JP5835489B2 - 塩基性アミノ酸又は塩基性アミノ酸塩の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、塩基性アミノ酸塩酸塩（以下、塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩と記載する）から塩酸（以下、ＨＣｌと記載する）を除去する方法に関する。

塩基性アミノ酸は種々のものが存在するが、代表的なものは、リジン、アルギニン、ヒスチジン、オルニチン等である。これらの塩基性アミノ酸は通常ＨＣｌ塩の形で製造されている。

一方、塩基性アミノ酸は医薬用としても用いられており、その場合、ＨＣｌ塩は人体に悪影響を及ぼすのでＨＣｌを除去する必要がある。また、医薬用以外にも、工業用、飼料用、食添用等に用いられており、これらの用途に応じ、好ましい弱塩酸の形態として製品化することが求められている。

塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩からＨＣｌを除去した塩基性アミノ酸の製造方法は種々知られている。

例えば、特許文献１の実施例１には、Ｌ−リジン発酵液に硫酸を加えて酸性にし、これをアンモニア型の強酸性陽イオン交換樹脂に通液してＬ−リジンを吸着させ、吸着したＬ−リジンをアンモニア水で溶出する方法が開示されている。

また、特許文献２には、塩基性アミノ酸塩類の溶液を陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを組合せた電気透析槽で電気透析して塩基性アミノ酸溶液を得る方法が開示されている。

非特許文献１には、Ｌ−リジンＨＣｌ塩の陰イオン交換樹脂への吸着挙動を研究し、温度を変化させることにより吸着平衡を変化させてＬ−リジンからの脱ＨＣｌを試みたことが開示されている。

特開平４−１３４０５４号公報 特開２００２−２８４７４９号公報

Ｌｕｃａｓら、 "ＩＯＮ ＥＸＣＨＡＮＧＥ ＫＩＮＥＴＩＣＳ ＯＦ ＤＬ−ＬＹＳＩＮＥ ＭＯＮＯＨＹＤＲＯＣＨＯＬＯＲＩＤＥ ＯＮ ＡＭＢＥＲＬＩＴＥ ＩＲＡ−４２０"，Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ，１９９６，１４(６)，Ｐ１１１５−１１３５

特許文献１の方法は溶離剤であるアンモニア水の回収設備が必要になることと、十分な吸着容量を確保するために所要樹脂量およびそれに伴う樹脂洗浄水量が増大し、コストおよび排水負荷に問題があった。

特許文献２の方法は、装置にコストがかかり、塩基性アミノ酸の生産には不向きである。

非特許文献１の温度を変える方法は、いずれの場合も塩素イオン（以下、Ｃｌ又はＣｌ⁻と記載する）の破過点が非常に早く、リジンの収率は極く僅かであった。

本発明の目的は、簡便な方法で塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩からＨＣｌを効率よく除去し、医薬用、工業用、飼料用、食添用等、各用途に適する塩基性アミノ酸又は塩基性アミノ酸塩の製造方法を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するべく鋭意検討を行い、まず、弱塩基性陰イオン交換樹脂を用いて脱Ｃｌを検討した。しかしながら、Ｃｌのこの樹脂への吸着はほとんど起こらなかった。これは、脱Ｃｌによって塩基性アミノ酸溶液のｐＨが上昇し、弱塩基性陰イオン交換樹脂のイオン交換機能が発揮しなくなったことによるものと思われる。

そこで、次に強塩基性陰イオン交換樹脂を用いて脱Ｃｌを検討した。その結果、脱Ｃｌはできたが、今度は塩基性アミノ酸も同時に吸着されてしまって塩基性アミノ酸の収率が低下してしまうという問題が生じた。これは、脱Ｃｌによって塩基性アミノ酸溶液のｐＨが上昇し、塩基性アミノ酸が陰イオン化して吸着されるようになったためであると考えた。

そこで、本発明者はさらに検討を進め、塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩溶液に弱酸を存在させておけば、脱Ｃｌによる塩基性アミノ酸溶液のｐＨの上昇を抑制して、陰イオン交換樹脂のイオン交換機能を発揮させ続け、かつ塩基性アミノ酸の陰イオン化による吸着を阻止できると考えるに至った。

本発明は、このような着想に基いてなされたものであり、塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩の溶液を陰イオン交換樹脂を使用して脱Ｃｌするときに、弱酸を共存させることを特徴とする、塩基性アミノ酸及び塩基性アミノ酸塩の製造方法を提供するものである。

本発明により、塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩の溶液から簡便な方法でＨＣｌを効率よく除去し、医薬用、工業用、飼料用、食添用等、各用途に適する塩基性アミノ酸及びアミノ酸塩を製造することができる。

本発明の一実施例である、Ｌ−リジンＨＣｌ塩溶液に酢酸を加えて強塩基性陰イオン交換樹脂に通液したときの破過曲線を示すグラフである。 同じく弱塩基性陰イオン交換樹脂に通液したときの破過曲線を示すグラフである。 Ｌ−リジンＨＣｌ塩溶液に弱酸を加えないで弱塩基性陰イオン交換樹脂に通液したときの破過曲線を示すグラフである。 Ｌ−リジンＨＣｌ塩溶液に弱酸を加えないで強塩基性陰イオン交換樹脂に通液したときの破過曲線を示すグラフである。

本発明の方法で脱Ｃｌを行う塩基性アミノ酸の種類は問わないが、リジン、アルギニン、ヒスチジン、オルニチン、ヒドロキシリジン等を例示することができる。塩基性アミノ酸には光学異性体があるが、そのいずれであってもよく、ラセミ体であってもよい。また、塩基性アミノ酸の由来も特に限定されるものではない。

塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩のＨＣｌは、通常塩基性アミノ酸１分子当り１分子であるが、それに限定されず、ＨＣｌが２分子あるいは３分子等であってもよく、０．５分子のような小数点のある量でも良い。

塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩は溶液状態で陰イオン交換樹脂に接触させる。塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩溶液の品質純度は特に限定されるものではなく、発酵液、飼料用・工業用・食添用・医薬用のいづれのグレードであっても用いることができる。

塩基性アミノ酸の濃度は、陰イオン交換樹脂処理できる濃度であれば特に限定されないが、例えば１ｇ／ｄＬ〜飽和溶解度、通常は５〜１５ｇ／ｄＬ程度で使用すればよい。

塩基性アミノ酸に共存させる弱酸は、陰イオン交換樹脂に対する選択係数が塩酸より小さい酸であり、かつ脱Ｃｌ後、塩基性アミノ酸を等電点以下に保てる酸である。この弱酸は、さらに、医薬用、工業用、飼料用、食添用等、各用途に応じて好ましい弱酸を用いるのがよい。この弱酸は有機酸、無機酸のいずれであってもよい。有機酸の例としては、酢酸、安息香酸、カプロン酸、ギ酸、吉草酸、乳酸、プロピオン酸、酪酸、アスパラギン酸、グルタミン酸等が挙げられ、無機酸の例としては、炭酸、ヨウ素酸、フッ素等が挙げられる。デュオライトＡ−１０１ＤのＯＨ⁻に対する選択係数の例を次に示す。Ｃｌ⁻＝２２，ＨＣＯ_３ ⁻＝６．０，ＩＯ_３ ⁻＝５．５,ＨＣＯＯ⁻＝４．６，ＣＨ_３ＣＯＯ⁻＝３．２，ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＯＯ⁻＝２．６，Ｆ⁻＝１．６

塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩の溶液中の弱酸の量は、ＨＣｌが陰イオン交換樹脂に吸着された後に溶液のｐＨを当該塩基性アミノ酸の等電点以下、好ましくは等電点より１〜２程度低いｐＨに保てる量であり、通常は、酸塩基当量として、ＨＣｌの０．８当量以上、好ましくは０．８〜２．０当量程度、より好ましくは１．０〜１．２当量程度とすることが好ましい。この弱酸の量は、既に塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩の溶液に含まれている量もその一部とし、不足分は新たに追加して調整する。

塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩の溶液のｐＨは、ｐＨ０〜９が好ましい。通常は塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩をそのまま溶解した状態でよい。

陰イオン交換樹脂は、種類は特に限定されず、強塩基性陰イオン交換樹脂、弱塩基性陰イオン交換樹脂等いずれのものであってもよい。陰イオン交換樹脂の型は、特に限定されないが、ＯＨ型にして用いるのが好ましく、そのために使用前に再生しておく。

塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩の溶液を陰イオン交換樹脂を使用して脱Ｃｌする方法は、通常のイオン交換樹脂を用いた操作方法と同様にして行うことができる。

すなわち、通常のイオン交換樹脂を用いた工程は、基本的に吸着−溶離−再生の３工程からなる。本発明では、吸着工程ではＣｌイオンの吸着を行い、溶離工程ではこの吸着したＣｌの溶離を行う。溶離剤はＣｌを溶離できるものであればよく、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア等を使用することができる。吸着工程における陰イオン交換樹脂にＯＨ型のものを用い、溶離剤に水酸化アルカリを用いた場合には溶離と同時に再生も行われる。

本発明で使用される、陰イオン交換樹脂を充填した樹脂塔は１塔でもよいが、実用的には２塔以上を用いることが好ましい。それによって各塔ごとに別の工程を担当させ、これを順次移動させることによって連続生産が可能になる。特に、各工程毎に２塔以上の塔を直列に連結して行う方式が好ましく、これによって陰イオン交換樹脂の交換容量を最大限に活用することができる。

塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩の溶液や溶離剤の通液量は常法によって定めればよく、これは通常は破過点を基準に定められる。

本発明によれば、塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩からＣｌを９８．５ｍｏｌ％以上好ましくは９９．９ｍｏｌ％以上除去できる。リジンではＣｌ／Ｌｙｓを１．５ｍｏｌ％以下、好ましくは０．０１ｍｏｌ％以下にできる。

塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩の溶液からＨＣｌを除去した液には本発明で使用した弱酸が含まれている。この弱酸はさらに除去することもできるが、弱酸が最終製品の用途において好ましいもの、または有害なものでなければそのまま使用できる。

以上の様に塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩溶液から陰イオン交換樹脂を使用して塩基性アミノ酸弱酸塩溶液を取得した後、塩基性アミノ酸を取得する方法として、弱酸に炭酸を利用する方法がある。

弱酸が炭酸であれば、脱炭酸処理に付する工程によって塩基性アミノ酸を取得することができる。脱炭酸処理方法として、具体的には、蒸発操作等によって、炭酸ガスとして容易に放出し除去することができる。特に、加熱による塩基性アミノ酸の分解を抑えるために、減圧を伴った蒸発操作が好ましい。蒸発に用いる装置の種類と構造は特に限定されず、例えば、垂直短管型蒸発缶、降下式薄膜蒸発缶、強制循環型蒸発缶等を用い、これらの蒸発缶は単効用であっても多重効用であってもよい。蒸発操作の条件は常法に従って行えばよく、缶内の圧力を、例えば３０〜２５０ｈＰａ、好ましくは３０〜１５０ｈＰａとすることにより、塩基性アミノ酸の分解を抑制し、効率よく炭酸を除去できる。

得られた塩基性アミノ酸弱酸塩溶液又は弱酸を除去した塩基性アミノ酸溶液は、各用途に応じ、溶液のまま使用する方法と、結晶化して使用する方法があり、いずれの方法であっても良い。

結晶化する場合、晶析する方法と直接乾燥させる方法があり、晶析の例としては、濃縮、冷却、有機溶剤等貧溶媒を添加する、またはこれらを組み合わせる方法があり、直接乾燥の例としては、スプレードライ、凍結乾燥する方法がありいずれの方法であっても良い。

減圧濃縮した場合、得られた濃縮溶液は、一定温度、例えば１０℃〜３０℃、好ましくは、１０℃〜１５℃まで冷却することにより、より回収率を上げることができる。また、得られた濃縮液に有機溶剤を添加することにより、より回収率を上げることができる。有機溶剤の例としては、メタノール、エタノール、２−プロパノール等がある。

結晶を含む濃縮液を遠心分離等の操作により固液分離することにより、アミノ酸弱酸塩の結晶を得ることができる。

分離して得た結晶を、例えば、水、塩基性アミノ酸弱酸塩の飽和溶液、メタノール、エタノール、２−プロパノールの有機溶剤により洗浄することにより、表面に付着している不純物を除去してもよい。

分離して得た結晶を、流動乾燥、減圧乾燥、棚乾燥等により乾燥し、塩基性アミノ酸結晶又は塩基性アミノ酸塩結晶を得ることができる。

実施例１
イオン交換樹脂には、強塩基性陰イオン交換樹脂（Ｄｏｗｅｘ ｍａｒａｔｈｏｎ Ａ２、ダウエックス社製品、II型、１．２ｅｑ／Ｌ）２５０ｍｌをカラムに充填し、１．５Ｎ−ＮａＯＨ３ＲＶ、水押し４ＲＶで再生したものを使用した。当該イオン交換樹脂の型はＯＨ型である。

フィード液には、Ｌ−リジンＨＣｌ塩（飼料用）を水に溶解し、さらにＬ−リジンと等モル（従って、ＨＣｌと等モル）の酢酸を添加したＬ−リジン濃度が５．０ｇ／ｄＬの液を使用した。

フィード液を上記カラムの上部からＳＶ＝１で１．６ＲＶ流し、次いで２ＲＶの水押しを行った。

カラムの下部から流出する貫流液のＬ−リジン濃度（▲）、Ｃｌ濃度（■）、酢酸濃度（◆）およびｐＨ（○）の変化を測定して図１に示すグラフを得た。

得られた結果は、Ｌ−リジン収率８１％、貫流液中のＣｌ／Ｌ−Ｌｙｓ＝１．５ｍｏｌ％、酢酸収率３５．５％であった。Ｌ−リジン収率は８０％以上であり、Ｃｌも９８．５ｍｏｌ％除去されたが、同時に酢酸もかなり吸着されていた。酢酸は、Ｃｌに比較して陰イオン交換樹脂への選択係数が低いため、Ｃｌの吸着量が多くなると酢酸の収率が高くなることも分かった。酢酸は不足分を追加してＬ−リジン酢酸塩として市場に供給できるので問題は無い。

実施例２
イオン交換樹脂には弱塩基性陰イオン交換樹脂（ＬＥＷＡＴＩＴ（旧商品名ＩＯＮＡＣ）Ａ−３６５ ＬＡＮＸＥＳＳ社製品、３．５ｅｑ／Ｌ）２００ｍｌをカラムに充填し、１．５Ｎ−ＮａＯＨ４ＲＶ、水押し４ＲＶで再生したものを使用した。当該イオン交換樹脂の型はＯＨ型である。

フィード液には、Ｌ−リジンＨＣｌ塩（飼料用）を水に溶解し、さらにＬ−リジンと等モルの酢酸を添加したＬ−リジン濃度が７．０ｇ／ｄＬの液を使用した。

フィード液を上記カラムの上部からＳＶ＝１で３．７ＲＶ流し、次いで、１．５ＲＶの水押しを行った。

カラムの下部から流出する貫流液のＬ−リジン濃度（▲）、Ｃｌ濃度（■）、酢酸濃度（◆）およびｐＨ（○）の変化を測定して図２に示すグラフを得た。

得られた結果は、Ｌ−リジン収率９８．６％、貫流液中のＣｌ／Ｌ−Ｌｙｓ＝０．０３ｍｏｌ％、酢酸収率７５．７％であった。Ｌ−リジン収率は９８％以上であり、Ｃｌも９９．９７ｍｏｌ％が除去されていたが酢酸の吸着もあった。酢酸は、Ｃｌに比較して陰イオン交換樹脂への選択係数が低いため、Ｃｌの吸着量が多くなると酢酸の収率が高くなることも分かった。酢酸は不足分を追加してＬ−リジン酢酸塩として市場に供給できるので問題は無い。

実施例３
前記実施例２による方法によって得た前記貫流液に、酢酸をＬ−リジンに対して１．０モル当量となるように添加し、活性炭により脱色、ろ過し、減圧濃縮によりＬ−リジン９５ｇ／ｄＬになるまで濃縮し、１５℃まで冷却し、遠心分離によって結晶を得た。得られた結晶を１００％メタノールによって洗浄し、減圧乾燥により乾燥することにより、Ｌ−リジン酢酸塩製品を得た。得られた製品のフィード液に対する回収率（Ｌ−リジン収率）は、５７．６％であった。得られた製品を第十六改正日本薬局方記載による方法（１３８５〜１３８６頁参照）において純度を確認したところ、１００％であった。

比較例１
イオン交換樹脂には弱塩基性陰イオン交換樹脂（ＬＥＷＡＴＩＴ（旧商品名ＩＯＮＡＣ）Ａ−３６５ ＬＡＮＸＥＳＳ社製品、３．５ｅｑ／Ｌ）２００ｍｌをカラムに充填し、１．７Ｎ−ＮａＯＨ４ＲＶ、水押し５ＲＶで再生したものを使用した。当該イオン交換樹脂の型はＯＨ型である。

フィード液には、Ｌ−リジンＨＣｌ塩（飼料用）を水に溶解したＬ−リジン濃度が５．１ｇ／ｄＬの液を使用した。

フィード液を上記カラムの上部からＳＶ＝１で９．５ＲＶ流し、次いで２．５ＲＶの水押しを行った。

カラムの下部から流出する貫流液のＬ−リジン濃度（▲）、Ｃｌ濃度（■）、ｐＨ（○）およびＢｒｉｘ（×）の変化を測定して図３に示すグラフを得た。

その結果、Ｃｌの陰イオン交換樹脂への吸着はほとんどないことがわかった。これは、弱塩基性陰イオン交換樹脂のイオン交換基の解離がｐＨ９以上であるのに対し、Ｌ−リジンの等電点が９．７９であるため、最初に少量のＣｌが吸着した段階ですぐｐＨが上昇しイオン交換作用を発揮しなくなったためであると考えられる。

比較例２
比較例１の結果を受け、イオン交換基の解離がｐＨに依存しない強塩基性イオン交換樹脂による脱Ｃｌを検討した。

イオン交換樹脂には、強塩基性陰イオン交換樹脂（Ｄｏｗｅｘ ｍａｒａｔｈｏｎ Ａ２（ダウエックス社製品、II型、１．２ｅｑ／Ｌ）２５０ｍｌをカラムに充填し、１．５Ｎ−ＮａＯＨ３ＲＶ、水押し４ＲＶで再生したものを使用した。当該イオン交換樹脂の型はＯＨ型である。

フィード液には、Ｌ−リジンＨＣｌ塩（飼料用）を水に溶解したＬ−リジン濃度が５．０ｇ／ｄＬの液を使用した。

フィード液を上記カラムの上部からＳＶ＝１で１．６ＲＶ流し、次いで４ＲＶの水押しを行った。

カラムの下部から流出する貫流液のＬ−リジン濃度（▲）、Ｃｌ濃度（■）およびｐＨ（○）の変化を測定して図４に示すグラフを得た。

その結果、Ｃｌはほとんど吸着されて貫流液中のＣｌ／Ｌ−Ｌｙｓ＝１．５ｍｏｌ％になったがＬ−リジンの収率が５４％、と低く、実用化が困難であることがわかった。

本発明により、塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩からＨＣｌを効率よく除去し、医薬用、工業用、飼料用、食添用等、各用途に適する塩基性アミノ酸又は塩基性アミノ酸塩の製造に広く利用できる。

Claims (15)

1. 塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩の溶液を陰イオン交換樹脂を使用して脱Ｃｌするときに、弱酸を共存させることを特徴とする、塩基性アミノ酸又は塩基性アミノ酸塩の製造方法
2. 前記塩基性アミノ酸が、リジン、アルギニン、ヒスチジン、オルニチン、ヒドロキシリジンである請求項１記載の方法
3. 前記弱酸が酢酸、安息香酸、カプロン酸、ギ酸、吉草酸、乳酸、プロピオン酸、酪酸、アスパラギン酸、グルタミン酸、炭酸、ヨウ素酸、フッ素である請求項１〜２記載の方法
4. 弱酸が共存した塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩の溶液に陰イオン交換樹脂を使用して脱Ｃｌするに際し、陰イオン交換樹脂がＯＨ型である請求項１〜３記載の方法
5. 前記塩基性アミノ酸塩が、塩基性アミノ酸酢酸塩である請求項１記載の方法
6. 前記塩基性アミノ酸がＬ−リジンである請求項１記載の方法
7. 塩基性アミノ酸塩がＬ−リジン酢酸塩である請求項１記載の方法
8. 塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩からのＣｌ除去率が９８．５ｍｏｌ％以上である請求項１〜７記載の方法
9. 塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩からのＣｌ除去率が９９．９ｍｏｌ％以上である請求項１〜７記載の方法
10. 塩基性アミノ酸がＬ−リジンである請求項８又は９記載の方法
11. 塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩の溶液を陰イオン交換樹脂を使用して脱Ｃｌするときに、弱酸を共存させて塩基性アミノ酸弱酸塩溶液又は塩基性アミノ酸溶液を製造し、その塩基性アミノ酸弱酸塩溶液又は塩基性アミノ酸溶液を晶析又は直接乾燥させることからなる、塩基性アミノ酸塩結晶又は塩基性アミノ酸結晶の取得方法
12. 塩基性アミノ酸がＬ−リジンである請求項１１記載の方法
13. 塩基性アミノ酸塩結晶がＬ−リジン酢酸塩である請求項１１記載の方法
14. 塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩溶液から塩基性アミノ酸を取得する方法において、
    塩基性アミノ酸のＨＣｌ塩溶液に炭酸を共存させて、陰イオン交換樹脂に貫流して塩素イオンを除去し、塩基性アミノ酸炭酸塩溶液を製造する工程
    塩基性アミノ酸炭酸塩溶液を脱炭酸処理に付す工程からなる塩基性アミノ酸を取得する方法
15. 塩基性アミノ酸がＬ−リジンである請求項１４記載の取得方法

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