JP2001029094A - Ｌ−アスパラギン酸の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マレイン酸からフマル酸を経由して酵素反応
によりＬ−アスパラギン酸を製造する工業的に有利な方
法を提供する。 【解決手段】 マレイン酸水溶液を、水溶性臭素化合物
及び標準電極電位が１Ｖ以上の化合物、又は臭素酸イオ
ンの存在下に異性化して、水相中の標準電極電位が１Ｖ
以上の化合物又は臭素酸イオンの含有量がフマル酸１ｋ
ｇ当り６．０ミリモル以下のフマル酸スラリーを生成さ
せるか、又は異性化により生成したフマル酸スラリーか
らフマル酸結晶と共存している水溶液中の標準電極電位
が１Ｖ以上の化合物又は臭素酸イオンの少くとも一部を
除去して、その含有量をフマル酸１ｋｇ当り６．０ミリ
モル以下とし、次いでこれにアスパルターゼ又はアスパ
ルターゼを産生する微生物を添加して、フマル酸からＬ
−アスパラギン酸への反応を行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマレイン酸からフマ
ル酸を経由して、酵素反応によりＬ−アスパラギン酸を
製造する方法に関するものである。特に本発明は中間体
であるフマル酸の精製工程を簡略化したＬ−アスパラギ
ン酸の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アスパルターゼ又はアスパルターゼを産
生する微生物の存在下に、フマル酸にアンモニアを反応
させてＬ−アスパラギン酸を製造することは公知であ
る。反応はアンモニアの存在下にフマル酸を水に溶解
し、生成した水溶液にアスパルターゼを添加してＬ−ア
スパラギン酸アンモニウム水溶液を生成させる。この水
溶液に硫酸を添加するとＬ−アスパラギン酸が生成す
る。

【０００３】原料のフマル酸はマレイン酸の異性化によ
り入手することができる。マレイン酸の異性化方法はい
くつも知られているが、マレイン酸水溶液に臭素酸イオ
ンを生成する化合物又は水溶性臭素化合物と酸化剤とを
添加する方法が最も好ましい方法の一つとされている。
マレイン酸水溶液に臭素酸イオンを生成する化合物又は
水溶性臭素化合物と酸化剤とを添加すると、マレイン酸
は容易にフマル酸となって析出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に酵素は過酸化水
素などの酸化剤により影響されることが知られている。
アスパルターゼを用いるフマル酸からＬ−アスパラギン
酸への反応も、酵素反応の常識として、反応系に酸化剤
が存在することは好ましくないと考えられる。しかるに
上述の方法によりマレイン酸を異性化して得たフマル酸
には、異性化触媒として用いた臭素酸イオンや酸化剤が
不純物として含まれている。従って上述の方法により得
たフマル酸を原料として、アスパルターゼを用いる酵素
反応によりＬ−アスパラギン酸を製造する際には、予め
フマル酸を十分に精製しておくことが必要と考えられて
いる。

【０００５】例えば米国特許第４５６０６５３号には、
過硫酸アンモニウムと臭化アンモニウムを触媒としてマ
レイン酸をフマル酸に異性化し、生成したフマル酸をイ
オン交換樹脂及び活性炭で処理したのち、アスパルター
ゼを用いてアンモニアと反応させＬ−アスパラギン酸を
生成させることが記載されている。しかしこのようなフ
マル酸精製工程を経由することは、Ｌ−アスパラギン酸
を工業的に製造する場合には、決して好ましい方法では
ない。従って本発明は異性化により生成したフマル酸
を、煩雑な精製工程を経ることなく、アスパルターゼを
用いるＬ−アスパラギン酸の製造に用いる方法を提供し
ようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、水溶性
臭素化合物及び標準電極電位が１Ｖ以上の化合物、又は
臭素酸イオンの存在下、マレイン酸水溶液を異性化し
て、標準電極電位が１Ｖ以上の化合物又は臭素酸イオン
の含有量がフマル酸１ｋｇに対して６．０ミリモル以下
のフマル酸スラリーを生成させるか、又は異性化により
生成したフマル酸スラリーからフマル酸結晶と共存して
いる水溶液中の標準電極電位が１Ｖ以上の化合物又は臭
素酸イオンの少くとも一部を除去して、その含有量をフ
マル酸１ｋｇに対して６．０ミリモル以下とし、次いで
これにアンモニア及びアスパルターゼ又はアスパルター
ゼを産生する微生物を添加して、フマル酸からＬ−アス
パラギン酸への反応を行わせることにより、煩雑なフマ
ル酸精製工程を経ることなく、マレイン酸からＬ−アス
パラギン酸を工業的に製造することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明では先ずマレイン酸を水溶
液中でフマル酸に異性化する。マレイン酸としては精製
品及び粗製品のいずれをも用いることができる。例えば
特公昭４０−２３７８４号公報に記載の無水フタル酸の
製造工程で回収される粗マレイン酸水溶液を用いること
ができる。異性化に供するマレイン酸水溶液中のマレイ
ン酸濃度は５〜６０重量％、好ましくは１０〜５０重量
％である。濃度が低過ぎると経済性が劣り、逆に濃度が
高過ぎると異性化により生成したフマル酸が大量に析出
するので、反応系の攪拌が困難となる。マレイン酸の異
性化触媒としては、臭素酸イオン又は水溶性の臭素化合
物と標準電極電位が１Ｖ以上の化合物を併用する。

【０００８】臭素酸イオンを与える化合物としては、臭
素酸のナトリウム、カリウム、バリウム、銀塩などを用
いればよい。これらは所望ならば２種以上を併用するこ
ともできる。水溶性の臭素化合物としては、臭化水素酸
のリチウム、ナトリウム、カリウム、アンモニウム、マ
グネシウム、カルシウム、鉄、銅、亜鉛、アルミニウム
塩など臭素の原子価が−１であるものを用いるのが好ま
しいが、Ｎ−ブロモコハク酸イミドのような臭素の原子
価が＋１であるものを用いることもできる。これらの水
溶性の臭素化合物も所望ならば２種以上併用することも
できる。

【０００９】水溶性の臭素化合物と併用する標準電極電
位が１Ｖ以上の化合物は酸化剤として機能するものであ
り、４価のセリウムを含む化合物である硝酸アンモニウ
ムセリウム、硫酸セリウム、硫酸セリウムアンモニウム
（いずれも標準電極電位１Ｖ）、過硫酸イオンを含む化
合物である過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸
アンモニウム（いずれも標準電極電位１．５Ｖ以上）、
過酸化水素などが用いられる。なかでも硝酸セリウムア
ンモニウム又は過硫酸イオンを含むものを用いるのが好
ましい。これらの標準電極電位が１Ｖ以上の化合物も所
望ならばいくつかを併用することができる。標準電極電
位についてはＬａｎｇｅ’ｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ
Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ １３ｔｈ Ｓｅｃｔｉｏｎ ６
を参照。

【００１０】マレイン酸からフマル酸への異性化反応は
大きな発熱を伴うので、十分な除熱を行うことが重要で
ある。反応は通常５０〜１５０℃で行うが、リンゴ酸の
生成を抑制するため６０〜１００℃で行うのが好まし
い。反応は回分方式でも連続方式でも行うことができ
る。回分方式の場合には、低温下でマレイン酸水溶液に
触媒を加えたのち徐々に昇温して反応させるか、又はマ
レイン酸水溶液に触媒水溶液を徐々に、通常は１０分な
いし２時間かけて添加して反応させるのが好ましい。な
お、触媒として水溶性臭素化合物と標準電極電位が１Ｖ
以上の化合物とを併用する場合には、その一方は予めマ
レイン酸水溶液中に添加しておいてもよい。連続方式の
場合には、複数の反応槽を直列に接続した多段反応装置
を用いるのが好ましい。この場合には、多量のフマル酸
スラリー中に原料のマレイン酸水溶液及び触媒が供給さ
れるので、回分方式の場合よりも除熱が容易である。異
性化反応はマレイン酸水溶液と触媒とが接触すると直ち
に生起する。

【００１１】回分方式及び連続方式いずれの場合でも、
マレイン酸に対する触媒の供給比率は、触媒として臭素
酸イオンを用いる場合には、臭素イオンとして通常０．
００８〜７．７重量％、好ましくは０．０８〜３．８重
量％である。また、触媒として水溶性臭素化合物と標準
電極電位が１Ｖ以上の化合物とを併用する場合には、水
溶性臭素化合物が通常１．２×１０^-3〜３．６モル％、
好ましくは１．２×１０^-2〜２．４モル％であり、標準
電極電位が１Ｖ以上の化合物が通常０．００４〜８．４
モル％、好ましくは０．００８〜４．２モル％である。

【００１２】異性化反応で生成したフマル酸スラリー
は、次いで酵素反応によるＬ−アスパラギン酸の製造に
用いる。本発明では、スラリー中の触媒残留物により酵
素反応が阻害されないように、反応に供するフマル酸１
ｋｇ当りの臭素酸イオン又は標準電極電位が１Ｖ以上の
化合物の量は６．０ミリモル以下でなければならず、特
に３．０ミリモル以下であるのが好ましい。異性化反応
で生成したフマル酸スラリー中の臭素酸イオン又は標準
電極電位が１Ｖ以上の化合物の量を減少させる一つの方
法は、異性化反応終了後も生成したスラリーを反応温度
に保持することである。

【００１３】前述のように異性化反応はマレイン酸水溶
液と触媒が接触すると急激に進行し、極めて短時間で容
易に反応率が９５％、好ましくは９８％程度に達する。
しかし、引続き生成したスラリーを反応温度に保持して
いると、今度は系内の臭素酸イオン又は標準電極電位が
１Ｖ以上の化合物の量が減少していく。保持時間は通常
５分間以上であり、１０分間以上であるのが好ましい。
フマル酸１ｋｇに対する臭素酸イオン又は標準電極電位
が１Ｖ以上の化合物の量が６．０ミリモル以下、好まし
くは３．０ミリモル以下に達したスラリーは、そのまま
次の異性化反応に供することもできるが、濾過等により
フマル酸を回収し、水で再スラリー化して異性化反応に
供するようにしてもよい。

【００１４】異性化反応により生成したフマル酸スラリ
ーの臭素酸イオン又は標準電極電位が１Ｖ以上の化合物
の量を減少させる他の方法は、フマル酸結晶と共存して
いる水溶液中の臭素酸イオン又は標準電極電位が１Ｖ以
上の化合物の量を減少させることである。最も簡単には
異性化反応により生成したスラリーを濾過、遠心分離等
により固液分離し、得られたフマル酸結晶を水で再スラ
リー化すればよい。勿論、得られたフマル酸結晶を水洗
したのち再スラリー化したり、再スラリー化したのち再
び固液分離−再スラリー化してもよい。これらの洗浄操
作に用いる水量は通常はフマル酸に対し０．２〜１０重
量倍、好ましくは０．５〜５重量倍である。

【００１５】本発明ではこのように、異性化により生成
したスラリーの精製に際し、フマル酸結晶はそのまま保
存して、フマル酸結晶の外部に存在する臭素酸イオン又
は標準電極電位が１Ｖ以上の化合物だけを除去するとい
う簡単な方法により目的を達成することができる。そし
てこの方法によれば、純度９９％以上のフマル酸を容易
に得ることができ、洗浄操作によっては９９．９％以上
の純度とすることもできる。また臭素酸イオン又は標準
電極電位が１Ｖ以上の化合物の量を、フマル酸１ｋｇ当
り容易に１．２ミリモル以下にすることができる。な
お、異性化反応により得られたフマル酸スラリーを固液
分離して得た水相は、異性化工程に循環するのが好まし
い。

【００１６】フマル酸からＬ−アスパラギン酸への反応
は、上記で得られたフマル酸スラリーにアンモニアを加
えてフマル酸アンモニウム水溶液とし、これをアスパル
ターゼ又はアスパルターゼを産生する微生物と接触させ
ればよい。反応に供するフマル酸アンモニウム水溶液の
フマル酸濃度は、フマル酸アンモニウム換算で４５〜７
００ｇ／ｌ、特に９０〜４５０ｇ／ｌであるのが好まし
く、また溶液のｐＨは７．５〜１０が好ましい。ｐＨの
調節はアンモニアで行うのが好ましいが、水酸化ナトリ
ウムなどでその一部を代替することもできる。アンモニ
アだけを用いる場合には、フマル酸に対して１．０〜
３．０倍モル、特に２．０〜２．６倍モル用いるのが好
ましい。

【００１７】アスパルターゼを産生する微生物として
は、ブレビバクテリウム属、エシェリヒア属、シュード
モナス属、バチルス属等の公知のものを用いればよく、
例えばブレビバクテリウム・フラバム ＭＪ−２３３
（ＦＥＲＭ ＢＰ−１４９７）、同ＭＪ−２３３−ＡＢ
−４１（ＦＥＲＭ ＢＰ−１４９８）、ブレビバクテリ
ウム・アンモニアゲネス ＡＴＣＣ ６８７２、エシェ
リヒア・コリ ＡＴＣＣ１１３０３、同ＡＴＣＣ ２７
３２６等を用いればよい。これらの微生物はそのままで
反応に供することもでき、また固定化して反応に供する
こともできる。また、微生物ではなくこれから抽出した
アスパルターゼを用いる場合も、そのまま用いてもよく
また担体に固定化して用いてもよい。

【００１８】微生物や酵素を固定化して用いる場合に
は、これらの固定化触媒の充填床にフマル酸アンモニウ
ム水溶液を流通させる方式を用いるのが好ましい。また
アスパルターゼや微生物をそのままの形態で用いる場合
には、攪拌槽でフマル酸アンモニウム水溶液にこれらを
添加して所定時間攪拌し、次いで分離膜や遠心分離機を
用いて懸濁している微生物等と生成したＬ−アスパラギ
ン酸を含む水相とを分離すればよい。分離して得た微生
物等は再び反応に供することができる。本発明によれ
ば、マレイン酸から工業的に簡単な方法でＬ−アスパラ
ギン酸を製造することができる。

【００１９】

【実施例】以下に実施例により本発明をさらに具体的に
説明する。なお、以下の実施例において、マレイン酸、
フマル酸及びＬ−アスパラギン酸の分析は高速液体クロ
マトグラフィーにより行った。また過硫酸イオン及び臭
素酸イオンの分析はイオンクロマトグラフィーにより行
った。

【００２０】比較例１ 濃度４０．０重量％のマレイン酸水溶液３００．０ｇと
臭化アンモニウム０．２４０ｇを５００ｍＬの反応器に
仕込んだ。この水溶液を６５℃に維持して、これに濃度
５重量％の過硫酸アンモニウム水溶液２４ｇを１時間か
けて添加した。添加終了後、直ちに冷水中に浸漬して３
０℃まで急冷した。この時点でのマレイン酸の転化率は
９９．０％、フマル酸に対する液中の過硫酸イオンの量
はフマル酸１ｋｇ当り８．８ミリモルであった。

【００２１】このフマル酸スラリーに、濃度２５重量％
のアンモニア水１５９．５ｇ、塩化カルシウム・２水和
物１．５ｇ及び水１４７．０ｇを添加して、フマル酸と
して１７４ｇ／Ｌのフマル酸アンモニウム水溶液を調製
した。これに、ブレビバクテリウム・フラバム ＭＪ−
２３３−ＡＢ−４１（ＦＥＲＭ ＢＰ−１４９８）の培
養液を限外濾過膜（旭化成社製品、ＡＣＶ−３０５０）
で濾過して得た濃縮菌体（菌体含量約５０重量％）１．
９ｇを添加し、４５℃に保持しＬ−アスパラギン酸を生
成させた。３０分後にフマル酸の濃度を測定し、菌体の
比活性値を算出した。なお、比活性の基準としては市販
の精フマル酸を用いて上記と同じフマル酸アンモニウム
水溶液を調製し、これを用いた以外は上記と全く同様に
してＬ−アスパラギン酸を生成させた場合の菌体の活性
値を用いた。結果を表−１に示す。

【００２２】比較例２ 濃度４０．０重量％のマレイン酸水溶液３００．０ｇを
５００ｍＬの反応器に仕込んだ。この水溶液を７０℃に
維持して、これに濃度５重量％の臭素酸カリウム水溶液
２４ｇを１時間かけて添加した。添加終了後直ちに冷水
中に浸漬して３０℃まで急冷した。この時点でのマレイ
ン酸の転化率は９５．０％であり、フマル酸に対する液
中の臭素酸イオンの量はフマル酸１ｋｇ当り１２．５ミ
リモルであった。このフマル酸スラリーに濃度２５重量
％のアンモニア水１５８．６ｇ、塩化カルシウム・２水
和物１．５ｇ及び水１２２．８ｇを添加してフマル酸ア
ンモニウム水溶液を調製した。この水溶液を用いた以外
は比較例１と全く同様にして、Ｌ−アスパラギン酸を生
成させた。結果を表−１に示す。

【００２３】実施例１ 濃度４０．０重量％のマレイン酸水溶液３００．０ｇと
臭化アンモニウム０．２４０ｇを５００ｍＬの反応器に
仕込んだ。この水溶液を６５℃に維持して、これに濃度
５重量％の過硫酸アンモニウム水溶液２４ｇを１時間か
けて添加した。添加終了後６５℃にさらに５分間保持し
たのち冷水中に浸漬して３０℃まで急冷した。この時点
でのマレイン酸の転化率は９９．０％、フマル酸に対す
る過硫酸イオンの量はフマル酸１ｋｇ当り５．３ミリモ
ルであった。このフマル酸スラリーに濃度２５重量％の
アンモニア水１５９．５ｇ、塩化カルシウム・２水和物
１．５ｇ及び水１４７．０ｇを添加してフマル酸アンモ
ニウム水溶液を調製し、これを用いた以外は比較例１と
全く同様にしてＬ−アスパラギン酸を生成させた。結果
を表−１に示す。

【００２４】実施例２ 実施例１において過硫酸アンモニウム添加終了後の保持
時間を５分間から１０分間に延長した。マレイン酸の転
化率は９９．０％、過硫酸イオンの量はフマル酸１ｋｇ
当り４．４ミリモルであった。このフマル酸スラリーに
濃度２５重量％のアンモニア水１５９．５ｇ、塩化カル
シウム・２水和物１．５ｇ及び水１４７．０ｇを添加し
てフマル酸アンモニウム水溶液を調製し、これを用いた
以外は比較例１と全く同様にしてＬ−アスパラギン酸を
生成させた。結果を表−１に示す。

【００２５】実施例３ 比較例２において、臭素酸カリウム水溶液を添加終了
後、７０℃でさらに１０分間保持したのち冷水中に浸漬
して３０℃に急冷した。マレイン酸の転化率は９５．０
％であり、臭素酸イオンの量はフマル酸１ｋｇ当り４．
４ミリモルであった。このフマル酸スラリーに２５重量
％アンモニア水１５９．５ｇ、塩化カルシウム・２水和
物１．５ｇ及び水１４７．０ｇを添加してフマル酸アン
モニウム水溶液を調製し、これを用いた以外は比較例１
と全く同様にしてＬ−アスパラギン酸を生成させた。結
果を表−１に示す。

【００２６】実施例４ 実施例１においてマレイン酸からフマル酸への異性化温
度を８０℃とした以外は実施例１と全く同様にしてフマ
ル酸スラリーを生成させた。マレイン酸の転化率は９
９．５％であり、過硫酸イオンの量はフマル酸１ｋｇ当
り２．２ミリモルであった。このフマル酸スラリーに濃
度２５重量％のアンモニア水溶液１５９．５ｇ、塩化カ
ルシウム・２水和物１．５ｇ及び水１５０．０ｇを添加
してフマル酸アンモニウム水溶液を調製し、これを用い
た以外は実施例１と全く同様にしてＬ−アスパラギン酸
を生成させた。結果を表−１に示す。

【００２７】実施例５ 実施例４と全く同様にしてマレイン酸からフマル酸への
異性化反応を行った。得られたフマル酸スラリーを濾過
してフマル酸結晶１３０．６ｇを取得した。このものの
含水率は１０％であり、フマル酸回収率は９７．８％で
あった。また、過硫酸イオンの量はフマル酸１ｋｇ当り
０．５ミリモルであった。このフマル酸を濃度２５重量
％のアンモニア水１５８．２ｇ、塩化カルシウム・２水
和物１．５ｇ及び水３４２．０ｇと混合して、フマル酸
として１７４ｇ／Ｌのフマル酸アンモニウム水溶液を調
製した。この水溶液を用いた以外は比較例１と全く同様
にしてＬ−アスパラギン酸を生成させた。結果を表−１
に示す。

【００２８】

【表１】

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水溶性臭素化合物及び標準電極電位が１
   Ｖ以上の化合物、又は臭素酸イオンの存在下、マレイン
   酸水溶液を異性化して、標準電極電位が１Ｖ以上の化合
   物又は臭素酸イオンの含有量がフマル酸１ｋｇに対して
   ６．０ミリモル以下のフマル酸スラリーを生成させ、こ
   のフマル酸スラリーにアンモニア及びアスパルターゼ又
   はアスパルターゼを産生する微生物を添加して、水溶液
   中でフマル酸からＬ−アスパラギン酸への反応を行わせ
   ることを特徴とするＬ−アスパラギン酸の製造方法。
2. 【請求項２】 標準電極電位が１Ｖ以上の化合物又は臭
   素酸イオンの含有量がフマル酸１ｋｇに対して３．０ミ
   リモル以下のフマル酸スラリーを生成させることを特徴
   とする請求項１記載のＬ−アスパラギン酸の製造方法。
3. 【請求項３】 水溶性臭素化合物及び標準電極電位が１
   Ｖ以上の化合物、又は臭素酸イオンの存在下、マレイン
   酸水溶液を異性化してフマル酸スラリーを生成させ、こ
   のスラリーからフマル酸結晶と共存している水溶液中の
   標準電極電位が１Ｖ以上の化合物又は臭素酸イオンの少
   くとも一部を除去して、標準電極電位が１Ｖ以上の化合
   物又は臭素酸イオンの含有量がフマル酸１ｋｇに対して
   ６．０ミリモル以下のフマル酸スラリーを生成させ、こ
   れにアンモニア及びアスパルターゼ又はアスパルターゼ
   を産生する微生物を添加して、水溶液中でフマル酸から
   Ｌ−アスパラギン酸への反応を行わせることを特徴とす
   るＬ−アスパラギン酸の製造方法。
4. 【請求項４】 フマル酸スラリーからフマル酸結晶と共
   存している水溶液中の標準電極電位が１Ｖ以上の化合物
   又は臭素酸イオンの少くとも一部を除去して、標準電極
   電位が１Ｖ以上の化合物又は臭素酸イオンの含有量がフ
   マル酸１ｋｇに対して３．０ミリモル以下のフマル酸ス
   ラリーとすることを特徴とする請求項３記載のＬ−アス
   パラギン酸の製造方法。
5. 【請求項５】 フマル酸スラリーからの、フマル酸結晶
   と共存している水溶液中の標準電極電位が１Ｖ以上の化
   合物又は臭素酸イオンの除去を、フマル酸スラリーを濾
   過・水洗することにより行うことを特徴とする請求項３
   又は４に記載のＬ−アスパラギン酸の製造方法。
6. 【請求項６】 マレイン酸水溶液からフマル酸スラリー
   を生成させる異性化工程を、マレイン酸に対して０．０
   ０８〜７．７重量％の臭素酸イオンを供給することによ
   り行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに
   記載のＬ−アスパラギン酸の製造方法。
7. 【請求項７】 マレイン酸水溶液からフマル酸スラリー
   を生成させる異性化工程を、マレイン酸に対して０．０
   ０４〜８．４モル％の標準電極電位が１Ｖ以上の化合物
   を供給することにより行うことを特徴とする請求項１な
   いし５のいずれかに記載のＬ−アスパラギン酸の製造方
   法。