This study regards the purification and separation process development required to produce the highly purified succinic acid from the fermentation broth produced by Mannheimia succiniciproducens which is capable of the mass production of succinic acid. The newly developed process consists of the pretreatment process such as the reactive extraction and the vacuum evaporation steps and the crystallization process for the highly purified succinic acid production.
Fermentation broth, separated from cells in the fermentation broth by the centrifugation, is applied to the pretreatment processes that are the reactive extraction to separate the contaminated organic acid selectively at appropriate pH and the vacuum evaporation for concentration and removal of the volatile contaminated organic acid. As the result of reactive extraction experiment with using various amine extractants and diluents, acetic acid can be removed more effectively at pH 5.0 with using tertiary amine extractant and active diluent MIBK.
The crystallization process of highly purified succinic acid from the pretreatment sample solution is conducted at 4℃ adjusting the pH(1.0∼3.0) without use of additional salt. The purified succinic acid, with 99.76% purity and 73.09% yield rate was obtained through this newly developed purification process.
본 연구에서는 숙신산이 다량 발현되도록 유도된 Mannheimia succiniciproducens 균주의 발효액으로부터 고순도의 숙신산을 효율적으로 생산하는 정제공정 개발에 관한 연구를 수행하였다. 숙신산 분리 정제공정 개발을 위하여 발효액으로부터 반응추출 및 감압증발의 전처리 공정을 적용하였고 보다 정제된 결정을 얻기 위하여 pH변화를 이용한 결정화 공정을 수행하였다. 다양한 2, 3, 4차 아민 추출제와 활성 및 비활성 희석제를 이용하여 반응추출 특성연구를 수행한 결과 3차 아민의 추출능이 pH에 대하여 민감하게 반응하였고, 이러한 특성을 이용하여 실제 발효공정에서 다량의 불순 유기산으로 존재하는 아세트산에 대한 선택적 추출제거 실험을 수행한 결과 3차 아민추출제와 활성희석제인 MIBK를 이용하여 pH 5.0에서 반응추출을 수행할 때 아세트산을 가장 효과적으로 제거할 수 있었다. 결정화 공정 연구에서는 기존 공정의 단점인 과량의 염 사용과 이로 인한 고형물 및 폐수 문제를 해결하고자 낮은 온도에서 pH변화에 따른 결정화를 실시하였으며, 발효액 속에 존재하는 숙신산의 농도비를 높이는 반응추출 전처리 공정을 수행하여 추가적인 염의 첨가 없이도 pH 1.0-3.0범위에서 고순도의 숙신산을 얻을 수 있었다. 복합정제공정개발에 대한 본 연구에서는 발효액과 균주를 원심분리로 분리한 후, 상등액을 취하여 적절한 pH에서 반응추출로 부산물 유기산과 불순물을 선택적으로 제거하고 감압증발 공정으로 농축하는 전처리 단계를 수행하였다. 전처리된 샘플은 저온 및 적정 pH조건에서 결정화하여 숙신산을 선택적으로 결정화시켰으며 침전된 숙신산 결정을 회수한 후 건조하여 최종 정제된 고순도의 숙신산을 얻을 수 있었다. 복합정제공정 결과 최종적으로 순도 99.76%, 수율 73.09%의 고순도 숙신산을 얻을 수 있었으며 이는 기존의 화학적 합성공정을 대체할 수 있는 효율적인 공정으로 사료된다.
