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KR19980033943A - Method for preparing xylitol by microbial fermentation from hydrolyzate of corn cob - Google Patents

Method for preparing xylitol by microbial fermentation from hydrolyzate of corn cob Download PDF

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KR19980033943A
KR19980033943A KR1019960051790A KR19960051790A KR19980033943A KR 19980033943 A KR19980033943 A KR 19980033943A KR 1019960051790 A KR1019960051790 A KR 1019960051790A KR 19960051790 A KR19960051790 A KR 19960051790A KR 19980033943 A KR19980033943 A KR 19980033943A
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hydrolyzate
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담철곤
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Abstract

본 발명은 옥수수의 속대를 0.01∼0.2M의 황산용액으로 가수분해하고, 원심분리시켜 펄프를 제거한 후, NaOH로 중화시키고 염성분을 제거한 후 이온교환수지를 통과시켜 정제된 고농도의 자일로스 시럽을 기질로 하여 15∼35 g/L로 농축된 캔디다 파랍실로시스 KFCC-10875 균체를 사용하여 발효시킴을 특징으로 하는 자일리톨의 제조방법에 관한 것이다.The present invention hydrolyzes corncob in 0.01 ~ 0.2M sulfuric acid solution, centrifuged to remove pulp, neutralized with NaOH, removed salt and passed through ion exchange resin to purify high concentration of xylose syrup. It relates to a method for producing xylitol, characterized in that the fermentation is carried out using the Candida paroxypsis KFCC-10875 cells concentrated to 15 to 35 g / L as a substrate.

Description

옥수수 속대의 가수분해물로부터 미생물 발효에 의한 자일리톨의 제조 방법Method for producing xylitol by microbial fermentation from hydrolyzate of corn cob

제 1도는 옥수수 속대로부터 고농도의 자일로스를 얻기 위한 산 분해과정을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing an acid decomposition process for obtaining a high concentration of xylose from corn cobs.

본 발명은 캔디다 파랍실로시스 변이주(Candida parapsilosis KFCC 10875호)에 의하여 옥수수 속대로부터 얻어진 자일로스(xylose)의 농축물을 기질로 하여 자일리톨(xylitol)을 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing xylitol using as a substrate a concentrate of xylose obtained from corncob by Candida parapsilosis KFCC 10875.

자일리톨은 1891년 화학자 에밀 피셔(Emil Fisher)에 의하여 발견된 다섯 개의 탄소원자를 가진 당 알코올의 일종으로 C5H12O5의 화학식으로 표시되며, 주로 자일로스의 환원에 의하여 얻어진다. 자일리톨은 감미효과와 영양적인 가치가 설탕과 매우 유사하고 또한 몇 가지의 중요한 물리적, 화학적, 생화학적 특성을 지녀 1970년대부터 위생학자들과 영양학자들의 관심의 대상이 되고 있는 물질이다. 특히, 자일리톨은 용해될 경우 열 감소가 일어나기 때문에 입안에서 느끼는 청량감이 크고, 섭취후 대사과정 중에 인슐린(insulin) 필요하지 않기 때문에 당뇨병 환자가 이용할 수 있으며, 충치발생과 관련된 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)균의 생육을 저해하여 충치발생을 억제되는 특성으로 당뇨병 환자의 대용당, 제과 제품의 무설탕 원료, 치약 등에 사용되고 있다.Xylitol is a sugar alcohol with five carbon atoms discovered by the chemist Emil Fisher in 1891, and is represented by the formula C 5 H 12 O 5 , mainly obtained by reduction of xylose. Xylitol has been of interest to hygienists and nutritionists since the 1970s because its sweetness and nutritional value is very similar to sugar and has some important physical, chemical and biochemical properties. In particular, xylitol can be used by diabetics because it causes a great deal of cooling in the mouth because of heat loss when dissolved, and does not require insulin during metabolism after ingestion. It inhibits the growth of bacteria and suppresses the development of tooth decay. It is used for substitute sugar of diabetics, sugar-free raw materials of confectionery products, toothpaste, etc.

또한, 마이아르 반응(Maillard recation)에 대하여 화학적으로 무반응 하다는 것도 주목할만한 특성이며 단당류이기 때문에 설탕과 달리 전화될 수 없으며, 따라서 변질의 우려 없이 산성 환경에서도 사용할 수 있으며, 끊는 점이 95℃ 이기 때문에 변성되지 않고 끊는 점에 도달할 수 있어 당의(sugar-coating)를 입히는데 사용할 경우 특별히 물에 용해시켜 사용해야할 필요가 없다는 장점을 지닌다.It is also noteworthy that it is chemically non-reactive to Maillard recation, and because it is a monosaccharide, it cannot be converted unlike sugar, so it can be used in an acidic environment without fear of alteration. It can be reached without breaking down, which means that sugar-coating does not need to be dissolved in water.

자일리톨은 여러 가지의 과일이나 채소에 자연상태로 존재하지만 이 경우에는 극히 미량으로만 존재하기 때문에 이와 같이, 과일이나 채소로부터 추출하는것 산업적으로 경제성이 없다. 자일리톨을 추출법으로 생산할 수 없다는 점을 고려하여 자일로스로부터 자일리톨을 합성해 내는 방법을 생각하게 되었는데, 산업적으로 합성에 의한 자일리톨을 생산하는 방법은 다음과 같은 4단계를 통하여 식물성 원료에 포함되어 있는 자일란(xylan)을 가수분해되어 나온 자일로스를 이용하여 이루어진다.Xylitol exists naturally in various fruits and vegetables, but in this case only a very small amount, it is not industrially economic to extract from fruits or vegetables. In consideration of the fact that xylitol cannot be produced by the extraction method, we came up with a method of synthesizing xylitol from xylose.In industrially, the method of producing xylitol by synthesis is as follows. (xylan) is made using xylose that is hydrolyzed.

- 식물성 원료의 산 가수분해Acid hydrolysis of vegetable raw materials

- 가수분해로 얻어진 혼합물로부터의 자일로스의 분리정제Separation and Purification of Xylose from the Mixture Obtained by Hydrolysis

- 자일로스의 수소첨가 환원반응에 의한 자일리톨의 합성-Synthesis of Xylitol by Hydrogenation Reduction of Xylose

- 자일리톨의 분리 및 결정화-Separation and Crystallization of Xylitol

이론적으로 자일리톨은 화학적, 생화학적, 생물학적 방법 등 3가지의 방법에 의하여 자일로스로부터 환원반응에 의하여 자일리톨을 얻을 수 있다.In theory, xylitol can be obtained by xylitol reduction from xylose by three methods: chemical, biochemical and biological methods.

화학적 방법은 현재 산업적으로 자일리톨을 생산하는 방법으로서 식물성 원료의 가수분해물 중에 들어있는 자일로스를 고온 고압에서 붕화수소 나트륨 화합물 이나 라니-니켈(Raney Nickel)의 촉매 하에서 수소화 첨가반응에 의하여 생산된다. 화학적 방법은 기술의 세부내용과 상관없이 다가의 알코올류(poly-alcohol)의 혼합물이 생성되는데, 이 중에서 높은 순도의 자일리톨을 얻기 위해서는 다단계의 크로마토그라피를 시행한 후 결정화하여야 한다. 그러므로 대규모의 설비투자와 불가피하고 이로 인한 원가상승을 감수해야 한다. 따라서 산업적으로 식물성 원료의 가수분해물로부터 선별적으로 자일리톨만 전환시키는 것은 매우 중요하다. 식물성 원료의 가수분해물로부터 선별적으로 자일리톨만 전환하는 방법으로 생화학적인 방법 있는데 이 방법은 사용하는 효소가 불안정하고 조효소로 사용되는 NADPH나 NADH는 고가인 문제점이 있다. 이에 비하여 생물학적 방법은 고가의 방법이 아니고 식물성 원료의 가수분해물로부터 선별적으로 자일리톨만 전환시킬 수 있어 반응후의 자일리톨의 분리 정제과정을 매우 용이하게 할 수 있다.The chemical method is currently industrially producing xylitol, and is produced by hydrogenation of xylose contained in the hydrolyzate of vegetable raw materials under a catalyst of sodium hydrogen borohydride compound or Raney Nickel at high temperature and high pressure. Regardless of the technical details, chemical methods produce a mixture of polyalcohols, which must be crystallized after multistage chromatography to obtain high purity xylitol. Therefore, large-scale facility investment and inevitable cost increase should be paid. Therefore, it is very important industrially to selectively convert only xylitol from hydrolyzate of vegetable raw materials. It is a biochemical method to selectively convert only xylitol from hydrolyzate of vegetable raw materials. This method has an unstable enzyme and an expensive NADPH or NADH used as a coenzyme. On the other hand, the biological method is not an expensive method, and can only selectively convert xylitol from hydrolyzate of a vegetable raw material, thereby facilitating the separation and purification of xylitol after the reaction.

공(Gong)의 논문 Biotechnol. Bioeng., 25, 87 (1983)와 프리즈(Preez)의 논문 Enzyme Microb. Technol., 16, 944 (1994)에 의하면 자일리톨을 비교적 많이 생산할 수 있는 효모는 켄디다속의 블랑키(blankii), 귀리몬디(guilliermondii), 트롭피칼리스(tropicalis), 유틸리스(utilis)와 사카로마이세스(Saccharomyces)속의 바알리(bailii), 룩시(rouxii), 우바리움(uvarium)와 시조사카로마이세스(Schizosaccharomyces)속의 폼브(pombe)등이 있다. 이들 균주는 다른균주보다는 비교적 자일리톨의 생산수율이 높으나, 생산성은 0.3∼1.5 g/L-h로 낮은 단점 때문에 산업화에 어려움이 있다.Gong's paper Biotechnol. Bioeng., 25, 87 (1983) and Preez, Enzyme Microb. According to Technol., 16, 944 (1994), yeast that can produce relatively high amounts of xylitol are blankii, guilliermondii, tropicalis, utilis and saccharomyces of the Kendida genus. Baili in the Saccharomyces, rouxii, uvarium and pombe in the Schizosaccharomyces. These strains have a higher yield of xylitol than other strains, but are difficult to industrialize due to the disadvantage of low productivity of 0.3 to 1.5 g / L-h.

자일로스를 포함한 여러 당의 혼합물 중에서 자일로스만을 선별적으로 자일리톨로 만들어주는 미생물로 효모균의 자연종 (wild type)이나 변종 (mutant type)을 찾아보다는 여러 가지 시도가 있었는데, 공(Gong)의 논문 Biotechnol. Lett. 3, 130 (1981)에서 보고한 Candida tropicalis 변종을 자일로스를 함유한 YME (yeast-malt extract-peptone) 배지에서 배양한 경우 자일로스로부터 96%의 수율이 자일리톨을 얻었다고 보고하였으나, 여기에서는 3 g/L의 효모 추출물, 3 g/L의 맥아 추출물, 5 g/L의 펩톤 등을 포함하는 값비싼 배지여서 산업적인 적용이 불가능하고 250mL의 플라스크 규모결과이므로 산업화의 생산으로 응용하기에는 무리가 있다.Among the mixtures of sugars, including xylose, microorganisms that selectively make xylose into xylitol have been attempted rather than searching for wild type or mutant type of yeast. Gong's paper, Biotechnol . Lett. 3, 130 (1981), reported that 96% yield of xylitol was obtained from xylose when the Candida tropicalis strain was cultured in xylose-containing yeast-malt extract-peptone medium. Expensive medium containing g / L yeast extract, 3 g / L malt extract, 5 g / L peptone, etc., which is impossible to apply industrially and because of the 250 mL flask scale result, it is not suitable for industrial production. .

또한 공(Gong)은(J. Food Sci. 50, 226 (1985)) 사탕수수 가수부내물로부터 자일리톨을 얻을 수 있는 가능성을 연구하였다. 가수분해 생성물에 의해 적응된 Candida sp. B-22를 사용하여 91.9%의 높은 수율을 얻었으나, 사용된 배양액은 30 g/L의 포도당과 47 g/L의 아라비노스(arabinose)가 존재할 뿐 아니라 사용한 배지가 고가의 물질(3 g/L의 효모 추출물, 3 g/L의 맥아 추출물, 5 g/L의 펩톤)이고, 사용된 접종량이 1∼3×108세포/mL 수준이므로 이 접종량의 세포를 준비하려면 막대한 비용이 소모된다. 또한 실험을 250 mL의 플라스크에서 수행하여서 산업화와는 거리가 있다.Gong (J. Food Sci. 50, 226 (1985)) also studied the possibility of obtaining xylitol from sugar cane hydrolysates. Candida sp., Adapted by hydrolysis products. A high yield of 91.9% was obtained with B-22, but the culture medium used contained 30 g / L of glucose and 47 g / L of arabinose and the medium used was expensive (3 g / L). L yeast extract, 3 g / L malt extract, 5 g / L peptone), and the amount of inoculation used is 1 to 3 × 10 8 cells / mL, thus preparing a large amount of cells for this inoculation amount. The experiment was also carried out in a 250 mL flask, far from industrialization.

이와 같이, 현재까지 실험실에서 생물학적 방법에 의한 자일로스로부터 자일리톨의 생산과 관련한 여러 보고들이 비록 당 혼합물에서 선별적으로 자일리톨로 변화시킨다는 가능성을 보여주기는 했으나, 산업적인 측면에서 아직까지 사용 가능한 공정(process)을 만들지는 못한다.As such, to date laboratory reports on the production of xylitol from xylose by biological methods have shown the possibility of selectively converting sugar mixtures to xylitol, but industrially available processes ( it does not create a process.

본 발명자들은 캔디다 파랍실로시스(Candida parapsilosis)의 자연종으로부터 변종을 찾아내어 (특허출원 제95-37516호 개시) 상기 변이주의 자일리톨의 생산을 위한 최적 배지 및 배양조건에 관하여 특허출원 제96-13638호에 개시하였고, 발효후 균체를 농축하거나 발효과정중에 균체를 농축하는 방법으로 자일리톨의 생산성을 증가시켜 특허출원 제96-30577호에 개시하였고, 발효과정중의 산소분압의 조절에 의한 자일리톨 최적화에 대하여 특허출원 제95-37516호에 개시하였으며, 산소분압의 조절범위가 좁아 제어가 어렵기 때문에 산소분압과 일정관계가 있으며 조절이 용이한 산화환원전위의 조절에 의한 자일리톨의 제조방법에 관하여 특허출원 제96-30578호에 개시한바 있으며, 관련 돌연변이주는 한국종균 협회에 KFCC-10875호로 기탁한 바 있다.The inventors have found a strain from a natural species of Candida parapsilosis (disclosed in patent application No. 95-37516), and the patent application No. 96-13638 for the optimum medium and culture conditions for the production of the mutant xylitol. It is disclosed in Korean Patent Application No. 96-30577 by increasing the productivity of xylitol by the method of concentrating the cells after fermentation or concentrating the cells during fermentation, and optimizing the xylitol by controlling the oxygen partial pressure during fermentation. Patent Application No. 95-37516 discloses a patent application for a method of preparing xylitol by controlling the redox potential, which has a certain relationship with the oxygen partial pressure and is easy to control because the control range of oxygen partial pressure is narrow. As disclosed in No. 96-30578, the relevant mutant strain was deposited with KFCC-10875 to the Korean spawn association.

현재까지의 발효방법은 대부분 상업적인 자일로스의 완제품을 가지고 발효를 수행한 것으로서 자일로스의 완제품의 가격이 고가여서 생산원가를 맞출 수 없다는 단점을 가진다. 따라서 본 발명자들은 자일로스가 비교적 많이 함유된 옥수수 속대(corn corp)의 가수분해물로부터 캔디다 파랍실로시스 KFCC-10875호를 이용하여 자일리톨을 제조하는 방법을 완성하였다.Most fermentation methods to date have been carried out with commercial products of xylose, which has the disadvantage of not being able to meet the cost of production due to the high price of the finished product of xylose. Therefore, the present inventors have completed a method for preparing xylitol from the hydrolyzate of corn corp, which contains relatively high amounts of xylose, using Candida paroxylosis KFCC-10875.

본 발명의 목적은 옥수수의 속대를 0.01∼0.2M의 황산용액으로 가수분해하고 원심분리시켜 펄프를 제거한 후 NaOH로 중화시키고 염분성을 제거한 후 이온교환 수지를 통과시켜 정제된 고농도의 자일로스 시럽을 기질로 하여 15∼35 g/L로 농축된 캔디다 파랍실로시스 KFCC-10875 균체를 사용하여 높은 생산성으로 자일리톨을 얻는 방법을 제공하는 것이다. 이때 기질로 사용되는 자일로스의 첨가량을 초기의 자일로스의 량이 고농도가 되지 않기 위하여 자일로스를 유가식으로 나누어 첨가한다. 이때 당혼합물로부터 자일로스를 정제하기 위한 수지는 다이비닐벤젠이 교차결합된 황산화 폴리스틸렌 형태의 강산 양이온 교환수지임을 특징으로 한다.An object of the present invention is to hydrolyze the corncob in 0.01 ~ 0.2M sulfuric acid solution, centrifuged to remove the pulp, neutralize with NaOH, remove the salinity, and then pass through an ion exchange resin to purify the highly concentrated xylose syrup. It is to provide a method for obtaining xylitol with high productivity using the Candida paroxypsis KFCC-10875 cells concentrated to 15 to 35 g / L as a substrate. At this time, the amount of xylose used as the substrate is added to the xylose by dividing the formula in order not to have a high concentration of the initial xylose. At this time, the resin for purifying xylose from the sugar mixture is characterized in that the strong acid cation exchange resin in the form of sulfated polystyrene cross-linked divinylbenzene.

본 발명은 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The present invention is described in more detail as follows.

옥수수 속대의 산 가수분해는 25L 부피의 스테인레스 스틸 반응기를 이용하여 140∼150℃에서 18∼22분 동안 교반하며 수행하였다. 진한황산 65∼75g을 옥수수 속대 1000g 첨가한 후 9∼10L의 충분한 물을 첨가하여 액체와 고체의 비율을 10 : 1로 만들 후 4500∼5500 rpm에서 12∼18분 동안 원심분리하여 펄프를 제거하였다. pH는 0.8∼1.2인 옥수수 속대의 가수분해물을 NaOH로 중화하여 pH를 7.0 근처로 조절한 후 65∼75℃에서 건공건조로 농축하였다. 농축된 가수분해물질의 pH를 9.5∼10.5까지 올린 후 5.0∼5.5으로 낮추어 침전된 고체성분(주로염)을 4500∼5500 rpm에서 12∼18분 동안 원심분리하여 제거하였다. 탈염된 가수 분해물을 65∼75℃에서 건조량이 65∼70% 정도까지 건공건조로 농축하였다. 자일리톨을 생산하기 위하여 이 가수분해물을 얻는다. 상기의 방법으로 얻어진 옥수수 속대 가수분해물을 20∼30%의 농도로 조절한 후 3∼4% 다이비닐벤젠의 교차결합된 황산화 폴리스틸렌 형태의 강산 양이온 교환수지에 통과시켜 자일로스의 농도를 80∼95%로 농축하였다.Acid hydrolysis of the corncob was carried out using a 25L volume stainless steel reactor with stirring at 140-150 ° C. for 18-22 minutes. After adding 65-75 g of concentrated sulfuric acid to 1000 g of corncob, 9-10 L of sufficient water was added to make the ratio of liquid and solid to 10: 1, and the pulp was removed by centrifugation at 4500-5500 rpm for 12-18 minutes. . The hydrolyzate of corncob of 0.8-1.2 in pH was neutralized with NaOH to adjust the pH to around 7.0 and then concentrated by dry drying at 65-75 ° C. The pH of the concentrated hydrolyzate was raised to 9.5-10.5 and then lowered to 5.0-5.5 to remove the precipitated solid component (mainly salt) by centrifugation at 4500-5500 rpm for 12-18 minutes. The desalted hydrolyzate was concentrated to dryness at 65-75 ° C. to 65-70% dryness. This hydrolyzate is obtained to produce xylitol. The hydrolyzate of corncob obtained by the above method was adjusted to 20-30% concentration, and then passed through a strong acid cation exchange resin in the form of 3-4% divinyl benzene-crosslinked sulfated polystyrene. Concentrated to 95%.

농축된 자일로스를 이용하여 자일리톨을 발효 생성하는 방법은 다음과 같다.The method for fermenting xylitol using the concentrated xylose is as follows.

냉동보관(-70℃)중인 균주 캔디다 파랍실로시스 KFCC-10875호를 YM배지(포도당 20 g/L, 펩톤 5 g/L, 효모 추출물 3 g/L, 맥아 추출물 3 g/L로 구성) 50mL가 들어있는 250 mL의 플라스크에 접종하여 진탕배양기에서 240 rpm, 30℃로 균체농도가 3-4 g/L(약 14-16시간)로 성장할 때까지 수행하였다. 균체농도가 자일리톨의 생산에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 종 배양액을 발효배지(자일로스 50 g/L, 효모추출물 5 g/L, 황산암모늄 5 g/L, 이인산칼륨 5 g/L, 황산암모늄 0.2 g/L로 구성)가 6L 들어있는 10 L 발효조에 접종하여 배양온도는 30℃하여 균체농도가 약 10 g/L가 될 때까지 배양한 후 원심분리를 하였다.50 ml of strain Candida paracylosis KFCC-10875 in frozen storage (-70 ° C) in YM medium (consisting of 20 g / L glucose, 5 g / L peptone, 3 g / L yeast extract, 3 g / L malt extract) Inoculated into a 250 mL flask containing a shaker was incubated at 240 rpm, 30 ℃ until the cell concentration increased to 3-4 g / L (about 14-16 hours). In order to examine the effect of cell concentration on the production of xylitol, the seed culture medium was fermented medium (xylose 50 g / L, yeast extract 5 g / L, ammonium sulfate 5 g / L, potassium diphosphate 5 g / L, ammonium sulfate). 0.2 g / L) was inoculated into a 10 L fermenter containing 6 L, the culture temperature was 30 ℃ and cultured until the cell concentration was about 10 g / L and centrifuged.

약 20 g/L로 농축된 균체를 30L의 발효배지가 들어있는 5L의 발효조에 접종하였다. 배양초기에는 300g의 자일로스가 함유된 2L의 배양액으로 배양하였고 발효과정 중에 300g의 자일로스가 함유된 500mL의 용액을 2번 첨가하여 최종 배양액의 부피가 3L(최종 첨가한 자일로스의 농도는 300 g/L)가 되게 하는 유가식 배양을 하였다. pH는 발효 전 과정 동안 일정하게 4.5∼5.5으로 조절하였고, 온도는 28∼32℃로 하고, 통기량을 0.8∼1.2 vvm으로 하였고 용존산소는 교반속도를 350∼380 rpm로 조절하여 용존산소 농도를 0.7-1.5% 정도로 유지하여 (산화환원 전위는 80-110 mV에 해당) 자일로스가 완전히 소모될 때까지 배양하였다.Cells concentrated at about 20 g / L were inoculated into a 5 L fermenter containing 30 L fermentation broth. In the early stage of culture, 2L of culture medium containing 300g of xylose was incubated, and 500mL solution containing 300g of xylose was added twice, and the final culture volume was 3L (final concentration of xylose was 300 fed-batch cultivation to make g / L). The pH was adjusted to 4.5-5.5 during the whole fermentation process, the temperature was 28-32 ° C., the aeration was 0.8-1.2 vvm, and the dissolved oxygen was adjusted to 350-380 rpm to adjust the dissolved oxygen concentration. The culture was maintained at about 0.7-1.5% (redox potential corresponds to 80-110 mV) until xylose was consumed completely.

자일로스가 자일리톨의 농도는 Sugar-Pak I 컬럼이 장착된 HLPC(Shimadzu C-R7A, Japan)를 이용하여 측정하였으며, 이때 용매는 물을 사용하였고, 온도는 90℃이었고, 유속은 0.5 mL/min이었으며, 검출기는 RI를 사용하였다. 균체농도는 탁도계를 이용하여 파장 600nm에서 현탁도를 측정하여 미리 측정한 표준곡선을 이용하여 건조중량으로 환산하였다. 발효과정 중의 용존산소의 농도는 용존산소전극(Ingold, Swiss)을 이용하여 측정하였다.Xylose concentration of xylitol was measured using HLPC (Shimadzu C-R7A, Japan) equipped with Sugar-Pak I column, using solvent as water, temperature at 90 ° C, and flow rate at 0.5 mL / min. The detector used RI. Cell concentration was converted to dry weight using a standard curve measured in advance by measuring the suspension at a wavelength of 600nm using a turbidimeter. The concentration of dissolved oxygen during fermentation was measured by using dissolved oxygen electrodes (Ingold, Swiss).

본 발명을 실시예에 따라 상술하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail as follows.

[실시예 1]Example 1

옥수수 속대로부터 고농도의 자일로스를 얻기 위한 과정의 물질수지를 제 1 도에 나타내었다. 옥수수 속대의 산 가수분해는 25 L 부피의 stainless steel 반응기를 이용하여 145℃에서 20분 동안 교반하여 수행하였다. 진한황산 70g을 옥수수 속대 1000g에 첨가한 후 충분한 물을 첨가하여 액체와 고체의 비율을 10 : 1로 만들 후 5000 rpm에서 15분 동안 원심분리하여 펄프를 제거하였다. pH는 0.90인 옥수수 속대의 가수분해물을 NaOH로 중화하여 pH를 7.0 근처로 조절한 후 70℃에서 건공건조로 농축하였다. 농축된 가수분해물질의 pH를 10.0까지 올린 후 5.3으로 낮추어 침전된 고체성분(주로 염)을 5000 rpm에서 15분 동안 원심분리하여 제거하였다. 탈염된 가수분해물을 70℃에서 건조량이 68% 정도까지 건공건조로 농축하였다. 자일리톨을 생산하기 위하여 이 가수분해물을 발효조에 넣어 사용하였다.The mass balance of the process for obtaining high concentration of xylose from corn cobs is shown in FIG. Acid hydrolysis of corn cob was performed by stirring at 145 ° C. for 20 minutes using a 25 L stainless steel reactor. 70 g of concentrated sulfuric acid was added to 1000 g of corncob, and then sufficient water was added to make the ratio of liquid and solid to 10: 1 and centrifuged at 5000 rpm for 15 minutes to remove the pulp. The hydrolyzate of corncob of pH 0.90 was neutralized with NaOH to adjust the pH to around 7.0 and then concentrated to dry drying at 70 ° C. The pH of the concentrated hydrolyzate was raised to 10.0 and then lowered to 5.3 to remove the precipitated solid component (mainly salt) by centrifugation at 5000 rpm for 15 minutes. The dehydrated hydrolyzate was concentrated to dryness at 70 ° C. to about 68% dryness. To produce xylitol, this hydrolyzate was used in a fermenter.

[실시예 2]Example 2

실시예 1에 의하여 얻어진 옥수수 속대 가수분해물을 25%의 농도로 조절한후 3.5% 다이비닐벤젠이 교차 결합된 황산화 폴리스틸렌 형태의 강산 양이온 교환수지를 처리하였다. 이 때 수지처리 전후의 당성분의 조성을 살표보면 표 1과 같다.The corncob hydrolyzate obtained in Example 1 was adjusted to a concentration of 25% and then treated with a strong acid cation exchange resin in the form of sulfated polystyrene crosslinked with 3.5% divinylbenzene. At this time, the composition of the sugar component before and after the resin treatment is shown in Table 1.

[실시예 3]Example 3

실시예 2를 통하여 얻은 물질을 기질로 하여 캔디다 파랍실로시스 변이주 KFCC-10875호의 농축균주 20 g/L를 사용하여 한편은 시약용 자일로스 50 g/L, 효모추출물 5 g/L, 황산암노늄 5 g/L, 이인산칼륨 5 g/L, 황산암모늄 0.2 g/L가 들어있는 3 L 배지를 포함한 5L 발효조에서, 또 한편은 옥수수 속대 가수분해물로부터 얻은 자일로스 50 g/L, 효모추출물 5 g/L, 황산암모늄 5 g/L, 이인산칼륨 5 g/L, 황산암모늄 0.2 g/L가 들어있는 3 L 배지를 포함한 5 L 발효조에서 30℃, 350∼380 rpm, pH 4.5∼5.0에서 배양하였을 때의 자일로스로부터 자일리톨 생산수율과 자일리톨 생산성을 표 2에 표시하였다.Using the material obtained in Example 2 as a substrate, using 20 g / L of the concentrated strain of KFCC-10875, Candida parasilosis strain, 50 g / L for reagent, 5 g / L of yeast extract, ammonium sulfate In a 5 L fermenter with 5 g / L, 3 g medium containing 5 g / L potassium diphosphate, 0.2 g / L ammonium sulfate, on the other hand 50 g / L xylose obtained from corncob hydrolysates, yeast extract 5 g / L, 5 g / L ammonium sulfate, 5 g / L potassium diphosphate, 0.2 g / L ammonium sulfate in a 5 L fermenter containing 3 L medium at 30 ° C., 350-380 rpm, pH 4.5-5.0 Table 2 shows the xylitol production yield and xylitol productivity from xylose when cultured.

[실시예 4]Example 4

앞의 실시예 3의 설명된 실험조건 하에서 300 g/L의 자일로스를 유가식방법으로 첨가하고 20g/L의 농축균체를 이용하여 배양한 후 자일로스가 모두 소모된 시점에서 원심분리를 이용하여 배양액을 제거하고 세포는 다시 사용하기 위하여 새로운 배지가 들어있는 5 L 발효기 안에 첨가하였다. 균주를 그대로 이용하고 배지만 교체하여 자일리톨을 생산하는 작업을 5번 반복하였을 때 자일리톨의 생산량, 수율과 생산성을 표 3에 나타내었다. 한 반복 구간 동안 첨가된 총 자일로스의 농도는 300 g/L이였으며 한 반복구간 끝나는 시점의 배지의 부피는 3 L이였다.Under the experimental conditions described in Example 3 above, 300 g / L xylose was added by the fed-batch method, cultured using 20 g / L concentrated cells, and then centrifuged at the point where all the xylose was consumed. The culture was removed and cells were added into a 5 L fermentor containing fresh medium for reuse. Xylitol production, yield and productivity are shown in Table 3 when the strain is used as it is, and only the medium is replaced to produce xylitol five times. The concentration of total xylose added during one repetition period was 300 g / L and the volume of medium at the end of one repetition period was 3 L.

Claims (3)

옥수수의 속대를 0.01∼0.2M의 황산용액으로 가수분해하고, 원심분리시켜 펄프를 제거한 후, NaOH로 중화시키고 염성분을 제거한 후 이온교환수지를 통과시켜 정제된 고농도의 자일로스 시럽을 기질로 하여 15∼35 g/L로 농축된 캔디다 파랍실로시스 KFCC-10875호 균체를 사용하여 발효시킴을 특징으로 하는 자일리톨의 제조방법.The corncob is hydrolyzed with 0.01 ~ 0.2M sulfuric acid solution, centrifuged to remove pulp, neutralized with NaOH, salt removed and passed through ion exchange resin as a substrate. A method for producing xylitol, characterized in that the fermentation is carried out using a KCDA-10875 cell which is concentrated to 15 to 35 g / L. 제 1항에 있어서, 이온교환수지는 다이비닐벤젠이 교차결합된 황산화 폴리스틸렌 형태의 강산 양이온 교환수지임을 특징으로 하는 자일리톨의 제조방법The method for preparing xylitol according to claim 1, wherein the ion exchange resin is a strong acid cation exchange resin in the form of sulfated polystyrene crosslinked with divinylbenzene. 제 1항에 있어서, 옥수수 속대 가수분해로 얻어진 자일로스의 첨가량을 초기의 자일로스의 량이 고농도가 되지 않기 위하여 자일로스를 유가식으로 나누어 첨가 발효시킴을 특징으로 하는 자일리톨의 제조방법.The method for producing xylitol according to claim 1, wherein the added amount of xylose obtained by hydrolysis of corn cob is added and fermented by dividing xylose into a fed-batch formula so that the amount of initial xylose does not become a high concentration.
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