JP2017043577A - アミド化合物の精製方法およびアミド化合物の精製装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アミド化合物含有液、特に菌体および/またはその菌体処理物を触媒として用いてニトリル化合物の水和反応で製造されたアミド化合物効率的に精製する方法、および該方法に好適に用いられるアミド化合物の精製装置を提供する。
【解決手段】ニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物を用いて製造されたアミド化合物を精製する方法において、精製処理後のアミド化合物含有液に中和剤を混合した後に中和槽へ供給することを特徴とするアミド化合物の精製方法、およびニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物を用いて製造されたアミド化合物の精製液を中和する中和槽と、アミド化合物含有液と中和剤との混合物を供給する供給ラインを備えるアミド化合物の精製装置
【選択図】なし

Description

本発明は、アミド化合物含有液、特に菌体および／またはその菌体処理物を触媒として用いてニトリル化合物の水和反応で製造された不純物を含有するアミド化合物の精製方法、ならびにアミド化合物の精製装置に関するものである。

アミド化合物、特にニトリル化合物を水和して得られるアミド化合物含有液にはその製法により種類は異なるものの、通常は高分子物質や界面活性剤、着色物質、溶出物、または他の不純物等が存在する。これらの不純物を除去するために、例えば特許文献１および特許文献２には活性炭による精製処理方法が、特許文献３にはイオン交換膜による精製処理方法が、また特許文献４には多孔質中空糸膜による精製処理方法が記載されている。

しかしながら、上記イオン交換膜や多孔質中空糸膜を用いた精製方法では特殊な精製装置が必要となる等、その実施において、経済性の面でのデメリットは避けられない。また、活性炭による精製方法においては、通常は特殊な設備は必要ないものの、得られる製品中にはなお不純物が存在し、効果の点で未だ不十分である。

また、特許文献５には、簡便でかつ効率的な精製方法として、アミド化合物含有液を酸性条件下で活性炭と接触させる方法が提案されている。しかしながら、特に、ニトリル水和能を有する酵素であるニトリルヒドラターゼ等を用いてニトリル化合物を直接水和してアミド化合物を製造する場合、上記先行技術の活性炭による精製方法では、得られるアミド化合物の品質は十分に高いとは言えず、未だ検討の余地が残されている。

特開昭６１−１１５４９５号公報 特開昭６１−１２２２５３号公報 特開昭６１−１１５０５８号公報 特開昭６１−１２２２２７号公報 特開２００１−２７０８５７号公報

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で製造された不純物を含有するアミド化合物の活性炭による精製処理においては、効率的に不純物を除去するための好適なｐＨの範囲が存在し、通常、精製処理液のｐＨが好適な範囲になるように、ｐＨ調節剤が用いられる。例えば、精製処理に好適なｐＨが７よりも小さい場合には ｐＨ調節剤として酸が用いられ、精製処理に好適なｐＨが７よりも大きい場合にはｐＨ調節剤として塩基が用いられる。

活性炭による精製処理においてはその精製効率を良好に保つための好適なｐＨの範囲を逸脱すると精製効率が低下するため、通常、精製処理槽は精製効率を良好に保つために好適なｐＨに維持され精製処理が行われる。

精製処理において活性炭と共に不純物を除去した後の精製液は、そのｐＨが精製処理に好適な範囲となっており、ｐＨが７付近から逸脱している場合がある。通常アミド化合物はｐＨが７付近では安定ではあるが、ｐＨが７より小さい場合や、７より大きい場合には不安定で、反応や重合などで変質することがある。よって精製処理後の精製液はｐＨを７付近にするために、中和剤を用いて中和処理を行う必要がある。例えば、精製処理に好適なｐＨが７よりも小さい場合には精製液は酸性となっているため、中和剤として塩基を中和槽へ供給し中和処理を行う方法や、精製処理に好適なｐＨが７よりも大きい場合には精製液は塩基性となっているため、中和剤として酸を中和槽へ供給し中和処理を行う方法が用いられる。

しかしながら、本発明者らの検討によれば、中和剤を単独で中和槽へ供給する場合、中和剤が中和槽へ供給された後に分散してｐＨが適正に制御されたとしても、精製効率が低下してしまうことが判明した。中和槽のｐＨが好適な範囲であっても中和剤供給口付近が高濃度の中和剤により一時的にｐＨの好適な領域を逸脱しており、アミド化合物が反応、重合等で変質することにより不純物を生成し、精製効率を低下させていると推定される。
本発明の課題は、アミド化合物を効率的に精製する方法、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精製装置を提供することにある。

本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意研究を行った。その結果、下記工程を有するアミド化合物の精製方法により上記課題を解決できることを見出し、本発明に至った。

すなわち、本発明は以下のとおりである。
〔１〕ニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物を用いて製造されたアミド化合物を精製する方法において、精製処理後のアミド化合物含有液に中和剤を混合した後に中和槽へ供給することを特徴とするアミド化合物の精製方法
〔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〕に記載の製造方法
〔３〕ニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物を用いて製造されたアミド化合物の精製液を中和する中和槽と、アミド化合物含有液と中和剤との混合物を供給する供給ラインを備えるアミド化合物の精製装置

本願発明においては、中和剤が中和槽へ供給される以前にアミド化合物含有液と混合されることにより、中和槽内において、ｐHの局所的な変動が低減し、精製効率を低下させることなく効率的にアミド化合物を精製することができる。

図１は、本発明の精製装置の一実施形態を示す模式図である。 図２は、本発明の精製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精製方法および精製装置について説明する。
〔アミド化合物の精製方法〕
本発明のアミド化合物の精製方法は、ニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物を用いて製造されたアミド化合物を精製する方法において、精製処理後のアミド化合物含有液に中和剤を混合した後に中和槽へ供給する工程を有する。

＜ニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／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菌体としては、ニトリルヒドラターゼを産生し、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菌体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菌体としては、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）属に属する菌体等が挙げられる。これらは一種で用いても二種以上を併用しても良い。

また、これら菌体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等も挙げられる。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 品評価技術基盤機構 特許生物寄託センター）に受託番号ＦＥＲＭＢＰ−５７８５として、特許手続き上の菌体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。

これら菌体の中でも、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)属に属する菌体、および該菌体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、菌体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、該菌体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良く、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産生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産生する菌体は、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産生させても良い。この場合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、菌体を植菌した後、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℃以上でも良い。）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振とう培養、通気攪拌培養、連続培養、流加培養等の通常の培養方法を用いて行うことができる。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、特に限定されるものではなく、培養の種類、培養方法により適宜選択すれば良く、菌株が生育しニトリルヒドラターゼを産生することが出来れば良い。

本発明では上述のニトリルヒドラターゼを産生する菌体を、ニトリル化合物と反応させるために、遠心等による集菌や、破砕し菌体破砕物を作製する等、さまざまな処理を行っても良く、これらのなんらかの処理を施した菌体を菌体処理物と総称する。

破砕される菌体の形態としては、ニトリルヒドラターゼを産生する菌体を含む限り特に限定はされず、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等が挙げられる。

＜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良い。

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；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；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、ｏ−，ｍ−またはｐ−シアノピリジン、ベンジルシアナイドが挙げられる。
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。

＜活性炭＞
本発明では、ニトリルヒドラターゼを含有する菌体触媒を用いて製造されたアミド化合物を活性炭と接触させることにより精製を行う。

活性炭は粉状および粒状のいずれであっても使用することができる。また、精製処理を行う装置においても、用いる活性炭の粒度に適したものを用いれば良い。例えば粉状活性炭を用いる場合は、液の攪拌が可能な槽において、回分式および連続式のいずれでも実施することができる。また、粒状活性炭を用いるような場合は、上記形式の他に、充填塔形式による連続処理も可能である。

また、活性炭には一般的には、原料として石炭、木、およびヤシ殻等を用いたもの等があるが、吸着能を有するものであれば特段の限定はなく、いずれのものであっても使用することが可能である。しかしながら、処理の対象とするアミド化合物が特に不飽和結合を有するものである場合は、該アミド化合物の保存安定性や重合し易さ等を考慮すると、活性炭としては金属分含有量の少ないものを使用することが好ましく、原料が木質のもの、またはヤシ殻のものを使用することがより好ましい。

本発明において、アミド化合物を精製処理する際に使用する活性炭量は、あまり少ない場合は十分な精製効果を得ることが困難であり、またあまり多く使用しても不経済となることから、その使用量としてはアミド化合物含有液に対して、通常０．０１〜２０重量％の範囲、より好ましくは０．０５〜１０重量％の範囲である。また、活性炭として特に粉状のものを用いる場合、該活性炭はアミド化合物含有液中にそのまま直接添加しても良く、または一旦、活性炭を水等の媒体中に分散させ、スラリー状としたものをアミド化合物含有液に添加、あるいは供給するようにしても良い。

＜ｐＨ調節剤＞
ｐＨ調節剤は、精製処理液のｐＨを精製処理における精製効率を良好に保つための好適な範囲に調節するために用いられる。
精製処理に好適なｐＨが７よりも小さい場合には、ｐＨ調節剤として酸を用いることができる。

ｐＨ調節剤として用いる酸としては、無機酸、有機酸のいずれも用いることができる。無機酸としては、例えば、塩化水素、臭化水素、沃化水素等のハロゲン化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、次亜臭素酸、亜臭素酸、臭素酸、過臭素酸、次亜沃素酸、亜沃素酸、沃素酸、過沃素酸等のハロゲン化オキソ酸、硫酸、硝酸、燐酸、硼酸が挙げられる。有機酸としては、例えば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、蓚酸、マロン酸、フマル酸、マレイン酸、クエン酸、乳酸、安息香酸等のカルボン酸やメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸等のスルホン酸が挙げられる。ｐＨ調節剤として用いる酸は、気体、固体、液体いずれの状態でも用いることができるが、精製処理槽への供給の容易性を考慮すると、液体の状態のものを用いることは好ましく、気体あるいは固体の状態の酸は水溶液として用いることはより好ましい。精製処理槽のｐＨ調節の制御性を考慮すると、液体の状態の酸も水溶液として用いることはより好ましい。水溶液として用いる場合の酸の濃度は、特に制限はないが、高濃度の水溶液を用いるとｐH調節が困難となるため、好ましくは０．１ｗｔ％以上９９ｗｔ％以下、より好ましくは１ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下、さらに好ましくは１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下である。
精製処理に好適なｐＨが７よりも大きい場合には、ｐＨ調節剤として塩基を用いることができる。

ｐＨ調節剤として用いる塩基としては、無機塩基、有機塩基のいずれも用いることができる。無機塩基としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等のアルカリ土類金属の水酸化物、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等のアルカリ金属の炭酸水素塩、アンモニアが挙げられる。有機塩基としては、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、アニリン、ピリジンが挙げられる。ｐＨ調節剤として用いる塩基は、気体、固体、液体いずれの状態でも用いることができるが、精製処理槽への供給の容易性を考慮すると、液体の状態のものを用いることは好ましく、気体あるいは固体の状態の塩基は水溶液として用いることはより好ましい。精製処理槽のｐＨ調節の制御性を考慮すると、液体の状態の塩基も水溶液として用いることはより好ましい。水溶液として用いる場合の塩基の濃度は、特に制限はないが、高濃度の水溶液を用いるとｐＨ調節が困難となるため、好ましくは０．１ｗｔ％以上９９ｗｔ％以下、より好ましくは１ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下、さらに好ましくは１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下である。

＜精製処理槽＞
精製処理槽としては、一つの精製処理器から構成される単段の精製処理槽を用いても良く、複数の精製処理器から構成される多段の精製処理槽を用いても良い。精製処理器としては、槽型精製処理器を用いても良く、管型精製処理器を用いても良い。槽型精製処理器としては、撹拌機を備える精製処理器が好ましい。槽型精製処理器が攪拌機を有する場合の攪拌機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、フルゾーン翼が挙げられる。攪拌翼は、１枚であっても良く、複数枚備えていても良い。

精製処理槽には、循環ポンプを備えた外部循環ラインが設置されていても良い。循環ポンプを備えた外部循環ラインは、精製処理槽に一つ設置されていても、複数設置されていても良い。

精製処理槽にポンプを備えた外部循環ラインを設置する場合の、外部循環ラインに備えられたポンプは、特に限定されるものではなく、例えば、遠心ポンプ、傾斜ポンプあるいは軸流ポンプ等のターボ式ポンプや、往復ポンプや回転ポンプ等の容積型ポンプが挙げられる。

精製処理槽にポンプを備えた外部循環ラインを設置する場合には、外部循環ラインに備えられたポンプを用いて、精製処理液の一部が精製処理槽内から取り出され、外部循環ラインを経由して精製処理槽へ戻される。

精製処理槽は、温度制御装置を有していても良く、温度制御装置を有していなくても良いが、精製処理液の温度を制御する観点から、温度制御装置を有することは望ましい。

精製処理槽が温度制御装置を有する場合の温度制御装置は、精製処理槽自体に設けても良く、精製処理槽に設置される外部循環ラインに設けても良い。精製処理槽における温度制御装置としては、例えば、熱交換器が挙げられる。熱交換器としては、例えば、ジャケット式熱交換器、コイル式熱交換器等の精製処理槽に直接設置する形態のもの、あるいは多管円筒式交換器、渦巻管式交換器、渦巻板式交換器、プレート式交換器、二重管式交換器等の精製処理槽の外部循環ラインに設置する形態のものが挙げられる。

精製処理方法としては、例えば、（１）アミド化合物含有液、ｐＨ調節剤および活性炭を精製処理槽に一度に全量仕込んでから精製処理を行う方法（回分方法）、（２）アミド化合物含有液、ｐＨ調節剤および活性炭の一部を精製処理槽に仕込んだ後、連続的または間欠的に残りのアミド化合物含有液、ｐＨ調節剤および活性炭を供給して精製処理を行う方法（半回分方法）、（３）アミド化合物含有液、ｐＨ調節剤および活性炭の連続的または間欠的な供給と、精製処理液（アミド化合物含有液、ｐＨ調節剤および活性炭等を含む。）の連続的または間欠的な取り出しを行いながら、精製処理槽内の精製処理液を全量取り出すことなく連続的に精製処理を行う方法（連続方法）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、連続方法が好ましい。

本発明において、活性炭によりアミド化合物含有液を精製処理する際の温度は、アミド化合物の結晶が析出せずに、かつその安定性に影響のない範囲であれば特に制限はないが、通常は０〜８０℃の範囲で行われる。特にアクリルアミドやメタクリルアミド含有液のような、不飽和結合を有するアミド化合物含有液を精製処理する場合は、重合反応の発生を防止するために６０℃以下、更には１０〜５０℃の範囲にて、活性炭と接触させることが好ましい。また、活性炭との接触処理に要する時間は、処理形式や活性炭の量にもよるが、通常は０．５〜２０時間の範囲である。

精製処理槽の容積は、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。精製処理槽が複数の精製処理器から構成される場合、前記容積は各々の精製処理器の容積を指す。

精製処理槽内のｐＨは、精製効率を良好に保つための好適な範囲であれば特に限定されないが、好ましくはｐＨ４〜ｐＨ１０の範囲にある。ｐＨが前記範囲にあると、活性炭による精製効率を良好に維持できる点で好ましい。

精製処理槽のｐＨとは、精製処理槽が一つの精製処理器のみから構成される場合は、当該精製処理器内のｐＨを指し、精製処理槽が複数の精製処理器から構成される場合は、各々の精製処理器内のｐＨを指す。精製処理槽のｐＨは、例えば、指示薬法、水素電極法、キンヒドロン電極法、アンチモン電極法、ガラス電極法により測定することができる。精製処理槽のｐＨは、精製処理槽内の任意の場所で測定可能であり、具体的には精製処理槽出口（精製処理液取り出し口）で測定可能である。

＜ｐＨ調節剤の供給＞
精製処理槽へ供給するｐＨ調節剤は、単独で精製処理槽へ供給しても良く、アミド化合物含有液と混合した後に精製処理槽へ供給しても良い。ｐＨ調節剤を単独で精製処理槽へ供給する場合、ｐＨ調節剤供給管の精製処理槽中の精製処理液への供給口の設置位置には特に制限はなく、精製処理液の上部へ設置しても、精製処理液中へ設置しても良い。

ｐＨ調節剤を単独で精製処理槽へ供給する場合のｐＨ調節剤の供給方法は、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。ｐＨ調節剤を精製処理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、傾斜ポンプあるいは軸流ポンプ等のターボ式ポンプや、往復ポンプや回転ポンプ等の容積型ポンプ等のポンプ類、スクリューコンベア等のコンベア類を用いることができる。ｐＨ調節剤を精製処理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、ｐＨ調節剤を貯蔵するｐＨ調節剤貯槽を精製処理槽の上部へ設置し、ｐＨ調節剤貯槽と精製処理槽をｐＨ調節剤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、ｐＨ調節剤貯槽を加圧することにより生じるｐＨ調節剤貯槽と精製処理槽との圧力差を用いて供給する方法が挙げられる。

ｐＨ調節剤を精製処理槽へ供給するｐＨ調節剤供給管は、一つの精製処理槽につき一つであっても良く、複数あっても良い。ｐＨ調節剤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。

ｐＨ調節剤とアミド化合物含有液を混合した後に精製処理槽へ供給する場合のｐＨ調節剤が混合されるアミド化合物含有液とは、好ましくは菌体触媒および生成したアミド化合物等を含む反応液、あるいは反応液、ｐＨ調節剤及び活性炭を含む精製処理液が挙げられる。

ｐＨ調節剤を反応液と混合した後に精製処理槽へ供給する場合の、ｐＨ調節剤と反応液を混合する方法としては、公知の方法を用いることができ、好ましくはｐＨ調節剤と反応液を配管中で混合する方法である。

ｐＨ調節剤と反応液を配管中で混合するには、ｐＨ調節剤供給管と反応液供給管を結合することによりｐＨ調節剤と反応液を直接混合することができ、さらには配管中にスタティックミキサー等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等が挙げられる。

ｐＨ調節剤と反応液を混合した後に精製処理槽へ供給する場合のｐＨ調節剤と反応液の混合物を精製処理槽へ供給する供給管は、一つの精製処理槽につき一つであっても良く、複数あっても良い。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。

ｐＨ調節剤と反応液との混合物を精製処理槽へ供給する供給ラインの精製処理槽中の精製処理液への供給口の設置位置には特に制限はなく、精製処理液の上部へ設置しても、精製処理液中へ設置しても良い。

ｐＨ調節剤を精製処理液と混合した後に精製処理槽へ供給する場合の、ｐＨ調節剤と精製処理液を混合する方法としては、例えば以下の方法を用いることができる。精製処理槽に精製処理液の一部を精製処理槽に戻すためのポンプを備えた外部循環ラインを設置し、当該外部循環ラインとｐＨ調節剤供給管を結合させることにより、反応液、ｐＨ調節剤及び活性炭を含む精製処理液として精製処理槽内から取り出された精製処理液の一部を用い、精製処理液の一部とｐＨ調節剤を外部循環ライン中で直接混合する方法等が挙げられる。外部循環ラインにて直接混合された精製処理液の一部とｐＨ調節剤は、そのまま外部循環ラインを用いて精製処理槽へ供給される。

ｐＨ調節剤と精製処理液を混合した後に精製処理槽へ供給する場合のｐＨ調節剤と精製処理液の混合物を精製処理槽へ供給する供給管は、一つの精製処理槽につき一つであっても良く、複数あっても良い。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。
ｐＨ調節剤と精製処理液との混合物を精製処理槽へ供給する供給ラインの精製処理槽中の精製処理液への供給口の設置位置には特に制限はなく、精製処理液の上部へ設置しても、精製処理液中へ設置しても良い。

精製処理槽へ供給されるｐＨ調節剤とアミド化合物含有液は任意の比率で混合されれば良く、好ましくは、ｐＨ調節剤：アミド化合物含有液の比率が、体積比で１：１〜１：１００，０００，０００、より好ましくは、１：１０〜１：１０，０００，０００である。

＜活性炭の分離＞
精製処理したアミド化合物含有液から活性炭を分離し、該アミド化合物含有液の精製液を得る。活性炭を分離する方法としては、一般に用いられる固液分離装置を用いる方法であれば特に限定はなく、固液分離装置としては、例えば加圧濾過器、減圧濾過器、または遠心分離器が挙げられる。活性炭を分離する方法としては、回分式および連続式のいずれであっても構わない。

＜中和剤＞
中和剤は、精製液のｐＨを精製処理における好適な範囲から中性に調節するために用いられる。

精製処理に好適なｐＨが７よりも小さい場合には、精製液のｐＨは７より小さくなるため、中和剤として塩基を用いることができる。

中和剤として用いる塩基としては、具体的には、上記のｐＨ調節剤で例示した塩基が挙げられる。中和剤として用いる塩基は、気体、固体、液体いずれの状態でも用いることができるが、中和槽への供給の容易性を考慮すると、液体の状態のものを用いることは好ましく、気体あるいは固体の状態の塩基は水溶液として用いることはより好ましい。中和槽のｐＨ調節の制御性を考慮すると、液体の状態の塩基も水溶液として用いることはより好ましい。水溶液として用いる場合の塩基の濃度は、特に制限はないが、高濃度の水溶液を用いると中和が困難となるため、好ましくは０．１ｗｔ％以上９９ｗｔ％以下、より好ましくは１ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下、さらに好ましくは１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下である。

精製処理に好適なｐＨが７よりも大きい場合には、精製液のｐＨは７より大きくなるため、中和剤として酸を用いることができる。

中和剤として用いる酸としては、具体的には、上記のｐＨ調節剤で例示した酸が挙げられる。中和剤として用いる酸は、気体、固体、液体いずれの状態でも用いることができるが、中和槽への供給の容易性を考慮すると、液体の状態のものを用いることは好ましく、気体あるいは固体の状態の酸は水溶液として用いることはより好ましい。中和槽のｐＨ調節の制御性を考慮すると、液体の状態の酸も水溶液として用いることはより好ましい。水溶液として用いる場合の酸の濃度は、特に制限はないが、高濃度の水溶液を用いると中和が困難となるため、好ましくは０．１ｗｔ％以上９９ｗｔ％以下、より好ましくは１ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下、さらに好ましくは１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下である。

＜中和槽＞
中和槽としては、一つの中和処理器から構成される単段の中和槽を用いても良く、複数の中和処理器から構成される多段の中和槽を用いても良い。中和処理器としては、槽型中和処理器を用いても良く、管型中和処理器を用いても良い。槽型中和処理器としては、撹拌機を備える中和処理器が好ましい。

中和槽にはアミド化合物含有液と中和剤との混合物を供給する供給ラインが設置される。当該供給ラインは、一つの中和処理器に一つ設置されていても、複数設置されていても良い。

中和槽に備えられるアミド化合物含有液と中和剤との混合物の供給ラインとしては、例えば、アミド化合物含有液として精製処理工程で得られる精製液を用い、精製液と中和剤との混合物の供給ラインが挙げられる。あるいは、中和槽に中和処理液の一部を中和槽に戻すためのポンプを備えた外部循環ラインを設置し、アミド化合物含有液として中和槽内から取り出された中和処理液の一部を用い、中和処理液の一部と中和剤との混合物の供給ラインが挙げられる。

中和槽にポンプを備えた外部循環ラインを設置する場合の、外部循環ラインに備えられたポンプは、特に限定されるものではなく、例えば、遠心ポンプ、傾斜ポンプあるいは軸流ポンプ等のターボ式ポンプや、往復ポンプや回転ポンプ等の容積型ポンプが挙げられる。
中和槽にポンプを備えた外部循環ラインを設置する場合には、外部循環ラインに備えられたポンプを用いて、中和処理液の一部が中和槽内から取り出され、外部循環ラインを経由して中和槽へ戻される。

中和槽は、温度制御装置を有していても良く、温度制御装置を有していなくても良いが、中和処理液の温度を制御する観点から、温度制御装置を有することは望ましい。

中和槽が温度制御装置を有する場合の温度制御装置は、中和槽自体に設けても良く、中和槽に設置される外部循環ラインに設けても良い。中和槽における温度制御装置としては、例えば、熱交換器が挙げられる。熱交換器としては、例えば、ジャケット式熱交換器、コイル式熱交換器等の中和槽に直接設置する形態のもの、あるいは多管円筒式交換器、渦巻管式交換器、渦巻板式交換器、プレート式交換器、二重管式交換器等の中和槽の外部循環ラインに設置する形態のものが挙げられる。

中和処理方法としては、例えば、（１）アミド化合物含有液と中和剤との混合物を中和槽に一度に全量仕込んでから中和処理を行う方法（回分方法）、（２）アミド化合物含有液と中和剤との混合物の一部を中和槽に仕込んだ後、連続的または間欠的に残りのアミド化合物含有液と中和剤との混合物を供給して中和処理を行う方法（半回分方法）、（３）アミド化合物含有液と中和剤との混合物の連続的または間欠的な供給と、アミド化合物含有液と中和剤との混合物の連続的または間欠的な取り出しを行いながら、中和槽内の中和処理液を全量取り出すことなく連続的に中和処理を行う方法（連続方法）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、連続方法が好ましい。

本発明において、中和剤によりアミド化合物含有液を中和処理する際の温度は、アミド化合物の結晶が析出せずに、かつその安定性に影響のない範囲であれば特に制限はないが、通常は０〜８０℃の範囲で行われる。特にアクリルアミドやメタクリルアミド含有液のような、不飽和結合を有するアミド化合物含有液を中和処理する場合は、重合反応の発生を防止するために６０℃以下、更には１０〜５０℃の範囲にて、中和処理を行うことが好ましい。また、中和処理に要する時間は、処理形式にもよるが、通常は０．５〜２０時間の範囲である。

中和槽の容積は、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。中和槽が複数の中和処理器から構成される場合、前記容積は各々の中和処理器の容積を指す。

＜中和剤の供給＞
中和剤は中和槽へ供給されるアミド化合物含有液に混合された後に中和槽へ供給される。

中和剤が混合されるアミド化合物含有液とは、好ましくは精製処理工程で得られる精製液、あるいは中和槽内から取り出された中和処理液が挙げられる。

中和剤と精製液を混合した後に中和槽へ供給する場合の、中和剤と精製液を混合する方法としては、公知の方法を用いることができ、好ましくは中和剤と精製液を配管中で混合する方法である。

中和剤と精製液を配管中で混合するには、中和剤供給管と精製液供給管を結合することにより中和剤と精製液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等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等が挙げられる。
中和剤と精製液を混合した後に中和槽へ供給する場合の中和剤と精製液の混合物を中和槽へ供給する供給管は、一つの中和槽につき一つであっても良く、複数あっても良い。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。

中和剤と精製液との混合物を中和槽へ供給する供給ラインの中和槽中の中和処理液への供給口の設置位置には特に制限はなく、中和処理液の上部へ設置しても、中和処理液中へ設置しても良い。

中和剤と中和処理液を混合した後に中和槽へ供給する場合の、中和剤と中和処理液を混合する方法としては、例えば以下の方法を用いることができる。中和槽に中和処理液の一部を中和槽に戻すためのポンプを備えた外部循環ラインを設置し、当該外部循環ラインと中和剤供給管を結合させることにより、アミド化合物含有液として中和槽内から取り出された中和処理液の一部を用い、中和処理液の一部と中和剤を外部循環ライン中で直接混合する方法等が挙げられる。外部循環ラインにて直接混合された中和処理液の一部と中和剤は、そのまま外部循環ラインを用いて中和槽へ供給される。

中和剤と中和処理液を混合した後に中和槽へ供給する場合の中和剤と中和処理液の混合物を中和槽へ供給する供給管は、一つの中和槽につき一つであっても良く、複数あっても良い。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。

中和剤と中和処理液との混合物を中和槽へ供給する供給ラインの中和槽中の中和処理液への供給口の設置位置には特に制限はなく、中和処理液の上部へ設置しても、中和処理液中へ設置しても良い。

中和槽へ供給される中和剤とアミド化合物含有液は任意の比率で混合されれば良く、好ましくは、中和剤：アミド化合物含有液の比率が、体積比で１：１〜１：１００，０００，０００、より好ましくは、１：１０〜１：１０，０００，０００である。

〔アミド化合物の精製装置〕
本発明のアミド化合物の精製装置は、ニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物を用いて製造されたアミド化合物の精製液を中和する中和槽と、アミド化合物含有液と中和剤との混合物を供給する供給ラインを備える。
中和槽の構成については、上述した通りである。

以下、本発明のアミド化合物の精製装置の具体例を、図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１の精製装置は、攪拌機５を備える中和槽１と、精製液と中和剤の混合物の供給管４を通して中和槽１に接続された精製液供給管２と中和剤供給管３とを備える。

図２の精製装置は、攪拌機５を備える中和槽１と、中和処理液と中和剤の混合物の供給管４’を通して中和槽１に接続された中和槽に設置された外部循環ライン６と中和剤供給管３と、精製工程で得られる精製液供給管２とを備える。外部循環ライン上には循環ポンプ７と、熱交換器８を備える。

次に本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
〔ニトリルヒドラターゼを含有する菌体の調製〕
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。

第１反応器として攪拌機を備えた、槽内径1ｍ、直胴部長さ１．３６ｍのＳＵＳ製ジャケット式熱交換器付槽型反応器（容積：１ｍ^３）、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。原料水の供給管、ｐＨ調節剤の供給管、アクリロニトリルの供給管および菌体触媒の供給管はそれぞれ第１反応器へ直接接続している。

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純水に懸濁した。第１反応器内を撹拌しながら、この懸濁液を１１ｋｇ/ｈの速度で連続的に供給した。また、純度９９．８％のアクリロニトリルを３２ｋｇ/ｈの速度でアクリロニトリル供給管を介し、第１反応器へ連続的に供給した。純水を３７ｋｇ/ｈの速度で純水供給管を介し、第１反応器へ連続的に供給した。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式熱交換器及び第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。ｐＨ調節剤として０．１Ｍ−ＮａＯＨ水溶液を用い、反応液のｐＨが７．５〜８．５となるように供給量を調節し、ｐＨ調節剤の供給管を介し、第１反応器へ連続的に供給した。反応液のｐＨは第１反応器出口においてガラス電極法を用いて測定した。

反応中の反応液の液面を槽底面から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。また、第２反応器出口でのアクリルアミド濃度は５３．１重量％であった。

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

〔アクリルアミドの精製〕
精製処理槽として攪拌機を備えた、槽内径０．８ｍ、直胴部長さ１ｍのＳＵＳ製ジャケット式熱交換器付槽型精製処理槽（容積：０．５ｍ^３）を準備した。第２反応器出口配管、ｐＨ調節剤の供給管、および活性炭の供給管はそれぞれ精製処理槽へ直接接続している。

上記製造方法で得られた菌体触媒を含有する反応混合物を精製処理槽へ８０ｋｇ/ｈの速度で連続的に供給した。ｐＨ調節剤として０．５重量％−アクリル酸水溶液を使用し、精製処理液のｐＨが４．９〜５．１となるように供給量を調節した。精製処理液のｐＨは精製処理槽出口においてガラス電極法を用いて測定した。クラレケミカル株式会社製 粉末活性炭ＰＭ-ＳＸを０．５ｋｇ/ｈの速度で精製処理槽へ連続的に供給した。精製処理液の温度は２０℃となるように、精製処理槽のジャケット式熱交換器に1５℃の冷却水を流通して温度制御を行った。精製処理液を精製処理槽から８０ｋｇ/ｈの速度で連続的に取り出し、濾過を行いアミド化合物含有液として精製液を得た。

中和槽として攪拌機を備えた、槽内径０．８ｍ、直胴部長さ１ｍのＳＵＳ製ジャケット式熱交換器付槽型精製処理槽（容積：０．５ｍ^３）を準備した。精製処理工程で得られた精製液の供給管を中和槽へ接続した。中和剤の供給管は精製液の供給管と接続した合流配管になっており、精製液と中和剤は合流配管中で混合され、中和槽には混合物として供給される。

上記精製工程で得られた精製液を中和槽へ８０ｋｇ/ｈの速度で連続的に供給した。中和剤として０．１Ｍ−ＮａＯＨ水溶液を使用し、中和処理液のｐＨが６．９〜７．１となるように供給量を調節した。中和処理液の温度は２０℃となるように、中和槽のジャケット式熱交換器に1５℃の冷却水を流通して温度制御を行った。中和処理液を中和槽から８０ｋｇ/ｈの速度で連続的に取り出した。
中和処理開始から１００時間後に中和液を採取した。
中和処理後の中和液１０ｍＬにメタノール１００ｍＬを加え、３６０ｎｍにおける透過率を測定した結果、９９．９％以上でありアクリルアミドの重合物の存在は認められなかった。

［実施例２］
実施例１のアクリルアミドの精製において、中和剤として０．１Ｍ−ＮａＯＨ水溶液を使用する代わりに０．１Ｍ−ＫＯＨ水溶液を使用した以外は、実施例１と同様にして、アクリルアミドの精製を行った。中和処理開始から１００時間後に中和液を採取し実施例１と同様の方法にて中和液１０ｍＬにメタノール１００ｍＬを加え、３６０ｎｍにおける透過率を測定した結果、９９．９％以上でありアクリルアミドの重合物の存在は認められなかった。

［比較例１］
実施例１のアクリルアミドの精製において、中和剤の供給管を中和槽へ直接接続し、中和剤を中和槽へ直接供給した以外は、実施例１と同様にして、アクリルアミドの精製を行った。中和処理開始から１００時間後に中和液を採取し実施例１と同様の方法にて中和液１０ｍＬにメタノール１００ｍＬを加え、３６０ｎｍにおける透過率を測定した結果、９８．２％でありアクリルアミドの重合物の存在が認められた。

［比較例２］
実施例２のアクリルアミドの精製において、中和剤の供給管を中和槽へ直接接続し、中和剤を中和槽へ直接供給した以外は、実施例２と同様にして、アクリルアミドの精製を行った。中和処理開始から１００時間後に中和液を採取し実施例２と同様の方法にて中和液１０ｍＬにメタノール１００ｍＬを加え、３６０ｎｍにおける透過率を測定した結果、９８．３％でありアクリルアミドの重合物の存在が認められた。

１：中和槽
２：精製液供給管
３：中和剤供給管
４：精製液と中和剤の混合物の供給管
４’：中和処理液と中和剤の混合物の供給管
５：攪拌機
６：外部循環ライン
７：循環ポンプ
８：熱交換器
９：冷却水入口
１０：冷却水出口

Claims (3)

1. ニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物を用いて製造されたアミド化合物を精製する方法において、精製処理後のアミド化合物含有液に中和剤を混合した後に中和槽へ供給することを特徴とするアミド化合物の精製方法
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に記載の製造方法
3. ニトリルヒドラターゼを含有する菌体および／またはその菌体処理物を用いて製造されたアミド化合物の精製液を中和する中和槽と、アミド化合物含有液と中和剤との混合物を供給する供給ラインを備えるアミド化合物の精製装置