earticle

영어

In this study, precipitation process was developed for the recovery of the lactic acid from calcium lactate fermentation broth. Calcium lactate yield was improved by decreasing the solubility of calcium lactate through the addition of ethanol (25%, v/v) as a co-precipitant. The optimal lime type, lime concentration, stirrer speed, precipitation time, temperature, and solvent amount for Ca(LA)2 precipitation were CaO, 0.0175 g/mL, 220 rpm, 24 h, 5℃, ethanol 25% (v/v), respectively. Lactic acid was easily and efficiently recovered from precipitated Ca(LA)2 by adding sulfuric acid (Ca(LA)2/ H2SO4 molar ratio=1：1). In the model solution of organic acids and fermentation broth, the overall yields of recovered lactic acid were 62% and 55%, respectively, under the aforementioned optimal conditions.

한국어

Lactic acid (2-hydroxypropanoic acid) 생산은 미생물에 의한 발효나 화학적인 합성 방법을 사용하고 있으며, 현재 전체 생산의 50% 이상이 미생물에 의한 발효법을 사용하여 생산 하고 있다. Lactic acid는 전통적으로 식품첨가제 등 식품분 야와 수술용 봉합사 등 의약품 분야에 널리 이용되며 특히 최근에는 생분해성 및 생체활성 고분자 등의 기능성고분자 합성을 위한 플렛폼화합물 (platform chemicals)로 이용되어 그 수요가 계속 확대될 전망이다 [1]. 이와 같이 생분해성 고분자인 polylactic acid (PLA)를 생산하기 위해서는 대량 생 산과 고순도 정제가 경제적으로 이루어 져야 한다. Lactic acid 생산방법 중에서 화학적인 합성방법으로는 racemic mixture (DL-lactic acid)가 얻어지기 때문에 고분자 물성을 자유롭게 조절하기에 부적합한 반면, 미생물 발효에 의한 방법은 미생 물의 종류에 따라 한 가지 형태의 lactic acid만을 얻을 수 있 다는 장점과 더불어 매년 재생산되는 바이오매스를 원료로 사용한다는 점과 화학적 합성법과는 달리 공해문제가 적은 청정기술이라는 장점을 가지고 있다 [2,3]. 그러나 발효공정 으로 생산된 lactic acid는 발효액 내의 여러 가지 불순물들 과 함께 존재하기 때문에 이들을 제거하기 위한 회수 공정이 필요하게 된다. 또한 lactic acid 생산 공정 중 분리 및 정제 과정이 전체 생산비용의 절반 이상 차지하기 때문에 발효액 으로부터 효율적인 회수공정이 젖산의 경제적 생산에 필수 적이다 [4]. 기존의 lactic acid 분리 방법으로는 결정화, 용매 를 이용한 액-액 추출 등이 있고, 최근에는 반응추출, 전기투 석, 나노여과, 반응증류, 역삼투법이 사용되고 있다 [5-8]. 하지 만 이 방법들은 발효액에서 1차 정제는 유용하지만 고순도의 lactic acid를 얻기는 힘들다. Lactic acid의 전통적인 분리 및 정제 방법은 발효액으로부터 미생물을 제거한 다음 석회 (lime)를 첨가하여 calcium lactate[Ca(LA)2] 형태로 침전시 켜 이를 황산과 반응시켜 calcium sulfate (gypsum)를 침전/ 제거하여 lactic acid를 회수한다. 하지만 이 방법은 Ca(LA)2 의 높은 용해도로 인하여 lactic acid의 회수율이 매우 낮은 문제점이 있다 [9,10]. 따라서 본 연구에서는 높은 Ca(LA)2 의 용해도 문제를 해결하기 위하여, Ca(LA)2의 침전 조건을 최적화하고 침전된 Ca(LA)2 용액에 황산을 처리하여 고순도, 고수율의 lactic acid를 회수할 수 있는 방법을 개발하고자 하였다. 특히 Ca(LA)2의 용해도를 낮추기 위하여 여러 종류 의 유기용매 (ethanol, acetone, acetonitrile) 첨가에 따른 영향 을 평가하였다.