ℃에서 2 시간 동안 건조하여 준비하였다.
항목 단위 수량
시드 투입량 g 380.0
Ca(OH)2 투입 Ratio 0.3
입도 - 40Mesh 이하
수분 함량 % 2.1
히스티딘 순도 % 66.3
상기 농축된 발효 여과액 피드와 시드를 투입하여 제조한 히스티딘 과립 형태의 아미노산 과립 조성 분석 결과는 다음과 같다.
mesh NO. 중량(g) 비율(%) 함량(%) 수분(%) 순도(%)
12 이하 113.2 27.3 65.0 1.64 66.1
12~40 132.3 31.9 64.8 1.63 65.9
40~60 76.5 18.5 66.4 1.87 67.7
60이상 92.4 22.3 66.3 1.73 67.5
전체 414 100.0 65.5 1.70 66.6
상술한 실험 결과, 히스티딘 순도가 66.6%인 아미노산 과립을 수득하였다.
실험예 5-2. 유동층 과립기를 이용한 히스티딘 함유 아미노산 과립 제조
히스티딘을 함유하는 아미노산 과립을 제조함에 있어서, 유동층 과립기를 이용하였다. 실험에 사용된 피드(농축된 발효 여과액)의 조성은 다음과 같다.
항목 단위 수량
피드
(농축된 발효 여과액) 		투입량 g 896.2
Ca(OH)2 투입 Ratio 0.3
히스티딘 농도 g/kg 195.4
pH (25℃) - 8.63
고체 함량 % 29.1
히스티딘 순도 % 67.1
다음으로, 실험에 사용된 시드의 조성은 다음과 같다. 시드는 배큠 드라이어를 이용하여 약 100 ℃에서 2 시간 동안 건조하여 준비하였다.
항목 단위 수량
시드 투입량 g 80.0
Ca(OH)2 투입 Ratio 0.3
입도 - 40Mesh 이하
수분 함량 % 2.1
히스티딘 순도 % 66.3
상기 농축된 발효 여과액 피드와 시드를 투입하여 제조한 히스티딘 과립 형태의 아미노산 과립 조성 분석 결과는 다음과 같다.
mesh NO. 중량(g) 비율(%) 함량(%) 수분(%) 순도(%)
12 이하 0.0 0.0 0.0
12~40 177.3 60.0 65.0 0.48 65.3
40~60 57.6 19.5 64.8 0.44 65.1
60 이상 60.8 20.6 68.2 0.96 68.8
전체 296 100.0 65.6 0.57 66.0
상술한 실험 결과, 히스티딘 순도가 66.0%인 아미노산 과립을 수득하였다.상술한 것과 같이 히스티딘을 함유하는 아미노산 과립을 제조함에 있어서 유동층 과립기와 혼합형 과립기를 모두 이용할 수 있음을 확인하였다. 제조된 아미노산 과립 내 히스티딘 순도는 두 경우 모두 유사했다.
위의 실험예를 통해 다양한 아미노산에 대하여 다양한 장치를 이용하여 균주가 제거된 아미노산 과립을 제조할 수 있음을 확인했다. 위의 실험예에서 확인할 수 있듯이, 균주를 제거하고 아미노산 과립을 제조할 경우, 최종 제품 내 아미노산 함량이 증가함에 따라 아미노산 고함량의 제품을 제조하기 유리함을 확인하였다.
또한, 공정에 사용되는 시드, 농축된 발효 여과액 그리고 필요에 따라서는 아미노산 결정의 투입량을 조절함으로써 유동층 과립기와 혼합형 과립기 모두에 대하여 아미노산 과립 제조가 가능함을 확인했다.
이상의 설명으로부터, 본 출원이 속하는 기술분야의 당업자는 본 출원이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 출원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 출원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 아미노산을 함유하는 발효액으로부터 균체를 제거하여 발효 여과액을 준비하는 제1 단계;
    상기 발효 여과액으로부터 과립을 형성하는 제2 단계를 포함하는, 아미노산 과립 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아미노산은 25 ℃에서 물에 대한 용해도 0 g/100 g 초과 20 g/100 g 이하인 아미노산인, 아미노산 과립 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아미노산은 발린, 트립토판, 트레오닌, 이소루신, 류신, 메티오닌, 히스티딘 및 페닐알라닌으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인, 아미노산 과립 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단계는 상기 발효 여과액을 농축하는 단계를 포함하는, 아미노산 과립 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단계는 상기 발효액으로부터 아미노산 결정을 분리하는 단계를 더 포함하고,
    분리된 상기 아미노산 결정은 상기 제2 단계에 제공되는, 아미노산 과립 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단계는 상기 발효액 및/또는 발효 여과액 내에 존재하는 아미노산 결정을 용해하는 단계를 더 포함하는, 아미노산 과립 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단계는 추가로 상기 발효액 및/또는 발효 여과액에 칼슘원을 첨가하는 단계를 포함하는, 아미노산 과립 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 칼슘원은 칼슘 이온이 아미노산에 대해 0.02 내지 2.0 몰 비로 첨가되도록 제공되는, 아미노산 과립 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단계 중 수득된 아미노산 시드 중 적어도 일부를 과립 형성 공정으로 재공급하는 단계를 더 포함하는, 아미노산 과립 제조 방법.
  10. 아미노산 함량이 50% 이상이고 균체를 포함하지 않는 아미노산 과립.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 아미노산 과립은 제품 내 아미노산에 대해 0.02 내지 2.0 몰비의 칼슘을 포함하는, 아미노산 과립.
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