KR20080018936A - 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤을 이용한 1,3-프로판디올 제조방법 - Google Patents

바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤을 이용한 1,3-프로판디올 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 생물학적 디젤 오일의 부산물인 조 글리세린을 후속 조치 없이 1,3-프로판디올의 발효 공정의 기질로서 사용하는 단계; 생물학적 디젤 오일의 부산물인 조 글리세린을 함유하는 종균 배양 배지에 1,3-프로판디올의 생산 박테리아를 접종하여 배양하는 단계; 및 생물학적 디젤 오일의 부산물인 조 글리세린을 함유하는 초기 발효 배지에 상기 종균 배양물을 첨가하여 발효시키는 단계; pH를 6.8 내지 8.0의 범위에서 조절하고, 발효 후에1,3-프로판디올을 배지로부터 분리 및 정제하여 획득하는 단계를 포함하는 1,3-프로판디올 제조방법을 개시한다.
바이오디젤, 1,3-프로판디올, 부산물, 조 글리세롤, 배양

Description

생물학적 디젤 오일의 부산물인 글리세린을 이용한 1,3-프로판디올 제조방법{Method for preparing 1,3-propanediol by using glycerine as the by-product of the biological diesel oil}
본 발명은 생화학적 공학 분야에 관한 것이다. 상세하게는, 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤(crude glycerol) 을 이용한 1,3-프로판디올을 제조하는 방법에 관한 것이다.
재생 에너지원의 하나인 바이오디젤은 도 1에서 보여지는 바와 같이, 식물성 기름, 동물성 지방 또는 식용 기름과 같은 폐유로부터 만들어진다.
바이오디젤은 미국, 유럽, 일본과 같은 많은 국가 및 지역에서 청정 재생 에너지로서 광범위하게 사용되고 있다. 지금까지, 바이오디젤은 중국에서 공업화되지 못하였다. 바이오디젤 제조 방법은 주로 다음과 같은 화학적 방법, 생물학적 방법 및 초임계적 방법(supercritical method)을 포함한다.
(1) 현재 산업에서 주로 사용되는 화학적 방법은, 식물성 기름 또는 동물성 기름의 글리세롤-그룹을 메탄올 또는 에탄올과 같은 저 탄소 알코올에 의해 치환하여 산성 또는 염기성 촉매를 이용하는 에스테르교환(transesterification)에 의해 상응하는 지방산 메틸 에스테르(fatty acid methyl esters) 또는 지방산 에틸 에스테르(fatty acid ethyl esters)를 생산한다(Ma F, Hanna M A. Biodiesel production: a review. Bioresource Technology, 1999, 70: 1~15).
(2) 생물학적 방법에서, 생물학적 효소 또는 세포들은 에스테르교환 반응을 촉진시키는데 사용되고, 대응하는 지방산 메틸 에스테르 또는 지방산 에틸 에스테르가 제조된다 (Ma F, Hanna M A. Biodiesel production: a review. Bioresource Technology, 1999, 70: 1~15).
(3) 초임계적 방법에서, 에스테르교환 반응은 어떠한 촉매도 수반하지 않는 초임계 용매 시스템에서 이루어진다(Saka S, Kusdiana D. Biodiesel fuel from rapeseed oil as prepared in supercritical methanol. Fuel, 2001, 80 (2): 225~231；Kusdiana D, Saka S. Kinetics of transesterification in rapeseed oil to biodiesel fuel as treated in supercritical methanol. Fuel, 2001,80 (5): 693~698；Miao Xiao-ling, Wu Qing-yu, Exploitation of biomass renewable energy sources of microalgae. Renewable Energy, 2003, No.3: 13~16).
상기 방법들을 사용하여 바이오디젤을 생산하는 과정에서, 부산물인 글리세롤이 획득된다. 바이오디젤 생산이 점진적으로 성장함에 따라, 글리세롤 생산이 상대적으로 증가하고 있다. 바이오디젤 생산의 부산물인 글리세롤을 효율적으로 이용 하는 방법은 막대한 바이오디젤 산업의 공통된 문제점이다.
유기용매로서, 1,3-프로판디올(1,3-propanediol, PDO)은 인쇄용 잉크, 염색, 코팅, 윤활제, 및 내한제(anti-freeze agent)의 분야에서와 같은 산업에서 중요한 화학적 원료이다. 1,3-프로판디올은 폴리에스테르와 폴리우레탄의 합성, 특히 테레프탈산(terephthalic acid)과 1,3-프로판디올의 중합에 의한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(poly (trimethylene terephthalate); PTT)의 합성, 에서 모노머 1,2-프로판디올, 부탄디올, 또는 에탄디올의 중합에 의해 얻어지는 전통적인 폴리머에 대하여 유익한 특성을 과시하면서 모노머로서 주로 사용된다. 매년 수천만 톤의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)가 전세계적으로 소비된다. PTT는 PET에 필적하는 화학적 안정성과 생물학적 분해성을 갖지만, 자외선 저항성뿐만 아니라 환경 저항성, 연성, 및 탄성 복원력 면에서 더 유리하다. 게다가, PTT 섬유는 내마모성(wear-resistance), 저 흡수성, 및 약한 정전기의 이점을 가지며, 카펫 산업에서 나일론과 경쟁할 수 있다. 또한, PTT는 불직포(non-woven fabrics), 엔지니어링 플라스틱, 의류, 가구 장식품, 패딩, 및 직물에 사용될 수 있다. PTT는 미국에서 1998년의 6대 석유화학 제품들(1998's Six New Petrochemical Products) 중의 하나로 평가되었고, PET의 대체상품으로 여겨진다.
PTT의 우수한 성능과 상업적 잠재성은 50년 전 일찍부터 인식되어왔다. 1,3-프로판디올 생산의 어려움과 고비용으로 인해 PTT를 산업적 스케일로 생산하는 것 이 어렵다. 최근, 듀폰(DuPont)사와 쉘(Shell) 만이 옥산(oxane) 또는 프로펜(propene)을 원료로 사용하여PTT의 생산을 위한 1,3-프로판디올을 대량으로 합성할 수 있다. 화학적 합성방법의 손해는 예를 들어, 더 많은 부산물, 열등한(poor) 선택도, 작업을 위해 요구되는 고온 및 고압, 설비의 과도한 투자, 비재생(non-renewable) 원료, 및 다른 경로의 중간체인 옥산 및 아크롤레인(acrolein)의 가연적, 폭발적, 또는 극단적인 유독성을 포함한다. 발효(fermentation)에 의한 1,3-프로판디올의 생산은 높은 선택도 및 온순한 작업 조건 때문에 최근 수년간 관심의 초점이 되어왔다. 현재, 발효에 의해 글리세롤로부터1,3-프로판디올을 생산하는 주요한 루트는 다음을 포함한다.
1) 엔테로박테리아(Enterobacteria)를 사용하는 혐기성(anaerobic) 조건하에서 발효에 의해 글리세롤을 1,3-프로판디올로 전환(USP5254467, EP0373230 A1).
2) 클렙시엘라(Klebsiella)와 같은 혐기성 박테리아를 사용하는 혐기성 조건하에서 발효에 의한 1,3-프로판디올의 생산(Ruch et al. Regulation of glycerol catabolism in Klebsiella aerogenes. J Bacteriol. 1974,119(1):50~56; Streekstra et al. Overflow metabolism during anaeric growth of Klebsiella pneumoniae NCTC418 on glycerol and dihydroxyacetone in chemostat culture. Arch Microbiol. 1987,147:268~275; Zeng et al. Pathway analysis of glycerol fermentation by Klebsiella pneumoniae: Regulation of reducing equivalent balance and product formation. Enzyme Microbiol Technol. 1993,15:770~779).
3) 미호기성(microaerobic) 조건하에서 발효에 의한 1,3-프로판디올의 생 산(Wang Jian-feng et al, Study on microaerobic conversion of glycerol to 1,3-propanediol by Klebsielle pneumoniae. Modern Chemical Industry, 2001, 21 (5): 28-31. Xiu Zhi-long et al, A method of production of 1,3-propanediol by fermentation using microbes under microaerobic condition, Chinese Patent Publication No. : CN1348007).
4) 클렙시엘라(Klebsiella)를 사용하는 혐기성 조건하에서 발효에 의한 1,3-프로판디올 및 2,3-부탄디올의 제조((Biebl et al. Fermentation of glycerol to 1,3-propanediol and 2,3-butanediol. Appl Microbiol Biotechnol,1998,50:24~29).
상기 루트에서 사용되는 원료는 글리세롤 시약 또는 글리세롤을 함유하는 발효 배양액으로부터 전부 나온다. 지금까지, 발효에 의해 바이오디젤 제조의 부산물인 조 글리세롤로부터 1,3-프로판디올을 제조하는 것에 대한 어떠한 보고도 없다. Xiu Zhi-long et al 는, 바이오디젤 생산의 부산물을 얇은 막(membrane)을 통하여 필터링함으로써 글리세롤을 분리할 수 있고 발효에 의해 1,3-프로판디올을 생산하는 데에 사용할 수 있으나, 상기 방법은 얇은 막 필터의 비용 및 얇은 막의 세척 및 재생의 어려움으로 인하여 실행하기 어렵다고 제안하였다(Xiu Zhi-long et al, A linked method of production of biodiesel and 1,3-propanediol, Chinese Patent Publication No. CN1648207A). 더욱이, 두 프로세스를 동시에, 특히 대량으로 생산하는 것이 매우 어렵다.
본 발명은 글리세롤의 분리 및 정제의 소비를 절감하고, 비용을 효율적으로 감소할 수 있는, 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤의 직접적인 사용에 의한 1,3-프로판디젤 제조방법을 제공한다. 상기 방법은 바이오디젤 및 1,3-프로판디올의 통합제조에 유용하다.
본 발명은 바이오디젤의 생산 중에 생성되는 부산물인 조 글리세롤이 1,3-프로판디올로 더 전환되므로 글리세롤의 분리 및 정제의 소비가 절감되고 제조비용이 효율적으로 감소되는, 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤을 직접적으로 사용하여 1,3-프로판디올 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 바이오디젤 및 1,3-프로판디올 모두를 저렴한 원료로부터 제조하는, 바이오디젤 및 1,3-프로판디올의 통합된 생산에서 사용될 수 있다. 원료 및 글리세롤의 유용성은 증가되고, 생산비용은 감소된다.
본 발명은 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤을 직접적으로 사용하여 1,3-프로판디올을 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법을 사용함으로써, 후속 처리 없이 조 글리세롤을 1,3-프로판디올을 생산하는 데 직접적으로 사용될 수 있다. 조 글리세롤은 화학적 방법, 생물학적 방법 또는 초임계적 방법에 의한 바이오디젤 생산으로부터의 부산물이다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어서, 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤을 기질(substrate)로서 사용하는 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올의 제조방법을 제공한다. 상기 방법은, (a) 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤을 함유하는 종균 배지(seed medium)에 1,3-프로판디올 생산 박테리아 균주(starin)를 접종하는 단계, (b) 바이오디젤의 생산의 부산물인 조 글리세롤을 함유하는 발효 배지(fermentation medium)에 상기 종균 배양물(seed culture)을 첨가하고, 발효하는 단계, 및 (c) 1,3-프로판디올을 분리 및 정제하는 단계를 포함한다.
본 발명은 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤을 직접적으로 사용하여 1,3-프로판디올 제조방법을 제공한다. 본 발명의 방법에 따르면, 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤은 후속 처리 없이 1,3-프로판디올을 제조하는 데 이용될 수 있다. 상기 조 글리세롤은 화학적 방법, 생물학적 방법 또는 초임계적 방법을 이용하는 바이오디젤 생산의 부산물일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명은 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤이 기질로서 사용되는 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올의 제조방법을 제공한다. 상기 방법은 (a) 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤을 함유하는 종균 배지에 1,3-프로판디올-생산 박테리아 균주를 접종하는 단계, (b) 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤을 함유하는 발효 배지에 상기 종균 배양물을 첨가하고, 발효하는 단계, 및 (c) 1,3-프로판디올을 분리 및 정제하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤은 바이오디젤의 생산 중에 생산되는 부산물인 조 글리세롤이다.
일 실시예에 있어서, 상기 1,3-프로판디올-생산 균주는 클렙시엘라 느모니애(Klebsiella pneumoniae), 클로스트리듐 브티리쿰(Clostridium butyricum) 및 클로스트리듐 파스트리아늄(Clostridium pasteurianum)으로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤은 후속 처리 없이 유가식(fed-batch) 발효가 이루어지는 동안 기질로서 직접적으로 사용된다.
일 실시예에 있어서, 상기1,3-프로판디올-생산 박테리아 균주는 16~20시간 동안 30~37℃에서 배양된다.
일 실시예에 있어서, 발효 배지에 함유된 글리세롤은 10~30 g/L 의 농도를 갖는, 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤이다.
일 실시예에 있어서, (b)단계에서 상기 발효가 이루어지는 동안 pH는, 바람직하게 3~4M의 알칼리성 용액 또는 암모니아에 의해, 6.8~8.0의 범위에서 유지된다.
일 실시예에 있어서, (b)단계에서 상기 발효는 혐기성 또는 호기성 조건하에서, 30~37℃에서 이루어진다.
일 실시예에 있어서, (b)단계에서 발효 배양액 중 글리세롤의 농도는 조 글리세롤, 또는 조 글리세롤 및 글루코스의 혼합물의 공급에 의해 10~40 g/L로 유지되고, 바람직하게는 혼합물에서 글루코스 : 글리세롤의 농도비가 5~10:1이다.
일 실시예에 있어서, 1,3-프로판디올은 탈염(desalination), 증류(distillation), 및 진공 정류(vacuum rectification)에 의해 분리 및 정제된다.
일 실시예에 있어서, 2,3-부탄디올, 젖산, 아세트산, 에탄올 또는 숙신산과 같은 다른 부산물들이 획득된다.
바람직한 실시예에 있어서, 본 발명은 바이오디젤 생산의 발효 작용 중에 부산물인 조 글리세롤을 직접적으로 사용하여 1,3-프로판디올 제조방법을 제공한다. 상기 방법은, 조 글리세롤이 발효에 의해 1,3-프로판디올을 제조하기 위한 발효 기질 및 유기식 발효가 이루어지는 중에 먹이 기질(feeding substrate)로서 직접적으로 이용되는 것을 특징으로 하고, 다음과 같은 단계를 포함한다.
(a) 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤을 함유하는 종균 배지에 공통적으로 사용되는 클렙시엘라 느모니애, 클로스트리듐 브티리쿰 및 클로스트리듐 파스트리아늄으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 1,3-프로판디올-생산 박테리아 균주를 접종하고, 바람직하게 16~20시간 동안 30~37℃에서 배양하는 단계;
(b) 조 글리세롤을 함유하는 발효 배지에 상기 종균 배양물을 첨가하고, 혐기성 또는 호기성 조건하에서 바람직하게 30~37℃에서 발효시키는 단계; 유기식 발효 작용 동안에 조 글리세롤, 또는 조 글리세롤 및 글루코스의 혼합물(글리세롤 : 글루코스의 농도비는 5 ~ 10 : 1이다)을 공급하고, 발효 배양액에서 글리세롤의 농도를 10~40 g/L의 범위에서 유지하는 단계; 및 바람직하게 3~4M의 알칼리성 용액 또는 암모니아로 pH를 6.8~8.0의 범위로 제어하는 단계;
(c) 발효 후에, 탈염, 증류 및 진공 정류에 의해 1,3-프로판디올을 분리 및 정제하고, 동시에 2,3-부탄디올, 젖산, 아세트산, 에탄올 또는 숙신산과 같은 다른 부산물을 회수하는 단계.
1,3-프로판디올을 생산하기 위한 상기 발효에서 기질은 화학적 방법, 생물학적 방법 또는 초임계적 방법을 사용하는 바이오디젤 생산에서 생산되는 부산물인 조 글리세롤이다.
본 발명에서, 조 글리세롤은 후속 처리 없이 직접적으로 사용된다. 조 글리세롤의 일부는 발효 기질로 이용되고, 나머지는 유기식 발효가 이루어지는 동안 먹이 기질로 이용된다.
본 발명에 따른 방법은 바이오디젤 및 1,3-프로판디올의 통합된 제조에서 유용하다.
본 발명에 따른 방법의 이점은, 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤에 의해 1,3-프로판디올이 생산되고, 2,3-부탄디올, 젖산, 아세트산, 에탄올, 또는 숙신산과 같은 다른 범용 화학제품이 상기 발효과정 중에 부산물(co-products)로서 생성된다는 점에 있다. 본 발명의 방법에 따르면, 글리세롤의 정제 비용이 절감되고, 1,3-프로판디올의 제조비용이 효율적으로 감소된다. 만일 상기 방법이 바이오디젤 및 1,3-프로판디올의 통합된 생산에 사용된다면, 원료의 이용 효율 및 바이오디젤의 생산 효율이 향상될 것이고, 제조비용은 크게 감소될 것이다.
정의
여기서 사용되는 용어 "바이오디젤"은 식물성 기름, 동물성 기름 및 폐유로부터 제조되는 재생 에너지원을 언급한다
여기서 사용되는 용어 "바이오디젤 생산의 부산물인, 조 글리세롤"은 바이오디젤 생산 중에 획득되는 부산물인, 정제되지 않은 글리세롤을 말한다.
도 1은 에스테르교환에 의해 식물성 기름 및 동물성 지방으로부터 바이오디젤을 생산하는 개요를 설명한다.
본 발명은 다음의 실시예에 의해 더욱더 설명될 것이다. 다음의 실시예에 있어서, 글리세롤은 바이오디젤을 생산하는 과정에서 만들어지는 부산물인 조 글리세롤이다. 이스트(yeast) 추출물은 원저우 진주 콩디망 컴퍼니(Wenzhou Jinju Condiment Company)로부터 구입되었다. K2HPO4은 창샤 유타이 인더스트리 컴퍼니(Changsha Yutai Industry Company)로부터 구입되었다. KH2PO4는 창샤 까오셩 케미컬 컴퍼니(Changsha Gaosheng Techniqure Chemical Company)로부터 구입되었다. MgSO4는 텐진 창허 케미컬 컴퍼니(Tianjin Changhe Chemical Company)로부터 구입되었다. (NH4)2SO4는 시노팩 바링 브랜치 컴퍼니(Sinopec Baling Branch Company)로부터 구입되었다. 소포제(Anti-foamer)는 절강 대학교(Zhejiang University)의 케미컬 플랜트(Chemical Plant)로부터 구입되었다. 글루코스는 스좌장 후아잉 유니온 글르코스 컴퍼니(Huaying UnionGlucose Company)로부터 구입되었다. 다른 시약들은 바스 케미컬 컴퍼니(VAS Chemical Company)(중국)로부터 구입되었다.
실시예 1:
(1) 발효 및 유기식 발효 중에 공급을 위한 기질: 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤.
(2) 균주(Strain): 차이니즈 아카데미 오브 사이언시즈(Chinese Academy of Sciences), 미생물 연구소(Institute of Microbiology)로부터 구입된 클렙시엘라 느모니애(Klebsiella pneumoniae, ACCC10082).
(3)배지(Medium):
배지 조성 종균 배지(/l) 발효 배지(/l) 미량 요소 용액(mg/l)
글리세롤 20 g 10-30 g ZnCl2 70
K2HPO4·3H2O 4.45 g 2.225 g MnCl2·4H2O 100
(NH4)2SO4 2.0 g 2.0 g H3BO3 60
KH2PO4 1.3 g 0.65 g CoCl2·6H2O 200
MgSO4 ·7H2O 0.2 g 0.2 g NiCl2·6H2O 25
Yeast extract 1.0 g 1.5 g NiCl2·H2O 27.64
미량 요소 용액 2 ml 2 ml Na2MoO4·2H2O 35
CaCO3 2.0 g CuCl2·H2O 20
소포체 0.1 ml CuSO4·5H2O 29.28
HCl(37%) 0.9 ml
(3) 배양(culture):
A. 종균 배양: 클렙시엘라 느모니애는 바이오디젤 생산의 부산물인 20 g/L의 조 글리세롤을 함유하는 종균 배지(100ml 배지를 갖는 500ml 플라스크) 에 접종되고, 호기성 조건하에서 30 oC 및 150 rpm에서 20시간 동안 배양된다.
B: 발효: 4L 발효 부피를 갖는 5L 발효기(Biostat B, Germany)가 37 oC 에서 발효를 위해 사용되었다. KOH는 pH 6.8을 유지하기 위해 사용되었다. 종균 배양물은 바이오디젤 생산의 부산물인, 조 글리세롤 30g/L을 함유하는 발효 배지에 접종 되었다. 유기식 발효가 이루어지는 동안, 바이오디젤 생산의 부산물인, 글루코스 및 조 글리세롤이 공급되었고, 여기서 글리세롤:글루코스의 농도비는 8:1이었고, 공급 속도는 발효 배양액에서 글리세롤의 농도가 30 g/L로 유지되도록 조정되었다. 상기 발효는 0.2vvm 질소로 포화된 혐기성 조건하에서 수행되었다.
(4)결과:
발효 후에, 상기 발효 배양액에서 1,3-프로판디올의 농도는 44 g/l에 도달했다. 1,3-프로판디올의 몰랄 수율(molar yield)은 0.45였고, 생산성은 0.8g/l/h였다(발효 제품의 측정방법은 (Liu, Dehua et al., Substrate inhibition in fermentation of 1,3-propanediol and countermeasures to it, Modern Chemical Industry, 2002 (7): 34-38)에 기술되어 있다).
실시예2:
(1) 발효 및 유기식 발효 중에 공급을 위한 기질: 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤.
(2) 균주 및 배지는 실시예 1에서의 균주 및 배지와 동일하였다.
(3) 배양:
A. 종균 배양: 클렙시엘라 느모니애는 바이오디젤 생산의 부산물인 20 g/L의 조 글리세롤을 함유하는 종균 배지(100ml 배지를 갖는 500ml 플라스크) 에 접종되고, 호기성 조건하에서37 oC , 150 rpm 에서 16시간 동안 배양된다.
B: 발효: 4L 발효 부피를 갖는 5L 발효기는 37 oC 에서 발효를 위해 사용되었다. KOH는 pH 8.0을 유지하기 위해 사용되었다. 종균 배양물은 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤 30g/L을 함유하는 발효 배지에 접종되었다. 유기식 발효가 이루어지는 동안, 바이오디젤 생산의 부산물인, 글루코스 및 조 글리세롤이 공급되었고, 여기서, 글리세롤: 글루코스의 농도비가 10:1이었고, 공급 속도는 발효 배양액에서 글리세롤의 농도가 30 g/L 에서 유지되도록 조정되었다. 처음 32시간의 발효 동안, 상기 발효는 0.2vvm질소로 포화된 혐기성 조건에서 수행되었다. 32시간 후, 상기 발효는 0.2vvm 공기로 포화된 호기성 조건에서 수행되었다
(4) 결과:
발효 후에, 발효 배양액에서 1,3-프로판디올의 농도는 64 g/l에 도달했다. 1,3-프로판디올의 몰랄 수율은 0.51이었고, 생산성은 0.95g/l/h였다.
실시예 3:
(1) 발효 및 유기식 발효 중에 공급을 위한 기질: 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤.
(2) 균주 및 배지는 실시예 1에서의 균주 및 배지와 동일하였다.
(3) 배양:
A. 종균 배양: 클렙시엘라 느모니애는 바이오디젤 생산의 부산물인 20 g/L의 조 글리세롤을 함유하는 종균 배지(100ml 배지를 갖는 500ml 플라스크) 에 접종되 고, 호기성 조건하에서 30 oC , 150 rpm 에서 16시간 동안 배양된다.
B: 발효: 40L 발효 부피를 갖는 50L 발효기(Biostat B, Germany)는 37 oC 에서 발효를 위해 사용되었다. KOH는 pH 7.0을 유지하기 위해 사용되었다. 종균 배양물은 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤 10g/L을 함유하는 발효 배지에 접종되었다.
유기식 발효가 이루어지는 동안, 바이오디젤 생산의 부산물인, 글루코스 및 조 글리세롤이 공급되었고, 여기서, 글리세롤:글루코스의 농도비는 10:1이었고, 공급 속도는 상기 발효 배양액에서 글리세롤의 농도가 처음 10~16시간에서 10 g/L로, 16시간 이후에는 30 g/L로 유지되도록 제어되었다. 상기 발효가 이루어지는 동안, 0.5vvm 공기가 포화되었다.
(4) 결과:
발효 후에, 상기 발효 배양액에서 1,3-프로판디올의 농도는 67 g/l였다. 1,3-프로판디올의 몰랄 수율은 0.59였고, 생산성은 1g/l/h였다.
실시예 4:
(1) 발효 및 유기식 발효 중에 공급을 위한 기질: 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤.
(2) 균주 및 배지는 실시예 1에서의 균주 및 배지와 동일하였다.
(3) 배양:
A. 종균 배양: 클렙시엘라 느모니애는 바이오디젤 생산의 부산물인 20 g/L의 조 글리세롤을 함유하는 종균 배지(100ml 배지를 갖는 500ml 플라스크) 에 접종되고, 호기성 조건하에서 30 oC , 150 rpm 에서 16시간 동안 배양된다.
B: 발효: 350L 발효 부피를 갖는 500L 발효기는 37 oC 에서 발효를 위해 사용되었다. KOH는 pH 7.0을 유지하기 위해 사용되었다. 종균 배양물은 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤 20g/L을 함유하는 발효 배지에 접종되었다. 유기식 발효가 이루어지는 동안, 글루코스 및 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤이 공급되었고, 여기서, 글리세롤:글루코스의 농도비가 10:1이었고, 공급 속도는 상기 발효 배양액에서 글리세롤의 농도가 처음 10~16시간에서 10 g/L로, 16시간 이후에는 30 g/L로 유지되도록 제어되었다. 상기 발효가 이루어지는 동안, 0.5vvm 공기가 포화되었다.
(4) 결과:
발효 후에, 상기 발효 배양액에서 1,3-프로판디올의 농도는 63.2 g/l에 도달했다. 1,3-프로판디올의 몰랄 수율은 0.60이었고, 생산성은 1.1g/l/h였다.

Claims (17)

  1. 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤을 이용하여 1,3-프로판디올을 제조하는 방법은,
    (a) 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤을 함유하는 종균 배양 배지에 1,3-프로판디올-생산 박테리아 균주를 접종하는 단계,
    (b) 바이오디젤의 생산의 부산물인 조 글리세롤을 함유하는 발효 배지에 상기 종균 배양물을 첨가하고, 발효시키는 단계, 및
    (c) 1,3-프로판디올을 분리 및 정제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤은 바이오디젤의 생산에서 생산되는 부산물인 조 글리세롤인 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, (a)단계에서 상기 1,3-프로판디올-생산 박테리아 균주는 클렙시엘라 느모니애(Klebsiella pneumoniae), 클로스트리듐 브티리쿰(Clostridium butyricum) 및 클로스트리듐 파스트리아늄(Clostridium pasteurianum )으로 구성되 는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, (a)단계에서 상기 박테리아 균주는 16~20시간 동안 30~37℃에서 배양되는 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, (b)단계에서 발효 배지는 10~30 g/L 의 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤을 함유하는 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, (b)단계에서 발효가 이루어지는 동안 pH는 6.8~8.0의 범위에서 유지되는 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, pH는 3~4M의 알칼리성 용액 또는 암모니아를 사용하여 유지하는 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, (b)단계에서 발효는 혐기성 또는 호기성 조건 하에서 30~37℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서, (b)단계에서 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤, 또는 조 글리세롤 및 글루코스의 혼합물이 공급되고, 발효 배양액에서 상기 글리세롤의 농도는 10~40 g/L로 유지되는 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 혼합물에서 상기 글루코스 및 글리세롤의 농도비는 5~10:1인 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올 제조방법.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 1,3-프로판디올은 탈염, 증류, 및 진공 정류에 의해 분리 및 정제되는 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올 제조방법.
  12. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    2,3-부탄디올, 젖산, 아세트산, 에탄올 또는 숙신산의 부산물들이 생산되는 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올 제조방법.
  13. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    바이오디젤 생산에서 생산되는 부산물인 조 글리세롤은 후속 처리 없이 유기식 발효가 이루어지는 동안 먹이 기질로서 공급되는 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올 제조방법.
  14. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 1,3-프로판디올의 발효 제조를 위한 조 글리세롤 기질은,
    화학적 방법, 생물학적 방법 또는 초임계적 방법에 의한 바이오디젤 생산에서 생산되는 부산물로서 후속으로 처리되지 아니한 조 글리세롤인 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올 제조방법.
  15. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤은 1,3-프로판디올의 발효 제조를 위한 기질로서 사용되고, 상기 제조 방법은,
    (a) 클렙시엘라 느모니애(Klebsiella pneumoniae), 클로스트리듐 브티리쿰(Clostridium butyricum) 및 클로스트리듐 파스트리아늄(Clostridium pasteurianum)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 균주를 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤을 함유하는 종균 배지에 접종하고, 16~20시간 동안 30~37℃에서 배양하는 단계;
    (b) 바이오디젤의 생산의 부산물인 조 글리세롤을 함유하는 발효 배지에 상기 종균 배양물을 첨가하고, 혐기성 또는 호기성 발효를 위해 30~37℃에서 배양하는 단계; 및
    (c) 발효 후에, 탈염, 증류 및 진공 정류에 의해 1,3-프로판디올을 분리 및 정제하고, 2,3-부틸렌글리콜, 젖산, 아세트산, 에탄올 또는 숙신산과 같은 다른 부산물을 획득하는 단계를 포함하고,
    상기 (b) 단계에서 조 글리세롤, 또는 조 글리세롤 및 글루코스의 혼합물이 공급되어 발효 배양액에서 글리세롤의 농도는 10~40 g/L 로 유지되고, 상기 혼합물에서 글루코스 : 글리세롤의 농도비는 5 ~ 10 : 1 이고, pH를 6.8~8.0의 범위로 유지하기 위해 3~4M의 알칼리성 용액 또는 암모니아가 사용되는 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올 제조방법.
  16. 제 15항에 있어서, 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤은 유기식 발효가 이루어지는 동안에 먹이 기질로서 공급되는 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올 제조방법.
  17. 제 15항에 있어서, 1,3-프로판디올의 제조를 위한 발효 기질은 화학적 방법, 생물학적 방법 또는 초임계적 방법에 의한 바이오디젤 생산의 부산물인 조 글리세롤인 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올 제조방법.
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