本发明涉及一种用于纯化阿洛酮糖的方法及一种通过使用阿洛酮糖的纯化来制备阿洛酮糖的方法，且具体而言，该纯化阿洛酮糖的方法及该制备阿洛酮糖的方法包括使粉末状活性炭与产物溶液反应的步骤及通过使用固液分离工艺有效移除杂质的步骤。
背景技术：
：阿洛酮糖是果糖(D-果糖)的差向异构体并且是被称为稀有糖的一种功能性糖，并且因为它具有糖的约60至70％的甜味且几乎为零的卡路里，所以已知其具有预防及改良糖尿病的作用。另外，已知阿洛酮糖具有极佳的溶解性，并且它是在食品利用中引起关注的材料之一。在用于制造阿洛酮糖的方法中存在化学方法及生物方法，且近年来，用生物方法制造阿洛酮糖的方法通过使含果糖的底物溶液与阿洛酮糖差向异构酶或产生该酶的微生物接触来进行阿洛酮糖转化反应。然而，由于包含D-阿洛酮糖的反应溶液是低纯度产物，因此需要以高纯度分离阿洛酮糖。实际上，各种方法已应用于分离工业上产生的高纯度材料，并且在糖的情况下，主要通过在使用色谱来制造高纯度溶液之后结晶来制造产物，以获得阿洛酮糖晶体。在分离及纯化阿洛酮糖的工艺中，纯化工艺包括用于吸附蛋白质、杂质等、脱色及除臭的活性炭处理的初级纯化步骤，以及通过使用离子交换树脂以移除离子型材料的离子纯化的二级纯化步骤。若阿洛酮糖反应溶液在穿过离子交换树脂之前未充分从其中移除有色组分及杂质，则离子交换树脂过载，不能有效执行离子交换，并且离子交换树脂的寿命缩短。因此，活性炭处理非常重要。在传统的活性炭处理工艺中，将活性炭粒子封装于柱子中并且用于使阿洛酮糖转化液体脱色。该方法的问题在于需要大量设备安装成本及维护成本。缺点在于活性炭应再生且重复使用，并且操作困难。当长时间静置时，它就吸附能力减小且微生物产生而言存在一些缺陷。另外，由于压力限制，当大量糖溶液变色并且吸附能力变差时，处理速度可能减缓。此外，由于压力限制，当大量糖溶液变色时，处理速度可减小。因此，该活性炭处理方法与常规方法的区别在于，它比现有技术更易于操作并且快速处理大量反应溶液，由此使活性炭处理更有效且有助于工业应用。技术实现要素：[技术问题]本发明的实施方式是提供一种使用粉末状活性炭移除阿洛酮糖产物溶液的目标杂质的阿洛酮糖纯化方法。本发明的另一实施方式涉及一种制备包含阿洛酮糖的阿洛酮糖类的方法，其用于通过使用粉末状活性炭来移除阿洛酮糖产物溶液的所需杂质。[技术解决方案]本发明涉及纯化阿洛酮糖产物溶液及移除细微的不纯物质等。为了提高阿洛酮糖产物溶液的纯度，存在移除杂质的效率低及用活性炭粒子填充柱子的操作麻烦的一些问题。为解决这些问题，使粉末状活性炭与阿洛酮糖转化产物溶液混合，以移除诸如有色组分等杂质，从而减少操作时间并且使杂质移除效率增至高于活性炭粒子。根据本发明的纯化阿洛酮糖的方法包括使用粉末状活性炭来移除杂质阿洛酮糖转化产物的步骤，并且提供一种包括纯化阿洛酮糖工艺的制备阿洛酮糖的方法。具体而言，在阿洛酮糖分离方法中，通过模拟移动床(SMB)色谱分离无杂质产物，以获得阿洛酮糖分馏物及果糖萃余物，并且可以经由浓缩和结晶工艺将阿洛酮糖分馏物浓缩成糖浆产物或制造成粉末产物。在一个具体实施方式中，制备阿洛酮糖的方法包括：(a)通过进行含果糖原料的生物转化反应来制备阿洛酮糖转化产物的阿洛酮糖转化步骤；(b)混合阿洛酮糖转化产物与粉末状活性炭；(c)使用固液分离工艺来分离混合物以获得经过滤溶液；(d)通过经过滤熔液的SMB色谱进行分离而获得阿洛酮糖分馏物及果糖萃余物的阿洛酮糖分离步骤；以及(e)通过使用阿洛酮糖分馏物来浓缩或获得阿洛酮糖晶体。固液分离可通过诸如过滤或离心之类的方法进行。根据本发明的阿洛酮糖制造工艺可通过连续式及分批式进行，并且优选连续式。在下文中，根据本发明的制备阿洛酮糖的方法将通过各步骤进行详细描述。阿洛酮糖转化工艺是通过进行阿洛酮糖转化反应从含果糖原料中获得阿洛酮糖的工艺，并且产生包括作为果糖转化反应产物的阿洛酮糖的反应溶液。在本发明的一个具体实施方式中，根据生物方法制备阿洛酮糖的方法可以培养产生阿洛酮糖差向异构酶的菌株或包含编码阿洛酮糖差向异构酶的基因的重组菌株，并且使由此获得的阿洛酮糖差向异构酶与含果糖原料反应以产生阿洛酮糖。阿洛酮糖差向异构酶反应可以在液相反应或使用固定酶的固相中进行。另外，阿洛酮糖可以通过获得产生阿洛酮糖差向异构酶的菌株或包含编码阿洛酮糖差向异构酶的基因的重组菌株，并且使含果糖原料与用于阿洛酮糖制备的组成物反应来进行制备，该组成物包含选自由该菌株的微生物细胞、该菌株的培养物、该菌株的溶解产物和该溶解产物或培养物的提取物所组成的组中的一种或多种。当通过使用产生阿洛酮糖差向异构酶的菌株的微生物细胞来制备阿洛酮糖时，它可以通过液相反应或使用固定化微生物细胞的固相来进行。在本发明的一个具体实施方式中，产生阿洛酮糖差向异构酶的菌株可以是具有高稳定性并且可以将果糖以高产率转化成阿洛酮糖或产生阿洛酮糖差向异构酶的菌株。该菌株可以是从自然界中分离的菌株或其突变菌株、非GMO菌株或引入编码阿洛酮糖差向异构酶的基因的重组菌株。在本发明的一个实施方式中，可以使用各种已知菌株作为非GMO菌株。重组菌株可通过使用各种宿主细胞来制备，例如大肠杆菌(E.coli)、芽孢杆菌属(Bacillussp.)菌株、沙门氏菌属(Salmonellasp.)菌株及棒状杆菌属(Corynebacteriumsp.)菌株等，但优选为GRAS菌株，诸如棒状杆菌属菌株，并且可为谷氨酸棒状杆菌(Corynebacteriumglutaricum)。根据本发明的一个实施方式的阿洛酮糖转化工艺通过生物方法进行。例如，在固相反应的情况下，它可以还包括将固定在支撑物上的阿洛酮糖差向异构酶或微生物细胞填充至柱子中的步骤和将果糖溶液提供至填充柱子中的步骤。柱子由支撑物固定化酶或微生物细胞填充，并且填充方法可以通过本领域技术人员根据所用酶或微生物细胞或固定载剂容易地选择适当的填充方法来进行。在本发明的一个具体实施方式中，填充床柱子可以通过将固定化酶或微生物细胞填充至柱子中来制备。酶反应，即果糖转化成阿洛酮糖可通过将果糖溶液的底物提供至填充床柱子来进行。在阿洛酮糖的转化反应中，反应可以在pH4.5至7.5的条件下进行，例如在pH4.7至7.0或pH5.0至6.0或pH5.0至5.5条件下进行。另外，该反应可以在30℃或更高，例如40℃或更高的温度条件下进行。用于将果糖转化成阿洛酮糖的酶活性(例如差向异构酶)可以通过金属离子来控制，并且因此在阿洛酮糖的生产中，当添加金属离子时，可以提高阿洛酮糖的生产速率中果糖至阿洛酮糖的转化效率。因此，用于产生阿洛酮糖的组成物可以还包含选自由铜离子、锰离子、钙离子、镁离子、锌离子、镍离子、钴离子、铁离子、铝离子等所组成的组中的一种或多种金属离子。关于阿洛酮糖及其制造方法的详细技术内容公开于韩国专利公开第2014-0021974号、韩国专利公开第2014-0054997号、韩国专利公开第2014-0080282号或韩国专利第10-1318422号中。作为原料置于根据本发明的阿洛酮糖转化工艺中的果糖可以通过生物方法或化学方法，优选通过生物方法来制备。作为原料的果糖可以以液相原料或诸如果糖粉末等粉末原料形式提供，并且在果糖浆的情况下，它可以是在生物方法或化学制备方法中所获得的产物，或者通过将果糖粉末溶解于诸如水等溶剂中所制得的产物。根据本发明的实施方式的移除阿洛酮糖转化产物中的杂质的步骤可以包括粉末状活性炭的处理工艺。粉末状活性炭处理可以通过使粉末状活性炭添加至阿洛酮糖转化产物中，混合并且过滤来进行。混合工艺可以通过诸如搅拌的任何方法进行。在活性炭处理步骤中，当含有活性炭的反应溶液通过与反应溶液混合而得以同时加热时，可以有效移除所需有色且精细的物质。除活性炭处理步骤之外，移除杂质步骤可以还包括选自由移除不可溶物质的过滤步骤和离子纯化步骤所组成的组中的至少一个步骤。因为粉末状活性炭具有高吸附速率，所以它可以根据分批方法以高纯度处理反应溶液，在长期存储时不存在微生物产生及吸附能力劣化的问题，该问题为填充颗粒状活性炭的柱子的缺点。适用于本发明的粉末状活性炭的粒度分布可以考虑杂质移除效率和固液分离工艺而进行适当选择，并且例如平均粒度可以是10至250微米。在本发明中，用于活性炭处理的阿洛酮糖转化产物溶液的总固体含量为0.5至80重量％，或优选为20至70重量％。当产物溶液的固体含量低时，因为每待处理的体积中固体含量小，所以处理产物溶液无效。当固体含量高时，增加的粘度会使得难以搅拌并且移除杂质，例如不可有效进行脱色，因为活性炭没有均匀分散。在本发明的一个实施方式中，以阿洛酮糖转化产物溶液的总固体含量为100重量％计，添加至阿洛酮糖转化产物溶液中的活性炭的量优选为0.05至10重量％，并且优选为0.1至5.0重量％。若活性炭的量较少，则脱色效率降低。在本发明的一个实施方式中，含有活性炭的产物溶液的温度可以为30至90℃，或优选为40至80℃。温度可以考虑活性炭的吸附能力和吸附速率来确定。若温度高，则产物溶液中的重要组分可能降解且变棕色。在本发明的一个实施方式中，含有活性炭的产物溶液可以任选地搅拌，并且溶液的搅拌速度可以为5至500，或优选为50至300rpm。搅拌速度可以考虑活性炭的分散程度和搅拌所需的成本进行适当选择，并且若搅拌速度高，则效用成本不会有效增加。在本发明的一个实施方式中，活性炭与产物溶液的接触时间可以考虑活性炭的分散程度和杂质的移除效率进行适当选择，并且可以为例如0.5至5小时或优选为0.5至2小时。若接触时间短，则可能无法充分进行杂质移除，例如变色。若接触时间长，则可发生重要组分降解和变棕色。接着，含有活性炭的产物溶液经受固液分离步骤，以获得经过滤溶液并且移除作为过滤残余物的杂质。固液分离步骤可以通过诸如过滤或离心等方法进行。在通过使混合溶液进行固液分离工艺而获得经过滤溶液的步骤中，固液分离工艺分离混合液体的固体和液体，以便移除具有吸附杂质的粉末状活性炭。固液分离可以通过诸如穿过过滤器或离心等物理分离方式进行。穿过过滤器通常可以通过使混合溶液穿过过滤层的过滤系统工艺来进行，并且优选通过使用压滤机来进行。过滤系统的助滤剂可以为诸如硅藻土、珠光体、纤维素和离子交换树脂的精细粉末。特别是，珠光体可以作为助滤剂用于提高在加压过滤器类型的压滤机盘之间的过滤效率。助滤剂的粒度可以为10至500微米(μm)，或优选为50至300微米。若所用珍珠岩的粒度大，则不能完全移除呈不可溶物质形式的活性炭，并且精细活性炭仍保留于反应液体中以引起混浊。若粒度小，则过滤速度减缓，从而使工作效率降低。在本发明的阿洛酮糖纯化方法中，可以在进行活性炭处理工艺之后进行离子纯化工艺(例如脱盐工艺)作为另外的移除杂质工艺。阿洛酮糖制备工艺中的离子纯化步骤是移除阿洛酮糖转化产物中所包含的离子的工艺，并且它可以在SMB色谱分离步骤之前和/或之后进行。在进行SMB色谱分离之前进行离子纯化工艺的初级离子纯化可以通过与以下阿洛酮糖分馏物的二级离子纯化相同或不同的方法来进行。例如，它可以通过使用1、2个或更多个填充有相同种类或不同种类的离子交换树脂的分离柱子进行。考虑到用于离子纯化的树脂的物理特性和离子纯化效率，离子纯化工艺可以在35℃至50℃，例如38℃至58℃的温度下进行。在本发明的一个实施方式中，从杂质处理工艺中获得的产物可以经受阿洛酮糖转化产物的分离工艺，其包括模拟移动床(SMB)色谱的分离工艺。高纯度分离工艺可在45至70℃，例如50至65℃的温度下进行。在一个具体实例中，阿洛酮糖转化产物通过SMB色谱分离而分离成阿洛酮糖含量与阿洛酮糖转化产物相比更高的阿洛酮糖分馏物和果糖萃余物，并且该阿洛酮糖分馏物经受阿洛酮糖浓缩工艺或结晶工艺。阿洛酮糖分馏物的阿洛酮糖含量可以为85重量％或更高，例如85重量％至95重量％。从高纯度分离步骤中获得的果糖萃余物可以为85重量％或更高，例如85重量％至98重量％的果糖含量，并且优选为2重量％或更低的阿洛酮糖含量。在果糖萃余物的中，除果糖及葡萄糖以外包括其他双糖或更高聚合度的糖类的含量较佳小于10重量％。包括其他二糖的糖类或更高聚合度的含量优选小于10重量％。杂质中包括双糖或更高聚合度的糖类可以包括麦芽糖、异麦芽糖及其类似物，并且可以包括麦芽糖相关或异麦芽糖相关的寡糖。在本发明的一个实施方式中，由于分离工艺中不会发生相变，故使用SMB色谱的高纯度分离步骤是适用于确保材料的稳定性的分离方法。在这些吸附分离方法中，已经大量使用色谱分离方法作为液相吸附分离方法。其中，模拟移动床(SMB)吸附分离方法为1961年的美国专利第2,985,589号中提出的分离技术，并且相较于通过使用多个柱子进行的连续分离的常规分批色谱，其优点在于，纯度且产率极佳并且可以使用较少溶剂。模拟移动床(SMB)吸附分离工艺是连续实施分离目标混合物的注入和萃余物与萃取物的产生的工艺。由于使用了在单糖分离工艺中广泛使用的添加有盐的强酸阳离子交换树脂作为SMB中的分离树脂，故在进行分离工艺之后获得的产物中包含金属离子。强酸阳离子交换树脂的实例可以是连接有钙活化基团的阳离子交换树脂。在本发明的阿洛酮糖制备工艺中使用SMB色谱的高纯度分离工艺中所获得的阿洛酮糖分馏物可以经由阿洛酮糖浓缩工艺而商业化为液相糖浆，或可以经由阿洛酮糖结晶工艺而商业化为阿洛酮糖晶体。阿洛酮糖结晶步骤包括高纯度分离步骤中获得的阿洛酮糖分馏物的二级离子纯化的步骤、浓缩离子纯化的阿洛酮糖分馏物的步骤以及从浓缩物中结晶阿洛酮糖以获得阿洛酮糖晶体和阿洛酮糖结晶母液。阿洛酮糖分离工艺的具体实例可以包括活性炭处理、初级离子纯化、高纯度色谱分离、二级离子纯化、浓缩及结晶工艺。它可以包括分离/纯化，以使得阿洛酮糖分馏物中阿洛酮糖的含量为85重量％或更高、90重量％或更高、91重量％或更高、92重量％或更高、93重量％或更高、94重量％或更高或者95重量％或更高，例如85重量％至99.9重量％。阿洛酮糖晶体中所含的阿洛酮糖纯度可以为90重量％或更高、95重量％或更高或99重量％或更高，并且结晶母液中的阿洛酮糖含量可以为85重量％或更高、90重量％或更高、93重量％或更高或95重量％或更高，例如85重量％至95重量％。通过本发明方法收集的阿洛酮糖可以通过常见方法纯化及/或结晶，并且这些纯化及结晶本领域技术人员属于常见的技术。例如，它可以通过选自由离心、过滤、结晶、离子交换色谱及其组合所组成的组中的一种或多种方法来实施。在一个实施方式中，可以使用SMB色谱对高纯度分离工艺中所获得的阿洛酮糖分馏物进行二级离子纯化，并且它可以通过与阿洛酮糖分离工艺中所用的初级离子纯化相同或不同的方法进行。根据本发明的制备阿洛酮糖晶体的方法可以包括浓缩经纯化的阿洛酮糖溶液的步骤。用于收集阿洛酮糖晶体的阿洛酮糖溶液中阿洛酮糖的含量应为70重量％或更高。通过阿洛酮糖差向异构酶制备的阿洛酮糖溶液中阿洛酮糖的纯度低至20至30重量％，因此不能进行直接结晶并且应在结晶步骤之前进行纯化和浓缩至所需水平的工艺以增加阿洛酮糖的含量。在本发明的一个具体实施方式中，为了获得阿洛酮糖的热量改性和所需浓缩水平，可以在55至75℃的温度范围内实施浓缩。浓缩工艺可进行一次或两次或重复进行更多次，直至达到所需浓度水平。通过冷却结晶的步骤可以包括在快速冷却之后，在10至25℃的温度范围内经由热交换器重复进行升温及冷却来诱导晶体生长。根据本发明的制备阿洛酮糖晶体的方法可以还包括在通过离心回收结晶步骤中收集的阿洛酮糖晶体并且在将其用去离子水洗涤之后进行干燥的步骤。[本发明的效果]根据本发明，当阿洛酮糖产物溶液中含有的目标杂质通过粉末形式的活性炭的分批式加工进行处理时，由于表面积大于微粒活性炭的表面积，故对于变色及移除精细物质更有利，每单位时间所处理的产物溶液的量增加，从而提高了工作效率。具体实施方式在下文中，本发明将通过以下实施例进行更详细的描述。然而，这些实施例仅用于说明目的，并且本发明不受限于这些实施例。实施例1.通过混合活性炭粉末来纯化阿洛酮糖转化产物(T％＝78.6)在烧瓶中制备1L浓度为50重量％的阿洛酮糖转化产物(T％＝78.6)，添加以固体含量计0.5重量％的粉末状活性炭，并且在75℃、200rpm下搅拌1小时。样品1至4所用的粉末状活性炭示于表1中并且购自Norit活性炭。接着，通过珍珠岩过滤来移除活性炭，并且测量用活性炭处理的糖溶液的T％及浊度(在720nm下的吸光度)，以确定精细物质的变色及移除。结果示于表3中。[表1]活性炭的种类平均直径样品145.4μm样品244.2μm样品327.7μm样品418.5μm比较例1通过混合活性炭粒子来纯化阿洛酮糖转化产物(T％＝78.6)在烧瓶中制备1L浓度为50重量％的阿洛酮糖转化产物(T％＝78.6)，添加以固体含量计0.5重量％的粉末状活性炭，并且在75℃、200rpm下搅拌1小时。样品1至4所用的粉末状活性炭示于表2中并且购自Norit活性炭。接着，通过珍珠岩过滤来移除活性炭，并且测量用活性炭处理的糖溶液的T％及浊度(在720nm下的吸光度)，以确定精细物质的变色及移除。结果示于表3中。[表2]活性炭的种类平均直径样品51.25mm样品61.1mm实施例2.通过混合活性炭粉末来纯化阿洛酮糖转化产物(T％＝70.4)在烧瓶中制备1L浓度为50重量％的阿洛酮糖转化产物(T％＝70.4)，添加以固体含量计0.5重量％的粉末状活性炭，并且在75℃、200rpm下搅拌1小时。样品1至4所用的粉末状活性炭示于表2中并且购自Norit活性炭。接着，通过珍珠岩过滤来移除活性炭，并且测量用活性炭处理的糖溶液的T％及浊度(在720nm下的吸光度)，以确定精细物质的变色及移除。结果示于表4中。比较例2.通过混合活性炭粒子来纯化阿洛酮糖转化产物(T％＝70.4)在烧瓶中制备1L浓度为50重量％的阿洛酮糖转化产物(T％＝70.4)，添加以固体含量计0.5重量％的粉末状活性炭，并且在75℃、200rpm下搅拌1小时。粉末状活性炭与比较例1的粉末状活性炭相同且示于表2中。接着，通过珍珠岩过滤来移除活性炭，并且测量用活性炭处理的糖溶液的T％及浊度(在720nm下的吸光度)，以确定精细物质的变色及移除。结果示于表4中。测试例1.分析混合活性炭的阿洛酮糖转化产物的T％及浊度通过使用UV分光光度计来,测量420nm下的T％，以确定根据实施例1和2以及比较例1和2的用活性炭处理的阿洛酮糖产物溶液的变色水平。待测量样品具有30Brix并且使用1cm石英池进行分析。T％是指透射光与入射光的比率。与吸光度相反，该值随透射光增加而增加。因此，当该值高时，颜色更浅且更透明。也通过使用紫外线分光光度计来测量在720nm下的吸光度(abs)，以确定精细物质的含量。待测量样品具有30Brix并且使用1cm石英池进行分析。在阿洛酮糖转化反应溶液的初始T％及浊度分别为78.6及0.032的阿洛酮糖反应溶液经活性炭处理之后，分析T％及浊度并且结果示于表3中。[表3]在阿洛酮糖转化反应溶液的初始T％及浊度分别为70.4及0.024的阿洛酮糖反应溶液经活性炭处理之后，分析T％及浊度并且结果示于表4中。[表4]如表3及表4所示，当将具有各种平均粒度的活性炭粒子混合至阿洛酮糖反应溶液中以纯化阿洛酮糖时，与初始阿洛酮糖反应溶液的T％无关，粒度越小，脱色越有效并且移除精细材料越容易。当活性炭以分批式混合时，在搅拌期间活性炭粒子可能与活性炭粒子碰撞，使得产生另外的精细粒子。因为粉末状活性炭具有大表面积，所以粉末状活性炭由于大表面积而具有大吸附面积来结合有色材料和精细粒子，与微粒活性炭相比，活性炭的量更少，脱色和移除精细粒子更有效。比较例3.使用填充粒子的柱子的杂质移除效率之间的关系将122g(250ml)表4中所示的样品5的颗粒状活性炭填充于柱子中，并且流过以阿洛酮糖的重量计浓度为50％的阿洛酮糖反应溶液(T％＝70.4)。此时，柱子的温度为75℃并且流动速率为SV1(250ml/60min＝4.17ml/min)，并且施加于该柱子的压力为0.04MPa。SV是指表示连续流动型反应设备中的流体原料的处理效率的值。当F[m3/h]是原料的流动速率并且VR是反应设备的内部容积时，空间速度的SV[h-1]由式Sv＝F/VR表示。SV是指每单位时间及单位体积的反应设备能够供应的原料的流量，并且由单位1/h表示。当柱子速度较低时，活性炭与反应溶液之间的接触时间较长。因此，在较低柱子速度下杂质的移除更有效，但每小时处理的反应溶液减少。另外，柱子速度不可能无限增加，并且实验室中所用柱子的压力限制为0.07Mpa，因此柱子速度不可能再升高。作为实验结果，各种柱子速度下填充粒子的柱子的处理效率示于表5中。[表5]与使用分批式活性炭粉末的实施例2相比，使用填充粒子的柱子的比较例3的实验结果示于表6中。[表6]当使用填充颗粒状活性炭的柱子时，由于压力限制，反应溶液的处理速率低。因此，待用活性炭处理的反应溶液的量减小，从而降低了产率。当以分批式使用粉末状活性炭时，每单位时间待处理的反应溶液的量可以根据反应容器无限增加而不受压力影响，并且少量活性碳可达成大处理效果。当前第1页1 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