JP3178831B2 - アミノ酸の分離方法 - Google Patents

アミノ酸の分離方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は例えば合成法、発酵法、酵素法、タンパク
質分解法等のアミノ酸製造法により生成するアミノ酸混
合水性溶液より芳香族アミノ酸を分離する方法に関す
る。
〔従来の技術〕
吸着法によるアミノ酸の分離方法としては従来よりイ
オン交換法が知られている。この方法の一例として種々
のアミノ酸水溶液を強酸性イオン交換樹脂で処理する場
合、樹脂は遊離型つまりH型にしてアミノ酸を吸着さ
せ、これをアンモニア水で溶離する方法がある。この方
法はアミノ酸が両性電解質であるということを利用しイ
オン交換樹脂の官能基と一旦イオン結合させるものであ
る。従ってアミノ酸溶液はアミノ酸を陽イオンとするた
めにpHを下げ、イオン交換樹脂で処理し、その後イオン
結合により樹脂に吸着したアミノ酸は溶離剤としてアン
モニア水で処理しpHを上げアンモニウムイオンとイオン
交換することにより溶離することができる。さらに該イ
オン交換樹脂は塩酸、硫酸等の鉱酸により再生し、H型
としたのち、再びアミノ酸吸着に供される。
例えば特開昭56−73050号公報にはマクロポーラス型
の強酸性イオン交換樹脂を用いて水溶液、水性アルコー
ル溶液またはアルコール溶液中の芳香族アミノ酸を精製
する方法が記載されているがこの方法においてもイオン
交換樹脂をH型とし該アミノ酸をイオン吸着させた後ア
ンモニア水溶液で溶離させるものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
このようなイオン交換法の大きな欠点は、pH調整剤あ
るいは再生剤として酸を使用し、また溶離剤としてアン
モニア水を使用することである。ここで使用された酸
は、いずれは中和して排液として系外に排出されなけれ
ばならない。溶離剤として使用されたアンモニアは分離
目的物質であるアミノ酸に同伴するため、アミノ酸を単
離するためにはこれを除去する必要がある。さらにはこ
の除去したアンモニアを系外に排出するためには中和す
るだけではなく公害上問題となる窒素分を何らかの方法
で除去しなければならない等工業的に実施するには付随
する問題が多く発生する。
この発明の目的は、上記のような従来法の欠点がな
く、しかも特定のアミノ酸と不純物とが共存する溶液中
からそのアミノ酸を効率よく分離する方法を提供するこ
とである。
〔課題を解決するための手段〕
この発明は、分子中に芳香環を有するアミノ酸を含有
する溶液を、アルカリ金属塩型またはアルカリ土類金属
塩型に調整したゲル型強酸性カチオン交換樹脂で処理す
ることを特徴とするアミノ酸の分離方法である。
この発明に従えば、吸着したアミノ酸の溶離操作は酸
あるいはアルカリでなく、純水で行うことが可能であ
り、イオン交換樹脂に結合したナトリウム等のイオン
は、処理の前後を通じて結合したまま溶離されない。す
なわち、樹脂はそのまま次の分離処理に供することがで
きる。
そもそも、当業者の化学的・技術的常識からすれば、
アルカリ金属塩型またはアルカリ土類金属塩型にしたイ
オン交換樹脂でアミノ酸混合液を処理することにより、
選択的にアミノ酸をイオン交換分離できるはずがないの
であり、その点から言っても、本発明は極めて驚くべき
ものと言えよう。
この発明を適用できるアミノ酸は、トリプトファン、
フェニルアラニン、チロシンならびにこれらのアルキル
誘導体、ヒドロキシ誘導体、アルコキシ誘導体ならびに
アセチル化誘導体等の芳香族アミノ酸ならびにこれらの
置換誘導体であり、フェニルグリシン、4−ヒドロキシ
または4−メトキシフェニルグリシン、フェニルアラニ
ン、4−メチル−、2,3−ジメチル−、4−イソプロピ
ル−、4−クロル、4−フルオル、2−ブロム、4−ニ
トロ、4−アミノ、4−メトキシ、4−アセトキシ、3,
4−メチレン、3,4−ジヒドロキシ、2−ヒドロキシ、ま
たは4−メルカプト−フェニルアラニン、チロシン、チ
ロキシン、チロニン、フェニルセリン、キヌレニン、ト
リプトファン、2−メチル、5−メチル、2−ヒドロキ
シまたは5−ヒドロキシ−トリプトファン、フリルアラ
ニン、チエニルアラニン、ナフチルアラニン、またはピ
リジルアラニン等が例示される。
この発明の対象となる被処理溶液は上記芳香族アミノ
酸ならびにこれらの置換誘導体の少なくとも一種を溶解
しているものである。被処理溶液の溶媒は、水または水
性溶媒であり、合成法、発酵法、酵素法、タンパク質分
解法等のアミノ酸製造法において通常混入するアミノ酸
以外の不純物はこの方法において支障にはならない。
被処理液中に含まれる脂肪族アミノ酸としては、グリ
シン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セ
リン、スレオニン、プロリン、メチオニン、アルギニ
ン、ヒスチジン、リジン、アスパラギン酸、グルタミン
酸等が例示される。
これら非芳香族アミノ酸は芳香族アミノ酸に比較し
て、アルカリ金属塩型またはアルカリ土類金属塩型に調
整したゲル型強酸性カチオン交換樹脂に対し、遥かに吸
着され難いので、非芳香族アミノ酸と混合して存在する
分離すべき芳香族アミノ酸を、本発明の処理により、特
異的に樹脂に吸着せしめて分離することができる。
この発明が適用できる被処理液中の芳香族アミノ酸の
濃度範囲は、該アミノ酸が溶解していればよく、その濃
度によらないが例えばトリプトファンについて0.01%か
ら20%、好ましくは0.05%から10%である。フェニルア
ラニンについては0.01%から25%、好ましくは0.05%か
ら15%である。チロシンについては0.001%から10%、
好ましくは0.005%から5%である。
この発明が適用できる被処理液中に共存する脂肪族ア
ミノ酸の濃度範囲は、該アミノ酸が溶解していればよ
く、その濃度によらないが例えば0.01%から80%で、好
ましくは、0.01%から30%、より好ましくは0.02%から
25%である。セリンについては0.01%から50%、好まし
くは0.02%から40%である。アラニンについては0.01%
から25%、好ましくは0.02%から20%である。
この発明におけるゲル型強酸性イオン交換樹脂として
は、スチレン−ジビニルベンゼン共重体のスルホン化物
が用いられる。この種の陽イオン交換樹脂はレバチット
S100、同S109、同MDS1368、同TSW40(以上バイエル社
製)、ダイヤイオンSK1B(三菱化成社製)、ダウエック
スHCR−S、50WX1、50WX2(ダウケミカル社製)、アン
バーライトIR120、同IR122(以上ロームアンドハース社
製)等各種の商標のもとに市販されている。
これら陽イオン交換樹脂を本目的に供するにはアルカ
リ金属塩型またはアルカリ土類金属塩型のものが必要
で、市販のものがなければH型のイオン交換樹脂から調
製する必要がある。この塩種としては、Li,Na,K,Rb,Cs,
Be,Mg,Ca,Sr,Baのうちから選ばれた一種以上の金属の塩
が適宜用いられ、特にNa塩およびK塩が好ましい。イオ
ン交換樹脂をアルカリ金属塩型またはアルカリ土類金属
塩型とするには、公知のごとくH型のイオン交換樹脂を
アルカリ金属の水酸化物例えば水酸化ナトリウム、水酸
化カリウム、ハロゲン化物、硫酸塩;アルカリ土類金属
のハロゲン化物、硫酸塩等の水溶液と接触処理すればよ
い。
次に、この発明における吸着操作の一例を述べる。
アルカル金属塩型またはアルカリ土類金属塩型にした
上記イオン交換樹脂をカラムに充填し、分離すべきアミ
ノ酸を含有する被処理液を、該充填層に上向流あるいは
下向流により通液し、接触処理する。
被処理液のpHは好ましくは2〜12さらに好ましくは4
〜11である。
カラム操作時の流体速度には制限はないが、通常SV0.
1〜100Hr-1の範囲、好ましくは0.3〜60の範囲である。
吸着したアミノ酸を溶離するためには、アミノ酸を吸
着したイオン交換樹脂に酸またはアルカリを実質的に含
まない水を接触させる。所望により有機溶剤、あるいは
有機溶剤と水との混合物等を使用することも可能であ
る。
上記の吸着溶離方法を実施するための操作温度に制限
はないが、通常0℃〜100℃の範囲で操作される。また
吸着時の操作温度と溶離時の操作温度は同一であっても
同一でなくてもよいが、相対的に低温で吸着する方が高
い吸着容量を得ることができ、高温で溶離する方が溶離
剤量を低減できるので有利である。
上記溶離操作において、なんら特殊な溶離剤を必要と
しないことは、この発明の方法の特徴として強調したい
点である。
なお、さらに付け加えると、アルカリ金属等はイオン
交換樹脂に常に固定されたままであり、アミノ酸含有溶
液と接触させている間や溶離操作の間も実質的に溶出さ
れないことが本発明の大きな特徴の一つである。このよ
うな現象から推察すると、本発明において、イオン交換
樹脂に吸着されるアミノ酸は、いわゆる「イオン交換」
により固定されるのではなく、むしろ、一種の「吸蔵」
により、イオン交換樹脂に固定されるのではないかと思
わっれる。正確なメカニズムはいまのところ不明であ
る。
なお、この方法の操作はカラム式ではなく、槽型容器
等を使用するバッチ式によっても差し支えない。
〔実 施 例〕
以下に実施例でこの発明を詳細に説明する。以下にお
いて%は溶液中の重量基準濃度である。溶液中の組成成
分分析には液体クロマトグラフィーを用いた。
実施例1 直径16.0mmのカラムにバイエル社製強酸性陽イオン交
換樹脂レバチットTSW40Na型を高さ500mmまで充填しジャ
ケットに温水を流通させ30℃に維持するようにした。
被処理液であるアミノ酸溶液としてはトリプトファ
ン、セリン、グリシン各1.0%インドール0.1%の組成を
もつ水溶液(原液)を用いた。
上記カラムに原液をSV2の流速で下向流により400ml供
給しカラム出口より処理液400mlを得た。処理液の組成
はトリプトファン0.01%以下、セリン0.98%、グリシン
0.99%、インドール0.1%であった。
上記吸着操作に引続き溶離剤として純水をSV2の流速
で下向流により400ml供給しカラム出口より溶離液400ml
を得た。溶離液の組成はトリプトファン0.95%、セリン
0.02%、グリシン0.01%、インドール0.001%以下であ
った。
溶離液へのトリプトファンの回収率は95%、セリン、
グリシンの排除率はそれぞれ98%および99%であった。
純水で溶離したあとの樹脂をそのまま使用して再度同
様の吸着分離操作を試み、ほぼ同様の分離結果を得た。
実施例2 実施例1の強酸性陽イオン交換樹脂をバイエル社製レ
バチットMDS1368K型に替え他は同じ条件として次の結果
を得た。
処理液中濃度 溶離液中濃度 トリプトファン 0.01%以下 0.96% セ リ ン 0.98% 0.01%以下 グ リ シ ン 0.98% 0.01%以下 インドール 0.1 % 0.001%以下 溶離液へのトリプトファンの回収率は96%、セリン、
グリシンの排除率はいずれも98%であった。
純水で溶離したあとの樹脂をそのまま使用して再度同
様の吸着分離操作を試み、ほぼ同様の分離結果を得た。
実施例3 実施例1と同じカラム条件で原液としてフェニルアラ
ニン1.0%、チロシン0.05%を含む溶液を400ml処理した
ところカラム出口からの流出液400ml中のフェニルアラ
ニン、チロシンはともに0.001%以下であった。
溶離液へのフェニルアラニン、チロシンの回収率はい
ずれも99%であった。
純水で溶離したあとの樹脂をそのまま使用して再度同
様の吸着分離操作を試み、ほぼ同様の分離結果を得た。
実施例4 実施例1の強酸性陽イオン交換樹脂をバイエル社製レ
バチットS100Na型に替え原液としてN−アセチルトリプ
トファン1.0%を含む溶液を400ml処理したところカラム
出口からの流出液400ml中のN−アセチルトリプトファ
ンは0.001%以下であった。
純水で溶離したあとの樹脂をそのまま使用して再度同
様の吸着分離操作を試み、ほぼ同様の分離結果を得た。
実施例5 実施例1の強酸性陽イオン交換樹脂をバイエル社製レ
バチットTSW40Ca型に替え他は同じ条件として次の結果
を得た。
処理液中濃度 溶離液中濃度 トリプトファン 0.01%以下 0.96% セ リ ン 0.98% 0.01%以下 グ リ シ ン 0.98% 0.01%以下 溶離液へのトリプトファンの回収率は96%、セリン、
グリシンの排除率はいずれも98%であった。
実施例6 実施例1において強酸性陽イオン交換樹脂をバイエル
社製レバチットS100Na型からMg型に調製したものに替
え、被処理液であるアミノ酸溶液としてトリプトファ
ン、フェニルアラニン、アラニン、セリン、グリシン各
1.0%の組成を持つ水溶液を用い、その他は同じ条件と
して処理したところ下記の結果を得た。
Mg型の調製は次のように行った。
レバチットS100Na型200mlをカラムに充填し、上部か
ら4%HCl水溶液を樹脂量の10倍流下し、H型に替え
た。次いで4%MgCl2水溶液を樹脂量の10倍量流下さ
せ、Mg型に替え、さらに10倍量の純水により洗浄した。
処理液中濃度 溶離液中濃度 トリプトファン 0.01% 0.97% フェニルアラニン 0.02% 0.95% ア ラ ニ ン 0.96% 0.021% セ リ ン 0.98% 0.01% グ リ シ ン 0.97% 0.01% 溶離液へのトリプトファン、フイェニルアラニンの回
収率はそれぞれ97%,95%、アラニン、セリン、グリシ
ンの排除率はいずれも96,98,97%であった。
〔発明の効果〕
この発明の方法によれば、従来のイオン交換法のよう
に強酸性あるいは強塩基性の雰囲気に物質を曝すことな
く目的のアミノ酸の選択的な吸着が可能であり、従来技
術では達成されなかったpH調整用の薬剤や溶離剤として
の酸、アルカリあるいは有機溶媒をなんら使用すること
なしに目的のアミノ酸を効果的に分離することができ
る。さらに溶離操作の終了した樹脂はそのまま次の分離
処理に使用することができるのでその工業的価値は極め
て大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C07D 209/20 C07D 209/20 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07C 227/00 B01D 15/00 C07C 229/00 C07D 209/00 CA(STN)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】分子中に芳香環を有するアミノ酸を少なく
    とも一種含有する水性溶液を、アルカリ金属塩型または
    アルカリ土類金属塩型に調製したゲル型強酸性カチオン
    交換樹脂で処理し、吸着した該アミノ酸を純水で溶離す
    ることを特徴とする該アミノ酸の分離方法。
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