JP2004298155A - アミド化合物水溶液の精製方法およびアミド化合物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】不純物が少なく発泡性の小さいアミド化合物水溶液、このようなアミド化合物水溶液を得ることができるアミド化合物水溶液の精製方法およびアミド化合物の製造方法を提供する。
【解決手段】生体触媒をニトリル化合物に作用させることにより得られたアミド化合物を含む水溶液を、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜でろ過する。
【選択図】 なし
【解決手段】生体触媒をニトリル化合物に作用させることにより得られたアミド化合物を含む水溶液を、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜でろ過する。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体触媒を用いて得られたアミド化合物水溶液の精製方法および生体触媒を用いたアミド化合物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酵素活性を持つ生体触媒を利用して化合物を製造する方法は、反応条件が穏和であるため反応プロセスを簡略化できること、および副生物が少ないことによる反応生成物の純度が高い、あるいは精製プロセスを簡略化できること、等の利点があるため、近年、多くの化合物の製造に用いられている。
【０００３】
生体触媒を用いた化合物の製造は、アミド化合物の製造についても、ニトリル化合物からアミド化合物に変換する酵素ニトリルヒドラターゼが見出されて以来、盛んに検討されている。生体触媒を用いてアミド化合物を製造することは、例えば、特開昭５４−１２９１９０号公報（特許文献１）、特開昭５４−１４３５９２号公報（特許文献２）、特開昭６１−１６２１９３号公報（特許文献３）、特開平２−４７０号公報（特許文献４）、特開平５−１０３６８１号公報（特許文献５）、特開平１１−８９５７５号公報（特許文献６）、特開平１１−１２３０９８号公報（特許文献７）等に開示されている。
【０００４】
生体触媒を用いたアミド化合物の製造方法は、現在では、操作性、安全性、経済性等の観点から優れた反応プロセスとして、アクリルアミドやニコチンアミド等の工業的生産に利用されている。
これに伴い、生体触媒を用いて得られたアミド化合物を含む水溶液（反応液）から生体触媒を分離する方法についても、検討されている。アミド化合物水溶液からの生体触媒の分離方法としては、例えば、中空糸膜でろ過する方法（例えば、特許文献８）や気泡によって除去する方法（例えば、特許文献９）が挙げられる。
【０００５】
しかしながら、水性媒体中で生体触媒を用いてアミド化合物を製造した場合、アミド化合物水溶液から生体触媒を分離しても、アミド化合物水溶液に発泡性の不純物（発泡成分）が残ることがあった。アミド化合物水溶液に発泡性があると、その後の工程や取り扱い（例えば、アミド化合物水溶液の運搬や容器への充填）においてアミド化合物水溶液に泡立ちが生じてしまう。このため、アミド化合物水溶液の取り扱いが難しく、あるいは取り扱い作業の効率が悪くなるという問題があった。
【０００６】
特に、アミド化合物がアクリルアミドである場合は、次のような問題があった。アクリルアミドからポリアクリルアミドを製造する際には、溶存酸素濃度を低減させる目的で、アクリルアミド水溶液に窒素ガスを吹き込む。この際、アクリルアミド水溶液に発泡性がある場合、泡の吹きこぼれを防ぐためにより大きな容器が必要となったり、泡が噴出したりする不具合が生じる。
以上のような問題があることから、発泡性の小さいアミド化合物水溶液が望まれていた。
【０００７】
発泡性の小さいアミド化合物水溶液を得る方法として、本発明者等は、使用する微生物菌体量を低減させる方法（特許文献１０）や、発泡成分を気泡にして除去する方法（特許文献９）を提案してきた。
しかしながら、菌体使用量は、その触媒性能により決められることが多く、経済的な触媒使用量でアミド化合物を製造した場合には、発泡性を十分に低減させることが困難であった。
【０００８】
一方、発泡成分を気泡にして除去する方法は、発泡成分を除去するという目的からは、非常に効率的で好ましい方法ではある。しかしながら、発泡成分を気泡にして除去する方法は、特殊な装置を必要とし、さらには安定して発泡成分を除去するためには供給する気／液比の制御などに熟練を要するという欠点を有していた。
【０００９】
なお、アクリルアミド水溶液の精製方法としては、限外ろ過膜を使った例が、特開昭５５−６２０５４号公報（特許文献１１）に開示されている。しかしながら、この方法は、銅触媒法というアクリルアミドの不純物が生成し易い反応条件下で製造されたアクリルアミド水溶液中の不純物（アクリルアミドのオリゴマーや架橋性物質）を除去する方法であり、この方法を、生体触媒を用いて得られたアクリルアミド水溶液にそのまま適用しても、発泡性の不純物を十分に分離することはできなかった。
このように、生体触媒を用いて得られたアミド化合物水溶液を、限外ろ過膜で精製した例については、これまで報告がない。そもそも、生体触媒に由来する発泡成分について言及された報告はあまりなく、ましてや、限外ろ過膜の分画分子量と発泡成分の除去性との関係については、全く知られていなかった。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭５４−１２９１９０号公報
【特許文献２】
特開昭５４−１４３５９２号公報
【特許文献３】
特開昭６１−１６２１９３号公報
【特許文献４】
特開平２−４７０号公報
【特許文献５】
特開平５−１０３６８１号公報
【特許文献６】
特開平１１−８９５７５号公報
【特許文献７】
特開平１１−１２３０９８号公報
【特許文献８】
特公平５−４９２７３号公報
【特許文献９】
特開２００１−７８７４９号公報
【特許文献１０】
特開２００１−２９９３７６号公報
【特許文献１１】
特開昭５５−６２０５４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明の目的は、不純物が少なく発泡性の小さいアミド化合物水溶液、このようなアミド化合物水溶液を得ることができるアミド化合物水溶液の精製方法およびアミド化合物の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、発泡成分はおそらく生体由来の多糖類、たんぱく質類あるいはこれらの複合体であると予想し、これらの発泡成分の除去方法について鋭意検討した結果、驚くべきことに、１０，０００未満の分画分子量を持つ限外ろ過膜を用いることによって初めて発泡成分を除去できることを見出した。
【００１３】
すなわち、本発明のアミド化合物水溶液の精製方法は、生体触媒を用いて得られたアミド化合物を含む水溶液を、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜によりろ過することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のアミド化合物水溶液の精製方法においては、限外ろ過膜の分画分子量は、１，０００以上５，０００未満であることが望ましい。
また、アミド化合物は、アクリルアミドまたはニコチンアミドであることが望ましい。
また、生体触媒は、微生物菌体、固定化菌体または固定化酵素であることが望ましい。
【００１５】
また、本発明のアミド化合物水溶液は、生体触媒を用いて得られたアミド化合物を含む水溶液であり、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜によりろ過されたものであることを特徴とするものである。
また、本発明のアミド化合物の製造方法は、水媒体中にて生体触媒を用いてニトリル化合物からアミド化合物を得る工程と、アミド化合物を含む水溶液を、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜によりろ過する工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のアミド化合物水溶液は、生体触媒を用いて得られたアミド化合物を含む水溶液を、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜によりろ過する精製方法によって得られたものである。具体的には、水媒体中にて生体触媒を用いてニトリル化合物からアミド化合物を得る反応工程と、アミド化合物を含む水溶液（反応液）を限外ろ過膜によりろ過処理する精製工程とを経て製造されたものである。
【００１７】
本発明でいう水性媒体とは、溶媒として水を使用した水溶液である。この水性媒体には、水溶液に溶解していない液体・固体が水もしくは水溶液に分散したものも含むものとする。
【００１８】
本発明でいう生体触媒とは、触媒能を有した酵素を有するものである。このような生体触媒としては、酵素そのもの、酵素を含有する微生物菌体や細胞、あるいはこれら酵素、菌体または細胞を包括法、架橋法、担体結合法等で固定化したもの（固定化酵素、固定化菌体、固定化細胞）が挙げられる。これらの中でも、触媒添加、触媒濃度制御、触媒分離等のしやすさの点で、微生物菌体、固定化菌体または固定化酵素が好適である。
【００１９】
酵素、菌体または細胞を固定化する固定化担体としては、ガラスビーズ、シリカゲル、ポリウレタン、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、カラギーナン、アルギン酸、寒天、ゼラチン等が挙げられる。
【００２０】
本発明でいう触媒能とは、ニトリル化合物を水和してアミド化合物に変換する能力のことである。このような能力を有する酵素は、一般的にニトリルヒドラターゼと称されている。ニトリルヒドラターゼは、これまでに種種の微生物から見出されている。
【００２１】
ニトリルヒドラターゼ活性を有する微生物種としては、例えば、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ） 属、バクテリジューム（Ｂａｃｔｅｒｉｄｉｕｍ）属、ミクロコッカス（Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ）属およびブレビバクテリウム（Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ） 属〔特公昭６２−２１５１９号公報〕、コリネバクテリウム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属およびノカルジア（Ｎｏｃａｒｄｉａ） 属〔特公昭５６−１７９１８号公報〕、シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属〔特公昭５９−３７９５１号公報〕、ロドコッカス（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ）属およびミクロバクテリウム（Ｍｉｃｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属〔特公平４−４８７３号公報〕が知られている。
【００２２】
本発明におけるアミド化合物は、ニトリルヒドラターゼの作用によりニトリル化合物から変換されるものである限り、特に限定されない。ニトリル化合物としては、例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル、サクシノニトリル、アジポニトリルのような脂肪族飽和ニトリル；アクリロニトリル、メタクリロニトリルのような脂肪族不飽和ニトリル；ベンゾニトリル、フタロジニトリルのような芳香族ニトリル；および３−シアノピリジン、２−シアノピリジンのような複素環式ニトリルが挙げられる。
【００２３】
生体触媒を用いた製造に適しているアミド化合物の代表的なものは、化学的、物理的性質に優れている点、あるいは経済的な観点から、プロピオアミド、アクリルアミド、メタクリルアミドやニコチンアミドであり、特にアクリルアミド、ニコチンアミドが好適である。
【００２４】
反応工程で用いられる反応装置としては、固定層、移動層、流動層、撹拌槽等が挙げられる。また、回分反応方式による反応装置、連続反応方式による反応装置のいずれでもよい。
反応基質（ニトリル化合物）、反応液、目的化合物（アミド化合物）等の物性や、生産規模等により反応様式は選ばれ、反応装置が設計される。例えば、連続反応で製造する場合においては、通常、生体触媒は反応基質や反応生成物による反応阻害や失活を受けることが多く、また、反応温度やｐＨの制御がしやすい反応装置が好まれるため、２つ以上の撹拌槽を連続的に繋げた多槽連続撹拌槽が好ましい。
【００２５】
精製工程で用いられる限外ろ過膜は、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満のものである。限外ろ過膜の分画分子量が１０，０００未満であれば、生体由来の多糖類、たんぱく質類あるいはこれらの複合体である発泡成分を除去することができる。また、より完全に発泡成分を除去するためには、限外ろ過膜の分画分子量は５，０００未満であることが好ましい。
限外ろ過膜の分画分子量は、小さい方が多くの不純物を除去できるという点で好ましいが、小さいものほど一般的にろ過速度が遅くなり、結果的に大きなろ過設備が必要となる。したがって、工業的にアミド化合物を生産することに適したろ過速度が得られる限外ろ過膜は、分画分子量が１，０００以上のものである。
【００２６】
本発明でいう分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜とは、膜に対する特異的な吸着を行わない条件下で、分子量１４，２００のα−ラクトアルブミンの阻止率が８５％以上のものである。また、分画分子量が１，０００以上５，０００未満である限外ろ過膜とは、膜に対する特異的な吸着を行わない条件下で、水に溶解している無機塩や前述のアミド化合物の阻止率が５％以下でありかつ分子量１４，２００のα−ラクトアルブミンの阻止率が９０％以上のものである。
【００２７】
また、ここでいう阻止率とは、（ろ過後の処理水中の濃度）／（ろ過前の原水中の濃度）×１００（％）であり、通常は１００ｍｇ／Ｌ程度の低濃度水溶液を用いて計測される。阻止率が経時的に変化する場合には、処理開始直後の値ではなく、ろ過処理を繰り返して阻止率が安定したときの値を用いる。
なお、本発明においては、効率よく発泡成分を除去するために限外ろ過膜で処理する前に、その他公知の精製法を実施しておくことも可能である。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
［実施例１、比較例１］
（生体触媒の調製）
ニトリルヒドラターゼ活性を有するＲｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ ｒｈｏｄｏｃｈｒｏｕｓ Ｊ１（ＦＥＲＭ ＢＰ−１４７８）を、グルコース２％、尿素１％、ペプトン０．５％、酵母エキス０．３％、塩化コバルト０．０５％（何れも質量％）を含む培地（ｐＨ７．０）により、３０℃で好気的に培養した。これを５０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）にて洗浄して菌体懸濁液（乾燥菌体１５質量％）を得た。
【００２９】
（菌体による３−シアノピリジンからニコチンアミドへの反応）
５Ｌのガラスビーカーに１５質量％の３−シアノピリジン水溶液（５０ｍＭリン酸バッファー、ｐＨ７）を１Ｌ入れ、これに調製した菌体懸濁液を２５ｍＬ添加して３０℃の水槽中で緩やかに撹拌した。２４時間後、１７質量％のニコチンアミド水溶液を得た。これを０．４５μｍの孔径を持つメンブランフィルタ（アドバンテック（株）製、セルロース混合エステルタイプ４７ｍｍφ）を用いてろ過し、透明なニコチンアミド水溶液を得た（試料１）。
【００３０】
（反応液の精製）
得られたニコチンアミド水溶液を分画分子量３，０００の限外ろ過膜（ポール社製、ＯＳ００３Ｃ１１、α−アルブミン阻止率公称９６％以上）にてろ過処理し、精製されたニコチンアミド水溶液を得た（試料２）。
【００３１】
（評価）
得られた２つの試料を各２０ｍＬずつ２４ｍｍφの試験管に入れ、シリコンゴム栓を用いて蓋をした。これを、手で上下に激しく攪拌して試料を泡立たせた後、静置し、泡が消えるまでの時間を計測した。結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】
［実施例２、３、４、比較例２、３］
（生体触媒の調製）
実施例１と同様にしてニトリルヒドラターゼ活性を有するＲｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ ｒｈｏｄｏｃｈｒｏｕｓ Ｊ１（ＦＥＲＭ ＢＰ−１４７８）の菌体懸濁液（乾燥菌体１５質量％）を得た。
一方、アクリルアミド３０質量％、メチレンビスアクリルアミド１質量％および２−ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド４質量％のモノマー水溶液を調製した。
【００３４】
続いて、菌体懸濁液、モノマー水溶液、１０質量％のＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン水溶液、および１０重量％の過硫酸アンモニウム水溶液を、各々５Ｌ／ｈｒ、２Ｌ／ｈｒ、０．１Ｌ／ｈｒ、０．１Ｌ／ｈｒで順々にラインミキシングし、その流出液を３００×３００×３０ｍｍのバットに次々と受け、そのバット上でモノマーを重合させ、菌体固定化ゲルシートを得た。
【００３５】
得られた菌体固定化ゲルシートをナイフにて０．５ｍｍ角程度に細かく裁断し固定化菌体粒子を得た。この固定化菌体粒子を、流動化させつつ０．１質量％のアクリル酸ナトリウム水溶液（ｐＨ７に調整）にて通液洗浄し、固定化菌体触媒を得た。
【００３６】
（固定化菌体触媒によるアクリロニトリルからアクリルアミドへの反応）
内容積５Ｌのジャケット付きセパラブルフラスコに、０．２ｇ／Ｌのアクリル酸ナトリウム水溶液を３５１０ｇ入れ、これに前述の固定化菌体触媒３ｇを添加した。これをｐＨ７．０、温度１０℃に制御しながら翼長１２０ｍｍ、翼幅２０ｍｍの平板の撹拌翼２枚を用いて８０ｒｐｍで攪拌した。これにアクリロニトリル濃度が常に２質量％となるように、アクリロニトリルを連続的にフィードし、アクリルアミドの濃度が４０質量％となるまで蓄積反応を行った。
【００３７】
その後、アクリロニトリルのフィードを停止し、アクリロニトリルが反応液中から検出されなくなるまで反応を継続した。この液から目開き３００μｍの金網にて固定化菌体触媒を分離し、アクリルアミド約４０質量％のアクリルアミド水溶液を得た（試料３）。
【００３８】
（反応液の精製）
得られたアクリルアミド水溶液を、分画分子量１０，０００の限外ろ過膜（ポール社製、ＯＳ０１０Ｃ１１、α−アルブミン阻止率公称８０％以下）を用いて過処理し、精製されたアクリルアミド水溶液を得た（試料４）。
同様にして、未精製のアクリルアミド水溶液を、分画分子量５，０００の限外ろ過膜（ポール社製、ＯＳ００５Ｃ１１、α−アルブミン阻止率公称９６％以上）を用いて過処理し、精製されたアクリルアミド水溶液を得た（試料５）。
同様にして、未精製のアクリルアミド水溶液を、分画分子量３，０００の限外ろ過膜（ポール社製、ＯＳ００３Ｃ１１、α−アルブミン阻止率公称９６％以上）を用いて過処理し、精製されたアクリルアミド水溶液を得た（試料６）。
同様にして、未精製のアクリルアミド水溶液を、分画分子量１，０００の限外ろ過膜（ポール社製、ＯＳ００１Ｃ１１）を用いて過処理し、精製されたアクリルアミド水溶液を得た（試料７）。
【００３９】
（評価）
試料５０ｍＬを、１００ｍＬメスシリンダーに入れ、木下式ガラスボールフィルター（Ｇ−３）を用いて底部より２０ｍＬ／ｍｉｎで空気を導入して試料を泡立たせ、泡の高さを測定した。結果を表２に示す。
【００４０】
【表２】
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアミド化合物水溶液の精製方法は、生体触媒を用いて得られたアミド化合物を含む水溶液を、分画分子量１が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜によりろ過する方法であるので、不純物が少なく発泡性の小さいアミド化合物水溶液を得ることができる。
また、本発明のアミド化合物水溶液の精製方法において、限外ろ過膜の分画分子量が、１，０００以上５，０００未満であれば、アミド化合物水溶液中の不純物をより少なくし、アミド化合物水溶液の発泡性をより小さくすることができる。
【００４２】
また、本発明のアミド化合物水溶液は、生体触媒を用いて得られたアミド化合物を含む水溶液であり、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜によりろ過されたものであるので、不純物が少なく発泡性が小さい。
また、本発明のアミド化合物の製造方法は、水媒体中にて生体触媒を用いてニトリル化合物からアミド化合物を得る工程と、アミド化合物を含む水溶液を、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜によりろ過する工程とを有する方法であるので、不純物が少なく発泡性の小さいアミド化合物水溶液を得ることができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体触媒を用いて得られたアミド化合物水溶液の精製方法および生体触媒を用いたアミド化合物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酵素活性を持つ生体触媒を利用して化合物を製造する方法は、反応条件が穏和であるため反応プロセスを簡略化できること、および副生物が少ないことによる反応生成物の純度が高い、あるいは精製プロセスを簡略化できること、等の利点があるため、近年、多くの化合物の製造に用いられている。
【０００３】
生体触媒を用いた化合物の製造は、アミド化合物の製造についても、ニトリル化合物からアミド化合物に変換する酵素ニトリルヒドラターゼが見出されて以来、盛んに検討されている。生体触媒を用いてアミド化合物を製造することは、例えば、特開昭５４−１２９１９０号公報（特許文献１）、特開昭５４−１４３５９２号公報（特許文献２）、特開昭６１−１６２１９３号公報（特許文献３）、特開平２−４７０号公報（特許文献４）、特開平５−１０３６８１号公報（特許文献５）、特開平１１−８９５７５号公報（特許文献６）、特開平１１−１２３０９８号公報（特許文献７）等に開示されている。
【０００４】
生体触媒を用いたアミド化合物の製造方法は、現在では、操作性、安全性、経済性等の観点から優れた反応プロセスとして、アクリルアミドやニコチンアミド等の工業的生産に利用されている。
これに伴い、生体触媒を用いて得られたアミド化合物を含む水溶液（反応液）から生体触媒を分離する方法についても、検討されている。アミド化合物水溶液からの生体触媒の分離方法としては、例えば、中空糸膜でろ過する方法（例えば、特許文献８）や気泡によって除去する方法（例えば、特許文献９）が挙げられる。
【０００５】
しかしながら、水性媒体中で生体触媒を用いてアミド化合物を製造した場合、アミド化合物水溶液から生体触媒を分離しても、アミド化合物水溶液に発泡性の不純物（発泡成分）が残ることがあった。アミド化合物水溶液に発泡性があると、その後の工程や取り扱い（例えば、アミド化合物水溶液の運搬や容器への充填）においてアミド化合物水溶液に泡立ちが生じてしまう。このため、アミド化合物水溶液の取り扱いが難しく、あるいは取り扱い作業の効率が悪くなるという問題があった。
【０００６】
特に、アミド化合物がアクリルアミドである場合は、次のような問題があった。アクリルアミドからポリアクリルアミドを製造する際には、溶存酸素濃度を低減させる目的で、アクリルアミド水溶液に窒素ガスを吹き込む。この際、アクリルアミド水溶液に発泡性がある場合、泡の吹きこぼれを防ぐためにより大きな容器が必要となったり、泡が噴出したりする不具合が生じる。
以上のような問題があることから、発泡性の小さいアミド化合物水溶液が望まれていた。
【０００７】
発泡性の小さいアミド化合物水溶液を得る方法として、本発明者等は、使用する微生物菌体量を低減させる方法（特許文献１０）や、発泡成分を気泡にして除去する方法（特許文献９）を提案してきた。
しかしながら、菌体使用量は、その触媒性能により決められることが多く、経済的な触媒使用量でアミド化合物を製造した場合には、発泡性を十分に低減させることが困難であった。
【０００８】
一方、発泡成分を気泡にして除去する方法は、発泡成分を除去するという目的からは、非常に効率的で好ましい方法ではある。しかしながら、発泡成分を気泡にして除去する方法は、特殊な装置を必要とし、さらには安定して発泡成分を除去するためには供給する気／液比の制御などに熟練を要するという欠点を有していた。
【０００９】
なお、アクリルアミド水溶液の精製方法としては、限外ろ過膜を使った例が、特開昭５５−６２０５４号公報（特許文献１１）に開示されている。しかしながら、この方法は、銅触媒法というアクリルアミドの不純物が生成し易い反応条件下で製造されたアクリルアミド水溶液中の不純物（アクリルアミドのオリゴマーや架橋性物質）を除去する方法であり、この方法を、生体触媒を用いて得られたアクリルアミド水溶液にそのまま適用しても、発泡性の不純物を十分に分離することはできなかった。
このように、生体触媒を用いて得られたアミド化合物水溶液を、限外ろ過膜で精製した例については、これまで報告がない。そもそも、生体触媒に由来する発泡成分について言及された報告はあまりなく、ましてや、限外ろ過膜の分画分子量と発泡成分の除去性との関係については、全く知られていなかった。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭５４−１２９１９０号公報
【特許文献２】
特開昭５４−１４３５９２号公報
【特許文献３】
特開昭６１−１６２１９３号公報
【特許文献４】
特開平２−４７０号公報
【特許文献５】
特開平５−１０３６８１号公報
【特許文献６】
特開平１１−８９５７５号公報
【特許文献７】
特開平１１−１２３０９８号公報
【特許文献８】
特公平５−４９２７３号公報
【特許文献９】
特開２００１−７８７４９号公報
【特許文献１０】
特開２００１−２９９３７６号公報
【特許文献１１】
特開昭５５−６２０５４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明の目的は、不純物が少なく発泡性の小さいアミド化合物水溶液、このようなアミド化合物水溶液を得ることができるアミド化合物水溶液の精製方法およびアミド化合物の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、発泡成分はおそらく生体由来の多糖類、たんぱく質類あるいはこれらの複合体であると予想し、これらの発泡成分の除去方法について鋭意検討した結果、驚くべきことに、１０，０００未満の分画分子量を持つ限外ろ過膜を用いることによって初めて発泡成分を除去できることを見出した。
【００１３】
すなわち、本発明のアミド化合物水溶液の精製方法は、生体触媒を用いて得られたアミド化合物を含む水溶液を、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜によりろ過することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のアミド化合物水溶液の精製方法においては、限外ろ過膜の分画分子量は、１，０００以上５，０００未満であることが望ましい。
また、アミド化合物は、アクリルアミドまたはニコチンアミドであることが望ましい。
また、生体触媒は、微生物菌体、固定化菌体または固定化酵素であることが望ましい。
【００１５】
また、本発明のアミド化合物水溶液は、生体触媒を用いて得られたアミド化合物を含む水溶液であり、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜によりろ過されたものであることを特徴とするものである。
また、本発明のアミド化合物の製造方法は、水媒体中にて生体触媒を用いてニトリル化合物からアミド化合物を得る工程と、アミド化合物を含む水溶液を、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜によりろ過する工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のアミド化合物水溶液は、生体触媒を用いて得られたアミド化合物を含む水溶液を、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜によりろ過する精製方法によって得られたものである。具体的には、水媒体中にて生体触媒を用いてニトリル化合物からアミド化合物を得る反応工程と、アミド化合物を含む水溶液（反応液）を限外ろ過膜によりろ過処理する精製工程とを経て製造されたものである。
【００１７】
本発明でいう水性媒体とは、溶媒として水を使用した水溶液である。この水性媒体には、水溶液に溶解していない液体・固体が水もしくは水溶液に分散したものも含むものとする。
【００１８】
本発明でいう生体触媒とは、触媒能を有した酵素を有するものである。このような生体触媒としては、酵素そのもの、酵素を含有する微生物菌体や細胞、あるいはこれら酵素、菌体または細胞を包括法、架橋法、担体結合法等で固定化したもの（固定化酵素、固定化菌体、固定化細胞）が挙げられる。これらの中でも、触媒添加、触媒濃度制御、触媒分離等のしやすさの点で、微生物菌体、固定化菌体または固定化酵素が好適である。
【００１９】
酵素、菌体または細胞を固定化する固定化担体としては、ガラスビーズ、シリカゲル、ポリウレタン、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、カラギーナン、アルギン酸、寒天、ゼラチン等が挙げられる。
【００２０】
本発明でいう触媒能とは、ニトリル化合物を水和してアミド化合物に変換する能力のことである。このような能力を有する酵素は、一般的にニトリルヒドラターゼと称されている。ニトリルヒドラターゼは、これまでに種種の微生物から見出されている。
【００２１】
ニトリルヒドラターゼ活性を有する微生物種としては、例えば、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ） 属、バクテリジューム（Ｂａｃｔｅｒｉｄｉｕｍ）属、ミクロコッカス（Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ）属およびブレビバクテリウム（Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ） 属〔特公昭６２−２１５１９号公報〕、コリネバクテリウム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属およびノカルジア（Ｎｏｃａｒｄｉａ） 属〔特公昭５６−１７９１８号公報〕、シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属〔特公昭５９−３７９５１号公報〕、ロドコッカス（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ）属およびミクロバクテリウム（Ｍｉｃｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属〔特公平４−４８７３号公報〕が知られている。
【００２２】
本発明におけるアミド化合物は、ニトリルヒドラターゼの作用によりニトリル化合物から変換されるものである限り、特に限定されない。ニトリル化合物としては、例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル、サクシノニトリル、アジポニトリルのような脂肪族飽和ニトリル；アクリロニトリル、メタクリロニトリルのような脂肪族不飽和ニトリル；ベンゾニトリル、フタロジニトリルのような芳香族ニトリル；および３−シアノピリジン、２−シアノピリジンのような複素環式ニトリルが挙げられる。
【００２３】
生体触媒を用いた製造に適しているアミド化合物の代表的なものは、化学的、物理的性質に優れている点、あるいは経済的な観点から、プロピオアミド、アクリルアミド、メタクリルアミドやニコチンアミドであり、特にアクリルアミド、ニコチンアミドが好適である。
【００２４】
反応工程で用いられる反応装置としては、固定層、移動層、流動層、撹拌槽等が挙げられる。また、回分反応方式による反応装置、連続反応方式による反応装置のいずれでもよい。
反応基質（ニトリル化合物）、反応液、目的化合物（アミド化合物）等の物性や、生産規模等により反応様式は選ばれ、反応装置が設計される。例えば、連続反応で製造する場合においては、通常、生体触媒は反応基質や反応生成物による反応阻害や失活を受けることが多く、また、反応温度やｐＨの制御がしやすい反応装置が好まれるため、２つ以上の撹拌槽を連続的に繋げた多槽連続撹拌槽が好ましい。
【００２５】
精製工程で用いられる限外ろ過膜は、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満のものである。限外ろ過膜の分画分子量が１０，０００未満であれば、生体由来の多糖類、たんぱく質類あるいはこれらの複合体である発泡成分を除去することができる。また、より完全に発泡成分を除去するためには、限外ろ過膜の分画分子量は５，０００未満であることが好ましい。
限外ろ過膜の分画分子量は、小さい方が多くの不純物を除去できるという点で好ましいが、小さいものほど一般的にろ過速度が遅くなり、結果的に大きなろ過設備が必要となる。したがって、工業的にアミド化合物を生産することに適したろ過速度が得られる限外ろ過膜は、分画分子量が１，０００以上のものである。
【００２６】
本発明でいう分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜とは、膜に対する特異的な吸着を行わない条件下で、分子量１４，２００のα−ラクトアルブミンの阻止率が８５％以上のものである。また、分画分子量が１，０００以上５，０００未満である限外ろ過膜とは、膜に対する特異的な吸着を行わない条件下で、水に溶解している無機塩や前述のアミド化合物の阻止率が５％以下でありかつ分子量１４，２００のα−ラクトアルブミンの阻止率が９０％以上のものである。
【００２７】
また、ここでいう阻止率とは、（ろ過後の処理水中の濃度）／（ろ過前の原水中の濃度）×１００（％）であり、通常は１００ｍｇ／Ｌ程度の低濃度水溶液を用いて計測される。阻止率が経時的に変化する場合には、処理開始直後の値ではなく、ろ過処理を繰り返して阻止率が安定したときの値を用いる。
なお、本発明においては、効率よく発泡成分を除去するために限外ろ過膜で処理する前に、その他公知の精製法を実施しておくことも可能である。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
［実施例１、比較例１］
（生体触媒の調製）
ニトリルヒドラターゼ活性を有するＲｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ ｒｈｏｄｏｃｈｒｏｕｓ Ｊ１（ＦＥＲＭ ＢＰ−１４７８）を、グルコース２％、尿素１％、ペプトン０．５％、酵母エキス０．３％、塩化コバルト０．０５％（何れも質量％）を含む培地（ｐＨ７．０）により、３０℃で好気的に培養した。これを５０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）にて洗浄して菌体懸濁液（乾燥菌体１５質量％）を得た。
【００２９】
（菌体による３−シアノピリジンからニコチンアミドへの反応）
５Ｌのガラスビーカーに１５質量％の３−シアノピリジン水溶液（５０ｍＭリン酸バッファー、ｐＨ７）を１Ｌ入れ、これに調製した菌体懸濁液を２５ｍＬ添加して３０℃の水槽中で緩やかに撹拌した。２４時間後、１７質量％のニコチンアミド水溶液を得た。これを０．４５μｍの孔径を持つメンブランフィルタ（アドバンテック（株）製、セルロース混合エステルタイプ４７ｍｍφ）を用いてろ過し、透明なニコチンアミド水溶液を得た（試料１）。
【００３０】
（反応液の精製）
得られたニコチンアミド水溶液を分画分子量３，０００の限外ろ過膜（ポール社製、ＯＳ００３Ｃ１１、α−アルブミン阻止率公称９６％以上）にてろ過処理し、精製されたニコチンアミド水溶液を得た（試料２）。
【００３１】
（評価）
得られた２つの試料を各２０ｍＬずつ２４ｍｍφの試験管に入れ、シリコンゴム栓を用いて蓋をした。これを、手で上下に激しく攪拌して試料を泡立たせた後、静置し、泡が消えるまでの時間を計測した。結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
［実施例２、３、４、比較例２、３］
（生体触媒の調製）
実施例１と同様にしてニトリルヒドラターゼ活性を有するＲｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ ｒｈｏｄｏｃｈｒｏｕｓ Ｊ１（ＦＥＲＭ ＢＰ−１４７８）の菌体懸濁液（乾燥菌体１５質量％）を得た。
一方、アクリルアミド３０質量％、メチレンビスアクリルアミド１質量％および２−ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド４質量％のモノマー水溶液を調製した。
【００３４】
続いて、菌体懸濁液、モノマー水溶液、１０質量％のＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン水溶液、および１０重量％の過硫酸アンモニウム水溶液を、各々５Ｌ／ｈｒ、２Ｌ／ｈｒ、０．１Ｌ／ｈｒ、０．１Ｌ／ｈｒで順々にラインミキシングし、その流出液を３００×３００×３０ｍｍのバットに次々と受け、そのバット上でモノマーを重合させ、菌体固定化ゲルシートを得た。
【００３５】
得られた菌体固定化ゲルシートをナイフにて０．５ｍｍ角程度に細かく裁断し固定化菌体粒子を得た。この固定化菌体粒子を、流動化させつつ０．１質量％のアクリル酸ナトリウム水溶液（ｐＨ７に調整）にて通液洗浄し、固定化菌体触媒を得た。
【００３６】
（固定化菌体触媒によるアクリロニトリルからアクリルアミドへの反応）
内容積５Ｌのジャケット付きセパラブルフラスコに、０．２ｇ／Ｌのアクリル酸ナトリウム水溶液を３５１０ｇ入れ、これに前述の固定化菌体触媒３ｇを添加した。これをｐＨ７．０、温度１０℃に制御しながら翼長１２０ｍｍ、翼幅２０ｍｍの平板の撹拌翼２枚を用いて８０ｒｐｍで攪拌した。これにアクリロニトリル濃度が常に２質量％となるように、アクリロニトリルを連続的にフィードし、アクリルアミドの濃度が４０質量％となるまで蓄積反応を行った。
【００３７】
その後、アクリロニトリルのフィードを停止し、アクリロニトリルが反応液中から検出されなくなるまで反応を継続した。この液から目開き３００μｍの金網にて固定化菌体触媒を分離し、アクリルアミド約４０質量％のアクリルアミド水溶液を得た（試料３）。
【００３８】
（反応液の精製）
得られたアクリルアミド水溶液を、分画分子量１０，０００の限外ろ過膜（ポール社製、ＯＳ０１０Ｃ１１、α−アルブミン阻止率公称８０％以下）を用いて過処理し、精製されたアクリルアミド水溶液を得た（試料４）。
同様にして、未精製のアクリルアミド水溶液を、分画分子量５，０００の限外ろ過膜（ポール社製、ＯＳ００５Ｃ１１、α−アルブミン阻止率公称９６％以上）を用いて過処理し、精製されたアクリルアミド水溶液を得た（試料５）。
同様にして、未精製のアクリルアミド水溶液を、分画分子量３，０００の限外ろ過膜（ポール社製、ＯＳ００３Ｃ１１、α−アルブミン阻止率公称９６％以上）を用いて過処理し、精製されたアクリルアミド水溶液を得た（試料６）。
同様にして、未精製のアクリルアミド水溶液を、分画分子量１，０００の限外ろ過膜（ポール社製、ＯＳ００１Ｃ１１）を用いて過処理し、精製されたアクリルアミド水溶液を得た（試料７）。
【００３９】
（評価）
試料５０ｍＬを、１００ｍＬメスシリンダーに入れ、木下式ガラスボールフィルター（Ｇ−３）を用いて底部より２０ｍＬ／ｍｉｎで空気を導入して試料を泡立たせ、泡の高さを測定した。結果を表２に示す。
【００４０】
【表２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアミド化合物水溶液の精製方法は、生体触媒を用いて得られたアミド化合物を含む水溶液を、分画分子量１が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜によりろ過する方法であるので、不純物が少なく発泡性の小さいアミド化合物水溶液を得ることができる。
また、本発明のアミド化合物水溶液の精製方法において、限外ろ過膜の分画分子量が、１，０００以上５，０００未満であれば、アミド化合物水溶液中の不純物をより少なくし、アミド化合物水溶液の発泡性をより小さくすることができる。
【００４２】
また、本発明のアミド化合物水溶液は、生体触媒を用いて得られたアミド化合物を含む水溶液であり、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜によりろ過されたものであるので、不純物が少なく発泡性が小さい。
また、本発明のアミド化合物の製造方法は、水媒体中にて生体触媒を用いてニトリル化合物からアミド化合物を得る工程と、アミド化合物を含む水溶液を、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜によりろ過する工程とを有する方法であるので、不純物が少なく発泡性の小さいアミド化合物水溶液を得ることができる。
Claims (6)
- 生体触媒を用いて得られたアミド化合物を含む水溶液を、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜によりろ過することを特徴とするアミド化合物水溶液の精製方法。
- 限外ろ過膜の分画分子量が、１，０００以上５，０００未満であることを特徴とする請求項１記載のアミド化合物水溶液の精製方法。
- アミド化合物が、アクリルアミドまたはニコチンアミドであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアミド化合物水溶液の精製方法。
- 生体触媒が、微生物菌体、固定化菌体または固定化酵素であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか一項に記載のアミド化合物水溶液の精製方法。
- 生体触媒を用いて得られたアミド化合物を含む水溶液であり、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜によりろ過されたものであることを特徴とするアミド化合物水溶液。
- 水媒体中にて生体触媒を用いてニトリル化合物からアミド化合物を得る工程と、
アミド化合物を含む水溶液を、分画分子量が１，０００以上１０，０００未満である限外ろ過膜によりろ過する工程とを有することを特徴とするアミド化合物の製造方法。
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