JP2014113092A - ポンプを用いるアミド化合物の製造方法およびアミド化合物の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工業的に非常に重要なアミド化合物の効率的な製造方法、および該方法に好適に用いられるアミド化合物の製造装置を提供する。
【解決手段】ニトリルヒドラターゼを含有する微生物菌体および／またはその菌体処理物を用いてアミド化合物を製造する方法において、微生物触媒および／またはその菌体処理物を含む液を反応槽４へ供給する際に、容積型ポンプを用いることを特徴とするアミド化合物の製造方法、および微生物菌体および／またはその菌体処理物を含む液を保有する菌体貯槽１と、菌体貯槽１と反応槽４を接続する触媒供給管２と、触媒供給管２に設置された容積型ポンプとを備えるアミド化合物の製造装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、微生物菌体および／またはその菌体処理物を触媒として用い、ニトリル化合物を水和してアミド化合物を得るアミド化合物の製造方法、ならびにアミド化合物の製造装置に関するものである。

アミド化合物の主要な製造方法の一つとして、ニトリル化合物を原料とする水和法は多くの場合に用いられており、アクリルアミド等のアミド化合物の工業的製法としては、例えば、ラネー銅等などの金属銅触媒を触媒として用い、アクリロニトリル等のニトリル化合物を水和する方法、あるいは近年ではニトリルヒドラターゼを含有する微生物菌体および／またはその菌体処理物等を触媒として用い、ニトリル化合物を水和する方法が知られている。

微生物菌体および／またはその菌体処理物を触媒として用いる方法は、アクリロニトリル等のニトリル化合物の転化率および選択率が高いことから工業的に注目を浴びている。

一方、菌体触媒は金属触媒と比較して機械的強度が低く、攪拌やポンプ渦流などによりせん断力が加わると損傷し、そのことにより活性の低下が引き起こされることがある。

例えば特許文献１では、生体触媒の劣化を抑え、ニトリル化合物からアミド化合物への変換効率を高くすべく、反応液流体の単位体積あたりの攪拌所要動力が０．０８〜０．７ｋＷ／ｍ^３の範囲内となる条件下で攪拌を行う方法が提案されている。また、特許文献２には、微生物菌体が添加されている水系媒体に、アクリロニトリルを供給するアクリロニトリル供給管の供給口を水系媒体中に配置することにより、攪拌による微生物触媒の損傷を防止し、かつ、アクリロニトリルと微生物触媒の高い接触効率を得る方法が提案されている。

特許文献３には、微生物触媒およびアミド化合物を含む液の移送に、容積型ポンプを用いるアミド化合物の製造方法が提案されている。

しかしながら、特許文献１〜３の方法においては、効率的でかつ高品質のアミド化合物の製造方法としては不十分であり、未だ検討の余地が残されている。

国際公開第２００９／１１３６５４号パンフレット 国際公開第２０１０／０７８１８４号パンフレット 特開２００６／１８７２５７号パンフレット

微生物菌体および／またはその菌体処理物を用いたニトリル化合物の水和反応においては、菌体触媒の損傷を可能な限り低減し、その活性低下を抑制することによる効率的なアミド化合物を製造することが求められている。

本発明の課題は、アミド化合物を効率的に製造する方法、および当該方法において好適に用いられるアミド化合物の製造装置を提供することにある。

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、下記構成を有するアミド化合物の製造方法により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明の要旨は、以下の通りである。

〔１〕ニトリルヒドラターゼを含有する微生物菌体および／またはその菌体処理物を用いてアミド化合物を製造する方法において、微生物触媒および／またはその菌体処理物を含む液を反応槽へ供給する際に、容積型ポンプを用いることを特徴とするアミド化合物の製造方法
〔２〕アミド化合物がアクリルアミドまたはメタクリルアミドである前記〔１〕に記載のアミド化合物の製造方法
〔３〕ニトリルヒドラターゼを含有する微生物菌体および／またはその菌体処理物を用いてアミド化合物を製造する反応槽と、微生物菌体および／またはその菌体処理物を含む液を保有する菌体貯槽と、菌体貯槽と反応槽を接続する触媒供給管と、触媒供給管に設置された容積型ポンプとを備えるアミド化合物の製造装置

本発明によれば、菌体触媒の損傷を低減することができ、菌体触媒の活性低下を抑制し効率的にアミド化合物を製造することができる。

図１は、本発明の製造装置の一実施形態を示す模式図である。

以下、本発明のアミド化合物の製造方法および製造装置について説明する。
〔アミド化合物の製造方法〕
本発明のアミド化合物の製造方法は、ニトリルヒドラターゼを含有する微生物触媒および／またはその菌体処理物を用いてアミド化合物を製造する方法において、微生物触媒および／またはその菌体処理物を含む液を容積型ポンプを用いて反応槽へ供給を行う工程を有する。
＜ニトリルヒドラターゼを含有する微生物菌体および／またはその菌体処理物＞
本発明では、ニトリルヒドラターゼを含有する微生物菌体および／またはその菌体処理物（以下、これらを単に「菌体触媒」ともいう。）をニトリル化合物のアミド化合物への水和触媒として用いる。

ニトリルヒドラターゼとは、ニトリル化合物を加水分解して対応するアミド化合物を生成する能力（以下、「ニトリルヒドラターゼ活性」ともいう。）を有する酵素（たんぱく質）をいう。

ニトリルヒドラターゼを含有する微生物としては、ニトリルヒドラターゼを産出し、かつニトリル化合物およびアミド化合物の水溶液中でニトリルヒドラターゼ活性を保持している微生物であれば特に限定されない。

ニトリルヒドラターゼを産生する微生物としては、ノカルディア(Nocardia)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、バチルス(Bacillus)属、好熱性のバチルス属、シュードモナス(Pseudomonas)属、ミクロコッカス(Micrococcus)属、ロドクロウス(rhodochrous)種に代表されるロドコッカス(Rhodococcus)属、アシネトバクター(Acinetobacter)属、キサントバクター(Xanthobacter)属、ストレプトマイセス(Streptomyces)属、リゾビウム(Rhizobium)属、クレブシエラ(Klebsiella)属、エンテロバクター(Enterobacter)属、エルウィニア(Erwinia)属、エアロモナス(Aeromonas)属、シトロバクター(Citrobacter)属、アクロモバクター(Achromobacter)属、アグロバクテリウム(Agrobacterium)属またはサーモフィラ(thermophila)種に代表されるシュードノカルディア(Pseudonocardia)属、バクテリジューム（Bacteridium）属、ブレビバクテリウム（Brevibacterium）属に属する微生物などが挙げられる。これらは一種で用いても二種以上を併用してもよい。

また、これら微生物よりクローニングしたニトリルヒドラターゼ遺伝子を任意の宿主で高発現させた形質転換体、および組換えＤＮＡ技術を用いて該ニトリルヒドラターゼの構成アミノ酸の一個または二個以上を他のアミノ酸で置換、欠失、削除もしくは挿入することにより、アミド化合物耐性やニトリル化合物耐性、温度耐性を更に向上させた変異型のニトリルヒドラターゼを発現させた形質転換体なども挙げられる。尚、ここでいう任意の宿主には、後述の実施例のように大腸菌(Escherichia coli)が代表例として挙げられるが、とくに大腸菌に限定されるものではなく枯草菌(Bacillus subtilis)等のバチルス属菌、酵母や放線菌等の他の微生物菌株も含まれる。その様なものの例として、ＭＴ−１０８２２（本菌株は、１９９６年２月７日に茨城県つくば市東１丁目１番３号の通商産業省工業技術院生命工学工業技術研究所（現 茨城県つくば市東１−１−１ つくばセンター 中央第６ 独立行政法人 製品評価技術基盤機構 特許生物寄託センター）に受託番号ＦＥＲＭ ＢＰ−５７８５として、特許手続き上の微生物の寄託の国際的承認に関するブダペスト条約に基づいて寄託されている。）が挙げられる。

これら微生物の中でも、高活性、高安定性のニトリルヒドラターゼを有するという点で、シュードノカルディア(Pseudonocardia)属に属する微生物、および該微生物よりクローニングしたニトリルヒドラターゼ遺伝子を任意の宿主で高発現させた形質転換体、および変異型のニトリルヒドラターゼを発現させた形質転換体形質転換体が好ましい。なお、上記形質転換体は、ニトリルヒドラターゼの安定性をより高め、菌体当たりの活性がより高い点で好ましい。

また、微生物内にニトリルヒドラターゼを高発現できる、ロドコッカス・ロドクロウス（Rhodococcus rhodochrous）Ｊ−１、該微生物よりクローニングしたニトリルヒドラターゼ遺伝子を任意の宿主で高発現させた形質転換体も同様に好ましい。上記ニトリルヒドラターゼを産生する微生物の菌体は、分子生物学・生物工学・遺伝子工学の分野において公知の一般的な方法により調製できる。

本発明に係る組換えベクターは、ニトリルヒドラターゼをコードする遺伝子を含有するものであり、ベクターにニトリルヒドラターゼをコードする遺伝子を連結することにより得ることができる。ベクターとしては、特に限定されるものではなく、例えばpET-21a(+)、pKK223-3、pUC19、pBluescriptKS(+)およびpBR322等に代表される市販の発現プラスミドに、ニトリルヒドラターゼをコードする遺伝子を組み込むことにより、該ニトリルヒドラターゼの発現プラスミドを構築することができる。また、形質転換に使用する宿主生物としては、組換えベクターが安定、かつ自己増殖可能で、さらに外来のＤＮＡの形質が発現できるものであればよく、例えば大腸菌が好例として挙げられるが、大腸菌だけに限らず枯草菌、酵母等に導入することにより、ニトリルヒドラターゼの生産能を有する形質転換体を得ることができる。

上述のようなニトリルヒドラターゼを生産する微生物は、公知の方法により、適宜培養し増殖させ、ニトリルヒドラターゼを生産させてもよい。この場合に使用される培地としては炭素源、窒素源、無機塩類およびその他の栄養素を適量含有する培地であれば合成培地または天然培地のいずれも使用可能である。例えば、ＬＢ培地、Ｍ９培地等の通常の液体培地に、微生物を植菌した後、適当な培養温度（一般的には２０〜５０℃であるが、好熱菌の場合は５０℃以上でもよい。）で培養させることにより調製できる。培養は前記培養成分を含有する液体培地中で静置培養、振とう培養、通気培養、攪拌培養あるいはこれらを組み合わせた通気攪拌培養などの通常の培養方法を用いて行うことができる。培養に際しては、回分式、半回分式あるいは連続式に培地を添加するなど通常の方法を用いることができる。形質転換体の培養温度としては、１５〜３７℃が好ましい。培養条件は、培養の方法により適宜選択すればよく、菌株が生育しニトリルヒドラターゼを生産することが出来れば特に制限はない。

本発明では上述のニトリルヒドラターゼを生産する微生物の菌体を、ニトリル化合物と反応させるために、遠心等による集菌、破砕して菌体破砕物を作製する等、さまざまな処理を行ってもよく、これらの処理を施した菌体を菌体処理物と総称する。

破砕される微生物の菌体の形態としては、ニトリルヒドラターゼを産生する微生物の菌体を含む限り特に制限はないが、例えば、該菌体を含む培養液そのもの、その培養液を遠心分離して分離・回収された集菌体、さらにこの集菌体を生理食塩水等で洗浄したものなどが挙げられる。

上記菌体を破砕する方法は特に限定するものではなく、公知の方法を用いることができる。菌体を破砕する装置としては、菌体を破砕可能であれば特に制限はないが、例えば、超音波破砕機、フレンチプレス、ビーズショッカー、ホモゲナイザー、ダイノーミル、クールミルなどの摩砕装置などが挙げられる。これらの中でも、安価にスケールアップができるという点で、ホモゲナイザーが好ましい。なお、ホモゲナイザーとは、ピストンで送液を行うプランジャー式高圧ポンプの出口に設けられたホモバルブの隙間をネジまたは油圧で調節して、導入された流体に剪断・激突・キャビテーション等の相乗効果を瞬間的に発生させる装置である。

菌体を破砕する時の温度は特に制限はないが、好ましくは０〜５０℃、より好ましくは０〜２５℃である。

また、菌体を破砕する時のｐＨは特に制限はないが、好ましくはｐＨ４〜ｐＨ１０、より好ましくはｐＨ６〜ｐＨ８である。

ホモゲナイザーを用いて菌体を破砕する場合の圧力は菌体が破砕される圧力であれば特には制限が無いが、好ましくは１０〜３００ＭＰａ、より好ましくは３０〜１００ＭＰａである。
＜ニトリル化合物＞
ニトリル化合物としては、例えば、炭素数２〜２０の脂肪族ニトリル化合物、炭素数６〜２０の芳香族ニトリル化合物が挙げられ、一種で用いても二種以上を併用してもよい。

脂肪族ニトリル化合物としては、例えば、炭素数２〜６の飽和または不飽和ニトリルが挙げられ；具体的には、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、イソバレロニトリル、カプロニトリル等の脂肪族飽和モノニトリル類；マロノニトリル、サクシノニトリル、アジポニトリル等の脂肪族飽和ジニトリル類；アクリロニトリル、メタクリロニトリル、クロトンニトリル等の脂肪族不飽和ニトリルが挙げられる。

芳香族ニトリル化合物としては、例えば、ベンゾニトリル、ｏ−，ｍ−またはｐ−クロロベンゾニトリル、ｏ−，ｍ−またはｐ−フルオロベンゾニトリル、ｏ−，ｍ−またはｐ−ニトロベンゾニトリル、ｏ−，ｍ−またはｐ−トルニトリルが挙げられる。

ニトリル化合物の中でも、アクリロニトリル、メタクリロニトリルが好ましい。
＜水（原料水）＞
原料水は特に限定されず、蒸留水、イオン交換水などの精製水を用いることができる。
＜反応槽＞
反応槽としては、一つの反応器から構成される単段の反応槽を用いてもよく、複数の反応器から構成される多段の反応槽を用いてもよい。反応器としては、槽型反応器を用いてもよく、管型反応器を用いてもよい。槽型反応器としては、撹拌機を備える反応器が好ましい。

特に、一段目の槽型反応器と二段目の管型反応器とから構成される反応槽を用い、槽型反応器から排出される反応液を管型反応器で更に反応させると、転化率を向上できるので好ましい。

槽型反応器および管型反応器は、菌体触媒のニトリルヒドラターゼ活性が維持される温度に保たれる限り、熱交換器を備えていても備えていなくてもよいが、後述する反応槽温度を制御するため、前記反応器は熱交換器を備えることが好ましい。熱交換器としては、多管円筒式、渦巻管式、渦巻板式、プレート式、二重管式など反応器外部に設置する形態のもの、あるいはジャケット式、コイル式など反応器に直接設置する形態のものが挙げられる。反応器が管型反応器である場合は、反応器自体を多管円筒式あるいは二重管式の熱交換器で構成することが可能である。

反応方法としては、例えば、（１）菌体触媒および反応原料（ニトリル化合物および原料水）を反応槽に一度に全量仕込んでから反応を行う方法（回分反応）、（２）菌体触媒および反応原料（ニトリル化合物および原料水）の一部を反応槽に仕込んだ後、連続的または間欠的に残りの菌体触媒および反応原料（ニトリル化合物および原料水）を供給して反応を行う方法（半回分反応）、（３）菌体触媒および反応原料（ニトリル化合物および原料水）の連続的または間欠的な供給と、反応液（菌体触媒、未反応原料および生成したアミド化合物などを含む。）の連続的または間欠的な取出しを行いながら、反応槽内の反応液を全量取り出すことなく連続的に反応を行う方法（連続反応）が挙げられる。これらの中でも、工業的にアミド化合物を大量かつ効率的に製造しやすい点で、連続反応が好ましい。

反応槽として複数の反応器から構成される多段の反応槽を用いる場合、その構成としては、（ａ）菌体触媒および反応原料（ニトリル化合物および原料水）を上段の反応器入口に供給し、上段の反応器出口から排出された反応液（菌体触媒、未反応原料および生成したアミド化合物などを含む。）を、下段の反応器入口に供給する直列式態様、（ｂ）菌体触媒および反応原料（ニトリル化合物および原料水）を二以上の反応器に（他の反応器を経由せずに）直接供給する並列式態様が挙げられる。

例えば、多段の反応槽を用いて連続反応を行う場合等において、菌体触媒および反応原料（ニトリル化合物および原料水）の供給先は、一段目の反応器（最も上流に位置する反応器）のみに限定されず、二段目以降の反応器（下流に位置する反応器）であってもよい。

反応槽内の液温である反応槽温度は、菌体触媒の耐熱性にもよるが、通常０〜５０℃に設定され、好ましくは１０〜４０℃に設定される。反応槽温度が前記範囲にあると、菌体触媒のニトリルヒドラターゼ活性を良好に維持できる点で好ましい。

反応槽温度とは、反応槽が一つの反応器のみから構成される場合は、当該反応器内の液温を指し；反応槽が複数の反応器から構成される場合は、各々の反応器内の液温を指す。反応槽温度は、例えば、熱電対法（例：Ｋタイプ）により測定することができる。反応槽温度は、反応槽内の任意の場所で測定可能であり、具体的には反応槽出口（反応液取出し口）で測定可能である。

反応槽の容積は、特に限定するものではないが、工業的な生産を考慮すると、通常０．１ｍ³以上、好ましくは１〜１００ｍ³、より好ましくは５〜５０ｍ³である。反応槽が複数の反応器から構成される場合、前記容積は各々の反応器の容積を指す。

反応は、一般的には常圧下で行われるが、ニトリル化合物の溶解度を高めるために加圧下で行うこともできる。反応槽内のｐＨは特に限定されないが、好ましくはｐＨ５〜ｐＨ１０の範囲にある。ｐＨが前記範囲にあると、ニトリルヒドラターゼ活性を良好に維持できる点で好ましい。
＜菌体貯槽＞
菌体貯槽とは、菌体触媒の懸濁液を保有し、菌体触媒の懸濁液を反応槽に供給する触媒供給管を有する。菌体貯槽には、菌体触媒の懸濁液の液温を制御する観点から、温度制御機構を設けてもよい。菌体貯槽における温度制御機構は、菌体貯槽が有してもよい外部循環ライン上に設けてもよく、菌体貯槽自体に設けてもよい。菌体貯槽における温度制御機構としては、例えば、熱交換器が挙げられる。熱交換器としては、例えば、多管円筒式熱交換器、渦巻管式熱交換器、渦巻板式熱交換器、プレート式熱交換器、二重管式熱交換などの菌体貯槽の外部循環ラインに設置する形態のもの、あるいはジャケット式熱交換器、コイル式熱交換器などの菌体貯槽に直接設置する形態のものが挙げられる。

菌体懸濁液の温度上昇は菌体触媒の活性低下を引き起こす原因となるため、菌体貯槽内の液温は低温であることが好ましい。具体的には、菌体貯槽内の液温は３０℃以下であることが好ましく、２０℃以下であることがより好ましく、１０℃以下であることが更に好ましい。菌体貯槽内の液温の下限値は、菌体懸濁液を液として保有できる範囲内であれば特に限定されない。この様に温度制御を行うことにより菌体触媒の活性低下を抑制し、アミド化合物を効率的に生産することができる。

菌体懸濁液中の菌体濃度は、特に限定されるものではなく、菌体懸濁液を液体として供給可能な範囲であればよい。菌体濃度が低すぎる場合には、菌体貯槽の容積効率が低くなり好ましくない。また、菌体濃度が高すぎる場合には、懸濁液の粘度が高くなり送液安定性の観点で好ましくない。菌体懸濁液中の菌体濃度は、通常０．１重量％〜５０重量％程度であり、好ましくは０．５重量％〜３０重量％であり、より好ましくは１重量％〜２０重量％である。

菌体貯槽の容積は、特に限定するものではないが、工業的な生産を考慮すると、通常０．０１ｍ³以上、好ましくは０．１〜１０ｍ³、より好ましくは０．５〜５ｍ³である。菌体貯槽が複数から構成される場合、前記容積は各々の菌体貯槽の容積を指す。

菌体貯槽の数は、一基に限られるものではなく、複数の触媒貯槽が直列または並列に設置された形式のものであってもかまわない。例えば連続反応の場合には、複数の触媒貯槽を有することは、連続的に懸濁液を反応槽に供給できる点で好ましい。
＜反応原料の供給＞
ニトリル化合物および水は、ニトリル化合物および水を貯蔵する原料貯槽から、それぞれ別々のニトリル化合物の供給管および水の供給管を用いて反応槽へ供給してもよく、両者を混合した後にニトリル化合物と水の混合物として反応槽へ供給してもよい。

ニトリル化合物および水をそれぞれ別の供給管を用いて反応槽へ供給する場合、ニトリル化合物の供給管の反応槽中の反応液への供給口の設置位置には特に制限はなく、反応液の上部へ設置しても、反応液中へ設置してもよいが、ニトリル化合物の気相部への蒸発を抑制する観点から、供給口は反応液中へ設置することが好ましい。前記の供給口を反応液中へ設置する際は、供給口の設置位置はニトリル化合物の反応液中への分散の観点から、反応液の最深部の水準を０％とし、反応液の液面の水準を１００％とした場合、好ましくは８０％以下の位置である、より好ましくは６０％以下の位置である、更に好ましくは５０％以下の位置である。ニトリル化合物の供給管は、ひとつの反応槽につき一本であってもよく、複数本であってもよい。ニトリル化合物の供給管の供給口は、一本の供給管につき一つであってもよく、複数あっても良い。また、反応槽が攪拌機を備える槽型反応器である場合には、ニトリル化合物の供給管の供給口は、ニトリル化合物の反応液への分散を良好に行うために、反応槽に設置された攪拌翼の近傍に設置することが好ましい。

ニトリル化合物の供給管の供給口の形状は特に制限はなく、通常使用される形状のものであればいずれも好適に使用できる。

水の供給管の反応槽中の反応液への供給口の設置位置には特に制限はなく、反応液の上部へ設置しても、反応液中へ設置してもよい。
水の供給管は、ひとつの反応槽につき一本であってもよく、複数本であってもよい。水の供給管の供給口は、一本の供給管につき一つであってもよく、複数あっても良い。

水の供給管の供給口の形状は特に制限はなく、通常使用される形状のものであればいずれも好適に使用できる。

ニトリル化合物および水を反応槽へ供給する方法は、特に限定するものではなく、公知の方法を用いることができる。ニトリル化合物および水を反応槽へ供給する方法としては、液体輸送機能を有する機器を使用することができ、例えば、遠心ポンプ、斜流ポンプあるいは軸流ポンプなどのターボ型ポンプや、往復ポンプや回転ポンプなどの容積型ポンプなどのポンプ類、スクリューコンベアなどのコンベア類を用いることができる。ニトリル化合物および水を反応槽へ供給する方法として、上記の液体輸送機能を有する機器を使用しないで供給することもできる。液体輸送機能を有する機器を使用しない場合には、例えば、ニトリル化合物および水を貯蔵する原料貯槽を反応槽の上部へ設置し、原料貯槽と反応槽を原料供給管により接続し、重力を用いた落下により供給する方法が挙げられる。あるいは、原料貯槽を加圧するか、反応槽を減圧することにより生じる原料貯槽と反応槽の圧力差を用いて供給する方法が挙げられる。

ニトリル化合物および水を混合した後に混合液として反応槽へ供給する場合、ニトリル化合物と水とを混合する方法としては、既知の技術を用いることができ、例えば、混合槽を用いて混合する方法、ニトリル化合物と水を配管中で混合する方法などが挙げられる。

混合槽を用いる場合には、混合槽の形状は特に限定されるものではないが、一般的に円筒形の混合槽が用いられ、縦型円筒形、横型円筒形、いずれの場合も用いることができる。混合槽を用いる場合には、混合槽には攪拌機を備えていてもよく、攪拌機を用いる場合の、攪拌翼は任意の形状のものを選択でき、例えば、プロペラ翼、フラットパドル翼、ピッチドパドル翼、フラットタービン翼、ピッチドタービン翼、リボン翼、アンカー翼、フルゾーン翼などが挙げられる。攪拌翼は、一枚であってもよく、複数枚備えていてもよい。混合槽には邪魔板を供えていてもよく、邪魔板を供えていなくてもよい。混合槽には、ニトリル化合物と水を効率的に混合する観点から、攪拌機を備えていることが好ましい。

ニトリル化合物と水の混合物を混合槽から反応槽へ供給する方法は、特に限定するものではなく、公知の方法を用いることができ、具体的には、上記のニトリル化合物および水を反応槽へ供給する方法で例示した方法を用いることができる。

ニトリル化合物と水を配管中で混合させるには、ニトリル化合物の供給管と水の供給管を結合することによりニトリル化合物と水を直接混合させることができ、さらには配管中にスタティックミキサーなどのラインミキサーを設置することにより積極的に混合する方法などが挙げられる。

ニトリル化合物および水の供給割合は、ニトリル化合物に対して水が当モル以上あればよく、ニトリル化合物と水とのモル比（ニトリル化合物：水）で通常１：１〜１：５０、好ましくは１：１〜１：２０である。
反応時間（反応液の滞留時間）は、通常０．５〜５０時間、好ましくは２〜２５時間である。多段の反応槽を用いる場合、反応時間とは、全反応器における合計の反応時間（反応液の滞留時間）を指す。
＜菌体触媒の供給＞
菌体触媒の供給は、菌体触媒の懸濁液を菌体貯槽から抜き出し、反応槽へ移送する工程であり、菌体触媒の懸濁液は触媒供給管を通じて反応槽へ供給される。菌体触媒は容積型ポンプを用いて反応槽へと供給され、菌体触媒の損傷を可能な限り低減し、その活性低下を抑制することができる。ここで容積型ポンプとは、ポンプヘッド内の一定空間容積に液体を封じ込め、往復運動あるいは回転運動にて容積変化させることにより封じ込めた液体にエネルギーを与え輸送するポンプのことである。容積型ポンプとしては、往復ポンプや回転ポンプなどを挙げることができる。往復ポンプの具体例としては、ピストンポンプ、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプが挙げられる。回転ポンプの具体例としては、ギアポンプ、ベーンポンプ、スクリューポンプが挙げられる。

菌体貯槽と反応槽を接続する触媒供給管には、容積型ポンプ以外にも機器を設置していてもよい。例えば、菌体触媒の供給量を測定するための流量計や、菌体触媒の供給量を調整するための調節弁の設置は、菌体触媒の効率的な供給のために設置することは好ましい。
菌体触媒の使用量は、反応条件や触媒の種類およびその形態により変化するが、上記微生物の乾燥菌体重量換算で、反応液に対して、通常１０〜５０，０００重量ｐｐｍ、好ましくは５０〜３０，０００重量ｐｐｍである。

本発明のアミド化合物の製造方法において、得られたアミド化合物の回収および精製は、例えば、濃縮操作（例：蒸発濃縮）、活性炭処理、イオン交換処理、ろ過処理、晶析操作により行うことができる。

以上のようにして、反応原料であるニトリル化合物に対応するアミド化合物、例えば（メタ）アクリロニトリルであれば（メタ）アクリルアミドを得ることができる。
〔アミド化合物の製造装置〕
本発明のアミド化合物の製造装置は、ニトリルヒドラターゼを含有する微生物菌体および／またはその菌体処理物を用いてアミド化合物を製造する反応槽と、微生物菌体および／またはその菌体処理物を含む液を保有する菌体貯槽と、菌体貯槽と反応槽を接続する触媒供給管と、触媒供給管に設置された容積型ポンプとを備える。

菌体貯槽、反応槽および触媒供給管の構成についは、上述したとおりである。
反応槽が複数の反応器から構成される多段の場合、触媒供給管は一段目の反応器のみに接続されていてもよく（直列式様態）、一段目の反応器と二段目の反応器とに並列的に接続されていてもよい（並列式様態）。

以下、本発明のアミド化合物の製造装置の具体例を、図面を参照して説明する。

図１の製造装置は、撹拌機５を備える反応槽４と、触媒供給管２を通して反応槽４に接続された菌体貯槽１と、菌体供給管に設置された菌体供給ポンプ３と、ニトリル化合物の供給管６と水の供給管７とを備える。

以下、実施例および比較例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら
実施例に限定されない。

［実施例１］
〔ニトリルヒドラターゼを含有する微生物菌体の調製〕
特開２００１−３４００９１号公報の実施例１に記載の方法に従いＮｏ．３クローン菌体を取得し、同じく、同実施例１の方法で培養してニトロリルヒドラターゼを含有する湿菌体を得た。

〔アクリルアミドの製造〕
最終製品として、水溶液中のアクリルアミド濃度が５０重量％の製品を得るため、以下の条件で反応を行った。

菌体貯槽として攪拌機を備えた容積０．１ｍ^３のＳＵＳ製ジャケット冷却器付攪拌槽、第１反応器として攪拌機を備えた容積１ｍ^３のＳＵＳ製ジャケット冷却器付槽型反応器、第２反応器として容積０．５ｍ^３のＳＵＳ製二重管型反応器を準備した。第１反応器には、予め４００ｋｇの水を仕込んだ。

上記培養方法で得られた湿菌体を菌体貯槽中で純水に懸濁した。菌体貯槽のジャケットには５℃の冷却水を流通した。第１反応器内を撹拌しながら、この懸濁液を１１ｋｇ／ｈの速度でダイヤフラムポンプを用いて連続的に供給した。また、アクリロニトリルは３２ｋｇ／ｈの速度で、純水は３７ｋｇ／ｈの速度で連続的に供給した。反応中の反応液の温度は２０℃となるように、第１反応器のジャケット及び第２反応器の二重管に５℃の冷却水を流通して温度制御を行った。さらに反応ｐＨが７．５〜８．５となるように、０．１Ｍ−ＮａＯＨ水溶液を供給した。反応中の反応液の液面は槽底面から１ｍの高さとなるように、反応液を第１反応器から８０ｋｇ／ｈの速度で連続的に抜き出し、第２反応器に連続的に供給して、第２反応器内でさらに反応を進行させた。

反応開始から２００時間後に以下のＨＰＬＣ条件にて分析を行ったところ、第１反応器出口でのアクリルアミドへの転化率が９５％、かつ第２反応器出口でのアクリロニトリル濃度が検出限界以下（１０重量ｐｐｍ以下）となった。

ここで分析条件は以下のとおりであった。
・アクリルアミド分析条件：
高速液体クロマトグラフ装置：ＬＣ−１０Ａシステム（株式会社島津製作所製）
（ＵＶ検出器波長250nm、カラム温度40℃）
分離カラム ：SCR-101H (株式会社島津製作所製)
溶離液 ：0.05%（容積基準）−リン酸水溶液
・アクリロニトリル分析条件：
高速液体クロマトグラフ装置：ＬＣ−１０Ａシステム（株式会社島津製作所製）
（ＵＶ検出器波長200nm、カラム温度40℃）
分離カラム ：Wakosil-II 5C18HG (和光純薬製)
溶離液 ：7%（容積基準）−アセトニトリル、0.1mＭ−酢酸、
0.2mＭ−酢酸ナトリウムを各濃度で含有する水溶液
［実施例２］
実施例１のアクリルアミドの製造において、ダイヤフラムポンプを使用する代わりにプランジャーポンプを使用した以外は実施例１と同様にして反応を行った。反応開始から２００時間後に上記ＨＰＬＣ分析を行ったところ、第１反応器出口でのアクリルアミドへの転化率が９５％、かつ第２反応器出口でのアクリロニトリル濃度が検出限界以下（１０重量ｐｐｍ以下）となった。

［実施例３］
実施例１のアクリルアミドの製造において、ダイヤフラムポンプを使用する代わりにベーンポンプを使用した以外は実施例１と同様にして反応を行った。反応開始から２００時間後に上記ＨＰＬＣ分析を行ったところ、第１反応器出口でのアクリルアミドへの転化率が９５％、かつ第２反応器出口でのアクリロニトリル濃度が検出限界以下（１０重量ｐｐｍ以下）となった。

［比較例１］
実施例１のアクリロニトリルの製造において、ダイヤフラムポンプを使用する代わりに遠心ポンプを使用した以外は実施例１と同様にして、アクリルアミドの製造を行った。反応開始から２００時間後に上記ＨＰＬＣ分析を行ったところ、第１反応器出口でのアクリルアミドへの転化率が９２％、かつ第２反応器出口でのアクリロニトリル濃度が８０重量ｐｐｍとなった。

１：菌体貯槽
２：触媒供給管
３：触媒供給ポンプ
４：反応槽
５：攪拌機
６：ニトリル化合物の供給管
７：水の供給管

Claims (3)

1. ニトリルヒドラターゼを含有する微生物菌体および／またはその菌体処理物を用いてアミド化合物を製造する方法において、微生物触媒および／またはその菌体処理物を含む液を反応槽へ供給する際に、容積型ポンプを用いることを特徴とするアミド化合物の製造方法。
2. アミド化合物がアクリルアミドまたはメタクリルアミドである請求項１に記載のアミド化合物の製造方法。
3. ニトリルヒドラターゼを含有する微生物菌体および／またはその菌体処理物を用いてアミド化合物を製造する反応槽と、微生物菌体および／またはその菌体処理物を含む液を保有する菌体貯槽と、菌体貯槽と反応槽を接続する触媒供給管と、触媒供給管に設置された容積型ポンプとを備えるアミド化合物の製造装置。