KR20040097809A - 발효액으로부터 ｌ-글루타민을 정제하는 방법 - Google Patents

발효액으로부터 ｌ-글루타민을 정제하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 L-글루타민의 발효액으로부터 L-글루타민을 고순도 및 고수율로 정제하는 방법으로서, L-글루타민 발효액에 저급알코올을 첨가하여 발효액내의 L-글루타민을 결정화하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 L-글루타민의 정제방법을 제공한다.

Description

발효액으로부터 Ｌ-글루타민을 정제하는 방법{Method for purification of L-Glutamine from Fermented Solution}
본 발명은 L-글루타민의 정제방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발효액으로부터 L-글루타민의 정제과정 중 L-글루타민의 변성 내지는 글루타민산으로의 전환이 방지되어 안정적으로 고순도 및 고수율로 L-글루타민을 정제할 수 있는 방법에 관한 것이다.
글루타민(L-Gln, C5H10N2O3)의 용해도는 25℃에서 4.25%로 통상적으로 발효액 내의 글루타민의 농도가 7% 이상일 경우에 결정이 형성된다. 종래 L-글루타민을 정제하는 방법으로는 대개 이러한 L-글루타민 결정을 용해하여 균체를 분리하고 양이온교환수지 및 음이온교환수지를 사용하여 흡착 및 용리과정을 통해 정제하는 방법이 사용되고 있다.
L-글루타민은 수용액 상에서 불안정하여 변성이 잘되는데 특히 온도가 높거나, 산성 및 염기성의 pH(pH 3 이하 9이상)에서 더욱 불안정하여 피롤리돈카르본산(PCA, C5H7NO3)으로 쉽게 변하는 성질이 있다.(도 1참조)
따라서, pH 3 이하 9 이상의 조건에서 운전되는 음이온 및 양이온 교환수지에서는 L-글루타민은 쉽게 변성되고 이는 L-글루타민의 회수 정제시 수율감소로 이어진다.
또한, 본 발명의 실험결과 L-글루타민 발효액에는 글루타민 분해효소(glutaminase)가 존재하여 발효 후 pH를 4이하로 바로 낮추지 않을 경우 시간이 지남에 따라 하기 반응식에서와 같이 발효액 내의 L-글루타민을 분해하여 글루타민산(L-Glu, C5H9NO4)으로 전환시키는 것으로 밝혀졌다.(도 2참조)
글루타미나제
L-Gln + H2O --------------> L-Glu + NH3
L-글루타민 발효액을 결정화하여 회수하는 방법으로는 일본의 아지노모토사가 출원한 미국 특허 USP4966994가 있다. 그러나, 동 방법은 단지 농축에 의한 결정화 방법에 관한 것으로 농축 과정 중 온도를 높일 경우, 수용액 상에서 L-글루타민은 온도가 높을수록 불안정하기 때문에 수율저하를 초래하는 문제가 있다. (표 1참조)
<표 1> 온도 및 pH 변화에 따른 글루타민 수용액(2%)의 시간별 잔존율 (단위: %)
온도 5℃ 25℃ 50℃
pH시간 2.0 4.6 8.0 2.0 4.6 8.0 2.0 4.6 8.0
0시간 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
24시간 97.0 99.8 97.5 95.8 99.9 96.3 31.5 95.9 75.8
48시간 94.1 99.5 95.0 92.1 99.4 92.8 13.5 93.8 56.8
또한, 균체가 함유된 발효액을 농축 결정화할 경우 25 ~ 50℃ 사이의 온도에서는 글루타민 분해효소가 작용하여 분해산물인 글루타민산이 다량 생성되고, 그 이상의 온도에서는 글루타민이 매우 불안정하여 급격히 PCA로 변성되기 때문에 농축 과정에서 좋은 수율을 기대할 수 없다.
반면, pH를 3.5이하로 낮출 경우 글루타민 분해효소의 작용을 억제할 수는 있으나 이는 또한 L-글루타민의 용해도 및 피롤리돈카르본산의 생성을 증가시켜 결정화시 효율적이지 못한 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같이 종래 기술이 지니는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명자들은 L-글루타민의 회수 정제에 있어서 하기 표 2에서와 같이 L-글루타민이 저급알코올 등의 유기 용매에 용해도가 매우 낮은 사실에 착안하여 본 발명을 완성하게 되었다. 즉, 본 발명은 L-글루타민 발효액에 저급 알코올(메탄올, 에탄올, 또는 이소프로필알코올 등)을 첨가함으로써 L-글루타민의 용해도를 저하시켜 발효액의 글루타민을 직접 결정화하여 L-글루타민의 회수 정제 수율을 향상시키고자 하는 것이다.
<표 2> L-글루타민의 용매에 대한 용해도
온도(℃)용해도 25℃
용해도(H2O, g/100ml) 4.25
용해도(메탄올, g/100ml) 0.0035
용해도(에탄올, g/100ml) 0.0004
한편, L-글루타민 발효액 중에 저급알코올을 첨가하는 경우 글루타민 분해 효소의 작용이 억제되는 것으로 확인되었다. (도 3참조)
이에 따라, 본 발명의 목적은 L-글루타민의 용해도를 낮춰 결정 수득율을 높여줄 뿐만 아니라 글루타민 분해 효소의 작용을 저해하여 고순도 및 고수율로 L-글루타민을 정제할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 결정화된 L-글루타민을 대상으로 재결정법에 의해 고순도 및 고수율로 L-글루타민을 정제할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 결정화된 L-글루타민을 대상으로 강염기성 음이온 교환수지를 이용하여 고순도 및 고수율로 L-글루타민을 정제할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 발효액을 결정화 한 후 고액분리 하여 얻어지는 결정 고형분 이외에도 고액분리하여 얻어지는 상등액으로부터 L-글루타민을 추가로 수득하여 고수율로 L-글루타민을 정제하는 방법을 제공함에 있다.
도 1은 pH의 변화에 따른 글루타민의 변성 및 PCA 생성관계를 보여주는 그래프
도 2는 시간에 따른 발효액내 글루타민 분해효소에 의한 글루타민산의 생성관계를 보여주는 그래프
도 3은 메탄올 첨가에 의한 글루타민 발효액내 글루타민 분해효소의 효소작용 억제효과를 보여주는 그래프(A: 반응온도 45℃, 메탄올 첨가하지 않음, B: 반응온도 45℃, 메탄올 20% 첨가)
도 4는 메탄올 첨가에 의한 글루타민 발효액 내 글루타민의 용해도 감소효과를 보여주는 그래프(온도: 5℃)
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 L-글루타민의 발효액으로부터 L-글루타민을 정제하는 방법에 있어서, L-글루타민 발효액에 저급알코올을 첨가하여 발효액내의 L-글루타민을 결정화하는 단계를 포함하는 L-글루타민의 정제방법을 제공한다.
상기에서, 저급 알코올은 특별한 한정을 요하는 것은 아니나, 바람직하게는 C1∼C4, 보다 바람직하게는 C1∼C3인 저급 알코올에서 선택되는 적어도 하나 이상의 알코올을 포함한다. 이러한 저급 알코올의 예로는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올 등이 있으며, 바람직하게는 메탄올이 좋다. 그 이유로는, 에탄올의 경우도 메탄올과 동일한 효과를 확인할 수 있으나 에탄올의 가격이 메탄올 보다 비싸고, 끓는점도 메탄올 보다 높아 공정 후 증류를 이용한 용매 회수 시 메탄올이 훨씬 유리하기 때문이다.
상기 저급 알코올의 발효액내의 함량은 결정화를 위해 L-글루타민의 용해도를 낮추기에 충분한 정도로서, 특별한 한정을 요하지는 않으며, 바람직하게는5∼50중량% 첨가되는 것이 좋다. 특히, 메탄올을 첨가하는 경우에는, 도 4와 같이 첨가량을 증가시킬수록 발효액의 글루타민 용해도가 감소하여 직접 결정 수율을 보다 증가시킬 수는 있으나 글루타민 분해 효소의 억제 및 메탄올 사용에 따른 경제성을 감안할 경우 발효액에 약 20중량%의 농도 수준으로 첨가하는 것이 가장 적합함을 알 수 있다.
발효액내에 저급 알코올을 첨가하는 경우에는 글루타민의 변성을 방지할 수 있는 안정적인 pH 범위 내지 온도에서 정제과정을 수행할 수 있다. 즉, 첨가되는 저급알코올은 글루타민 분해효소의 활성을 억제하므로 글루타민의 안정적인 pH 범위인 등전점 부위의 5.0∼6.0 내지는 25℃이하의 저온영역에서도 L-글루타민을 고순도 및 고수율로 수득할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 단계를 거쳐 결정화된 L-글루타민을 재용해한 후 최종적으로 재결정화하거나, 또는 L-글루타민을 재용해한 후 강염기성 음이온 교환수지로 정제하고, 상기 정제된 글루타민을 다시 결정화하는 단계를 더 구비하는 L-글루타민의 정제방법을 제공한다.
상기 과정에 의한 L-글루타민의 정제과정은 발효액을 결정화 한 후 고액분리 하여 얻어지는 결정 고형분을 대상으로 한 것이나, 본 발명의 정제방법은 여기에 그치지 않고 상기 결정 고형분 이외에도 고액분리하여 얻어지는 상등액으로부터 L글루타민을 추가로 수득할 수도 있다.
이에, 본 발명은 L-글루타민 발효액을 결정화한 후 고액분리하여 얻어지는 상등액(모액)을 대상으로 용액내 존재하는 L-글루타민을 추가로 결정화하고, 이를상기 과정을 통해 수득한 결정화된 L-글루타민의 재용해액과 혼합하여 최종적으로 L-글루타민을 재결정화하는 단계를 더 구비하는 L-글루타민의 정제방법을 제공한다.
이와는 다른 방법으로, 본 발명은 L-글루타민 발효액을 결정화한 후 고액분리하여 얻어지는 상등액을 대상으로 용액내 존재하는 L-글루타민을 추가로 결정화하고, 이를 상기 과정을 통해 수득한 결정화된 L-글루타민의 재용해액과 혼합하여, 상기 혼합용액을 강염기성 음이온 교환수지로 정제하고 정제된 L-글루타민을 결정화하는 단계를 더 구비하는 L-글루타민의 정제방법을 더 제공한다.
이하 본 발명의 내용을 구체적인 정제예를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
정제예 1
L-글루타민의 발효종료 후 발효액에 메탄올, 에탄올 또는 이소프로필 알코올을 바람직하게는 5∼50중량%, 보다 바람직하게는 10 ~ 30 중량%가 되도록 첨가하고, 온도를 바람직하게는 25℃이하, 보다 바람직하게는 15℃ 이하로 낮춘다. 이때 pH는 L-글루타민의 등전점인 5.65로 염산 등을 첨가하여 조절하고, 5시간 동안 이를 교반시키면서 L-글루타민을 결정화한다. 교반이 끝나면 결정화된 L-글루타민 발효액을 데칸터를 사용하여 고액 분리한다. 이때, 일부 균체를 포함한 L-글루타민 결정은 고형분쪽[A1]에서 얻어지고, 균체를 포함하여 상기 결정화 조건에서 L-글루타민 보다 용해도가 좋은 글루타민산 및 알라닌 등의 발효액 내의 대부분의 불순물들은 액상부(상등액)[B1]로 이동한다.
획득한 L-글루타민 결정 고형분[A1]을 다시 정제하기 위해서 L-글루타민 농도가 4 ~ 5중량%가 되도록 물을 첨가하여 용해하고 이것을 세라믹 여과기를 사용하여 고형분에 남아있는 불용성 성분을 완전히 제거한다. 이렇게 해서 획득한 L-글루타민 용해액[A2]에는 L-글루타민 발효 시 생성되는 글루타민 산 및 알라닌 등의 기타 아미노산이 거의 함유되지 않은 비교적 순수한 L-글루타민만을 포함한 것으로 전체 발효액의 글루타민 함량 중 60 ~ 70%에 해당한다.
결정화시킨 발효액을 데칸터로 분리하여 얻어진 상등액 부분[B1]은 묽은 염산을 사용하여 pH를 3.5로 조절한 후 세라믹 여과기를 사용하여 균체를 제거하고, 이것을 강산성 양이온 교환수지(H+형)를 통해 L-글루타민을 흡착시킴으로써 수지에 흡착하지 않은 발효액 중의 당류 및 이온 성분 등의 불순물을 제거한다. 그리고, 발효액에 첨가된 메탄올(또는 에탄올)은 양이온 교환 수지에 흡착되지 않고 폐액으로 배출되며, 폐액 중의 메탄올(또는 에탄올)은 증류 방법으로 용이하게 회수하여 재사용된다. 수지내에 흡착된 L-글루타민은 희석한 암모니아수를 사용하여 용리한 후 결정화함으로써 1차 정제된다[B2].
상기 결정 슬러리 부분의 L-글루타민 용해액[A2]과 1차 정제된 상등액 부분[B2]을 용해하여 혼합한 후 다공성 수지를 사용하여 통액시키고 재결정화 함으로써 85% 이상의 회수율로 L-글루타민의 수득이 가능하다. 이때, 사용되는 H+형 양이온 교환 수지로는 S1468, SK1B, SK104 등이 있으며, 다공성 수지로는 HP20 등이 사용될 수 있다.
정제예 2
L-글루타민의 발효종료 후 발효액에 메탄올, 에탄올 또는 이소프로필 알코올을 바람직하게는 5∼50중량%, 보다 바람직하게는 10 ~ 30 중량%가 되도록 첨가하고, 온도를 바람직하게는 25℃이하, 보다 바람직하게는 15℃ 이하로 낮춘다. 이때 pH는 L-글루타민의 등전점인 5.65로 염산 등을 첨가하여 조절하고, 5시간 동안 이를 교반 시키면서 L-글루타민을 결정화한다. 교반이 끝나면 결정화된 L-글루타민 발효액을 데칸터를 사용하여 고액 분리한다. 이때, 일부 균체를 포함한 L-글루타민 결정은 고형분쪽[A1]에서 얻어지고, 균체를 포함하여 상기 결정화 조건에서 L-글루타민 보다 용해도가 좋은 글루타민산 및 알라닌 등의 발효액 내의 대부분의 불순물들은 액상부(상등액)[B1]로 이동한다.
획득한 L-글루타민 결정 고형분[A1]을 다시 정제하기 위해서 L-글루타민 농도가 4 ~ 5중량%가 되도록 물을 첨가하여 용해하고 이것을 세라믹 여과기를 사용하여 고형분에 남아있는 불용성 성분을 완전히 제거한다. 이렇게 해서 획득한 L-글루타민 용해액[A2]에는 L-글루타민 발효 시 생성되는 글루타민 산 및 알라닌 등의 기타 아미노산이 거의 함유되지 않은 비교적 순수한 L-글루타민만을 포함한 것으로 전체 발효액의 글루타민 함량 중 60 ~ 70%에 해당한다.
결정화시킨 발효액을 데칸터로 분리하여 얻어진 상등액 부분[B1]은 묽은 염산을 사용하여 pH를 3.5로 조절한 후 세라믹 여과기를 사용하여 균체를 제거하고, 이것을 강산성 양이온 교환수지(H+형)를 통해 L-글루타민을 흡착시킴으로써 수지에 흡착하지 않은 발효액 중의 당류 및 이온 성분 등의 불순물을 제거한다. 그리고, 발효액에 첨가된 메탄올(또는 에탄올)은 양이온 교환 수지에 흡착되지 않고 폐액으로 배출되며, 폐액 중의 메탄올(또는 에탄올)은 증류 방법으로 용이하게 회수하여 재사용된다. 수지내에 흡착된 L-글루타민은 희석한 암모니아수를 사용하여 용리한 후, 약염기성 음이온 교환수지(OH-형)에 통액시켜서 탈색한 후, 농축 및 결정화함으로써 1차 정제된다[B2].
상기 결정 슬러리 부분의 L-글루타민 용해액[A2]과 1차 정제된 상등액 부분[B2]을 용해하여 혼합한 후 강염기성 음이온 교환수지(OH-형)에 통과시킴으로써 잔류 유기물 성분 및 색도물질을 제거한다. 이때 사용되는 강산성 양이온 교환수지로는 S1468, SK1B, SK104, 약염기성 음이온 교환수지로는 Diaion WA30, 강염기성 음이온 교환수지로는 Lewatit M600, Daion PA 412, PA308 등이 이용될 수 있다. 수지를 통과한 액은 진공 감압농축함으로써 글루타민을 결정화하고 이를 여과건조함으로써 수율 85%, 순도 98.5% 이상의 고순도 L-글루타민을 수득할 수 있다.
이하, 본 발명의 내용을 실시예에 의해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 다만 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 아니된다.
<실시예 1>
L-글루타민 농도가 81g/L인 발효액 80L에 메탄올 농도가 20%가 되도록 메탄올 20L를 넣고, 온도를 15 ℃ 이하로 낮춘 후 3N 염산을 사용하여 pH를 5.65로 조절하였다. 5시간 동안 교반하면서 L-글루타민을 결정화하고 이것을 데칸터를 사용, 고액 분리하여 L-글루타민 결정 고형분 10.5kg, 상등액 88L를 획득하였다. 이때, 고형분 중의 L-글루타민은 전체 함량의 64%에 해당하였다. 이러한 고형분에는 글루타민산, 알라닌 등의 기타 아미노산을 거의 포함하지 않은 L-글루타민만의 순수 아미노산을 함유하였다. 획득한 L-글루타민 결정 고형분 10.5kg에 물 72L를 첨가하여 L-글루타민을 용해하고, 용해한 결정 고형분 용해액을 여과 크기가 0.2μm인 세라믹 여과기를 사용하여 여과함으로써 고형분에 남아있는 불용성 성분을 완전히 제거한 L-글루타민 용해액[A] 97L를 얻었다. 다음으로, 데칸터로 분리하여 얻어진 상등액으로부터 L-글루타민을 회수하기 위해 상등액 88L에 묽은 염산을 사용, pH를 3.5로 조절한 후 결정 고형분에서와 마찬가지로 여과 크기가 0.2μm인 세라믹 여과기로 여과시켜 균체를 제거한 L-글루타민 용해액 105L를 얻었다. 상기 용해액을 강산성 양이온 교환수지(H+형)인 S1468에 흡착시키고, 2.5% 암모니아수로 용리함으로써 당류 및 이온 성분 등의 불순물을 제거하고 농축 및 결정화함으로써 수분이 함유된 L-글루타민 결정[B] 3.2kg을 획득하였다. 상기 L-글루타민 결정[B]을 앞에서 데칸터로 분리하여 얻어진 결정 고형분 부분의 L-글루타민 용해액[A]과 혼합하여 용해한 후 HP20 다공성 수지를 사용하여 통액시키고 농축 및 재결정화 하여 L-글루타민 5518g을 제조하였다.(수율: 발효액 기준 85.2%)
<실시예 2>
L-글루타민 농도가 81g/L인 발효액 80L에 메탄올 농도가 30%가 되도록 메탄올 34L를 넣고, 온도를 15 ℃ 이하로 낮춘 후 3N 염산을 사용하여 pH를 5.65로 조절하였다. 5시간 동안 교반하면서 L-글루타민을 결정화하고 이것을 데칸터를 사용, 고액 분리하여 L-글루타민 결정 고형분 10.8kg, 상등액 102L를 획득하였다. 이때 고형분 중의 L-글루타민은 전체 함량의 66.3%에 해당하였다. 이러한 고형분에는 글루타민 산, 알라닌 등의 기타 아미노산을 거의 포함하지 않은 L-글루타민만의 순수 아미노산을 함유하였다. 획득한 L-글루타민 결정 고형분 10.8kg에 물 74L를 첨가하여 L-글루타민을 용해하고, 용해한 결정 고형분 용해액을 여과 크기가 0.2μm인 세라믹 여과기로 여과함으로써 고형분에 남아있는 불용성 성분을 완전히 제거한 L-글루타민 용해액[A] 99L를 얻었다. 다음으로, 데칸터로 분리하여 얻어진 상등액으로부터 L-글루타민을 회수하기 위해 상등액 102L에 묽은 염산을 사용, pH를 3.5로 조절한 후 결정 고형분과 마찬가지로 여과 크기가 0.2μm인 세라믹 여과기로 여과시켜 균체를 제거한 L-글루타민 용해액 122L를 얻었다. 상기 용해액을 강산성 양이온 교환수지(H+형)인 S1468에 흡착시키고, 2.5% 암모니아수로 용리함으로써 당류 및 이온 성분 등의 불순물을 제거하고 농축 및 결정화함으로써 수분이 함유된 L-글루타민 결정[B] 3.0kg을 획득하였다. 상기 L-글루타민 결정[B]을 앞에서 데칸터로 분리하여 얻어진 결정 고형분 부분의 L-글루타민 용해액[A]과 혼합하여 용해한 후 HP20 다공성 수지를 사용하여 통액시키고 농축 및 재결정화 함으로써 회수율 85.8%에 해당하는 L-글루타민 5560g을 제조하였다. (수율: 발효액 기준 85.5%)
<실시예 3>
L-글루타민 농도가 81g/L인 발효액 80L에 메탄올 농도가 20%가 되도록 메탄올 20L를 넣고, 온도를 15 ℃ 이하로 낮춘 후 3N 염산을 사용하여 pH를 5.65로 조절하였다. 5시간 동안 교반하면서 L-글루타민을 결정화하고 이것을 데칸터를 사용, 고액 분리하여 L-글루타민 결정 고형분 10.5kg, 상등액 88L를 획득하였다. 이때, 고형분 중의 L-글루타민은 전체 함량의 64%에 해당하였다. 이러한 고형분에는 글루타민산, 알라닌 등의 기타 아미노산을 거의 포함하지 않은 L-글루타민만의 순수 아미노산을 함유하였다. 획득한 L-글루타민 결정 고형분 10.5kg에 물 72L를 첨가하여 L-글루타민을 용해하고, 용해한 결정 고형분 용해액을 여과 크기가 0.2μm인 세라믹 여과기를 사용하여 여과함으로써 고형분에 남아있는 불용성 성분을 완전히 제거한 L-글루타민 용해액[A] 99L를 얻었다. 다음으로, 데칸터로 분리하여 얻어진 상등액으로부터 L-글루타민을 회수하기 위해 상등액 88L에 묽은 염산을 사용, pH를 3.5로 조절한 후 결정 고형분에서와 마찬가지로 여과 크기가 0.2μm인 세라믹 여과기로 여과시켜 균체를 제거한 L-글루타민 용해액 108L를 얻었다. 상기 용해액을 강산성 양이온 교환수지(H+형)인 S1468에 흡착시키고, 2.5% 암모니아수로 용리함으로써 당류 및 이온 성분 등의 불순물을 제거하고, 약염기성 음이온 교환수지(OH-형)인 WA30에 통액시켜 탈색처리한 후 진공감압농축 및 결정화하고 결정 수세액은 S1468 및 WA30 수지로 재처리함으로써 수분이 함유된 L-글루타민 결정[B] 3.1kg을 획득하였다. 상기 L-글루타민 결정[B]을 앞에서 데칸터로 분리하여 얻어진 결정 고형분 부분의 L-글루타민 용해액[A]과 혼합하여 용해한 후 강염기성 음이온 교환수지인 M600을 사용하여 통액시키고, 묽은 염산을 사용하여 용리함으로써 잔류 색도 물질 및 불순물을 제거한 순수 L-글루타민 용액을 얻었다.
수지를 통과한 액을 진공 감압농축하고 증발결정화한 후, 여과건조한 결과 순도 98.5% 이상의 고순도 L-글루타민 5498g을 제조하였다.(수율: 발효액 기준 84.9%)
<실시예 4>
L-글루타민 농도가 81g/L인 발효액 80L에 메탄올 농도가 30%가 되도록 메탄올 34L를 넣고, 온도를 15 ℃ 이하로 낮춘 후 3N 염산을 사용하여 pH를 5.65로 조절하였다. 5시간 동안 교반하면서 L-글루타민을 결정화하고 이것을 데칸터를 사용, 고액 분리하여 L-글루타민 결정 고형분 10.8kg, 상등액 102L를 획득하였다. 이때, 고형분 중의 L-글루타민은 전체 함량의 66.3%에 해당하였다. 이러한 고형분에는 글루타민산, 알라닌 등의 기타 아미노산을 거의 포함하지 않은 글루타민만의 순수 아미노산을 함유하였다. 획득한 L-글루타민 결정 고형분 10.8kg에 물 74L를 첨가하여 L-글루타민을 용해하고, 용해한 결정 고형분 용해액을 여과 크기가 0.2μm인 세라믹 여과기를 사용하여 여과함으로써 고형분에 남아있는 불용성 성분을 완전히 제거한 L-글루타민 용해액[A] 99L를 얻었다. 다음으로, 데칸터로 분리하여 얻어진 상등액으로부터 L-글루타민을 회수하기 위해 상등액 102L에 묽은 염산을 사용, pH를 3.5로 조절한 후 결정 고형분에서와 마찬가지로 여과 크기가 0.2μm인 세라믹 여과기로 여과시켜 균체를 제거한 L-글루타민 용해액 122L를 얻었다. 상기 용해액을 강산성 양이온 교환수지(H+형)인 S1468에 흡착시키고, 2.5% 암모니아수로 용리함으로써 당류 및 이온 성분 등의 불순물을 제거하고, 약염기성 음이온 교환수지(OH-형)인 WA30에 통액시켜 탈색처리한 후 진공감압농축 및 결정화하고 결정 수세액은 S1468 및 WA30 수지로 재처리함으로써 수분이 함유된 L-글루타민 결정[B] 3.0kg을 획득하였다. 상기 L-글루타민 결정[B]을 앞에서 데칸터로 분리하여 얻어진 결정 고형분 부분의 L-글루타민 용해액[A]과 혼합하여 용해한 후 강염기성 음이온 교환수지인 M600을 사용하여 통액시키고, 묽은 염산을 사용하여 용리함으로써 잔류 색도물질 및 불순물을 제거한 순수 L-글루타민 용액을 얻었다.
수지를 통과한 액을 진공 감압농축하고 증발결정화한 후, 여과건조한 결과 순도 98.5% 이상의 고순도 L-글루타민 5539g을 제조하였다.(수율: 발효액 기준 85.3%)
<실시예 5>
L-글루타민 농도가 81g/L인 발효액 80L에 에탄올 농도가 10%가 되도록 에탄올 9L를 넣고, 온도를 15 ℃ 이하로 낮춘 후 3N 염산을 사용하여 pH를 5.65로 조절하였다. 5시간 동안 교반하면서 L-글루타민을 결정화하고 이것을 데칸터를 사용, 고액 분리하여 L-글루타민 결정 고형분 8.9kg, 상등액 79L를 획득하였다. 이때, 고형분 중의 L-글루타민은 전체 함량의 55.4%에 해당하였다. 이러한 고형분에는 글루타민산, 알라닌 등의 기타 아미노산을 거의 포함하지 않은 L-글루타민만의 순수 아미노산을 함유하였다. 획득한 L-글루타민 결정 고형분 8.9kg에 물 60L를 첨가하여 L-글루타민을 용해하고, 용해한 결정 고형분 용해액을 여과 크기가 0.2μm인 세라믹 여과기를 사용하여 여과함으로써 고형분에 남아있는 불용성 성분을 완전히 제거한 L-글루타민 용해액[A] 95L를 얻었다. 다음으로, 데칸터로 분리하여 얻어진 상등액으로부터 L-글루타민을 회수하기 위해 상등액 79L에 묽은 염산을 사용, pH를 3.5로 조절한 후 결정 고형분에서와 마찬가지로 여과 크기가 0.2μm인 세라믹 여과기로 여과시켜 균체를 제거한 L-글루타민 용해액 95L를 얻었다. 상기 용해액을 강산성 양이온 교환수지(H+형)인 S1468에 흡착시키고, 2.5% 암모니아수로 용리함으로써 당류 및 이온 성분 등의 불순물을 제거하고, 약염기성 음이온 교환수지(OH-형)인WA30에 통액시켜 탈색처리한 후 진공감압농축 및 결정화하고 결정 수세액은 S1468 및 WA30 수지로 재처리함으로써 수분이 함유된 L-글루타민 결정[B] 4.0kg을 획득하였다. 상기 L-글루타민 결정[B]을 앞에서 데칸터로 분리하여 얻어진 결정 고형분 부분의 L-글루타민 용해액[A]과 혼합하여 용해한 후 강염기성 음이온 교환수지인 M600을 사용하여 통액시키고, 묽은 염산을 사용하여 용리함으로써 잔류 색도 물질 및 불순물을 제거한 순수 L-글루타민 용액을 얻었다.
수지를 통과한 액을 진공 감압농축하고 증발결정화한 후, 여과건조한 결과 순도 98.5% 이상의 고순도 L-글루타민 5408g을 제조하였다.(수율: 발효액 기준 84%)
본 발명에 의하면 글루타민 분해효소의 활성을 억제시켜 발효액내에서의 글루타민산의 생성을 억제하고, 저온 및 안정적인 pH 범위내에서도 L-글루타민을 고순도 및 고수율로 정제하는 것이 가능해진다.

Claims (8)

  1. L-글루타민의 발효액으로부터 L-글루타민을 정제하는 방법에 있어서,
    L-글루타민 발효액에 저급알코올을 첨가하여 발효액내의 L-글루타민을 결정화하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 L-글루타민의 정제방법
  2. 제 1항에 있어서,
    알코올은 C1∼C3인 저급알코올에서 선택되는 적어도 하나 이상의 성분을 포함함을 특징으로 하는 L-글루타민의 정제방법
  3. 제 1항에 있어서,
    알코올은 5∼50중량% 첨가됨을 특징으로 하는 L-글루타민의 정제방법
  4. 제 1항에 있어서,
    알코올 첨가 후 발효액의 pH는 5.0∼6.0의 범위로 유지함을 특징으로 하는 L-글루타민의 정제방법
  5. 제 1항에 있어서,
    알코올 첨가 후 발효액의 온도는 25℃이하로 유지함을 특징으로 하는 L-글루타민의 정제방법
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 단계를 거쳐 결정화된 L-글루타민을 재용해한 후 재결정화하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 L-글루타민의 정제방법
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 단계를 거쳐 결정화된 L-글루타민을 재용해한 후 강염기성 음이온 교환수지로 정제하는 단계; 상기 정제된 L-글루타민을 결정화하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 L-글루타민의 정제방법
  8. 제 6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 단계를 거쳐 결정화된 L-글루타민의 재용해액에 모액으로부터 추가로 결정화한 L-글루타민을 혼합하여 재용해하여 결정화하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 L-글루타민의 정제방법
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113968794A (zh) * 2021-12-02 2022-01-25 大连医诺生物股份有限公司 一种分离纯化谷氨酰胺的工艺方法

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