JP2017535249A - 低いアクリル酸濃度を有するアクリルアミド水溶液の製造方法 - Google Patents

低いアクリル酸濃度を有するアクリルアミド水溶液の製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、低いアクリル酸の濃度を有するアクリルアミド水溶液の製造方法に関する。さらに、本発明は、アクリルアミド水溶液中のアクリル酸の濃度を低下させる方法に関する。該方法は、生体触媒の存在下でアクリロニトリルをアクリルアミドに生体変換することを含み、ここでは、生体変換の間にアクリロニトリルの含有量が、反応器中の組成物の総質量に基づいて０．３質量％に維持される。また、本発明の方法により得られるアクリルアミド水溶液も提供する。さらに、本発明は、水溶液のアクリルアミドを重合することにより得られるアクリルアミドホモポリマー又はコポリマーに関する。

Description

本発明は、低いアクリル酸濃度を有するアクリルアミド水溶液の製造方法、この方法により得ることができるアクリルアミド水溶液、及びこのアクリルアミドの重合により得ることができるアクリルアミドホモポリマー又はコポリマーに関する。さらに、本発明は、アクリルアミド水溶液のアクリル酸濃度を低下させる方法にも関する。
ポリアクリルアミドは、凝集剤として、製紙業における増粘剤として、三次採油（tertiary oil recovery）における添加剤として、及び他の多くの分野で広く使用されている。典型的には、ポリアクリルアミドの原材料は、そのモノマーアクリルアミドである。原則として、工業規模においてアクリルアミドの製造には２つの異なる方法が存在している：それは、化学合成と生物学的合成であり、ここでは、より緩やかな反応条件及び固有のプロセス安全性によって、生物学的合成方法の利用がますます増えている。生物学的合成において、より緩やかな反応条件、銅触媒の不在及びニトリルの定量的変換によって、蒸留又はイオン交換などの高価な下流処理工程を回避することができるので、より安価な、大きく低減された設備フットプリントを有する設備をもたらす。
両方の方法とも、アクリロニトリルを出発物質として使用する。化学合成方法には銅触媒を使用するが（例えば、ＵＳ４０４８２２６、ＵＳ３５９７４８１）、生物学的合成方法（バイオ方法としても知られている）では、アクリルアミドを得るために、生体触媒（biocatalysts）を用いてアクリロニトリルを水和させる（換言すれば、変換する）。一般的には、このような生体触媒は、酵素ニトリルヒドラターゼ（２０１４年９月３０日の時点でＩＵＢＭＢ命名法：ＥＣ ４．２．１．８４；ＣＡＳ−Ｎｏ．２３９１−３７−５；ＮＨａｓｅとも称される）を製造する（換言すれば、コードする）ことができる微生物である。ニトリルヒドラターゼを生成する微生物は、環境中で大幅に分布しており、とりわけ、種の代表、Rhodococcus rhodochrous、Rhodococcus pyridinovorans、Rhodococcus erythropolis、Rhodococcus equi、Rhodococcus ruber、Rhodococcus opacus、Aspergillus niger、Acidovorax avenae、Acidovorax facilis、Agrobacterium tumefaciens、Agrobacterium radiobacter、Bacillus subtilis、Bacillus pallidus、Bacillus smithii、Bacillus sp BR449、Bradyrhizobium oligotrophicum、Bradyrhizobium diazoefficiens、Bradyrhizobium japonicum、Burkholderia cenocepacia、Burkholderia gladioli、Klebsiella oxytoca、Klebsiella pneumonia、Klebsiella variicola、Mesorhizobium ciceri、Mesorhizobium opportunistum、Mesorhizobium sp F28、Moraxella、Pantoea endophytica、Pantoea agglomerans、Pseudomonas chlororaphis、Pseudomonas putida、Rhizobium、Rhodopseudomonas palustris、Serratia liquefaciens、Serratia marcescens、Amycolatopsis、Arthrobacter、Brevibacterium sp CH1、Brevibacterium sp CH2、Brevibacterium sp R312、Brevibacterium imperiale、Corynebacterium nitrilophilus、Corynebacterium pseudodiphteriticum、Corynebacterium glutamicum、Corynebacterium hoffmanii、Microbacterium imperiale、Microbacterium smegmatis、Micrococcus luteus、Nocardia globerula、Nocardia rhodochrous, Pseudonocardia thermophila、Trichoderma、Myrothecium verrucaria、Aureobasidium pullulans、Candida famata、Candida guilliermondii、Candida tropicalis、Cryptococcus flavus、Cryptococcus sp UFMG- Y28、Debaryomyces hanseii、Geotrichum candidum, Geotrichum sp JR1、Hanseniaspora、Kluyveromyces thermotolerans、Pichia kluyveri、Rhodotorula glutinis、Comomonas testosteroni、Pyrococcus abyssi、Pyrococcus furiosus及びPyrococcus horikoshiiを含む（例えば、Ｐｒａｓａｄ，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｄｖａｎｃｅｓ （２０１０），２８（６）：７２５−７４１；ＦＲ２８３５５３１に参照する)。酵素ニトリルヒドラターゼは、アクリロニトリルの変換に触媒作用を及ぼし、アクリロニトリルを水和させることによりアクリルアミドを得る能力を特に特徴とする（Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｎａｔｕｒｅ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （１９９８），１６：７３３〜７３６）鉄−又はコバルト依存性（換言すれば、それは、その活性中心に配位した鉄又はコバルト原子を有する）である。
アクリロニトリルをアクリルアミドに変換する生物学的合成方法の生成物は、アクリルアミドの水溶液である。しかしながら、一般的には、得たアクリルアミド水溶液は、生体変換（bioconversion）中に副産物として生成されるアクリル酸をさらに含む。
アクリルアミドはモノマーとして使用され、アクリルアミドのポリマーを生成する。重合反応において、生物学的合成方法により生成されたアクリルアミド水溶液を使用することができる。
しかしながら、重合反応に使用されるアクリルアミド水溶液中に存在するアクリル酸は、得られるアクリルアミドポリマーの性能を低下させることが見出された。より具体的には、アクリル酸の存在は、アクリルアミドポリマー材料の物理的特性を著しく損なう。前記物理的特性は、例えば、水処理、製紙、石油採収又は採鉱などの様々な用途において溶解度及び性能を低下させる。
ＵＳ４０４８２２６ ＵＳ３５９７４８１
Ｐｒａｓａｄ，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｄｖａｎｃｅｓ （２０１０），２８（６）：７２５−７４１；ＦＲ２８３５５３１ Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｎａｔｕｒｅ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （１９９８），１６：７３３〜７３６
したがって、低い濃度のアクリル酸を有するアクリルアミド水溶液を生成する生体触媒の方法が必要とされている。
この課題とする技術的問題は、特許請求の範囲に定義され、以下に記載され、例示される本発明によって克服された。
本発明は、アクリルアミド水溶液の製造方法に関し、前記方法は、以下の工程：
（ａ）以下の成分（ｉ）〜（ｉｉｉ）、
（ｉ）アクリロニトリルをアクリルアミドに変換することができる生体触媒、
（ｉｉ）アクリロニトリル、及び
（ｉｉｉ）水、
を反応器に添加して、生体変換のための組成物を得る工程と、
（ｂ）工程（ａ）で得た組成物に生体変換を行う工程と、
（ｃ）アクリロニトリルをさらに添加し、工程（ｂ）の間に、アクリロニトリルの含有量を、反応器中の組成物の総質量に基づいて０．３質量％以上に、１０分〜４８時間、好ましくは１５分〜２４時間、より好ましくは３０分〜１８時間、最も好ましくは１時間〜１２時間維持する工程と、
を含む。
さらに、本発明は、アクリルアミド水溶液の製造方法にも関し、前記方法は、以下の工程：
（ａ）以下の成分（ｉ）〜（ｉｉｉ）、
（ｉ）アクリロニトリルをアクリルアミドに変換することができる生体触媒、
（ｉｉ）アクリロニトリル、及び
（ｉｉｉ）水、
を反応器に添加して、生体変換のための組成物を得る工程と、
（ｂ）工程（ａ）で得た組成物に生体変換を行う工程と、
（ｃ）アクリロニトリルをさらに添加し、工程（ｂ）の間に、アクリルアミドの含有量が、反応器中の組成物の総質量に基づいて、少なくとも２０質量％、好ましくは少なくとも２５質量％、より好ましくは少なくとも３０質量％、さらにより好ましくは少なくとも３５質量％、一層より好ましくは少なくとも４０質量％、一層より好ましくは少なくとも４２．５質量％、一層より好ましくは少なくとも４５質量％、一層より好ましくは少なくとも４７．５質量％、最も好ましくは少なくとも５０質量％に至るまで、アクリロニトリルの含有量を０．３質量％以上に維持する工程と、
を含む。
また、本発明に包含されるのは、アクリルアミド水溶液のアクリル酸濃度を低下させる方法であり、ここでは、アクリルアミド水溶液は、生体触媒を用いてアクリロニトリルをアクリルアミドに変換する方法により製造され、前記方法は、以下の工程：
（ａ）以下の成分（ｉ）〜（ｉｉｉ）、
（ｉ）アクリロニトリルをアクリルアミドに変換することができる生体触媒、
（ｉｉ）アクリロニトリル、及び
（ｉｉｉ）水、
を反応器に添加して、生体変換のための組成物を得る工程と、
（ｂ）工程（ａ）で得た組成物に生体変換を行う工程と、
（ｃ）アクリロニトリルをさらに添加し、工程（ｂ）の間に、アクリロニトリルの含有量を、反応器中の組成物の総質量に基づいて０．３質量％以上に維持する工程と、
を含む。
発明者らは、これらのアクリルアミド水溶液の製造方法を考慮して、工程（ｂ）における生体変換の間に、アクリロニトリルの含有量を０．３質量％以上に１０分〜４８時間維持することにより、又はアクリルアミドの含有量を少なくとも２０質量％に至るまで、工程（ｂ）における生体変換の間に、アクリロニトリルの含有量を０．３質量％以上に維持することにより、得たアクリルアミド水溶液中のアクリル酸の濃度が低減されることを見出した。さらに、発明者らは、アクリルアミド水溶液中のアクリル酸の濃度を低下させる方法を見出し、ここでは、工程（ｂ）の間に、アクリロニトリルの含有量を０．３質量％以上に維持することにより、アクリルアミド水溶液中のアクリル酸の濃度が低減される。アクリルアミド水溶液の製造する、又はアクリルアミド水溶液のアクリル酸濃度を低下させるための本発明に記載の方法のいずれか１つに関して、アクリルアミド水溶液中のアクリル酸濃度のこのような低下は、本発明に記載の方法のいずれか１つ（ここで、工程（ｂ）における生体変換の間に、アクリロニトリルの含有量が０．３質量％以上に維持される）により製造されるアクリルアミド水溶液が、アクリルアミド水溶液（ここで、生体変換の間に、アクリロニトリルの含有量が０．３質量％以上に維持されない方法を用いて製造される）と比較して、より低いアクリル酸濃度を有することを意味する。
一般的には、本発明の方法のいずれか１つに関連してここで使用される「生体変換」という用語は、アクリロニトリルが水及び生体触媒の存在下でアクリルアミドに変換される反応を意味する。アクリルアミドは、ここに記載及び提供される方法のいずれか１つによって水性アクリルアミド溶液が形成されるように、水に溶解される。ここで使用されるように、「組成物」という用語は、反応器中に存在する全ての成分、例えば生体触媒、アクリロニトリル、アクリルアミド及び水を含む。
ここに記載の方法のいずれか１つに関連して使用されるように、「生体触媒」という用語は、特に、アクリロニトリルをアクリルアミドに変換することができる微生物（例えば、バクテリア又は原生生物の真核生物）及び酵素を含む。所定の生体触媒（例えば、微生物または酵素）のアクリロニトリルをアクリルアミドに変換する能力を測定する方法は、当技術分野で周知である。本発明の方法のいずれか１つに関連する例として、本発明においてアクリロニトリルをアクリルアミドに変換することができる所定の生体触媒の活性は、以下のように測定されてもよい：まず、細胞懸濁液、細胞溶解物、溶解した酵素粉末、又は仮定された生体触媒を含有する任意の他の調製物１００μｌを、８７５μｌの５０ｍＭリン酸カリウム緩衝液及び２５μｌのアクリロニトリルと共にエッペンチューブシェーカー上で１，０００ｒｐｍで１０分間反応させる。１０分間の反応時間の後、試料を、取り出し、同じ容量の１．４％塩酸を添加することによって直ちにクエンチしてもよい。試料を混合した後、１０，０００ｒｐｍで１分間遠心分離することにより細胞を除去し、生成したアクリルアミドの量を、ＨＰＬＣにより透明な上清を分析することによって測定する。本発明に関して、アクリロニトリルをアクリルアミドに変換することができる生体触媒を確認するために、アクリルアミドの濃度は０．２５〜１．２５ｍｍｏｌ／ｌであるべきであり、必要ならば、したがって試料を希釈してこの変換を繰り返しなければならない。その後、ＨＰＬＣ分析から得られたアクリルアミド濃度を１０分である反応時間で除し、この値にＨＰＬＣ試料と元の試料との間の希釈係数を乗じることにより、アクリルアミドの濃度から活性を推測することができる。５Ｕ／ｍｇ乾燥細胞質量を超え、好ましくは２５Ｕ／ｍｇ乾燥細胞質量を超え、より好ましくは５０Ｕ／ｍｇ乾燥細胞質量を超え、最も好ましくは１００Ｕ／ｍｇ乾燥細胞質量を超える活性は、機能性生体触媒の存在を示し、本発明に関してアクリロニトリルをアクリルアミドに変換することができる生体触媒と考えられる。
より具体的には、本発明の方法のいずれか１つを使用することにより、生体変換の完了時の組成物のアクリル酸濃度は、１５００ｐｐｍ以下、好ましくは１２００ｐｐｍ以下、より好ましくは１０００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは７５０ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは５００ｐｐｍ以下、一層より好ましくは３００ｐｐｍ以下、一層より好ましくは２００ｐｐｍ以下、最も好ましくは１００ｐｐｍ以下（ここで、ｐｐｍの表示は、それぞれ、質量部に関し、生体変換の完了時の組成物の総質量に基づくものである）であってもよい。これに関しては、ここに記載の方法のいずれか１つにおいて、「生体変換の完了時」という用語は、アクリロニトリルからアクリルアミドへの十分に完全な変換に達したことを意味する。「アクリロニトリルからアクリルアミドへの十分に完全な変換」という用語は、特に、組成物のアクリロニトリルの含有量が１０００ｐｐｍ以下、好ましくは５００ｐｐｍ以下、より好ましくは２００ｐｐｍ以下、最も好ましくは１００ｐｐｍ以下（ここで、ｐｐｍの表示は、それぞれ、質量部に関し、組成物の総質量に基づくものである）であることを意味する。生体変換の完了時の組成物のアクリル酸濃度及び／又はアクリロニトリルの含有量は、ＨＰＬＣを用いれ測定することができる。好ましくは、以下の実施例に説明するように、ＨＰＬＣ法を用いる。
したがって、本発明は、アクリルアミド水溶液の製造方法にも関し、前記方法は、以下の工程：
（ａ）以下の成分（ｉ）〜（ｉｉｉ）、
（ｉ）アクリロニトリルをアクリルアミドに変換することができる生体触媒、
（ｉｉ）アクリロニトリル、及び
（ｉｉｉ）水、
を反応器に添加して、生体変換のための組成物を得る工程と、
（ｂ）工程（ａ）で得た組成物に生体変換を行う工程と、
（ｃ）アクリロニトリルをさらに添加し、工程（ｂ）の間に、アクリロニトリルの含有量を、反応器中の組成物の総質量に基づいて０．３質量％以上に維持する工程と、
（ｄ）生体変換の完了時の前記組成物のアクリル酸濃度は、１５００ｐｐｍ以下、好ましくは１２００ｐｐｍ以下、より好ましくは１０００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは７５０ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは５００ｐｐｍ以下、一層より好ましくは３００ｐｐｍ以下、一層より好ましくは２００ｐｐｍ以下、最も好ましくは１００ｐｐｍ以下（ここで、ｐｐｍの表示は、それぞれ、質量部に関し、生体変換の完了時の組成物の総質量に基づくものである）である組成物を得る工程と、
を含む。
特に、発明者らは、ここに記載の本発明の方法のいずれか１つを実施することにより、アクリル酸濃度が、少なくとも１０％、好ましくは少なくとも１５％、より好ましくは少なくとも２０％、さらに好ましくは少なくとも２０％、さらにより好ましくは少なくとも２５％、最も好ましくは少なくとも３５％低減されることを見出した。これに関して、本発明の方法で定義されるアクリル酸濃度の低下は、本発明の方法でない方法（換言すれば、ここに記載の、工程（ｂ）の間に、アクリロニトリルの含有量を０．３質量％以上に維持する工程がない）により製造されるアクリルアミド水溶液中に含まれるアクリル酸の最終濃度と比較して、本発明の方法（換言すれば、工程（ｂ）の間に、アクリロニトリルの含有量を０．３質量％以上に維持する工程がある）により製造されるアクリルアミド水溶液中に含まれるアクリル酸の最終濃度に関する。
ここで記載及び提供される方法のいずれか１つにおいて、工程（ａ）で、アクリロニトリル（成分（ｉｉ））を反応器に添加する。本発明の方法のいずれか１つにおいて、アクリロニトリルは、水を添加する前に、水を添加した後に、又は水と共に、反応器に添加されてもよい。
ここに記載の方法のいずれか１つによれば、工程（ｃ）においてさらなるアクリロニトリルを添加する。これに関して、アクリロニトリルは、連続的に又は断続的に添加されてもよい。アクリロニトリルは、一定で、又は可変の供給速度若しくは回分式で添加されてもよい。アクリロニトリルは、純粋な形で又は溶液で添加されてもよい。例えば、アクリロニトリルの水溶液を使用してもよい。
さらに、ここで記載及び提供される方法のいずれか１つにおいて、工程（ａ）で、水（成分（ｉｉｉ））を反応器に添加する。水は、ここに記載の生体触媒の一部であるように、ここに記載のアクリロニトリル溶液一部であるように、又は別の方法で添加されてもよい。このように水を添加する場合、一般的には、水道水又は脱イオン水を使用してもよい。また、水は、水性組成物、例えば塩の水溶液の一部であってもよい。
ここに記載及び提供される方法のいずれか１つの工程（ａ）では、成分（ｉ）〜（ｉｉｉ）をどの順序で反応器に添加するかは関係ない。
添加される成分の量に関して、生体触媒、アクリロニトリル及び水は、ここに記載の方法のいずれか１つの工程（ａ）〜（ｃ）の間に、生体触媒０．００１〜０．５質量％、アクリロニトリル２２〜４５質量％、及び１００質量％までの残りの水の質量比で；好ましくは、生体触媒０．００５〜０．２質量％、アクリロニトリル２６〜４２質量％、及び１００質量％までの残りの水の質量比で；より好ましくは生体触媒０．０１〜０．１質量％、アクリロニトリル３０〜４０質量％、及び１００質量％までの残りの水の質量比で；最も好ましくは生体触媒０．０１５〜０．０６５質量％、アクリロニトリル３５〜３９質量％、及び１００質量％までの残りの水の質量比で添加してもよく、いずれの場合にも、質量％の表示は、工程（ａ）〜（ｃ）の間に添加される生体触媒、アクリロニトリル及び水の合計質量の総質量（１００質量％）に基づくものである。例えば、工程（ａ）及び工程（ｃ）で添加されるアクリロニトリルの場合、これは、工程（ａ）及び工程（ｃ）で添加されるアクリロニトリルの合計量が比の計算に使用されることを意味する。生体触媒の比の質量％の表示は、いずれの場合にも、生体触媒の乾物重に関して、特に生体触媒の乾燥細胞の質量に関して、生体触媒の比を表示し得る。１００質量％までの残りである水は、特に制限されていない。例えば、水は、塩の水溶液などの水性組成物であってもよい。特に、バッファーを使用してもよい。しかしながら、好ましくは、水が水道水又は脱イオン水である。
ここで提供及び記載される方法のいずれか１つの工程（ｂ）は、ここに例示及び記載される生体触媒によりアクリロニトリルがアクリルアミドに変換される間の生体変換工程を表す。より具体的には、ここに記載の方法のいずれか１つにおいて、工程（ｂ）の生体変換は、５℃〜４０℃で１０分〜４８時間、好ましくは５℃〜３５℃で１０分〜４８時間、より好ましくは１５℃〜３０℃で１０分〜４８時間、最も好ましくは２０℃〜２８℃で１０分〜４８時間行われてもよい。特に、生体触媒の高い活性及び合理的な反応時間の観点から考えると、このような反応温度が好ましい。また、工程（ｂ）に適用される実際の期間は、製造されるアクリルアミド水溶液の所望のアクリルアミド含有量に依存する。
これらの温度及び時間条件に加えて又は独立して、本発明の方法のいずれか１つにおいて、工程（ｂ）の間のアクリロニトリルの含有量は、０．３質量％以上に、１０分〜４８時間、好ましくは１５分〜２４時間、より好ましくは３０分〜１８時間、最も好ましくは１時間〜１２時間維持されてもよい。特に、アクリロニトリルの含有量は、工程（ｂ）の間に、０．３質量％以上に、２時間〜１２時間、４時間〜１２時間、６時間〜１２時間、８時間〜１２時間、又は１０時間〜１２時間維持されてもよい。
ここに記載の方法のいずれか１つによれば、工程（ｂ）の間に、アクリルアミドの含有量を少なくとも２０質量％、好ましくは少なくとも２５質量％、より好ましくは少なくとも３０質量％、さらにより好ましくは少なくとも３５質量％、一層より好ましくは少なくとも４０質量％、一層より好ましくは少なくとも４２．５質量％、一層より好ましくは少なくとも４５質量％、一層より好ましくは少なくとも４７．５質量％、最も好ましくは少なくとも５０質量％に至るまで、アクリロニトリルの含有量を０．３質量％（ここで、質量％の表示が、それぞれ反応器中の組成物の総質量に基づくものである）以上に維持してもよい。このようなアクリルアミドの含有量を至った後、アクリロニトリルの添加を停止してもよい。ここに記載の方法のいずれか１つにおいて、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）を用いて、反応器中の組成物のアクリルアミドの含有量を測定することができる。
上記したように、本発明の方法のいずれか１つにおいて、工程（ｂ）の生体変換の間に、アクリロニトリルの含有量を０．３質量％以上に維持する。好ましくは、工程（ｂ）の間に、アクリロニトリルの含有量を、０．４質量％以上に、より好ましくは０．５質量％以上に、さらにより好ましくは０．６質量％以上に、一層より好ましくは０．８質量％以上に、最も好ましくは１．０質量％（ここで、質量％の表示が、それぞれ反応器中の組成物の総質量に基づくものである）以上に維持する。これに関して、発明者らは、工程（ｂ）の間にアクリロニトリルの含有量を増大させることによりアクリル酸濃度をさらに低下させることができることが見出した。
アクリロニトリル含有量の最小値を維持することに加えて、ここに記載の方法のいずれか１つにおいて、工程（ｂ）の間に、アクリロニトリルの含有量を、好ましくは６質量％以下で、好ましくは５質量％以下で、より好ましくは４質量％以下で、最も好ましくは３質量％（ここで、質量％の表示が、それぞれ反応器中の組成物の総質量に基づくものである）以下に維持する。発明者らは、アクリロニトリルの含有量をこのような上限値以下に維持することにより、生体触媒の優れた活性が得られ、得られたアクリルアミド水溶液中のアクリル酸濃度を効率的に低下させることを見出した。さらに、アクリロニトリルの含有量が６質量％を超える場合、生体触媒の活性の低下が起こることが可能である。特に、工程（ｂ）の間に、アクリロニトリルの含有量を、０．３質量％〜６質量％、好ましくは０．４質量％〜５質量％、より好ましくは０．６質量％〜３質量％、さらにより好ましくは０．８質量％〜３質量％、最も好ましくは１．０質量％〜３質量％（ここで、質量％の表示が、それぞれ反応器中の組成物の総質量に基づくものである）の範囲中に維持してもよい。
本発明の方法のいずれか１つ、特にアクリルアミド水溶液の製造方法のいずれか１つの実施態様によれば、アクリロニトリルの添加の間に、アクリロニトリルの含有量は２質量％（ここで、質量％の表示が反応器中の組成物の総質量に基づくものである）ではない。工程（ｃ）によるアクリロニトリルの添加において、これは特に有効である。
上記したように、工程（ｂ）の生体変換の間に高いアクリロニトリルの含有量を維持する場合、生体触媒の活性は低下することが可能である。これに関して、発明者らは、第１の期間中にアクリロニトリルの含有量を第１の範囲に維持した後、アクリロニトリルの含有量は、第２の範囲に減少され、第２の期間中に第２の範囲に維持する場合に、生体変換の間の生体触媒の活性損失が減少されることを見出した。したがって、生体触媒の高い活性及び従って合理的な反応時間を達成するために、ここに記載の方法のいずれか１つにおいて、工程（ｂ）の間にアクリロニトリルの含有量を０．３質量％に維持する工程は、
（ｉ）第１の期間中にアクリロニトリルの含有量を第１の範囲に維持する工程と、
（ｉｉ）アクリロニトリルの含有量を第２の範囲に低下させる工程と、
（ｉｉｉ）第２の期間中にアクリロニトリルの含有量を第２の範囲に維持する工程と、
を含んでもよい。
特に、生体変換の間にアクリロニトリルの含有量を低下させる工程を含むこのような手順を用いることにより、ここに記載の方法において、クリロニトリルのアクリルアミドへの十分に完全な変換を達成することができる。
好ましくは、第１の期間中にアクリロニトリルの含有量を第１の範囲に維持し、アクリロニトリルの含有量を第２の範囲に低下させ、かつ第２の期間中にアクリロニトリルの含有量を第２の範囲に維持する、本発明の方法のいずれか１つの工程（ｂ）は、
（ｉ）３０分〜４時間の第１の期間中に、アクリロニトリルの含有量を１．２質量％〜６質量％の第１の範囲に維持する工程と、
（ｉｉ）アクリロニトリルの含有量を第２の範囲に低下させる工程と、
（ｉｉｉ）３０分〜２４時間の第２の期間中にアクリロニトリルの含有量を０．３質量％〜１．２質量％の第２の範囲に維持する工程と、
を含む、ここで、質量％の表示が、それぞれ反応器中の組成物の総質量に基づくものである。
より好ましくは、ここに記載の方法のいずれか１つの工程（ｂ）は、
（ｉ）３０分〜３時間の第１の期間中に、アクリロニトリルの含有量を１．２質量％〜４質量％の第１の範囲に維持する工程と、
（ｉｉ）アクリロニトリルの含有量を第２の範囲に低下させる工程と、
（ｉｉｉ）３０分〜１２時間の第２の期間中にアクリロニトリルの含有量を０．５質量％〜１．１質量％の第２の範囲に維持する工程と、
を含み、ここで、質量％の表示が、それぞれ反応器中の組成物の総質量に基づくものである。
最も好ましくは、本発明の方法のいずれか１つの工程（ｂ）は、
（ｉ）３０分〜２時間の第１の期間中に、アクリロニトリルの含有量を１．３質量％〜３質量％の第１の範囲に維持する工程と、
（ｉｉ）アクリロニトリルの含有量を第２の範囲に低下させる工程と、
（ｉｉｉ）１時間〜８時間、好ましくは１時間〜５時間の第２の期間中にアクリロニトリルの含有量を０．６質量％〜１．０質量％の第２の範囲に維持する工程と、
を含み、ここで、質量％の表示が、それぞれ反応器中の組成物の総質量に基づくものである。
ここに記載の方法のいずれか１つは、連続工程を用いて行われてもよい。特に、ここで使用される「連続工程」という用語は、反応器中の反応混合物の全体を回収せず、アクリルアミド水溶液を連続的に製造する方法を指す。これは、生体触媒、水及びアクリロニトリルを含むことが可能である反応の原料が連続的に又は断続的に反応器に供給されること、並びに、得られた生成物が連続的に又は断続的に反応器から回収されることを意味する。
代わりに、セミバッチプロセス（semi-batch process）を用いて、本発明の方法のいずれか1つを実施してもよい。特に、ここで使用される「セミバッチプロセス」という用語は、水性アクリルアミド溶液が不連続の方法で製造されることを含んでもよい。このようなセミバッチプロセスを実施するための非限定的な例によれば、水、一定量のアクリロニトリル及び生体触媒を反応器に入れる。次いで、組成物のアクリルアミドの所望の含有量に達するまで生体変換の間にさらなるアクリロニトリルを添加する。このような所望のアクリルアミドの含有量に達した後、得られた組成物は、新しい反応物質をその中に入れる前に、反応器から完全に回収される。
生体変換工程（ｂ）中のアクリロニトリルの供給に関して、本発明の方法のいずれか１つの非限定的な実施態様によれば、アクリロニトリルは、工程（ｂ）中のアクリロニトリルの含有量が、アクリロニトリルの含有量の所定の値の±１０質量％、好ましくは±５質量％、より好ましくは±２質量％、最も好ましくは±１質量％の範囲であり、ここで、質量％の表示はそれぞれ、反応器中のアクリロニトリルの総質量に基づくものである。特に、本発明の方法のいずれか１つにおいて、工程（ｂ）中のアクリロニトリルの含有量が所定の値に一定に実質的に維持されるように、アクリロニトリルを供給してもよい。
一般的には、本発明の方法のいずれか１つにおいて、工程（ｂ）中のアクリロニトリルの含有量及び／又はアクリルアミドの含有量は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）を用いて測定することができる。特に、アクリロニトリルの含有量及び／又はアクリルアミド含有量は、ＦＴＩＲを用いてオンラインで測定することができる。
本発明の方法のいずれか１つによれば、アクリロニトリルをアクリルアミドに変換することができる生体触媒は、酵素ニトリルヒドラターゼをコードする微生物であってもよい。これに関して、本発明において、微生物が天然にニトリルヒドラターゼをコードするかどうか、またはそれが該酵素をコードするように遺伝子組み換えられているかどうか、またはより多くのおよび/または増強されたニトリルヒドラターゼを産生するようにニトリルヒドラターゼを天然にコードする微生物が組み換えられているかどうかは、関係ない。ここで使用されるように、一般的には、「（酵素）ニトリルヒドラターゼをコードする生体触媒（例えば、微生物）」等の表現は、このような微生物が一般にニトリルヒドラターゼを製造して安定に維持することもできることを意味する。すなわち、ここで使用され、当業者に容易に理解されるように、ニトリルヒドラターゼを（天然または非天然に）コードし本発明に従って使用される生体触媒（例えば、微生物）は、一般に、ニトリルヒドラターゼを製造して安定に維持することもできる。しかしながら、本発明によれば、ここで提供及び記載される方法のいずれか１つの工程（ａ）により反応器に添加される前に、微生物の培養（又は発酵）の間に（したがって、ニトリルヒドラターゼを含む）、このような微生物はニトリルヒドラターゼのみを製造した可能性がある。この場合には、微生物は、ここで提供及び記載される方法の間にそれ以上ニトリルヒドラターゼを製造しない可能性があるが、それらが以前に生産した及びそれらが未だに含んでいるニトリルヒドラターゼユニットを介してのみ作用する。当業者には容易に理解されるように、いくつかのニトリルヒドラターゼ分子は（例えば、微生物の溶解のために）微生物から出て、生体触媒として溶液中で自由に作用することも可能である。このように、ここに記載及び例示されているように、アクリロニトリルをアクリルアミドに変換することができる限り、ここに使用される「生体触媒」という用語は、酵素ニトリルヒドラターゼ自体を包含することも可能である。この明細書において、ニトリルヒドラターゼを生体触媒として直接使用することも可能である。
この明細書において、ここに記載の方法のいずれか１つにおける生体触媒として使用することができ、ニトリルヒドラターゼを天然にコードする微生物は、Rhodococcus、Aspergillus、Acidovorax、Agrobacterium、Bacillus、Bradyrhizobium、Burkholderia、Escherichia、Geobacillus、Klebsiella、Mesorhizobium、Moraxella、Pantoea、Pseudomonas、Rhizobium、Rhodopseudomonas、Serratia、Amycolatopsis、Arthrobacter、Brevibacterium、Corynebacterium、Microbacterium、Micrococcus、Nocardia、Pseudonocardia、Trichoderma、Myrothecium、Aureobasidium、Candida、Cryptococcus、Debaryomyces、Geotrichum、Hanseniaspora、Kluyveromyces、Pichia、Rhodotorula、Comomonas及びPyrococcusからなる群から選択された属に属する種を含む。本発明の好ましい実施態様において、生体触媒は、Rhodococcus、Pseudomonas、Escherichia及びGeobacillus属の細菌から選択される。
本発明の方法のいずれか１つに関して使用される好ましい生体触媒は、Rhodococcus属の代表種を含む。本発明の方法のいずれか１つに関して使用される生体触媒としての好適な種は、例えば、Rhodococcus rhodochrous （例えば、ＮＣＩＭＢ ４１１６４、Ｊ１／ＦＥＲＭ−ＢＰ １４７８、Ｍ３３又はＭ８）、Rhodococcus pyridinovorans、Rhodococcus erythropolis、Rhodococcus equi、Rhodococcus ruber、Rhodococcus opacus、Aspergillus niger、Acidovorax avenae、Acidovorax facilis、Agrobacterium tumefaciens、Agrobacterium radiobacter、Bacillus subtilis、Bacillus pallidus、Bacillus smithii、Bacillus sp BR449、Bradyrhizobium oligotrophicum、Bradyrhizobium diazoefficiens、Bradyrhizobium japonicum、Burkholderia cenocepacia、Burkholderia gladioli、Escherichia coli、Geobacillus sp. RAPc8、Klebsiella oxytoca、Klebsiella pneumonia、Klebsiella variicola、Mesorhizobium ciceri、Mesorhizobium opportunistum、Mesorhizobium sp F28、Moraxella、Pantoea endophytica、Pantoea agglomerans、Pseudomonas chlororaphis、Pseudomonas putida、Rhizobium、Rhodopseudomonas palustris、Serratia liquefaciens、Serratia marcescens、Amycolatopsis、Arthrobacter、Brevibacterium sp CH1、Brevibacterium sp CH2、Brevibacterium sp R312、Brevibacterium imperiale、Brevibacterium casei、Corynebacterium nitrilophilus、Corynebacterium pseudodiphteriticum、Corynebacterium glutamicum、Corynebacterium hoffmanii、Microbacterium imperiale、Microbacterium smegmatis、Micrococcus luteus、Nocardia globerula、Nocardia rhodochrous、Nocardia sp 163、Pseudonocardia thermophila、Trichoderma、Myrothecium verrucaria、Aureobasidium pullulans、Candida famata、Candida guilliermondii、Candida tropicalis、Cryptococcus flavus、Cryptococcus sp UFMG- Y28、Debaryomyces hanseii、Geotrichum candidum、Geotrichum sp JR1、Hanseniaspora、Kluyveromyces thermotolerans、Pichia kluyveri、Rhodotorula glutinis、Comomonas testosteroni、Pyrococcus abyssi、Pyrococcus furiosus又はPyrococcus horikoshiiを含んでもよい。
本発明の方法のいずれか１つの一実施態様によれば、使用される生体触媒は、Rhodococcus rhodochrous種に属する。ここに記載の方法のいずれか１つに関して使用されてもよいRhodococcus rhodochrous種に属する菌株（strains）の特定の例は、ＮＣＩＭＢ ４１１６４、Ｊ１（ＦＥＲＭ−ＢＰ １４７８）、Ｍ３３及びＭ８を含む。
Rhodococcus rhodochrousの代わりに、又はそれに加えて、ここに記載の方法のいずれか１つに使用される生体触媒はRhodococcus pyridinovoransであってもよい。
この明細書において、ニトリルヒドラターゼを天然にコードしなくニトリルヒドラターゼをコードする微生物は、遺伝子組換えた微生物であってもよい。該遺伝子組換えた微生物は、ニトリルヒドラターゼをコードする遺伝子を天然に含まないが、ニトリルヒドラターゼをコードするポリヌクレオチドを含むように操作されて（例えば、形質転換、形質導入、トランスフェクション、接合（conjugation）、又は当技術分野で公知の細胞にポリヌクレオチドを転写若しくは挿入することに適した他の方法を介して；Ｓａｍｂｒｏｏｋ及びＲｕｓｓｅｌｌ，２００１年，Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ：Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ，ＣＳＨ出版，Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ，ＮＹ，ＵＳＡに参照する）、従って微生物がニトリルヒドラターゼ酵素を製造して安定に維持することを可能にされる。このために、それぞれ、ニトリルヒドラターゼ遺伝子又はｍＲＮＡの転写及び翻訳させることに必要であるさらなるポリヌクレオチドを挿入することがさらに必要になることが可能である。このようなさらなるポリヌクレオチドは、とりわけ、プロモーター配列、またはポリＴ−又はポリＵ−尾部（tails）、又は複製起点若しくは他のプラスミド制御配列を含んでもよい。この明細書において、ニトリルヒドラターゼをコードする遺伝子を天然に含まないが、ニトリルヒドラターゼをコードするポリヌクレオチドを含むように操作されたこのような遺伝子組換えた微生物は、原核生物又は真核生物の微生物であってもよい。このような原核生物の微生物の例は、例えば、Escherichia coli種の代表種を含む。このような真核生物の微生物の例は、例えば、酵母（例えば、Saccharomyces cerevisiae）を含む。
この明細書において、一般的には、「ニトリルヒドラターゼ」（以下、ＮＨａｓｅとも称される）という用語は、アクリロニトリルからアクリルアミドへの変換（換言すれば、水和）に触媒作用を及ぼすことができる酵素を意味する。このような酵素は、例えば、２０１４年９月３０日の時点でＩＵＢＭＢ命名法の下で登録された酵素ＥＣ ４．２．１．８４；ＣＡＳ−Ｎｏ．２３９１−３７−５であってもよい。しかしながら、ここで使用された「ニトリルヒドラターゼ」という用語は、修飾又は強化された酵素も包含する。前記修飾又は強化された酵素は、例えば、より早くアクリロニトリルをアクリルアミドに変換することができ、又はより高い収量／時間の比で製造することができ、又はそれらがアクリロニトリルからアクリルアミドへの変換（換言すれば、水和）に触媒作用を及ぼすことができる限り、より安定する。アクリロニトリルからアクリルアミドへの変換に触媒作用を及ぼす既定の生体触媒の能力の測定は、当技術分野で公知である。この明細書において、例としては、本発明においてニトリルヒドラターゼとして働く既定の生体触媒の活性は、以下のように決定してもよい：まず、１００μｌの細胞懸濁液、細胞溶解物、溶解した酵素粉末、又は想定のニトリルヒドラターゼを含む他の調合剤（preparation）を、８７５μｌの５０ｍＭリン酸カリウム緩衝液及び２５μｌのアクリロニトリルと、１０分間１，０００ｒｐｍでのエッペンチューブ振盪器の上で２５℃で反応させる。１０分の反応時間の後、試料を取り出し、すぐに同体積の１．４％の塩酸を添加することにより抑制する。試料を混合した後、１０，０００ｒｐｍで１分間遠心分離することにより細胞を除去してもよく、ＨＰＬＣによって透明な上清を分析することにより生成したアクリルアミドの量を決定する。この明細書にけるニトリルヒドラターゼである酵素の肯定（affirmation）について、必要な場合にアクリルアミドの濃度は０．２５〜１．２５ｍｍｏｌ／ｌであるべき、したがって、試料を希釈して変換を繰り返しなければならない。その後、ＨＰＬＣ分析から得たアクリルアミドの濃度を反応時間（１０分であった）で割って、この値にＨＰＬＣ試料と最初の試料との間の希釈係数を乗じることにより、アクリルアミドの濃度から酵素活性を推定することができる。５Ｕ／ｍｇの乾燥細胞質量を超え、好ましくは２５Ｕ／ｍｇの乾燥細胞質量を超え、より好ましくは５０Ｕ／ｍｇの乾燥細胞質量を超え、最も好ましくは１００Ｕ／ｍｇの乾燥細胞質量を超える活性は、機能的に発現されたニトリルヒドラターゼの存在を示し、この明細書におけるニトリルヒドラターゼと考えられる。
この明細書において、ポリヌクレオチドでコードされるポリペプチドは、ここに記載及び例示されるように、アクリロニトリルからアクリルアミドへの水和に触媒作用を及ぼすことができる（換言すれば、ニトリルヒドラターゼ活性を有する）という条件で、ニトリルヒドラターゼは、ポリヌクレオチドでコードされるポリペプチドであってもよい。該ポリヌクレオチドは、ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１（R．rhodochrousのニトリルヒドラターゼのα−サブユニット：GTGAGCGAGCACGTCAATAAGTACACGGAGTACGAGGCACGTACCAAGGCGATCGAAACCTTGCTGTACGAGCGAGGGCTCATCACGCCCGCCGCGGTCGACCGAGTCGTTTCGTACTACGAGAACGAGATCGGCCCGATGGGCGGTGCCAAGGTCGTGGCCAAGTCCTGGGTGGACCCTGAGTACCGCAAGTGGCTCGAAGAGGACGCGACGGCCGCGATGGCGTCATTGGGCTATGCCGGTGAGCAGGCACACCAAATTTCGGCGGTCTTCAACGACTCCCAAACGCATCACGTGGTGGTGTGCACTCTGTGTTCGTGCTATCCGTGGCCGGTGCTTGGTCTCCCGCCCGCCTGGTACAAGAGCATGGAGTACCGGTCCCGAGTGGTAGCGGACCCTCGTGGAGTGCTCAAGCGCGATTTCGGTTTCGACATCCCCGATGAGGTGGAGGTCAGGGTTTGGGACAGCAGCTCCGAAATCCGCTACATCGTCATCCCGGAACGGCCGGCCGGCACCGACGGTTGGTCCGAGGAGGAGCTGACGAAGCTGGTGAGCCGGGACTCGATGATCGGTGTCAGTAATGCGCTCACACCGCAGGAAGTGATCGTATGA）ヌクレオチド配列、及び／又はＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：３（R．rhodochrousのニトリルヒドラターゼのβ−サブユニット：ATGGATGGTATCCACGACACAGGCGGCATGACCGGATACGGACCGGTCCCCTATCAGAAGGACGAGCCCTTCTTCCACTACGAGTGGGAGGGTCGGACCCTGTCAATTCTGACTTGGATGCATCTCAAGGGCATATCGTGGTGGGACAAGTCGCGGTTCTTCCGGGAGTCGATGGGGAACGAAAACTACGTCAACGAGATTCGCAACTCGTACTACACCCACTGGCTGAGTGCGGCAGAACGTATCCTCGTCGCCGACAAGATCATCACCGAAGAAGAGCGAAAGCACCGTGTGCAAGAGATCCTTGAGGGTCGGTACACGGACAGGAAGCCGTCGCGGAAGTTCGATCCGGCCCAGATCGAGAAGGCGATCGAACGGCTTCACGAGCCCCACTCCCTAGCGCTTCCAGGAGCGGAGCCGAGTTTCTCTCTCGGTGACAAGATCAAAGTGAAGAGTATGAACCCGCTGGGACACACACGGTGCCCGAAATATGTGCGGAACAAGATCGGGGAAATCGTCGCCTACCACGGCTGCCAGATCTATCCCGAGAGCAGCTCCGCCGGCCTCGGCGACGATCCTCGCCCGCTCTACACGGTCGCGTTTTCCGCCCAGGAACTGTGGGGCGACGACGGAAACGGGAAAGACGTAGTGTGCGTCGATCTCTGGGAACCGTACCTGATCTCTGCGTGA）と、少なくとも７０％、好ましくは少なくとも７５％、より好ましくは少なくとも８０％、より好ましくは少なくとも８５％、より好ましくは少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％、より好ましくは少なくとも９６％、より好ましくは少なくとも９７％、より好ましくは少なくとも９８％、より好ましくは少なくとも９９％、より好ましくは少なくとも９９．５％、最も好ましくは１００％同一であるヌクレオチド配列を含む、又はからなる。また、この明細書において、ポリペプチドは、ここに記載及び例示されるように、アクリロニトリルからアクリルアミドへの水和に触媒作用を及ぼすことができるという条件で、ニトリルヒドラターゼは、ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：３（R．rhodochrousのニトリルヒドラターゼのα−サブユニット：VSEHVNKYTE YEARTKAIET LLYERGLITP AAVDRVVSYY ENEIGPMGGA KVVAKSWVDP EYRKWLEEDA TAAMASLGYA GEQAHQISAV FNDSQTHHVV VCTLCSCYPW PVLGLPPAWY KSMEYRSRVV ADPRGVLKRD FGFDIPDEVE VRVWDSSSEI RYIVIPERPA GTDGWSEEEL TKLVSRDSMI GVSNALTPQE VIV）のアミノ酸配列及び／又はＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：４（R．rhodochrousのニトリルヒドラターゼのβ−サブユニット：MDGIHDTGGM TGYGPVPYQK DEPFFHYEWE GRTLSILTWM HLKGISWWDK SRFFRESMGN ENYVNEIRNSY YTHWLSAAE RILVADKIIT EEERKHRVQE ILEGRYTDRK PSRKFDPAQI EKAIERLHEP HSLALPGAEP SFSLGDKIKV KSMNPLGHTR CPKYVRNKIG EIVAYHGCQI YPESSSAGLG DDPRPLYTVA FSAQELWGDD GNGKDVVCVD LWEPYLISA）のアミノ酸配列と、少なくとも７０％、好ましくは少なくとも７５％、より好ましくは少なくとも８０％、より好ましくは少なくとも８５％、より好ましくは少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％、より好ましくは少なくとも９６％、より好ましくは少なくとも９７％、より好ましくは少なくとも９８％、より好ましくは少なくとも９９％、より好ましくは少なくとも９９．５％、最も好ましくは１００％同一であるアミノ酸配列を含む、又はからなるポリペプチドであってもよい。
２つ以上の配列（例えば、核酸配列又はアミノ酸配列）間の同一性のレベルは、当技術分野で公知の方法、例えばＢＬＡＳＴ分析により、簡単に決定することができる。一般的には、この明細書において、例えば配列比較により比較されるべきである２つの配列（例えば、ポリヌクレオチド配列又はアミノ酸配列）が同一性で異なる場合、したがって、「同一性」という用語は、より短い配列、及び前記よりより短い配列とマッチするより長い配列の一部に関する。したがって、比較される配列が同一の長さを有しない場合、同一性の程度は、より長い配列中のヌクレオチド残基と同一であるより短い配列中のヌクレオチド残基のパーセンテージ、又はより短い配列中のヌクレオチド残基と同一であるより長い配列中のヌクレオチドのパーセンテージに関する。この明細書において、当業者は、より短い配列をマッチするより長い配列の部分を容易に決定することができる。さらに、ここで使用されるように、核酸配列又はアミノ酸配列の同一性のレベルは、個々の配列の全長に関してもよく、好ましくは対で評価され、ここでは、１つのギャップは１つのミスマッチと見なされる。配列比較におけるこれらの定義（例えば、「同一性」値の設立）は、ここに記載及び開示された全ての配列に適用されるべきである。
さらに、ここで使用される「同一性」という用語は、対応する配列の間に機能的及び／又は構造的な等価を有することを意味する。ここに記載の特定の核酸／アミノ酸配列と既定の同一性レベルを有する核酸／アミノ酸配列は、好ましくは、同様な生物学的機能を有する、これらの配列の誘導体／変異体を表してもよい。これらは、天然発生の変異体、例えば他の品種、種などからの配列、又は突然変異体であってもよく、前記突然変異体は、天然に生成してもよく、又は意図的な突然変異誘発により製造されていてもよい。さらに、変異体は合成的に製造された配列であってもよい。変異体は、天然発生の変異体、又は合成的に製造された変異体、又は組み換えＤＮＡ技術により製造された変異体であってもよい。前述した核酸配列からの偏差（Deviations）、例えば、欠失（deletion）、置換、付加、挿入及び／又は組み換えにより製造されてもよい。「付加」という用語は、既定の配列の末端に少なくとも１つの核酸残基／アミノ酸を付加することを指すが、「挿入」という用語は、既定の配列中に少なくとも１つの核酸残基／アミノ酸を挿入することを指す。「欠失」という用語は、既定の配列中に少なくとも１つの核酸残基／アミノ酸を欠失する又は取り除くことを指す。「置換」という用語は、既定の配列中で少なくとも１つの核酸残基／アミノ酸の置換を指す。同様に、ここで使用されたこれらの定義は、必要な変更を加えて、ここに記載及び提供された全ての配列に適用する。
一般的には、ここで使用されるように、「ポリヌクレオチド」及び「核酸」又は「核酸分子」という用語は、同義的に解釈されるべきである。一般的には、核酸分子は、とりわけ、ＤＮＡ分子、ＲＮＡ分子、チオリン酸オリゴヌクレオチド、置換のリボオリゴヌクレオチド又はＰＮＡ分子を含んでもよい。さらに、「核酸分子」という用語は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、それらのハイブリッド、又は当技術分野で公知であるそれら任意の修飾（例えば、ＵＳ ５５２５７１１、ＵＳ ４７１ １９５５、ＵＳ ５７９２６０８又はＥＰ ３０２１７５の修飾の例に参照する）を指してもよい。ポリヌクレオチド配列は、サイズが任意に制限されず、一本鎖又は二本鎖、直鎖又は環状、天然又は合成のものであってもよい。例えば、ポリヌクレオチド配列は、ゲノムＤＮＡ、ｃＤＮＡ、ミトコンドリアＤＮＡ、ｍＲＮＡ、アンチセンスＲＮＡ、リボザイムＲＮＡ又はこのようなＲＮＡｓ若しくはキメラプラストをコードするＤＮＡ（Ｇａｍｐｅｒ，Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２０００年，２８，４３３２〜４３３９頁）であってもよい。前記ポリヌクレオチド配列は、ベクター、プラスミド又はウイルスＤＮＡ若しくはＲＮＡの形態であってもよい。前述した核酸分子と相補である核酸分子、及び前述した核酸分子と雑種を生じることができる核酸分子は、ここにも記載されている。また、この明細書において、ここに記載の核酸分子は、核酸分子の断片であってもよい。このような機能的断片の例としては、プライマーとして機能することができる核酸分子である。
本発明の方法のいずれか１つにおいて反応器に生体触媒を添加する場合、生体触媒は発酵ブロスから直接採取することができる。さらに、生体触媒は、ここに開示される方法において発酵ブロスの形態で使用され得ることが想定される。したがって、生体触媒は発酵ブロスから分離する必要がなく、生体触媒を含む発酵ブロスは生体変換に使用することができる。例えば、生体触媒を含む発酵ブロスは、本発明の方法の工程（ａ）において反応器に添加することができる。あるいは、ここに記載の方法のいずれか１つによれば、生体触媒は、反応器に添加される前に乾燥されてもよい。これに関連して、「前に」という用語は、必ずしも、生体触媒が乾燥され、その後に反応器に直接添加されることを意味するものではない。乾燥及び添加の間にさらなる工程を行うかどうかと関係なく、生体触媒が反応器に添加される前の任意の時点で乾燥工程を受けることでかなり十分である。非限定的な例としては、乾燥工程と反応器への添加との間のこのようなさらなる工程は、貯蔵又は再構成であってもよい。しかしながら、乾燥後に直接反応器に生体触媒を添加することも可能である。驚いたことに、発明者らは、乾燥工程を経た生体触媒を使用することにより、ここに記載の方法のいずれか１つによって得られたアクリルアミド水溶液中のアクリル酸の濃度が、生体変換に使用される前に乾燥を受けていない生体触媒が使用される場合と比較して、さらに低下されることを見出した。
ここに記載及び提供された方法のいずれか１つにおける乾燥方法について、凍結乾燥、噴霧乾燥、加熱乾燥、真空乾燥、流動床乾燥及び／又は噴霧造粒を用いて乾燥した生体触媒は使用されてもよい。これに関して、噴霧乾燥及び凍結乾燥が好ましく、それは、一般的に噴霧乾燥又は凍結乾燥を付した生体触媒を使用することにより、他の方法を用いて乾燥した生体触媒と比較して、得られたアクリルアミド水溶液中のアクリル酸濃度のより高い低下が達成される。
本発明の方法のいずれか１つによれば、乾燥した生体触媒は反応器に添加されてもよい。これは、生体触媒が乾燥状態で反応器に添加されることを意味する。特に、生体触媒は、粉末又は顆粒の形態を有してもよい。乾燥した生体触媒を反応器に添加することの代わりに、乾燥した生体触媒は、反応器に添加される前に再構成されてもよい。例えば、生体触媒は、水性組成物中に懸濁することにより再構成されてもよい。これに関して、水性組成物は、水又はバッファーであってもよい。さらに代わりに、マトリクス結合微生物の形態の生体触媒を反応器に添加してもよい。
ここで使用される「乾燥した生体触媒」という用語は、乾燥工程に付した生体触媒に指す。典型的には、乾燥した生体触媒は、生体触媒試料の総質量に対して、約２０質量％未満、より好ましくは約１５質量％未満、さらにより好ましくは約１４質量％未満、最も好ましくは約５〜約１０質量％の含水量を有する。含水量の測定方法は、当業者によく知られている。例えば、この明細書において、乾燥した生体触媒の試料の含水量は、熱重量分析により測定されてもよい。熱重量分析の開始時に、試料の初期重量を測定する。次に、試料を加熱し、水分を蒸発させる。試料重量が一定になるまで加熱を続ける。分析終了時の一定重量と初期重量との差は、分析中に蒸発した水の量を表し、これで試料の含水量の計算を可能にする。熱重量分析による含水量の測定において、生体触媒試料は、例えば、試料重量が少なくとも３０秒間一定に維持するまで、１３０℃で運転される「Ｍｅｔｔｌｅｒ Ｔｏｌｅｄｏ ＨＢ４３−Ｓ Ｈａｌｏｇｅｎ水分分析器」で分析されてもよい。
ここに記載の方法のいずれか１つを実行することにより、アクリルアミド水溶液は、生体触媒と一緒に得ることができる。したがって、生体触媒は、得られたアクリルアミド水溶液から分離することができる。生体触媒のこのような分離は、例えばアクリルアミドの単独重合または共重合を含む所望の用途に応じて行ってもよい。好適な生体触媒の分離方法は、当該分野で公知であり、例えば、遠心分離、沈降（例えば、凝集による）、膜分離及び濾過を含む。
さらに、本発明は、ここに記載及び提供される方法のいずれか１つにより得られうる又は得られるアクリルアミド水溶液に関する。
アクリルアミド水溶液、特にここに記載の方法のいずれか１つにより得られうる又は得られるアクリルアミド水溶液は、３５〜６５質量％のアクリルアミドを含んでもよく、１５００ｐｐｍ以下、好ましくは１０００ｐｐｍ以下、より好ましくは７５０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは５００ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは３００ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは２００ｐｐｍ以下、最も好ましくは１００ｐｐｍ以下（ここで、質量％及びｐｐｍの表示がそれぞれ溶液の総質量に基づくものであり、ｐｐｍがそれぞれ質量部に関する）のアクリル酸濃度を有してもよい。
好ましくは、アクリルアミド水溶液は、４０〜６０質量％のアクリルアミドを含み、１５００ｐｐｍ以下、好ましくは１０００ｐｐｍ以下、より好ましくは７５０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは５００ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは３００ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは２００ｐｐｍ以下、最も好ましくは１００ｐｐｍ以下（ここで、質量％及びｐｐｍの表示がそれぞれ溶液の総質量に基づくものであり、ｐｐｍがそれぞれ質量部に関する）のアクリル酸濃度を有する。
より好ましくは、アクリルアミド水溶液は、４５〜５５質量％のアクリルアミドを含み、１５００ｐｐｍ以下、好ましくは１０００ｐｐｍ以下、より好ましくは７５０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは５００ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは３００ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは２００ｐｐｍ以下、最も好ましくは１００ｐｐｍ以下（ここで、質量％及びｐｐｍの表示がそれぞれ溶液の総質量に基づくものであり、ｐｐｍがそれぞれ質量部に関する）のアクリル酸濃度を有する。
最も好ましくは、アクリルアミド水溶液は、５０〜５４質量％のアクリルアミドを含み、１５００ｐｐｍ以下、好ましくは１０００ｐｐｍ以下、より好ましくは７５０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは５００ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは３００ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは２００ｐｐｍ以下、最も好ましくは１００ｐｐｍ以下（ここで、質量％及びｐｐｍの表示がそれぞれ溶液の総質量に基づくものであり、ｐｐｍがそれぞれ質量部に関する）のアクリル酸濃度を有する。
アクリルアミド水溶液のいずれか１つにおいて、アクリルアミドの含有量及び／又はアクリル酸の濃度は、ＨＰＬＣを用いて測定されてもよい。好ましくは、以下の実施例に示すように、ＨＰＬＣ法を使用する。
さらに、本発明は、ここに記載の水溶液のアクリルアミドを重合することにより得られうる又は得られるアクリルアミドホモポリマー又はコポリマーに関する。これに関して、ホモポリマーの場合には、「重合すること」という用語は単独重合反応を指し、コポリマーの場合には、「重合すること」という用語は共重合反応を指す。単独重合又は共重合は、ここに記載の方法のいずれか１つにより得られうる又は得られる水性アクリルアミド溶液を用いて行ってもよい。特に、重合の前に、生体触媒が分離されるアクリルアミド水溶液を使用してもよい。あるいは、アクリルアミドは、単独重合又は共重合に付される前に、水性アクリルアミド溶液から分離されてもよい。
アクリルアミドホモポリマー又はコポリマー、特にここに記載の水溶液のアクリルアミドを重合することにより得られうる又は得られるアクリルアミドホモポリマー又はコポリマーは、６０，０００ｐｐｍ以下、好ましくは２０，０００ｐｐｍ以下、より好ましくは１０，０００ｐｐｍ以下、最も好ましくは２，０００ｐｐｍ以下（ここで、ｐｐｍの表示が、それぞれ質量部に関し、それぞれ固体アクリルアミドホモポリマー又はコポリマーの総質量に基づくものである）のアクリル酸の含有量を有してもよい。
アクリルアミド溶液中の高いアクリル酸の含有量は、特にカチオン性ポリアクリルアミド生成物、換言すれば、アクリルアミドとカチオン性コモノマーとのコポリマーにおいて、生成したポリアクリルアミドホモポリマー及びコポリマーの性能の低下をもたらすことができる。これは、低いカチオン性コモノマー含有量を有するカチオン性コポリマーにおいては非常に明らかである。任意の理論にも縛られず、コポリマー鎖中のアニオン性アクリル酸及びカチオン性コモノマーのモル当量は、電荷錯体の生成をもたらす。これは、ポリアクリルアミド材料の物理的特性を著しく害し、水処理、製紙、油回収又は採掘などの用途における溶解性及び性能を低下させてしまう。
アクリル酸のこの影響に関して、好ましくは、ここに記載及び提供されたアクリルアミドホモポリマー又はコポリマーはカチオン性ポリアクリルアミドである。一般的に当業者に公知であるように、「カチオン性ポリアクリルアミド」という用語は、アクリルアミドモノマーに加えて、例えば 四級アンモニウム基を含有するコモノマーなどのカチオン性コモノマーを含むコポリマーを意味する。特に好ましくは、６０，０００ｐｐｍ以下、好ましくは２０，０００ｐｐｍ以下、より好ましくは１０，０００ｐｐｍ以下最も好ましくは２，０００ｐｐｍ以下（ここで、ｐｐｍの表示が、それぞれ質量部に関し、それぞれ固体アクリルアミドホモポリマー又はコポリマーの総質量に基づくものである）のアクリル酸含有量を有するカチオン性ポリアクリルアミドである。
一般的には、ここに記載の任意のポリマー又はコポリマーのアクリル酸の含有量は、当業者に公知の方法、例えばＥｕｒｏｐｅａｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｊｏｕｒｎａｌ（２００７），４３（３）：８２４−８３４に記載のＮＭＲ分光分析法を用いて測定されてもよい。
アクリルアミドホモポリマー及び／又はコポリマーは、例えば、油田分野に使用されている。特に、アクリルアミドホモポリマー及び／又はコポリマーは、強化油回収とも称される第３級油回収に使用される。これに関しては、第３級油回収において、油置換を促進し、したがって原油の収率を向上するために、ポリマーの水溶液を岩石中に注入してもよい。したがって、本発明は、ここに記載のアクリルアミドホモポリマー及び／又はコポリマーの水溶液に関する。水溶液中の水について、海水を使用してもよい。
この明細書は、本発明を理解することに有用である情報を含む。ここで提供される任意の情報が先行技術であり、若しくは現在請求されている発明に関連していること、又は具体的若しくは暗示的に参照されている任意の出版物が先行技術であることは認められない。
ここで使用される「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」という単数形は、文中、明示しない限り、複数の場合を含むことは注意すべきである。したがって、例えば、「試薬（ａ ｒｅａｇｅｎｔ）」の表現は、１種以上のそのような異なる試薬を含み、「方法（ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ）」の表現は、当業者に公知であり、ここに記載の方法を修正又は置き換えることができる同等の工程及び方法への言及を含む。
当業者は、通常範囲内の実験を用いて、ここに記載の本発明の特定の実施態様に対する多くの同等のものを認識するか、又は確認することができるであろう。このような同等のものは、本発明に包含されるものとする。
他に説明しない限り、一連の要素に先行する「少なくとも」という用語は、一連の要素のすべてを指すと理解されるべきである。当業者は、通常範囲内の実験を用いて、ここに記載の方法および使用の特定の実施態様に対する多くの同等のものを認識するか、又は確認することはできるであろう。このような同等のものは、本発明に包含されるものとする。
複数の文献がこの明細書を通して引用されている。ここで、引用した個々の文献（全ての特許、特許出願、科学刊行物、製造業者の明細書、説明書などを含む）は、上記または下記のいずれかにもかかわらず、それらの全体の記載によりここに組み込まれる。参考により組み込まれる資料がこの明細書と矛盾するか又は一致しない場合、この明細書は、任意のそのような資料よりも優先する。ここでは、いかなる記載も、先願発明により本発明がそのような公開より先行する資格がない承認と解釈されるものではない。
本明細書および添付の特許請求の範囲を通じて、文脈において他の意味が必要でない限り、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という語、並びに、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」及び「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」などの変形は、上記の整数若しくは工程、又は整数若しくは工程の群という意味を含むが、他の任意の整数若しくは工程、又は整数若しくは工程の群を除外するものではない。ここで使用される場合、「含む」という用語は、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という用語で、又はここで使用される場合に「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語で置き換えることができる。
ここで使用する場合、「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」は、請求項の要素に特定されていない任意の要素、工程、又は成分を除外する。ここで使用する場合、「本質的にからなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」は、請求項の基本的且つ新規な特徴に実質的に影響を与えない材料又は工程を除外するものではない。ここで、いずれの場合にも、「含む」、「本質的にからなる」および「からなる」という用語は、他の２つの用語のいずれかで置き換えることができる。
ここで使用されるように、複数の言及された要素の間の「及び／又は」という接続用語は、個々の選択肢及び組み合わせた選択肢の両方を包含すると理解される。例えば、２つの要素が「及び／又は」により結合されている場合、第１の選択肢は、第２の要素がないでの第１の要素の適用可能性を指す。第２の選択肢は、第１の要素がないでの第２の要素の適用可能性を指す。第３の選択肢は、第１及び第２の要素の全体の適用可能性を指す。これらの選択肢のいずれか１つは、ここで使用される「及び／又は」という用語の意味の範囲内にあり、したがってその要求を満たすと理解される。また、１つ以上の選択肢の同時的適用可能性も、ここで使用される「及び／又は」という用語の意味の範囲内にあり、したがってその要求を満たすと理解される。
ここで使用される「約」という用語は、当業者によって決定された特定の値について許容可能な誤差範囲内にある値を指す。前記特定の値は、ある程度で、その値がどのように測定又は決定されること、換言すれば、測定システムの限界に依存する。例えば、「約」は、当技術分野の実務において、１又は１を超える標準偏差の範囲内を意味することができる。また、「約」という用語は、当該量又は値が指定された値またはほぼ同じである他の値であることを意味することに使用される。この表現は、類似の値が本発明による同等の結果又は効果を促進することを伝えることを意図している。この明細書において、「約」は、１０％までの範囲及び／又はそれ未満の範囲を指してもよい。いくつかの実施態様では、「約」という語は、所定の値の５％まで及びそれ未満の範囲、例えば２％まで、１％まで、又は０．５％までの範囲及び／又はそれ未満の範囲を指す。一実施態様において、「約」は、所与の値の０．１％までの範囲及び／又はそれ未満の範囲を指す。
一般的には、本発明は、ここに記載の全ての実施態様、並びに、それらの全ての置換及び組み合わせに関する。ここに記載された特定の態様又は実施態様は、そのような態様又は実施態様に対して、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
以下の実施例は、本発明をそこで定義された任意の列挙又は実施態様に限定されず、ここで提供された本発明をさらに説明及び例示する。
実施例１：
セミバッチ法では、アクリロニトリル及び２４４６ｇの水をガラス反応器に入れ、以下の表1に示すような反応器中のアクリロニトリルの濃度を達するように、それぞれの実験でアクリロニトリルを添加した。その後、乾燥した生体触媒Rhodococcus rhodochrous、菌株ＮＣＩＭＢ ４１１６４を添加して生体変換を開始した。生体変換の間、アクリロニトリルの含有量を表1に概説した初期値に維持しながら、制御された速度でアクリロニトリルをさらに添加した。これに関して、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）を用いて、オンラインで、アクリロニトリル及びアクリルアミドの含有量を測定した。概して、生体変換を開始する前に反応器に入れた及び反応中に添加したアクリロニトリルの総量である１５５３ｇのアクリロニトリルを、アクリルアミドに変換した。反応の完了時に、反応器中の組成物の総重量に基づいて５２質量％のアクリルアミド含有量を有する４ｋｇのアクリルアミド水溶液を得た。
以下の表１は、それぞれ、２０℃及び２６℃の温度で行った、前段落に記載された方法の異なる実験を示し、ここでは、生体触媒の異なる量を使用し、生体変換の間にアクリロニトリルの含有量を異なる値に維持した。
Figure 2017535249
＊は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）を用いて、オンラインで、生体変換の間に測定した。
＊＊は、以下に提供される方法によりＨＰＬＣを用いて決定した。
表１に概説した結果は、生体変換の間にアクリロニトリルの含有量を０．３質量％以上に維持することにより、低いアクリル酸の濃度を有するアクリルアミド水溶液を生成することを示す。特に、結果は、生体変換の間に維持するアクリロニトリルの含有量を増大することにより、得たアクリルアミド水溶液中のアクリル酸の濃度を低下することを示す。
実施例２：
アクリロニトリルのアクリルアミドへの生体変換の実験を、以下の点を除いて、実施例１と同様な条件で行った。すなわち：
（ｉ）アクリロニトリルのより高い含有量を、生体変換の開始時から１時間維持した；
（ｉｉ）生体変換の開始時から１時間後、アクリロニトリルの含有量を、より低いアクリロニトリルの含有量まで低下した；及び
（ｉｉｉ）生体変換の完了時まで、換言すれば、１５５３ｇのアクリロニトリルを変換して反応器中の組成物の総質量に基づいて５２質量％のアクリルアミドの含有量を有する４ｋｇのアクリルアミド水溶液を生成するまで、より低いアクリロニトリルの含有量を維持した。
具体的な条件及び結果を表２に示す。
Figure 2017535249
＊は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）を用いて、オンラインで、生体変換の間に測定した。
＊＊は、以下に提供される方法によりＨＰＬＣを用いて決定した。
表２の実験１において、生体変換全体の間にアクリロニトリルの含有量を０．８質量％に維持した。実験２及び３において、生体変換の開始時から１時間まで、それぞれ、１．５及び２質量％のより高いアクリロニトリルの含有量を維持した。１時間後、アクリロニトリルの含有量を０．８質量％に低下し、生体変換の完了時までこの値に維持した。
結果は、生体変換の完了時まで必要とされる同等の時間で、一定の期間にわたってより高いアクリロニトリルの含有量を維持し、その後にアクリロニトリルの含有量をより低いアクリロニトリルの含有量に維持し、このより低いアクリロニトリルの含有量を生体変換の完了時まで維持する場合、得たアクリルアミド水溶液中のアクリル酸の濃度をさらに低下することを示す。
実施例３：
水及び１８ｇのアクリロニトリルを反応器に入れた。水及び生体触媒の総量が１８３５ｇであるように、水の量を調整した。独立の実験で、以下に示すように、２つの異なる形態（ｉ）及び（ｉｉ）の生体触媒を使用した：
（ｉ）１５１２ ｋＵ／ｋｇのＮＨａｓｅ活性、及び９６．１質量％の含水率を有するRhodococcus rhodochrous、菌株Ｊ１（ＦＥＲＭ−ＢＰ １４７８）の細胞を含有する発酵ブロス；及び
（ｉｉ）８３．６質量％の含水率まで遠心して、その後に該濃縮液を凍結乾燥させることによって（ｉ）の濃縮により得た乾燥粉末。該乾燥粉末の含水率が１３質量％であり、ＮＨａｓｅ活性が２１１ｋＵ／ｋｇであった。
生体触媒を反応器に添加し、そこで反応を開始した。生体変換の間に、１１４７ｇのさらなるアクリロニトリルを添加し、これで完了時に反応全体のバッチサイズが３０００ｇであった。反応の間に温度を２３℃で一定に維持した。生体変換の間に、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）を用いて、オンラインで、アクリロニトリルの含有量を測定し、全てのアクリロニトリルを反応器に添加するまで反応混合物中のアクリロニトリルの含有量が１．０±０．１質量％又は０．３質量％で一定に維持したように、アクリロニトリルの添加速度を調整した。変換が原因で、アクリロニトリルの含有量を１００ｐｐｍ未満まで低下した後、反応を停止させた。反応の完了時には、いかなる実験中のアクリルアミド濃度も５１質量％以上であった。
条件及び結果を以下の表３に示す。
Figure 2017535249
＊は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）を用いて、オンラインで、生体変換の間に測定した。
＊＊は、以下に提供される方法によりＨＰＬＣを用いて決定した。
表３の結果は、アクリロニトリルの含有量を一定に維持した生体変換中で乾燥生体触媒を使用することにより、乾燥に付していない生体触媒を使用することと比較して、得たアクリルアミド水溶液中のアクリル酸の濃度を低下させることを示す。
上述した実施例において、ＨＰＬＣを用いて、得たアクリルアミド水溶液中のアクリル酸の濃度を決定した。アクリルアミド、アクリル酸及びアクリロニトリルの含有量を決定するために、以下の条件を適用した：
カラム：Ａｑｕａ Ｃ１８，２５０＊４．６ｍｍ（Ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ）
ガードカラム：Ｃ１８ Ａｑｕａ
温度：４０℃
流速：１．００ｍｌ／分
注入体積：１．０μｌ
検出：ＵＶ検出器、波長２１０ｎｍ
停止時間：８．０分
掲載時間（post time）：０．０分
最大圧力：２５０バール
溶離液Ａ：１０ ｍＭ ＫＨ２ＰＯ４，ｐＨ ２．５
溶離液Ｂ：アセトニトリル
Figure 2017535249
マトリックス：発酵ブロス、生体変換混合物
０．２２μｍを通して試料を濾過する
Figure 2017535249

Claims (33)

  1. アクリルアミド水溶液の製造方法であって、以下の工程、
    （ａ）以下の成分（ｉ）〜（ｉｉｉ）、
    （ｉ）アクリロニトリルをアクリルアミドに変換することができる生体触媒、
    （ｉｉ）アクリロニトリル、及び
    （ｉｉｉ）水、
    を反応器に添加して、生体変換のための組成物を得る工程と、
    （ｂ）工程（ａ）で得た組成物に生体変換を行う工程と、
    （ｃ）アクリロニトリルをさらに添加し、工程（ｂ）の間に、アクリロニトリルの含有量を、反応器中の組成物の総質量に基づいて０．３質量％以上に、１０分〜４８時間、好ましくは１５分〜２４時間、より好ましくは３０分〜１８時間、最も好ましくは１時間〜１２時間維持する工程と、
    を含む、方法。
  2. アクリルアミド水溶液の製造方法であって、以下の工程、
    （ａ）以下の成分（ｉ）〜（ｉｉｉ）、
    （ｉ）アクリロニトリルをアクリルアミドに変換することができる生体触媒、
    （ｉｉ）アクリロニトリル、及び
    （ｉｉｉ）水、
    を反応器に添加して、生体変換のための組成物を得る工程と、
    （ｂ）工程（ａ）で得た組成物に生体変換を行う工程と、
    （ｃ）アクリロニトリルをさらに添加し、工程（ｂ）の間に、アクリルアミドの含有量が、反応器中の組成物の総質量に基づいて、少なくとも２０質量％、好ましくは少なくとも２５質量％、より好ましくは少なくとも３０質量％、さらにより好ましくは少なくとも３５質量％、一層より好ましくは少なくとも４０質量％、一層より好ましくは少なくとも４２．５質量％、一層より好ましくは少なくとも４５質量％、一層より好ましくは少なくとも４７．５質量％、最も好ましくは少なくとも５０質量％に至るまで、アクリロニトリルの含有量を０．３質量％以上に維持する工程と、
    を含む、方法。
  3. アクリルアミド水溶液のアクリル酸の濃度を低下させる方法であって、前記アクリルアミド水溶液が、生体触媒を用いてアクリロニトリルをアクリルアミドに変換するプロセスにより製造されるものであり、前記方法が、以下の工程、
    （ａ）以下の成分（ｉ）〜（ｉｉｉ）、
    （ｉ）アクリロニトリルをアクリルアミドに変換することができる生体触媒、
    （ｉｉ）アクリロニトリル、及び
    （ｉｉｉ）水、
    を反応器に添加して、生体変換のための組成物を得る工程と、
    （ｂ）工程（ａ）で得た組成物に生体変換を行う工程と、
    （ｃ）アクリロニトリルをさらに添加し、工程（ｂ）の間に、アクリロニトリルの含有量を、反応器中の組成物の総質量に基づいて０．３質量％以上に維持する工程と、
    を含む、方法。
  4. 生体変換の完了時の組成物のアクリル酸の濃度が、１５００ｐｐｍ以下、好ましくは１２００ｐｐｍ以下、より好ましくは１０００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは７５０ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは５００ｐｐｍ以下、一層より好ましくは３００ｐｐｍ以下、一層より好ましくは２００ｐｐｍ以下、最も好ましくは１００ｐｐｍ以下である（ここで、ｐｐｍの表示が、それぞれ、質量部に関し、生体変換の完了時の組成物の総質量に基づくものである）、請求項１、２又は３に記載の方法。
  5. アクリルアミド水溶液の製造方法であって、以下の工程、
    （ａ）以下の成分（ｉ）〜（ｉｉｉ）、
    （ｉ）アクリロニトリルをアクリルアミドに変換することができる生体触媒、
    （ｉｉ）アクリロニトリル、及び
    （ｉｉｉ）水、
    を反応器に添加して、生体変換のための組成物を得る工程と、
    （ｂ）工程（ａ）で得た組成物に生体変換を行う工程と、
    （ｃ）アクリロニトリルをさらに添加し、工程（ｂ）の間に、アクリロニトリルの含有量を、反応器中の組成物の総質量に基づいて０．３質量％以上に維持する工程と、
    （ｄ）生体変換の完了時の組成物のアクリル酸の濃度が、１５００ｐｐｍ以下、好ましくは１２００ｐｐｍ以下、より好ましくは１０００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは７５０ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは５００ｐｐｍ以下、一層より好ましくは３００ｐｐｍ以下、一層より好ましくは２００ｐｐｍ以下、最も好ましくは１００ｐｐｍ以下である組成物を得る工程（ここで、ｐｐｍの表示が、それぞれ、質量部に関し、生体変換の完了時の組成物の総質量に基づくものである）と、
    を含む、方法。
  6. 前記方法の工程（ａ）〜（ｃ）の間に、生体触媒、アクリロニトリル及び水が、生体触媒０．００１〜０．５質量％、アクリロニトリル２２〜４５質量％、及び１００質量％までの残りの水の質量比で；好ましくは、生体触媒０．００５〜０．２質量％、アクリロニトリル２６〜４２質量％、及び１００質量％までの残りの水の質量比で；より好ましくは生体触媒０．０１〜０．１質量％、アクリロニトリル３０〜４０質量％、及び１００質量％までの残りの水の質量比で；最も好ましくは生体触媒０．０１５〜０．０６５質量％、アクリロニトリル３５〜３９質量％、及び１００質量％までの残りの水の質量比で添加する（ここで、質量％の表示は、いずれの場合にも、工程（ａ）〜（ｃ）の間に添加される生体触媒、アクリロニトリル及び水を組み合わせた質量の合計質量の総質量（１００質量％）に基づくものである）、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 工程（ｂ）における生体変換が、５℃〜４０℃で１０分〜４８時間、好ましくは５℃〜３５℃で１０分〜４８時間、より好ましくは１５℃〜３０℃で１０分〜４８時間、最も好ましくは２０℃〜２８℃で１０分〜４８時間行われる、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
  8. アクリロニトリルの含有量が、工程（ｂ）の間に、６質量％以下、好ましくは５質量％以下、より好ましくは４質量％以下、最も好ましくは３質量％以下に維持される（ここで、質量％の表示が、それぞれ反応器中の組成物の総質量に基づくものである）、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 工程（ｂ）の間に、アクリロニトリルの含有量を０．３質量％以上に維持することが、
    （ｉ）第１の期間中にアクリロニトリルの含有量を第１の範囲に維持する工程と、
    （ｉｉ）アクリロニトリルの含有量を第２の範囲に低下させる工程と、
    （ｉｉｉ）第２の期間中にアクリロニトリルの含有量を第２の範囲に維持する工程と、
    を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 工程（ｂ）が、
    （ｉ）３０分〜４時間の第１の期間中に、アクリロニトリルの含有量を１．２質量％〜６質量％の第１の範囲に維持する工程と、
    （ｉｉ）アクリロニトリルの含有量を第２の範囲に低下させる工程と、
    （ｉｉｉ）３０分〜２４時間の第２の期間中にアクリロニトリルの含有量を０．３質量％〜１．２質量％の第２の範囲に維持する工程と、
    を含む（ここで、質量％の表示が、それぞれ反応器中の組成物の総質量に基づくものである）、請求項９に記載の方法。
  11. 工程（ｂ）が、
    （ｉ）３０分〜３時間の第１の期間中に、アクリロニトリルの含有量を１．２質量％〜４質量％の第１の範囲に維持する工程と、
    （ｉｉ）アクリロニトリルの含有量を第２の範囲に低下させる工程と、
    （ｉｉｉ）３０分〜１２時間の第２の期間中にアクリロニトリルの含有量を０．５質量％〜１．１質量％の第２の範囲に維持する工程と、
    を含む（ここで、質量％の表示が、それぞれ反応器中の組成物の総質量に基づくものである）、請求項１０に記載の方法。
  12. 工程（ｂ）が、
    （ｉ）３０分〜２時間の第１の期間中に、アクリロニトリルの含有量を１．３質量％〜３質量％の第１の範囲に維持する工程と、
    （ｉｉ）アクリロニトリルの含有量を第２の範囲に低下させる工程と、
    （ｉｉｉ）１時間〜８時間、好ましくは１時間〜５時間の第２の期間中にアクリロニトリルの含有量を０．６質量％〜１．０質量％の第２の範囲に維持する工程と、
    を含む（ここで、質量％の表示が、それぞれ反応器中の組成物の総質量に基づくものである）、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記方法が、セミバッチプロセスを用いて行われる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. 工程（ｂ）中のアクリロニトリル含有量及び／又はアクリルアミド含有量が、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）を用いて測定される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記生体触媒が、酵素ニトリルヒドラターゼをコードする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
  16. 生体触媒が、Rhodococcus、Aspergillus、Acidovorax、Agrobacterium, Bacillus、Bradyrhizobium、Burkholderia、Escherichia、Geobacillus、Klebsiella、Mesorhizobium、Moraxella、Pantoea、Pseudomonas、Rhizobium、Rhodopseudomonas、Serratia、Amycolatopsis、Arthrobacter、Brevibacterium、Corynebacterium、Microbacterium、Micrococcus、Nocardia、Pseudonocardia、Trichoderma、Myrothecium、Aureobasidium、Candida、Cryptococcus、Debaryomyces、Geotrichum、Hanseniaspora、Kluyveromyces、Pichia、Rhodotorula、Comomonas及びPyrococcusからなる群から選択される、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
  17. 生体触媒が、Rhodococcus、Pseudomonas、Escherichia及びGeobacillusからなる群から選択される、請求項１６に記載の方法。
  18. 生体触媒が、Rhodococcus rhodochrous、Rhodococcus pyridinovorans、Rhodococcus erythropolis、Rhodococcus equi、Rhodococcus ruber、Rhodococcus opacus、Aspergillus niger、Acidovorax avenae、Acidovorax facilis、Agrobacterium tumefaciens、Agrobacterium radiobacter、Bacillus subtilis、Bacillus pallidus、Bacillus smithii、Bacillus sp BR449、Bradyrhizobium oligotrophicum、Bradyrhizobium diazoefficiens、Bradyrhizobium japonicum、Burkholderia cenocepacia、Burkholderia gladioli、Escherichia coli、Geobacillus sp. RAPc8、Klebsiella oxytoca、Klebsiella pneumonia、Klebsiella variicola、Mesorhizobium ciceri、Mesorhizobium opportunistum、Mesorhizobium sp F28、Moraxella、Pantoea endophytica、Pantoea agglomerans、Pseudomonas chlororaphis、Pseudomonas putida、Rhizobium、Rhodopseudomonas palustris、Serratia liquefaciens、Serratia marcescens、Amycolatopsis、Arthrobacter、Brevibacterium sp CH1、Brevibacterium sp CH2、Brevibacterium sp R312、Brevibacterium imperiale、Brevibacterium casei、Corynebacterium nitrilophilus、Corynebacterium pseudodiphteriticum、Corynebacterium glutamicum、Corynebacterium hoffmanii、Microbacterium imperiale、Microbacterium smegmatis、Micrococcus luteus、Nocardia globerula、Nocardia rhodochrous、Nocardia sp 163、Pseudonocardia thermophila、Trichoderma、Myrothecium verrucaria、Aureobasidium pullulans、Candida famata、Candida guilliermondii、Candida tropicalis、Cryptococcus flavus、Cryptococcus sp UFMG- Y28、Debaryomyces hanseii、Geotrichum candidum、Geotrichum sp JR1、Hanseniaspora、Kluyveromyces thermotolerans、Pichia kluyveri、Rhodotorula glutinis、Comomonas testosteroni、Pyrococcus abyssi、Pyrococcus furiosus及びPyrococcus horikoshiiからなる群から選択される、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
  19. 生体触媒がRhodococcus rhodochrousである、請求項１８に記載の方法。
  20. 生体触媒がRhodococcus pyridinovoransである、請求項１８に記載の方法。
  21. 生体触媒が、反応器に添加される前に乾燥された、請求項１から２０のいずれか一項に記載の方法。
  22. 生体触媒が、凍結乾燥、噴霧乾燥、加熱乾燥、真空乾燥、流動床乾燥及び／又は噴霧造粒を用いて乾燥され、噴霧乾燥及び凍結乾燥が好ましい、請求項２１に記載の方法。
  23. 乾燥した生体触媒を反応器に添加する、請求項２１又は２２に記載の方法。
  24. 乾燥した生体触媒が、反応器に添加される前に再構成される、請求項２１又は２２に記載の方法。
  25. 生体触媒が、水性組成物中に懸濁することにより再構成される、請求項２４に記載の方法。
  26. 請求項１から２５のいずれか一項に記載の方法により得ることができる、アクリルアミド水溶液。
  27. １５００ｐｐｍ以下、好ましくは１０００ｐｐｍ以下、より好ましくは７５０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは５００ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは３００ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは２００ｐｐｍ以下、最も好ましくは１００ｐｐｍ以下のアクリル酸濃度を有する３５〜６５質量％のアクリルアミドを含む（ここで、質量％及びｐｐｍの表示がそれぞれ溶液の総質量に基づくものであり、ｐｐｍがそれぞれ質量部に関する）、特に請求項２６に記載のアクリルアミド水溶液。
  28. アクリルアミドの含有量及び／又はアクリル酸の濃度が、ＨＰＬＣを用いて決定される、請求項２６又は２７に記載のアクリルアミド水溶液。
  29. 請求項２６から２８のいずれか一項に記載の水溶液のアクリルアミドを重合することにより得ることができる、アクリルアミドホモポリマー又はコポリマー。
  30. ６０，０００ｐｐｍ以下、好ましくは２０，０００ｐｐｍ以下、より好ましくは１０，０００ｐｐｍ以下、最も好ましくは２，０００ｐｐｍ以下のアクリル酸の含有量を有する（ここで、ｐｐｍの表示が、それぞれ質量部に関し、それぞれ固体アクリルアミドホモポリマー又はコポリマーの総質量に基づくものである）、特に請求項２９に記載のアクリルアミドホモポリマー又はコポリマー。
  31. アクリルアミドホモポリマーが、カチオン性ポリアクリルアミドである、請求項２９又は３０に記載のアクリルアミドホモポリマー又はコポリマー。
  32. アクリル酸の含有量が、ＮＭＲ分光分析法を用いて決定される請求項２９から３１のいずれか一項に記載のアクリルアミドホモポリマー又はコポリマー。
  33. 請求項２９から３２のいずれか一項に記載のアクリルアミドホモポリマー又はコポリマーの海水中の溶液。
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