[논문]생물학적 숙신산 생산을 위한 반응추출공정의 적용

홍연기; 허윤석; 홍원희

생물학적 숙신산 생산을 위한 반응추출공정의 적용
Application Of Reactive Extraction to Biologica1 Production of Succinic Acid 원문보기

한국생물공학회지 = Korean journal of biotechnology and bioengineering, v.20 no.3 = no.92, 2005년, pp.142 - 148

홍연기 (충주대학교 화공생물공학과) , 허윤석 (한국과학기술원 생명화학공학과) , 홍원희 (한국과학기술원 생명화학공학과)

초록
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이상을 통해 숙신산 분리정제를 위한 반응추출의 원리와 연구개발 및 적용 사례를 살펴보았다. 반응추출은 에너지가 적게 드는 고효율 생물분리공정이라는 장점을 확인 할 수 있었으며 향후 카르복실산 이외에 항생제를 비롯한 다양한 생물분자들의 분리정제에 적용할 수 있는 높은 응용 가능성을 갖고 있다. 그러나 특정 카르복실산의 회수를 목적으로 할 경우 추출제의 pH제한성은 극복되어야 할 문제점으로 작용할 수도 있다. 이와 병행하여 추출된 특정 카르복실산의 효과적인 회수 및 용매 재활용을 위한 재생공정의 개발도 요구된다. 기존에는 온도-스윙-재생법(temperature-swing-regeneration, TSR)이나 희석제-스윙-재생법 (diluent-swing-regeneration, DSR)을 주로 사용하였으나 회수율이 낮은 단점이 있다. 반응추출 공정의 경제성 향상을 위해서는 이를 개량하거나 대체할 수 있는 공정의 개발이 요구된다. 아울러 발효공정의 수율향상과 생성물의 동시분리를 위해 반응추출을 발효공정에 in-situ로 적용하기 위해서는 추출제 및 희석제의 생물적합성 향상을 위한 연구도 필요하다.

Abstract ▼ AI-Helper

Succinic acid is an important material in industries producing biodegradable polymers, food and pharmaceutical products, and green solvents. Furthermore, succinate fermentation is a novel process due to the fixation of $CO_2$ into succinate during fermentation. However, the impurities in fermentation broth make the separation process of succinic acid be difficult. Reactive extraction has been proposed to be an effective primary separation step of succinic acid from dilute fermentation broth. This article presents the principles of reactive extraction along with the characteristics of tertiary amino extractants. A brief overview on the current research on reactive extraction of succinic acid is presented. Finally, for the succinic acid separation, reactive extraction as a primary step is suggested in the whole downstream process for succinic acid from fermentation broth.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 발효액으로부터 고순도 숙신산을 효과적으로 정제할 수 있는 반응추출 공정에 대한 원리를 추출제의 특성을 중심으로 고찰해본다. 또한 다성분 카르복실산계에 대한 선택적인 추출과 아울러 실제 발효액에 대한 반응추출 사례 및 반응추출을 전처리공정으로 한 고순도 숙신산 분리공정을 살펴보고자 한다.
본 논문에서는 발효액으로부터 고순도 숙신산을 효과적으로 정제할 수 있는 반응추출 공정에 대한 원리를 추출제의 특성을 중심으로 고찰해본다. 또한 다성분 카르복실산계에 대한 선택적인 추출과 아울러 실제 발효액에 대한 반응추출 사례 및 반응추출을 전처리공정으로 한 고순도 숙신산 분리공정을 살펴보고자 한다.
이상을 통해 숙신산 분리정제를 위한 반응추출의 원리와 연구개발 및 적용 사례를 살펴보았다. 반응추출은 에너지가 적게 드는 고효율 생물분리공정이라는 장점을 확인할 수 있었으며 향후 카르복실산 이외에 항생제를 비롯한 다양한 생물분자들의 분리정제에 적용할 수 있는 높은 응용 가능성을 갖고 있다.
첫 번째와 두 번째 부류는 산소를 기본으로 한 추출제이며 세 번째 부류는 질소를 기본으로 한 추출제이다. 일반적으로 숙신산을 비롯한 카르복실산의 반응추출에 사용되는 주줄제는 대부분 두 번째 및 세 번째 부류에 속하므로 이에 대해서만 논의하도록 하겠다.

제안 방법

발효액 내의 다양한 불순물 영향을 배재한 상태에서의 숙신산 추출평형을 조사하기 위하여 모사 숙신산 수용액으로 부터의 숙신산 반응추출을 실시하였다. 모사 숙신산 수용액에서의 숙신산 농도는 50 g/L였으며 이는 Anaerobiospirillum s“cc沛cSroducens에 의해 생산되는 발효액의 조성에 기초한 것이다.

성능/효과

반응추출에 의한 전처리를 거치게 되면 단 1회의 추출을 통하더라도 숙신산의 농도는 일정하게 유지하면서 피루브산, 아세트산, 말레익산의 50% 이상을 제거함으로써 이후 공정의 조업을 원활하게 할 수 있었다. 또한 결정화공정의 pH 를 최적화함으로써 불순 카르복실산은 95% 이상, 글루코오스는 99.8% 이상 제거하는 정제효과를 얻을 수 있었으며 최종적으로 99% 이상의 순도를 가지는 숙신산을 얻을 수 있었다(40).
4에서는 TOA (tri-n-octylamine)와 1-octanol이 혼합된 유기상을 이용하여 모사 숙신산 수용액에 대한 추출평형을 나타내었다. 모든 아민 농도에 대해서 로딩값은 pH값 이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. pH값의 감소 는 비해리산의 농도가 증가하는 것을 의미한다.
8과 같이 확립하였다(40). 반응추출에 의한 전처리를 거치게 되면 단 1회의 추출을 통하더라도 숙신산의 농도는 일정하게 유지하면서 피루브산, 아세트산, 말레익산의 50% 이상을 제거함으로써 이후 공정의 조업을 원활하게 할 수 있었다. 또한 결정화공정의 pH 를 최적화함으로써 불순 카르복실산은 95% 이상, 글루코오스는 99.

후속연구

이상을 통해 숙신산 분리정제를 위한 반응추출의 원리와 연구개발 및 적용 사례를 살펴보았다. 반응추출은 에너지가 적게 드는 고효율 생물분리공정이라는 장점을 확인할 수 있었으며 향후 카르복실산 이외에 항생제를 비롯한 다양한 생물분자들의 분리정제에 적용할 수 있는 높은 응용 가능성을 갖고 있다. 그러나 특정 카르복실산의 회수를 목적으로 할 경우 추출제의 pH제한성은 극복되어야 할 문 제점으로 작용할 수도 있다.
반응추출 공정의 경제성 향상을 위해서는 이를 개량하거나 대체할 수 있는 공정의 개발이 요구된다. 아울러 발효공정의 수율향상과 생성물의 동시분리를 위해반응추출을 발효공정에 ia-s血로 적용하기 위해서는 추출제 및 희석제의 생물적합성 향상을 위한 연구도 필요하다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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