JP2021511307A - 連続クロマトグラフィー工程を用いた天然l−システイン結晶の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
こうした背景の下、本発明者らは、L−システイン結晶の純度及び収率を増加させるために鋭意努力した結果、高収率、高純度だけでなく、効率的に生産性を向上させることができ、用水使用量を少なくすることができるという利点を有する精製方法を見出した。
また、本発明は、前記L−システイン結晶の製造方法により製造されたL−システイン結晶を提供することを目的とする。
なお、本願で開示される各説明及び実施形態はそれぞれの他の説明及び実施形態にも適用される。すなわち、本願で開示される様々な要素のあらゆる組み合わせが本発明に含まれる。また、以下の具体的な記述に本発明が限定されるものではない。
前記連続クロマトグラフィー装置に注入される発酵液のpHは、製造方法により異なるが、2.5〜10.0、2.5〜9.5、3.0〜9.0、3.5〜8.5、3.5〜7.5、4.5〜7.0、5.0〜6.0のpHであってもよい。前記発酵液は、それ自体が連続クロマトグラフィー工程の原料液として用いられてもよく、ステップ(a)の前に、L−システインを含む発酵液のpHが2.5〜9.5、具体的には3.0〜9.0、より具体的には3.5〜8.5、さらに具体的には3.5〜7.5、4.5〜7.0又は5.0〜6.0になるように調整するステップをさらに含んでもよい。しかし、これらに限定されるものではない。例えば、硫酸、塩酸などの酸や、水酸化ナトリウム(苛性ソーダ)、アンモニア、水酸化リチウム、水酸化カリウムなどの塩基を添加して調整することができるが、これらに限定されるものではない。前記pH調整剤は、L−システインの構造に影響を及ぼさず、最終的にL−システインの結晶が得られるものであれば、当業者が適宜選択して用いることができる。
前記希釈又は濃縮した発酵液のL−システイン濃度は、10〜180g/L、具体的には10〜150g/Lに調節してもよいが、連続クロマトグラフィー工程の回収率及び連続クロマトグラフィー工程で得られた分離液の品質(具体的には、分離液から水分を除いた固形分のL−システイン含有量)に大きく影響を与える因子ではないので、連続クロマトグラフィー工程の原料として用いられるL−システインを含む発酵液の濃度を調節する過程は、L−システインを分離及び精製する上で必須の過程ではない。ただし、濃度が180g/L以上に調節されると、L−システインの濃度がL−システインの溶解度より高くなり、回収に適さない低品質のL−システイン結晶が発生し、連続クロマトグラフィー工程の回収率低下をもたらすことがある。連続クロマトグラフィー工程の原料液の濃度が高いと、L−システインの処理量に対する連続クロマトグラフィー工程で用いられる用水量を節減することができる。これらの特徴は、L−システインとイオン交換樹脂の最大吸着量により用水使用量が決定されるイオン交換工程においては見受けられない。
前記課題を解決するための本発明の他の態様は、前述したL−システイン結晶の製造方法により製造されたL−システイン結晶を提供する。
試験方法
本願の実施例において用いられる共通の分析方法は次の通りである。
本願においてL−システインの純度及び濃度を分析するためのHPLC分析条件は次の通りである。
カラム:HP C18(150mm×3.9mm;5μm)
移動相:Acetonitrile/Water/Heptafluorobutyric acid(8/92/0.1)
流速:0.425mL/min
温度:30度
検出:UV at 220nm
試料注入体積:2uL
(2)L−システイン結晶の純度測定方法
本願におけるL−システイン結晶の品質は、L−システインの純度に基づいて評価し、その方法は次の順序による。
本願における発酵液又はクロマトグラフィー工程による分離液の品質は、溶液から水分を除去して得た固形分のL−システイン含有量に基づいて評価し、その方法は次の順序による。
(c) ステップ(b)の容器を105℃の強制循環オーブンに3時間放置して残留水分を除去し、その後シリカゲルを入れた真空乾燥器に1時間放置して温度を常温まで冷却し、重量差を用いて除去された水分量を定量し、それを用いて測定対象の溶液の固形分の質量に対する含有量を換算するステップ([固形分の質量に対する含有量]は([溶液の質量]−[除去された水分の質量])/[溶液の質量])。
(e) 分析対象の溶液のL−システイン濃度をHPLCにより測定するステップ。
(f) 分析対象の溶液から水分を除去した固形分のL−システイン含有量を、溶液の固形分の質量に対する含有量、密度、L−システイン濃度により換算するステップ([溶液から水分を除去した固形分のL−システイン含有量]は[L−システイン濃度]/[溶液の密度]/[溶液の固形分の質量に対する含有量])。
(1)L−システインを含む発酵液の作製
発酵培地からO−ホスホセリンを生産する微生物を培養してO−ホスホセリン発酵液を得て、その後前記発酵液をO−ホスホセリンスルフヒドリラーゼ(OPS sulfhydrase)により硫化物と酵素変換反応させ、L−システインを含む発酵液を得た。
スチーム圧力:2bar
最大注入量:100L
工程液強制循環流速:10L/min
蒸発速度:約25L/hr
(2)連続クロマトグラフィー装置を用いてL−システインが分離された分離液を得る
L−システインが分離された分離液を得るために、SMBクロマトグラフィー装置を用いた。SMBクロマトグラフィー装置の模式図を図2に示す。
前記分離液のL−システイン濃度が400g/Lになるまで薄膜濃縮管と強制循環式濃縮管を直列に連結して濃縮した。濃縮中にL−システイン結晶が析出し、濃縮が終わった直後のL−システイン結晶スラリーの温度は55℃であった。濃縮条件は次の通りである。
スチーム圧力:2bar
最大注入量:100L
工程液強制循環流速:10L/min
蒸発速度:約10L/hr
(4)冷却及びL−システイン結晶の回収
当該L−システイン結晶スラリーを攪拌しながらジャケットタンクにおいて15℃まで4時間かけて一定の冷却速度で冷却し、冷却終了温度と同じ温度で2時間攪拌した。その後、L−システイン結晶をL−システイン結晶スラリーからバスケット遠心分離機により固液分離した。前記バスケット遠心分離機の分離条件は次の通りである。
洗浄液:3次蒸留水
フィルター種類:Polyamide multifilament fiber filter fabric
フィルター空気透過度:250L/m2/s(at 2mbar)
Bowl回転速度:3,000rpm
Bowl回転時間:20min
分離中にL−システイン結晶スラリーの体積の20%に相当する洗浄水を投入した。分離後に、流動層乾燥器を用いて70℃で2時間以上乾燥させて残留水分を0.2%以下に下げ、最終的にL−システイン結晶を製造した。
実験例1−イオン交換樹脂の種類による評価
SMBクロマトグラフィー装置に搭載される固定相樹脂のみ変更し、それ以外は前記製造例と同様にL−システイン結晶を製造した。具体的には、固定相として用いる樹脂は、産業的な使用に遜色がないように大量生産が可能であることを必須条件として選定し、官能基を基準に弱酸性のカルボキシ基、強塩基性のトリメチルアミノ基、弱塩基性の3級アミノ基を有するもの、官能基を有しないものを含むように選定した。
L−システインを含む発酵液のpHのみ変更し、それ以外は前記製造例(TRILITE(登録商標) MCK32L使用)と同様にL−システイン結晶を製造した。具体的には、製造例と同様にL−システインを含む発酵液を得て、その後98%硫酸又は50%苛性ソーダ溶液を用いて当該発酵液のpHを2.5〜9.5に様々に調整した。
分離液を濃縮した濃縮液の濃度のみ100〜800g/Lに変更し、それ以外は前記製造例(TRILITE(登録商標) MCK32L使用)と同様にL−システイン結晶を製造した。
実験例3でSMBクロマトグラフィー分離液の濃度が100g/Lの場合に15℃まで冷却してもL−システイン結晶が生成されなかった濃縮液を攪拌しながらジャケットタンクにおいて−10℃まで2時間30分かけて一定の冷却速度で冷却し、冷却終了時の温度と同じ温度で12時間攪拌した。その結果、L−システイン結晶が生成された。それを減圧膜濾過装置により固液分離し、100mlの洗浄水を投入し、35℃でオーブン乾燥機にて12時間乾燥して残留水分を12.0%以下に下げ、最終的にL−システイン結晶を製造した。L−システイン結晶の純度は99.7%であり、結晶化工程の回収率は4.2%であった。
L−システイン結晶スラリーの冷却温度のみ変更し、それ以外は前記製造例と同様にL−システイン結晶を製造した。具体的には、当該L−システイン結晶スラリーを冷却せずに55℃で2時間かけて攪拌したもの、及び当該L−システイン結晶スラリーを攪拌しながら10℃/hの冷却速度で0℃から45℃まで様々な温度に冷却したものを含む計5回の結晶化実験を行った。それぞれの実験に用いたL−システインスラリーの初期体積は1Lであった。
SMBクロマトグラフィーの原料として用いられるL−システインを含む発酵液(pH5.5)の濃度のみ変更し、それ以外は前記製造例と同様にL−システイン結晶を製造した。具体的には、前記製造例で得られた濃度26g/LのL−システイン発酵液をそのままSMBクロマトグラフィー原料液として用いるもの、水で希釈してL−システイン濃度を10g/LにしてSMBクロマトグラフィー原料液として用いるもの、薄膜濃縮器で濃縮してL−システイン濃度を60g/L〜150g/LにしてSMBクロマトグラフィー原料液として用いるものを含む計6件の実験を行った。L−システイン濃度を180g/Lまで濃縮すると、L−システイン結晶が析出したのでSMBクロマトグラフィー工程を行わなかった。前述したように析出したL−システイン結晶は、微結晶として析出するので分離が難しく、また純度も50%以下と非常に低かった。
Claims (15)
- (a)強酸性陽イオン交換樹脂を固定相とする連続クロマトグラフィー装置に、L−システインを含むpH3.0〜9.0の発酵液を注入し、その後分離液を得るステップと、
(b)前記分離液を濃縮するステップと、
(c)その濃縮液からL−システイン結晶を回収するステップとを含む、L−システイン結晶の製造方法。 - ステップ(a)の前に、L−システインを含む発酵液をpH3.5〜7.5になるように調整するステップをさらに含む、請求項1に記載のL−システイン結晶の製造方法。
- ステップ(a)の前に、L−システインを含むpH3.0〜9.0の発酵液を濃縮するステップをさらに含む、請求項1又は2に記載のL−システイン結晶の製造方法。
- ステップ(a)における前記強酸性陽イオン交換樹脂は硫酸官能基を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のL−システイン結晶の製造方法。
- ステップ(a)における前記強酸性陽イオン交換樹脂は、硫酸官能基を有するスチレン−ジビニルベンゼン共重合体である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のL−システイン結晶の製造方法。
- ステップ(a)における前記連続クロマトグラフィー装置は擬似移動床(simulated moving bed, SMB)クロマトグラフィー装置である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のL−システイン結晶の製造方法。
- ステップ(a)における前記分離液は、水分を除いた固形分のL−システイン含有量が85%(w/w)以上である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のL−システイン結晶の製造方法。
- ステップ(a)における連続クロマトグラフィーの収率は、注入される発酵液に対する、得られる分離液のL−システインの割合で、50%(w/w)以上である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のL−システイン結晶の製造方法。
- ステップ(b)は、前記分離液のL−システイン濃度が200〜800g/L未満になるように濃縮するステップである、請求項1〜8のいずれか一項に記載のL−システイン結晶の製造方法。
- ステップ(b)は、前記分離液のL−システイン濃度が300〜700g/Lになるように濃縮するステップである、請求項1〜9のいずれか一項に記載のL−システイン結晶の製造方法。
- ステップ(c)の前に、前記濃縮液を冷却するステップをさらに含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載のL−システイン結晶の製造方法。
- 前記濃縮液は、0〜30℃の温度まで冷却される、請求項11に記載のL−システイン結晶の製造方法。
- ステップ(c)で結晶を回収して得られた濾液をステップ(a)の発酵液又はステップ(b)の分離液に添加するステップを含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載のL−システイン結晶の製造方法。
- 製造されたL−システイン結晶の純度は98%(w/w)以上である、請求項1〜13のいずれか一項に記載のL−システイン結晶の製造方法。
- 請求項1〜14のいずれか一項に記載の製造方法により製造されたL−システイン結晶。
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