JP2001258586A - アンモニアの反応分離を利用したグリシンの微生物学的製造方法 - Google Patents
アンモニアの反応分離を利用したグリシンの微生物学的製造方法Info
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Abstract
衝液を添加しない反応条件下でグルシノニトリルからグ
リシンを製造する。 【解決手段】 グルシノニトリル水溶液にアシネトバク
ターsp.あるいはロドコッカス マリスを作用させ、
反応液中に生成するアンモニアを分離させながら反応を
行う。アンモニアは減圧下あるいは不活性ガスの存在
下、反応蒸溜により分解する。
Description
学的製造方法に関する。さらに詳しくは、pHを調整し
ない反応条件下で、ホルムアルデヒド、青酸、およびア
ンモニアの反応で得られるグリシノニトリルを微生物の
作用による加水分解反応に付し、生成するアンモニアを
反応と同時に系外に分離することにより選択的にグリシ
ンを回収することを特徴とするグリシンの微生物学的製
造方法に関する。得られるグリシンは、食品添加物、洗
浄剤、医農薬合成原料として有用である。本発明の製造
法は、有用なグリシンを効率よく工業的に製造するため
利用することができる。
青酸、およびアンモニアからシュトレッカー法にて一旦
グリシノニトリルを合成し、これを苛性ソーダ等のアル
カリで加水分解し、グリシンソーダとアンモニアに変換
した後、硫酸等の酸で中和して製造されている。この
時、アンモニアはアルカリで加水分解される際、蒸発し
て回収され、グリシンは酸で中和後、晶析法で回収され
る(特開昭43−29929号、特開昭51−1971
9号、特開昭49−14420号、特開昭49−353
29号)。このように従来法は、アルカリや酸を多量に
用いる欠点に加え、中和工程で塩類が多量に副成される
ため、廃棄物が多く環境負荷が大きい欠点があった。さ
らに、中和副成する塩類はグリシンに溶解度が酷似して
いるため、グリシンを精製回収するためには、晶析操作
を複数回繰り返したり、母液を循環する等の煩雑な操作
が必要であった(特開昭51−34113号)。
解してグリシンを得る方法も知られている。特公昭58
−15120号においては、ブレビバクテリウムR31
2株を苛性カリ等でpH8に調整した反応液に懸濁して
加水分解反応に用いる方法が、また、特開平3−623
91号においては、コリネバクテリウム N−774株
をリン酸緩衝液でpH7.7に調整した反応液に懸濁し
反応に用いる方法が開示されている。しかし、これらの
方法は、実施例によると、グリシンを得るためにはグリ
シン重量の1倍から10倍に相当する多量の菌体を用い
る必要があり、さらに、反応液のpHを調整するため、
緩衝液が用いられる問題があった。すなわち、多量の菌
体を用いるため、培地や菌体を多量に浪費する欠点があ
り、また、pH調整剤として緩衝液を用いるため、緩衝
液消費や廃棄が避けられない欠点があった。さらに、緩
衝液はアンモニアを中和して塩を形成し、アンモニアの
回収を妨げる問題もある。ロドコッカス属、アルスロバ
クター属、カセオバクター属、シュードモナス属、エン
テロバクター属、アシネトバクター属、アルカリゲネス
属、コリネバクテイリア属、またはストレプトマイセス
属の微生物を用いる特開平3−280889号において
は、菌体使用量は生成グリシン重量の約20分の1に改
良されているが、反応時間が約40時間と長い欠点があ
る、さらに、緩衝液を反応に用いる問題は解決されてい
ない。
ノニトリルからグリシンを生産する方法は、乾燥菌体当
たり、かつ単位時間当たりの活性が低いため、菌体や培
地を多量に消費し廃棄する欠点があった。さらに、反応
液のpHを調整するために緩衝液や酸またはアルカリを
消費し、シュトレッカー法と同様に、それらの廃棄が避
けられない欠点を持っていた。また、従来の微生物を用
いた方法ではアンモニアを回収する工夫は開示されてい
ないが、緩衝液や酸を用いると、緩衝液や酸がアンモニ
アを中和して塩を形成し、アンモニアの回収を妨げる問
題に加え、酸またはアルカリを使用すると、シュトレッ
カー法と同様に、グリシンの回収をを妨げることが予想
される。このように従来の微生物を用いる方法も、工業
的に実施できるものではなかった。
いホルムアルデヒド、青酸、およびアンモニアとの反応
で得られるグリシノニトリルからグリシンを生産するに
当たり、乾燥菌体当たり、かつ単位時間当たり高活性で
あって、菌体や培地の多量廃棄を伴わず、反応液のpH
を調整するための酸、アルカリまたは緩衝液の添加や廃
棄を伴わず、グリシンとアンモニアが定量的に生成し、
これらの分解および消費を伴わなず、グリシンとアンモ
ニアを別々に回収するグリシンの製造法を提供すること
を目的とする。
工業的諸問題を解決するため、菌体当たり、かつ単位時
間当たり高い活性を持ち、反応系で生成したグリシンや
アンモニアを分解または消費せず、グリシンとアンモニ
アを別々に、定量的に、かつ容易に回収できる反応系を
構築すべく、適した微生物の探索と反応方法の検討を鋭
意行った。その結果、驚くべきことに、pHを調整する
ための酸、アルカリまたは緩衝液の添加をしない反応条
件下で反応が進行し、単位時間当たり高い活性を持つ微
生物を見い出すことができた。さらに、こうした高活性
菌体の中に、減圧反応蒸留や不活性ガスを流通しながら
生成するアンモニアを、反応と同時に分離する条件下で
好ましく働く微生物を見い出すことができ、本発明を完
成するに至った。
るための酸、アルカリまたは緩衝液を添加せず、減圧反
応蒸留や不活性ガスを流通しながら生成するアンモニア
を、反応と同時に系外に分離する反応条件下で、ホルム
アルデヒド、青酸、およびアンモニアとの反応で得られ
るグリシノニトリルの水溶液に微生物を作用させること
により、乾燥菌体当たり、かつ単位時間当たり高活性で
あって、菌体や培地の多量廃棄を伴わず、反応液のpH
を調整するための酸、アルカリまたは緩衝液の添加や廃
棄を伴わず、グリシンとアンモニアが定量的に生成し、
これらの分解および消費を伴わなず、グリシンとアンモ
ニアを別々に回収するグリシンの製造法が提供される。
明する。本発明に使用する微生物としては、例えば、ア
シネトバクター(Accinetobacter)属やロドコッカス
(Rhodococcus )属に属する微生物が適していることが
新たに発見されたが、これに限定されるものではない。
本発明に適した微生物として選択されたアシネトバクタ
ーsp.AK226株(A.sp.AK226)(以
下、AK226と略称する)や、アシネトバクターs
p.AK227株(A.sp.AK227)(以下、A
K227と略称する)は、1985年5月28日に工業
技術院微生物工業技術研究所に寄託され、それぞれ微工
研菌寄第8271号と微工研菌寄第8272号の受託番
号を付与されており、微生物学的性質は表1〜3に示す
とおりである。
ニュアル・オブ・システマティク・バイオテリオロジー
(Bergy's Manual of Determinative Bacteriolog )第
8版(1974)に従って分類した。また、本発明に適
した微生物として選択されたロドコッカス・マリスBP
−479−9株は、1993年11月2日に工業技術院
微生物工業技術研究所に原寄託され、1995年9月1
日に国際寄託に移管されてFERM BP−5219の
受託番号を付与されており、微生物学的性質は表4〜6
に示すとおりである。
ニュアル・オブ・システマティク・バイオテリオロジー
(Bergy's Manual of Determinative Bacteriolog )第
2巻(1986)およびザ・プロカリオート(The Prok
aryotes )第2版(1992)に従って分類した。次
に、本発明の一般的実施態様について説明する。本発明
に使用される微生物の培養には、通常用いられる炭素
源、例えば、グルコース、グリセリン、有機酸、デキス
トリン、マルトース等が用いられ、窒素源としてはアン
モニアとその塩類、尿素、硝酸塩および有機窒素源、例
えば、酵母エキス、麦芽エキス、ペプトン、肉エキス等
が用いられる。また、培地にはリン酸塩、ナトリウム、
カリウム、鉄、マグネシウム、コバルト、マンガン、亜
鉛等の無機栄養源が適宜添加される。培養はpH5から
9、好ましくはpH6から8、温度20から37℃、好
ましくは27から32℃で好気的に行われる。本発明の
微生物の培養において、上記の培地に酵素誘導剤を加え
てもよい、例えば、ラクタム化合物(γ−ラクタム、δ
−ラクタム、ε−カプロラクタム等)、ニトリル化合
物、アミド化合物等を用いてもよい。
るが、適当な変異剤で突然変異を誘発する方法もしくは
遺伝子工学的手法により改良された変異株、例えば、酵
素を構成的に生産する変異株を育成して用いることもで
きる。本発明の菌体とは、培養液から採取した菌体また
は菌体処理物(菌体の破砕物、菌体破砕物より分離した
酵素、および菌体または菌体から分離抽出された酵素を
固定化した処理物)である。培養液からの菌体の採取は
公知の方法で行うことができる。本発明において用いる
グリシノニトリルは、公知の方法で合成することができ
る。例えば、ホルムアルデヒドと青酸およびアンモニア
から得る方法、あるいはホルムアルデヒドと青酸を反応
させ一旦グリコロニトリルを合成し、継いでアンモニア
を作用させて得る方法で合成される。どちらも、シュト
レッカー法として総称されている。
菌体および菌体処理物は、pHを調整しない反応条件下
でグリシノニトリル水溶液に懸濁することにより、速や
かに加水分解反応が進行し、生成するアンモニアを反応
と同時に分離することにより、グリシンを製造すること
ができる。すなわち、通常、前記微生物菌体または菌体
処理物を、例えば、0.01から5重量%およびグリシ
ノニトリルを1から30重量%含むpHを調整しない水
性懸濁液を、生成するアンモニアを反応分離する装置が
付属した反応容器に仕込み、温度として、例えば、0か
ら60℃の条件、好ましくは10から50℃の条件を用
いて、反応時間を、例えば、1時間ないし24時間、好
ましくは3時間から8時間反応させればよい。この場
合、グリシノニトリルを薄い濃度で仕込み経時的に追加
添加したり、反応温度を経時的に変化させてもよい。
応分離方法は、反応蒸留法や不活性ガスの流通法で実施
することができる。反応蒸留を行う場合、加水分解反応
容器に、アンモニアと同伴する水を冷却回収する冷却器
の付いた単管搭、棚段搭または充填塔を備え、反応水溶
液の沸騰圧以上、例えば、60℃で20.0kPa以上
から0℃で0.6kPa以上の圧力条件下で、連続的に
または間欠的に減圧反応蒸留することが好ましい。さら
に好ましくは、12.6kPaから1.3kPaの圧力
条件下で減圧反応蒸留することができる。不活性ガスを
流通する場合、不活性ガスの吹き込みノズルと、アンモ
ニアや同伴する水を不活性ガスから回収する冷却トラッ
プとを備え、微加圧から減圧条件下で連続的にまたは間
欠的にアンモニアを不活性ガスに同伴し、反応液から分
離することができる。さらに、アンモニア分離を促進す
るため、減圧反応蒸留を不活性ガス流通条件下で行うこ
ともできる。
0%のモル収率で加水分解し、生成するアンモニアの全
部または殆どは、反応蒸留法や不活性ガスの流通法で反
応液から分離し、冷却回収される。一方、反応液にはグ
リシンと場合によってはグリシンのアンモニウム塩を含
むグリシンの高濃度水溶液として、生成蓄積させること
ができる。もし、グリシンアミドが残存する場合は、グ
リシンアミドの加水分解活性をもつ菌体もしくは酵素を
追添加することにより、完全にグリシンおよびアンモニ
アに転換することも可能である。グリシンのアンモニウ
ム塩を含むグリシンの高濃度水溶液からのグリシンの回
収は、例えば、反応液から菌体を遠心濾過、膜分離等に
よって除いた後、グリシンは晶析法、イオン交換法また
は貧性溶媒による分別沈澱法にて回収することができ、
また、アンモニアは一部の水と一緒に蒸発後、蒸留や抽
出によって回収することができる。本発明を実施例に基
づいて説明する。
グリコロニトリル水溶液に、過剰量のアンモニア水溶液
を添加して30重量%グリシノニトリル水溶液を得た。 (2)菌体の培養 アシネトバクターAK226を、下記の条件で培養し
た。 (1) 培地 フマル酸 1.0重量% 肉エキス 1.0 ペプトン 1.0 食塩 0.1 ε−カプロラクタム 0.3 リン酸第一カリウム 0.2 硫酸マグネシウム・7水塩 0.02 塩化アンモニウム 0.1 硫酸第二鉄・7水塩 0.003 塩化マンガン・4水塩 0.002 塩化コバルト・6水塩 0.002 pH 7.5 (2) 培養条件 30℃/1日
留水等で洗浄したものを反応に用いた。撹拌器の付いた
1000mlの恒温ジャケット槽型3つ口セパラブルフ
ラスコに、底部まで届く窒素ガスの吹き込みノズル、ド
ライアイストラップに接続したミストセパレーター、温
度計およびサンプリング管を備えた。このセパラブルフ
ラスコに乾燥菌体量として695mgを仕込み、基質の
30重量%グリシノニトリル水溶液30mlと蒸留水1
70mlを調合した。ガス流量計を用いて少量の窒素ガ
スを1時間当たり3リットルフィードしながら、30℃
にて反応を開始した。反応開始1時間後、この反応液を
液体クロマトグラフィー法で分析し、グリシノニトリル
はなくなり、グリシンが定量的に生成していた。そこ
で、基質の30重量%グリシノニトリル水溶液30mlを追加
添加した。この操作をさらに3回繰り返し、合計5時間
反応を行った。
収された。固体を50mlの水にとかしネスラー法によ
り定量したところ、アンモニアが14g回収されてい
た。反応液は300g回収された。この反応液のうち2
gを用い、生成したアンモニアをネスラー法により定量
し、原料のグリシノニトリルと生成したグリシンは、液
体クロマトグラフィー法で分析した。グリシノニトリル
はなくなり、グリシンが定量的に生成しトレース量のア
ンモニアが残存していた。乾燥菌体当たりのグリシンの
生成量は87g/g乾燥菌体であり、グリシンの生成活
性は17g/g・Hrであった。残りの298gは遠心
濾過し菌体を取り除いた後、沸騰下で1/10に濃縮し
て放冷し、56gのグリシンを晶析回収した。
トリル水溶液を用い、菌体と反応方式を代えて実施し
た。 (1)菌体の培養 ロドコッカス マリスBP−479−9を、下記の条件
で培養した。 (1) 培地 フマル酸 1.0重量% 肉エキス 1.0 ペプトン 1.0 食塩 0.1 ε−カプロラクタム 0.3 リン酸第一カリウム 0.2 硫酸マグネシウム・7水塩 0.02 塩化アンモニウム 0.1 硫酸第二鉄・7水塩 0.003 塩化マンガン・4水塩 0.002 塩化コバルト・6水塩 0.002 pH 7.5 (2) 培養条件 30℃/1日
留水等で洗浄したものを反応に用いた。撹拌器の付いた
1000mlの恒温ジャケット槽型3つ口セパラブルフ
ラスコに、ドライアイストラップを経て減圧ポンプに接
続した単管型の蒸留塔、圧力センサー、温度計および液
送ポンプに接続したサンプリング管を備えた。このセパ
ラブルフラスコに乾燥菌体量として855mgを仕込
み、基質の30重量%グリシノニトリル水溶液30ml
と蒸留水170mlを調合した。減圧ポンプでフラスコ
内の圧力を10kPaに調整し、30℃にて反応を開始
した。反応開始1時間後、この反応液を液体クロマトグ
ラフィー法で分析したところ、グリシノニトリルが消失
し、グリシンが定量的に生成していた。そこで、基質の
30重量%グリシノニトリル水溶液30mlを追加添加
した。1時間毎にこの操作をさらに3回繰り返し、合計
5時間反応を行った。
収された。固体を50mlの水にとかしネスラー法によ
り定量したところ、アンモニアが14g回収されてい
た。反応液は300g回収された。この反応液のうち2
gを用い、生成したアンモニアをネスラー法により定量
し、原料のグリシノニトリルと生成したグリシンは液体
クロマトグラフィー法で分析した。グリシノニトリルは
なくなり、グリシンが定量的に生成し、トレース量のア
ンモニアが残存していた。乾燥菌体当たりのグリシンの
生成量は70g/g乾燥菌体であり、グリシンの生成活
性は14g/g・Hrであった。残りの298gは遠心
濾過し菌体を取り除いた後、沸騰下で1/10に濃縮し
て放冷し、57gのグリシンを晶析回収した。
トリル水溶液を用い、菌体と反応方式を代えて実施し
た。 (1)菌体の培養 アシネトバクターAK227を、下記の条件で培養し
た。 (1) 培地 フマル酸 1.0重量% 肉エキス 1.0 ペプトン 1.0 食塩 0.1 イソブチロニトリル 0.3 リン酸第一カリウム 0.2 硫酸マグネシウム・7水塩 0.02 塩化アンモニウム 0.1 硫酸第二鉄・7水塩 0.003 塩化マンガン・4水塩 0.002 塩化コバルト・6水塩 0.002 pH 7.5 (2) 培養条件 30℃/1日
留水等で洗浄したものを反応に用いた。撹拌器の付いた
1000mlの恒温ジャケット槽型3つ口セパラブルフ
ラスコに、底部まで届く窒素ガスの吹き込みノズル、ド
ライアイストラップを経て減圧ポンプに接続した単管型
の蒸留塔、圧力センサー、温度計および液送ポンプに接
続したサンプリング管を備えた。このセパラブルフラス
コに乾燥菌体量として672mgを仕込み、基質の30
重量%グリシノニトリル水溶液30mlと蒸留水170
mlを調合した。ガス流量計を用いて少量の窒素ガスを
1時間当たり3リットルフィードしながら、減圧ポンプ
でフラスコ内の圧力を10kPaに調整し、30℃にて
反応を開始した。反応開始1時間後、この反応液を液体
クロマトグラフィー法で分析したところ、グリシノニト
リルが消失し、グリシンが定量的に生成していた。そこ
で、基質の30重量%グリシノニトリル水溶液30ml
を追加添加した。2時間毎にこの操作をさらに3回繰り
返し、合計5時間反応を行った。
収された。固体を50mlの水にとかしネスラー法によ
り定量したところ、アンモニアが14g回収されてい
た。反応液は295g回収された。この反応液のうち2
gを用い、生成したアンモニアをネスラー法により定量
し、原料のグリシノニトリルと生成したグリシンは、液
体クロマトグラフィー法で分析した。グリシノニトリル
はなくなり、グリシンが定量的に生成し、トレース量の
アンモニアが残存していた。乾燥菌体当たりのグリシン
の生成量は90g/乾燥菌体であり、グリシンの生成活
性は18g/g・Hrであった。残りの293gは遠心
濾過し菌体を取り除いた後、沸騰下で1/10に濃縮し
て放冷し、57gのグリシンを晶析回収した。
めの酸、アルカリまたは緩衝液を添加せず、減圧反応蒸
留や不活性ガスを流通しながら、生成するアンモニアを
反応と同時に系外に分離する反応条件下で、ホルムアル
デヒド、青酸、およびアンモニアとの反応で得られるグ
リシノニトリルの水溶液に微生物、好ましくはアシネト
バクター(Accinetobacter)属や、ロドコッカス(Rhod
ococcus )属に属する微生物を作用させることにより、
乾燥菌体当たり、かつ単位時間当たり高活性であって菌
体や培地の多量廃棄を伴わず、反応液のpHを調整する
ための酸、アルカリまたは緩衝液の添加や廃棄を伴わ
ず、グリシンとアンモニアが定量的に生成し、これらの
分解および消費を伴わなず、グリシンとアンモニアを別
々に回収することができる効果を有する。
Claims (8)
- 【請求項1】 pHを調整するための酸、アルカリまた
は緩衝液の添加をしない反応条件下でグリシノニトリル
の水溶液に微生物を作用させながら、反応液中に生成す
るアンモニアを反応液から分離することを特徴とするグ
リシンの製造方法。 - 【請求項2】 アンモニアを反応液から分離する方法が
反応蒸留であることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 反応蒸留を減圧下で行うことを特徴とす
る請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 反応蒸留を不活性ガスの存在下で行うこ
とを特徴とする請求項2または3記載の方法。 - 【請求項5】 微生物がアシネトバクター属の微生物で
あることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記
載の方法。 - 【請求項6】 微生物がアシネトバクターsp.AK2
26株(微工研菌寄第8271号)およびアシネトバク
ターsp.AK227株(微工研菌寄第8272号)で
あることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記
載の方法。 - 【請求項7】 微生物がロドコッカス属の微生物である
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の
方法。 - 【請求項8】 微生物がロドコッカス・マリスBP−4
79−9(FERMBP−5219)であることを特徴
とする請求項1ないし4のいずれかに記載の方法。
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