JP5165393B2 - Method for producing glycolic acid or ammonium glycolate - Google Patents

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Description

本発明は、ニトリラーゼを持つ生体触媒を用いて、グリコロニトリルからグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムを製造する、実用的な工業的方法を提供する。   The present invention provides a practical industrial method for producing glycolic acid or ammonium glycolate from glycolonitrile using a biocatalyst having nitrilase.

酵素活性を有する生体触媒を利用して目的の化合物を合成する方法は、反応条件が穏和であるため反応プロセスが簡略化できること、あるいは副生成物が少なく高純度の反応生成物を取得できる等の利点があるため、近年、様々な化合物の製造に用いられている。中でもニトリル化合物をカルボン酸又はカルボン酸アンモニウムに変換する活性を持つニトリラーゼやニトリル化合物をカルボン酸アミドに変換する活性を持つニトリルヒドラターゼ等の加水分解酵素は、その特異的な反応挙動から、様々なカルボン酸又はカルボン酸アンモニウムあるいはカルボン酸アミドの製造に用いる検討がなされている。   The method of synthesizing a target compound using a biocatalyst having enzyme activity can simplify the reaction process because the reaction conditions are mild, or can obtain a high-purity reaction product with few byproducts. Due to its advantages, it has recently been used in the production of various compounds. Among them, hydrolyzing enzymes such as nitrilase, which has the activity of converting nitrile compounds into carboxylic acids or ammonium carboxylates, and nitrile hydratase, which has the activity of converting nitrile compounds into carboxylic acid amides, have various reaction behaviors. Studies for use in the production of carboxylic acid or ammonium carboxylate or carboxylic acid amide have been made.

それらの中で、ニトリラーゼ活性を有する生体触媒を用いて、グリコロニトリルをグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムに変換するグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法も数多く検討されている。例えばCorynebacterium属を用いてグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムを製造する方法(特許文献1)、あるいはRhodococcus属またはGordona属を用いてグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムを製造する方法(特許文献2)、あるいはAcidovorax属を用いてグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムを製造する方法(特許文献3、特許文献4)、あるいはAcidovorax属由来のニトリラーゼ又はその改変酵素を大腸菌等の宿主に発現させた生体触媒を用いてグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムを製造する方法(特許文献5、非特許文献1)等が開示されている。   Among them, many methods for producing glycolic acid or ammonium glycolate, in which glycolonitrile is converted into glycolic acid or ammonium glycolate using a biocatalyst having nitrilase activity, have been studied. For example, a method for producing glycolic acid or ammonium glycolate using Corynebacterium genus (Patent Document 1), a method for producing glycolic acid or ammonium glycolate using Rhodococcus genus or Gordona genus (Patent Document 2), or Acidovorax genus Glycolic acid or ammonium glycolate using a method (Patent Document 3, Patent Document 4), or using a biocatalyst in which a nitrilase derived from the genus Acidovorax or a modified enzyme thereof is expressed in a host such as Escherichia coli, Methods for producing ammonium glycolate (Patent Document 5, Non-Patent Document 1) and the like are disclosed.

しかしながら、これら従来の技術では工業的に十分に満足できる製造方法にはなっておらず、更なる改善が求められていた。すなわち、このような生体触媒を用いた加水分解反応によって、グリコロニトリルを原料にグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムを製造するに当たっては、経済的な理由から1)十分な平均生産速度、2)十分なグリコール酸アンモニウム蓄積濃度、3)十分な触媒生産性の3つを同時に達成することが望まれていた。   However, these conventional techniques have not been industrially satisfactory production methods, and further improvements have been demanded. That is, in producing glycolic acid or ammonium glycolate using glycolonitrile as a raw material by hydrolysis reaction using such a biocatalyst, 1) sufficient average production rate, 2) sufficient It has been desired to achieve three of ammonium glycolate accumulation concentration and 3) sufficient catalyst productivity at the same time.

例えば、前記特許文献1では、Corynebacterium属を用いて、グリコール酸又はグリコール酸アンモニウムを合成する実施例が示されているが、平均生産速度に関する記述は見当たらない。因みに初期活性は29.3[mmol-グリコール酸アンモニウム/g-乾燥菌体/Hr]であることが記載されており、とても十分な平均生産速度を達成することは予想できない。また、前記特許文献2では、Rhodococcus属を用いて、グリコール酸アンモニウム蓄積濃度48.2重量%を達成しているが、その時の平均生産速度は47.3[mmol-グリコール酸アンモニウム/g-乾燥菌体/Hr](20℃×24Hr)と計算され、これもまた十分な平均生産速度を達成しているとは言えない。また、前記特許文献3及び特許文献4では、Acidovorax属を用いて、グリコール酸アンモニウム平均生産速度が0.42[mmol-グリコール酸アンモニウム/g-乾燥菌体/Hr](25℃×40Hr)と低い値であることが記載されており、これもまた十分な平均生産速度を達成しているとは言えない。一方、前記特許文献5、特許文献6及び非特許文献1では、Acidovorax属由来のNitrilaseの改変酵素を大腸菌等の宿主に発現させた生体触媒を用いることで初期比活性が最高で266[mmol-グリコール酸アンモニウム/g-乾燥菌体/Hr](25℃)と高い値を達成しており、また、該大腸菌をカラギーナン等で固定化し繰り返し反応を行うこと及び、反応温度を25℃と低く抑えることで1225[g-グリコール酸アンモニウム/g-乾燥菌体]と非常に高い触媒生産性を達成できているが、グリコール酸アンモニウム蓄積濃度は30重量%以下で十分な蓄積濃度を達成できているとは言えない。   For example, Patent Document 1 discloses an example of synthesizing glycolic acid or ammonium glycolate using Corynebacterium genus, but there is no description regarding the average production rate. Incidentally, it is described that the initial activity is 29.3 [mmol-ammonium glycolate / g-dried cells / Hr], and it is not expected to achieve a very sufficient average production rate. In Patent Document 2, Rhodococcus genus is used to achieve an ammonium glycolate accumulation concentration of 48.2% by weight. The average production rate at that time is 47.3 [mmol-ammonium glycolate / g-dried cells / Hr ] (20 ° C x 24Hr), which is also not enough to achieve a sufficient average production rate. Moreover, in the said patent document 3 and the patent document 4, using the Acidovorax genus, the average production rate of ammonium glycolate is a low value of 0.42 [mmol-ammonium glycolate / g-dry microbial cell / Hr] (25 ° C. × 40 Hr). It cannot be said that this also achieves a sufficient average production rate. On the other hand, in Patent Document 5, Patent Document 6 and Non-Patent Document 1, the initial specific activity is 266 [mmol-mmol] by using a biocatalyst in which a modified enzyme of Nitrilase derived from the genus Acidovorax is expressed in a host such as Escherichia coli. Ammonium glycolate / g-dried cells / Hr] (25 ° C) has been achieved, and the E. coli is immobilized with carrageenan and repeated reactions, and the reaction temperature is kept low at 25 ° C. As a result, 1225 [g-ammonium glycolate / g-dried cells] and very high catalyst productivity were achieved, but the ammonium glycolate accumulation concentration was 30% by weight or less, and a sufficient accumulation concentration was achieved. It can not be said.

特公平3−38836号公報Japanese Patent Publication No. 3-38836 特開平9−28390号公報JP-A-9-28390 特開2005−504506号公報JP 2005-504506 A US6416980 A1US6416980 A1 WO2006069110 A1WO2006069110 A1 WO2006069114 A1WO2006069114 A1 Adv. Synthe. Catal. 349,1462-1474 (2007)Adv. Synthe. Catal. 349,1462-1474 (2007)

本発明の課題は、ニトリラーゼを用いた加水分解反応によって、グリコロニトリルを原料にグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムを製造するに当たって、1)十分な平均生産速度、2)十分なグリコール酸アンモニウム蓄積濃度、3)十分な触媒生産性の3つを同時に達成することができる、工業的に有利なグリコロニトリルからのグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法を提供することにある。  The object of the present invention is to produce glycolic acid or ammonium glycolate using glycolonitrile as a raw material by hydrolysis reaction using nitrilase: 1) sufficient average production rate, 2) sufficient ammonium glycolate accumulation concentration, 3) To provide a process for producing glycolic acid or ammonium glycolate from glycolonitrile, which is industrially advantageous, and can achieve three of sufficient catalyst productivity at the same time.

本発明者らは、ニトリラーゼを用いた加水分解反応によって、グリコロニトリルを原料にグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムを製造するに当たって、1)十分な平均生産速度、2)十分なグリコール酸アンモニウム蓄積濃度、3)十分な触媒生産性の3つを同時に達成することができる、工業的に有利なグリコロニトリルからのグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法について鋭意検討を行ったところ、驚くべきことにグリコロニトリルを含む原料中のメタノール濃度を2重量%以下にすることで、触媒生産性を飛躍的に向上させることが可能であることを発見し、本発明を完成させるに至った。すなわち、触媒生産性を向上させるために生体触媒をカラギーナン等で固定化させる、及びまたは反応温度を低く抑えるような方法を用いることなく十分な平均生産速度を確保すると共に、十分なグリコール酸アンモニウム蓄積濃度を達成しつつ、十分な触媒生産性を達成できる方法として、グリコロニトリルを含む原料中に含まれる不純物であるメタノールに着目し、ストリッピング等の方法を用いてこれを予め低減することで、1)十分な平均生産速度、2)十分なグリコール酸アンモニウム蓄積濃度、3)十分な触媒生産性の3つを同時に達成することが可能となった。因みにグリコロニトリルを含む原料に含まれるメタノールは、該グリコロニトリルを青酸とホルマリンから合成する際、該ホルマリンの安定剤、つまり重合防止剤としてホルマリン中に存在するものがそのまま該原料中に残存しているものであり、従来のグリコロニトリルの製造法において必ず混入してくる物質である。このように原料中のメタノールの影響に着目したことで、新規な触媒生産性の向上方法を発見することができ、本発明を完成するに至った。   In the production of glycolic acid or ammonium glycolate from glycolonitrile by a hydrolysis reaction using nitrilase, the present inventors have 1) sufficient average production rate, 2) sufficient ammonium glycolate accumulation concentration, 3) As a result of intensive studies on a process for producing glycolic acid or ammonium glycolate from glycolonitrile, which is industrially advantageous and can achieve three of the sufficient catalyst productivity at the same time, It was discovered that the catalyst productivity can be drastically improved by setting the methanol concentration in the raw material containing ronitrile to 2% by weight or less, and the present invention has been completed. In other words, in order to improve catalyst productivity, the biocatalyst is immobilized with carrageenan or the like, and / or sufficient average production rate is secured without using a method that keeps the reaction temperature low, and sufficient ammonium glycolate accumulation As a method that can achieve sufficient catalyst productivity while achieving concentration, pay attention to methanol, which is an impurity contained in raw materials containing glycolonitrile, and reduce this in advance using a method such as stripping. It has become possible to simultaneously achieve 1) a sufficient average production rate, 2) a sufficient ammonium glycolate accumulation concentration, and 3) a sufficient catalyst productivity. Incidentally, when methanol is contained in a raw material containing glycolonitrile, when the glycolonitrile is synthesized from hydrocyanic acid and formalin, the stabilizer of the formalin, that is, what is present in formalin as a polymerization inhibitor remains in the raw material as it is. It is a substance that must be mixed in the conventional method for producing glycolonitrile. Thus, by paying attention to the influence of methanol in the raw material, a novel method for improving catalyst productivity can be found, and the present invention has been completed.

即ち、本発明は以下に記載する通りの構成を有する。
(1) ニトリラーゼをグリコロニトリルに作用させることを含むグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法において、グリコロニトリルを含む原料中のメタノール濃度を2重量%以下にすることを特徴とするグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法。
(2) グリコロニトリルを含む原料をストリッピングすることで原料中のメタノール濃度を2重量%以下にすることを特徴とする、(1)に記載のグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法。
(3) ニトリラーゼが、微生物菌体又はその処理物、あるいは微生物菌体由来のニトリラーゼの固定化物又は懸濁液から選択される何れか1種以上の生体触媒である、(1)又は(2)に記載のグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法。
(4) ニトリラーゼが、Acinetobacter sp.AK226(受託番号FERM BP-08590)由来のニトリラーゼ、又はAcinetobacter sp.AK226(受託番号FERM BP-08590)のニトリラーゼ遺伝子によってコードされるタンパク質酵素である、(1)から(3)の何れかに記載のグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法。
(5) ニトリラーゼが、グラム陰性菌及び/またはその処理物の、固定化物及び/または懸濁液から選択される生体触媒である、(1)から(4)の何れかに記載のグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法。
(6) ニトリラーゼがAcinetobacter属の菌体及び/またはその処理物の、固定化物及び/または懸濁液から選択される生体触媒である、(1)から(5)の何れかに記載のグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法。
(7) ニトリラーゼがAcinetobacter sp.AK226(受託番号FERM BP-08590)の菌体及び/またはその処理物の、固定化物及び/または懸濁液から選択される生体触媒である、(1)から(6)の何れかに記載のグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法。
That is, the present invention has a configuration as described below.
(1) In a method for producing glycolic acid or ammonium glycolate, which comprises reacting nitrilase with glycolonitrile, the concentration of methanol in the raw material containing glycolonitrile is 2% by weight or less, or A method for producing ammonium glycolate.
(2) The method for producing glycolic acid or ammonium glycolate according to (1), wherein the concentration of methanol in the raw material is adjusted to 2% by weight or less by stripping a raw material containing glycolonitrile.
(3) The nitrilase is any one or more biocatalysts selected from microbial cells or treated products thereof, or immobilized nitrilases or suspensions of microbial cells (1) or (2) A process for producing glycolic acid or ammonium glycolate as described in 1.
(4) The nitrilase is a nitrilase derived from Acinetobacter sp. AK226 (accession number FERM BP-08590) or a protein enzyme encoded by the nitrilase gene of Acinetobacter sp. AK226 (accession number FERM BP-08590), (1) To a method for producing glycolic acid or ammonium glycolate according to any one of (3).
(5) The glycolic acid according to any one of (1) to (4), wherein the nitrilase is a biocatalyst selected from an immobilized product and / or a suspension of a gram-negative bacterium and / or a processed product thereof A method for producing ammonium glycolate.
(6) The glycolic acid according to any one of (1) to (5), wherein the nitrilase is a biocatalyst selected from an immobilized product and / or a suspension of cells of the genus Acinetobacter and / or a processed product thereof Or the manufacturing method of ammonium glycolate.
(7) From (1), wherein the nitrilase is a biocatalyst selected from an immobilized product and / or suspension of a microbial cell of Acinetobacter sp. AK226 (Accession No. FERM BP-08590) and / or its treated product ( 6) The method for producing glycolic acid or ammonium glycolate according to any one of the above.

本発明は、実質的に青酸とホルマリンから合成されるグリコロニトリルを原料として、ニトリラーゼを用いて、グリコール酸又はグリコール酸アンモニウムを製造するに当たり、1)十分な平均生産速度、2)十分なグリコール酸アンモニウム蓄積濃度、3)十分な触媒生産性の3つを同時に達成することができる、工業的に有利な製造法を提供できる。   The present invention uses glycolonitrile synthesized substantially from hydrocyanic acid and formalin as raw materials to produce glycolic acid or ammonium glycolate using nitrilase, 1) sufficient average production rate, 2) sufficient glycol It is possible to provide an industrially advantageous production method capable of simultaneously achieving three acid ammonium accumulation concentrations and 3) sufficient catalyst productivity.

本発明における「グリコール酸又はグリコール酸アンモニウム」という表記についてまず説明する。ニトリラーゼを用いてグリコロニトリルを加水分解した場合、グリコロニトリル中のNはアンモニアに変換され、通常、ニトリラーゼを用いる加水分解反応条件においては、該アンモニアが同時に生成されるグリコール酸と瞬時にアンモニウム塩を形成するので最終的にはグリコール酸アンモニウムが生成されることとなる。しかしながら、反応機構的にはグリコール酸を合成する課程を経ているため、本発明においては、グリコール酸あるいはグリコール酸アンモニウムの両方を意味する方法として、グリコール酸又はグリコール酸アンモニウムという表記を採っている。   The notation “glycolic acid or ammonium glycolate” in the present invention will be described first. When glycolonitrile is hydrolyzed using nitrilase, N in glycolonitrile is converted to ammonia. Usually, under the hydrolysis reaction conditions using nitrilase, the ammonia is instantly produced together with glycolic acid that is produced at the same time. Since a salt is formed, ammonium glycolate is finally produced. However, since the process of synthesizing glycolic acid has passed through the reaction mechanism, the present invention adopts the notation of glycolic acid or ammonium glycolate as a method meaning both glycolic acid or ammonium glycolate.

本発明で定義する平均生産速度とは、使用する乾燥生体触媒重量当たり、1時間当たりのグリコール酸アンモニウムの生成重量を反応初期から終了までの平均値として算出した値を表し、単位は[mmol-グリコール酸アンモニウム/g-乾燥生体触媒重量/Hr]である。乾燥生体触媒重量とは、微生物菌体を用いる場合は該微生物菌体の乾燥重量を表し、ニトリラーゼを用いる場合はニトリラーゼの乾燥重量を表し、微生物菌体あるいはニトリラーゼの固定化物を用いる場合は該固定化物中の微生物菌体あるいはニトリラーゼの乾燥重量を表す。ここで定義する平均生産速度が高いほど、短時間で目的とする濃度のグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムを製造できることとなり、実用性を示す指標として非常に重要となる。   The average production rate defined in the present invention represents a value calculated as an average value from the initial stage to the end of the reaction weight of ammonium glycolate per hour per dry biocatalyst weight used, and the unit is [mmol- Ammonium glycolate / g-dry biocatalyst weight / Hr]. The dry biocatalyst weight represents the dry weight of the microbial cell when microbial cells are used, the dry weight of nitrilase when nitrilase is used, and the fixed weight when the immobilized microbial cell or nitrilase is used. This represents the dry weight of microbial cells or nitrilase in the chemical. As the average production rate defined here is higher, glycolic acid or ammonium glycolate having a target concentration can be produced in a shorter time, which becomes very important as an indicator of practicality.

本発明で定義するグリコール酸アンモニウム蓄積濃度とは、反応終了時点での反応液のグリコール酸アンモニウム重量濃度を表し、単位は重量%である。該グリコール酸アンモニウム蓄積濃度が高いということは、使用したニトリラーゼを持つ生体触媒が生成物(グリコール酸アンモニウム)阻害を受けにくく、高塩濃度においてもニトリラーゼ酵素の活性が維持されることを示す。前出の平均生産速度が高いと同時に該グリコール酸アンモニウム蓄積濃度が高いということはグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造法としての実用性を示す指標として非常に重要となる。   The ammonium glycolate accumulation concentration defined in the present invention represents the weight concentration of ammonium glycolate in the reaction solution at the end of the reaction, and the unit is wt%. The high concentration of ammonium glycolate indicates that the biocatalyst having the nitrilase used is less susceptible to product (ammonium glycolate) inhibition and the activity of the nitrilase enzyme is maintained even at high salt concentrations. The above-mentioned high average production rate and high concentration of ammonium glycolate at the same time are very important as an index indicating the practicality of glycolic acid or ammonium glycolate as a production method.

本発明で定義する触媒生産性とは使用する乾燥生体触媒重量当たりの反応終了時点までのグリコール酸アンモニウムの生成重量を表し、単位は[g-グリコール酸アンモニウム/g-乾燥生体触媒重量]である。ここでいう反応終了時点とは、実質触媒活性が限りなく0に近づいた時点を示し、それ以上反応時間を延長しても該触媒生産性がほとんど伸びないと判断される時点を指す。該触媒生産性が高いということは、前出のグリコール酸アンモニウム蓄積濃度と同様に、使用したニトリラーゼを持つ生体触媒が生成物(グリコール酸アンモニウム)阻害を受けにくく、高塩濃度においてもニトリラーゼ酵素の活性が維持されることを示す。該触媒生産性が高いということはグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造法としての実用性を示す指標として非常に重要となる。 The catalyst productivity defined in the present invention represents the weight of ammonium glycolate produced per reaction weight per dry biocatalyst used, and the unit is [g-ammonium glycolate / g-dry biocatalyst weight]. . Here, the reaction end time indicates a time when the substantial catalyst activity approaches zero as much as possible, and indicates a time when it is determined that the catalyst productivity hardly increases even if the reaction time is further extended. The high productivity of the catalyst means that the biocatalyst having the nitrilase used is less susceptible to product (ammonium glycolate) inhibition, as in the above-mentioned ammonium glycolate accumulation concentration. Indicates that activity is maintained. The high productivity of the catalyst is very important as an indicator of practicality as a method for producing glycolic acid or ammonium glycolate.

本発明における原料となるグリコロニトリルは、一般的な公知の技術で合成したものを使用することができる。グリコロニトリルの製造法は特に限定されないが、一般的な合成法としては、水性媒体中で青酸とホルムアルデヒドからアルカリ触媒によって合成する方法が知られている。(特公平7−30004、特開平6−135923)この内、ホルムアルデヒドについては、その取り扱いの容易さから通常、水溶液であるホルマリンを使用することが多く、該ホルマリンを取り扱う場合、重合防止の観点から安定剤メタノールを添加しておくことは当該業者において公知のことである。ホルマリン中のホルムアルデヒド濃度は各製品によって異なるが一般的には35〜40重量%程度含まれており、またホルマリン中のメタノール濃度も各製品によって異なるが一般的には5〜8重量%程度含まれている。そのようなホルマリンをそのまま原料として使用し、青酸と反応させることで合成されたグリコロニトリル水溶液中のグリコロニトリルは通常52〜57重量%の濃度を有しており、その中にホルマリン由来のメタノールがそのまま混入してくるため、メタノール濃度は3〜6重量%程度となる。 The glycolonitrile used as a raw material in the present invention can be synthesized by a generally known technique. The method for producing glycolonitrile is not particularly limited, but as a general synthesis method, a method of synthesizing from hydrocyanic acid and formaldehyde in an aqueous medium with an alkali catalyst is known. (Japanese Patent Publication No. 7-30004, JP-A-6-135923) Of these, formaldehyde is usually used in the form of an aqueous solution because of its easy handling. When handling formalin, from the viewpoint of preventing polymerization. The addition of the stabilizer methanol is known to those skilled in the art. The concentration of formaldehyde in formalin varies depending on the product, but generally it is about 35 to 40% by weight. The concentration of methanol in formalin also varies depending on the product, but is generally about 5 to 8% by weight. ing. Glycolonitrile in an aqueous solution of glycolonitrile synthesized by using such formalin as a raw material and reacting with hydrocyanic acid usually has a concentration of 52 to 57% by weight. Since methanol is mixed as it is, the methanol concentration is about 3 to 6% by weight.

本反応における不純物メタノールは、ニトリラーゼの比活性に対してはほとんど影響がないものの、触媒生産性に対して顕著な影響を与え、メタノール濃度が低いほど該触媒生産性は高くなる。経済的にグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムを製造するためには該触媒生産性が高いほど有利になるため、反応中のメタノール濃度を低減する意味で、原料グリコロニトリル中のメタノール濃度を低減することが重要となる。本発明における原料グリコロニトリル中のメタノール濃度は2重量%以下にすることが好ましいが、より好ましくは1重量%以下にする方がよく、更に好ましくは0.5重量%以下がよい。   Impurity methanol in this reaction has little influence on the specific activity of nitrilase, but has a significant effect on catalyst productivity. The lower the methanol concentration, the higher the catalyst productivity. To produce glycolic acid or ammonium glycolate economically, the higher the productivity of the catalyst, the more advantageous. Therefore, in order to reduce the methanol concentration during the reaction, the methanol concentration in the raw glycolonitrile should be reduced. Is important. The methanol concentration in the raw material glycolonitrile in the present invention is preferably 2% by weight or less, more preferably 1% by weight or less, still more preferably 0.5% by weight or less.

本発明における、メタノール濃度の低減方法としては様々な方法が考えられるが、例えばグリコロニトリル水溶液のストリッピング操作で低減することが可能である。本ストリッピング操作は、グリコロニトリルの熱安定性が十分に保たれる条件であれば、どのような条件で行ってもよいが、グリコロニトリルは高温、高pH領域において不安定になる傾向がり、分解反応によるホルムアルデヒドと青酸の生成とそれに引き続く青酸の重合反応、あるいはグリコロニトリルのオリゴマー化、重合反応を引き起こし、しかも生成物がアミン等のアルカリ性物質であるため、自己触媒的に反応が進行し最悪の場合、爆発事故を引き起こす可能性がある。よって、グリコロニトリル水溶液のストリッピング操作は、できる限り低温、低pHで行うのがよい。一方、メタノールのストリッピングを行うには一部の水を同伴させる必要があるため、水の沸点近くで行うこととなる。操作圧力を大気圧から減圧にまでふることで、水の沸点を下げることができるため、低温条件を狙う場合は工業的に可能な範囲で減圧条件にするのがよい。また、pHを下げる方法としては、グリコロニトリルの安定剤として、無機酸や有機酸を用いることが考えられる。一般的に用いられるのは硫酸やリン酸等の無機酸、あるいは酢酸等の有機酸である。品質的な理由からグリコール酸を用いてもよい。設定されるpH領域は通常7より下の酸性領域が選ばれるが、より安定性を確保するためには、pH5以下が好ましく、より好ましくは4以下、更に好ましくは3以下、最も好ましくは2以下がよい。pHの下限については酸による加水分解が起こらなければ特に制限はないが、通常は1以上に設定するのが好ましい。その他、グリコロニトリル水溶液中のメタノール濃度を低減する方法としては、グリコロニトリルを合成する直前に使用するホルマリンからストリッピング操作により予めメタノールを除くことが考えられる。   Various methods for reducing the methanol concentration in the present invention are conceivable. For example, it can be reduced by stripping operation of an aqueous solution of glycolonitrile. This stripping operation may be performed under any conditions as long as the thermal stability of glycolonitrile is sufficiently maintained, but glycolonitrile tends to become unstable at high temperatures and high pH. It causes the formation of formaldehyde and hydrocyanic acid by the decomposition reaction and the subsequent polymerization reaction of hydrocyanic acid, or the oligomerization and polymerization reaction of glycolonitrile, and the product is an alkaline substance such as an amine. In the worst case, it can cause an explosion. Therefore, the stripping operation of the glycolonitrile aqueous solution is preferably performed at a low temperature and a low pH as much as possible. On the other hand, since it is necessary to entrain some water to perform stripping of methanol, it is performed near the boiling point of water. Since the boiling point of water can be lowered by changing the operating pressure from atmospheric pressure to reduced pressure, it is better to set the reduced pressure condition to an industrially possible range when aiming at a low temperature condition. As a method for lowering the pH, it is conceivable to use an inorganic acid or an organic acid as a stabilizer for glycolonitrile. Commonly used are inorganic acids such as sulfuric acid and phosphoric acid, or organic acids such as acetic acid. Glycolic acid may be used for quality reasons. The pH range to be set is usually an acidic range below 7. However, in order to ensure stability, the pH is preferably 5 or less, more preferably 4 or less, still more preferably 3 or less, and most preferably 2 or less. Is good. The lower limit of the pH is not particularly limited as long as hydrolysis by acid does not occur, but it is usually preferably set to 1 or more. In addition, as a method for reducing the methanol concentration in the aqueous solution of glycolonitrile, it may be possible to remove methanol in advance by stripping operation from formalin used immediately before the synthesis of glycolonitrile.

本発明におけるニトリラーゼは、グリコロニトリルを加水分解してグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムを合成する能力を持っていれば如何なる種類ものでも構わない。該ニトリラーゼ酵素の由来生体としては、微生物・動植物細胞等が挙げられるが、重量当たりの酵素発現量や取り扱いの容易性から、微生物菌体のニトリラーゼを使用することが好ましい。   The nitrilase in the present invention may be of any kind as long as it has the ability to hydrolyze glycolonitrile and synthesize glycolic acid or ammonium glycolate. Examples of organisms from which the nitrilase enzyme is derived include microorganisms, animal and plant cells, and the like, but it is preferable to use a microbial nitrilase from the viewpoint of the amount of enzyme expression per weight and ease of handling.

上記微生物種としては、多くのものが知られているが、例えばニトリラーゼ高活性を有するものとして、Rhodococcus属、Acinetobacter属、Alcaligenes属、Psudomonas属、Corynebacterium属等が挙げられる。本発明においてはこれらの中でも、特にグラム陰性菌であるAcinetobacter属、Alcaligenes属が好ましく、更に好ましくはAcinetobacter属が好ましい。具体的には、Acinetobacter sp.AK226 (FERM BP-08590)、Acinetobacter sp.AK227(FERM BP-08591)である。これらの菌株は特開2001−299378、特開平11−180971、特開平06−303991、特開昭63−209592、特公昭63−2596号公報等に記載されている。   Many microbial species are known as the above microorganism species. Examples of those having high nitrilase activity include Rhodococcus genus, Acinetobacter genus, Alcaligenes genus, Psudomonas genus, Corynebacterium genus and the like. Among these, the genus Acinetobacter and Alcaligenes, which are Gram-negative bacteria, are particularly preferable in the present invention, and more preferably the genus Acinetobacter. Specifically, Acinetobacter sp. AK226 (FERM BP-08590) and Acinetobacter sp. AK227 (FERM BP-08591). These strains are described in JP-A No. 2001-299378, JP-A No. 11-180971, JP-A No. 06-303991, JP-A No. 63-209592 and JP-B No. 63-2596.

その他、天然のあるいは人為的に改良したニトリラーゼ遺伝子であって、グリコロニトリルからグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムへの変換活性の高いニトリラーゼ遺伝子を遺伝子工学的手法によって組み込んだ微生物の発現したニトリラーゼ酵素であっても構わないが、経済的に有利にニトリラーゼを調製するためには、可能な限りニトリラーゼを高発現する微生物を用いることが望ましい。   Another nitrilase enzyme that is a natural or artificially improved nitrilase gene expressed by a microorganism incorporating a nitrilase gene having high conversion activity from glycolonitrile to glycolic acid or ammonium glycolate by genetic engineering techniques. However, in order to prepare nitrilase economically advantageously, it is desirable to use a microorganism that highly expresses nitrilase as much as possible.

本発明における、生体触媒の形態としては、微生物・動植物細胞等をそのまま用いても構わないし、あるいは該微生物・動植物細胞等そのもの、または破砕等の処理をしたもの、または該微生物・動植物細胞等から必要なニトリラーゼ酵素を取り出したものを一般的な包括法、架橋法、担体結合法等で固定化したものを用いても良い。尚、固定化する際の固定化担体の例としては、ガラスビーズ、シリカゲル、ポリウレタン、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、カラギーナン、アルギン酸、光架橋樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   As the form of the biocatalyst in the present invention, microorganisms / animal / plant cells or the like may be used as they are, or the microorganisms / animal / plant cells etc. themselves, or those treated by crushing, or the microorganisms / animal / plant cells, etc. A product obtained by removing a necessary nitrilase enzyme and immobilized by a general entrapment method, a crosslinking method, a carrier binding method or the like may be used. Examples of the immobilization carrier used for immobilization include, but are not limited to, glass beads, silica gel, polyurethane, polyacrylamide, polyvinyl alcohol, carrageenan, alginic acid, and photocrosslinking resin.

微生物・動植物細胞等をそのまま用いる場合、水(蒸留水及びまたはイオン交換水)のみに懸濁させても構わないし、浸透圧の関係から無機塩あるいは有機酸塩のバッファー液に懸濁させて使用してもよい。また、固定化したものを用いる場合にも、通常、浸透圧の関係からバッファー液に懸濁させて使用するのがよい。この時のバッファー液濃度は、反応液中の不純物低減の観点からは低ければ低いほど良いが、酵素の安定性、活性の維持という観点からは、通常0.1M未満であり、好ましくは0.01〜0.08M、より好ましくは0.02〜0.06Mがよい。更に不純物を低減させる意味でグリコール酸塩を用いることも一つの方法である。   When using microorganisms, animal and plant cells as they are, they may be suspended only in water (distilled water and / or ion-exchanged water), or suspended in an inorganic salt or organic acid salt buffer solution due to osmotic pressure. May be. Moreover, when using what was fix | immobilized, it is usually good to use suspending in a buffer solution from the relation of osmotic pressure. The buffer solution concentration at this time is preferably as low as possible from the viewpoint of reducing impurities in the reaction solution. However, from the viewpoint of maintaining the stability and activity of the enzyme, it is usually less than 0.1 M, preferably 0. 01 to 0.08M, more preferably 0.02 to 0.06M. Further, it is one method to use glycolate in order to reduce impurities.

グリコロニトリルの加水分解反応の条件は、pHは6〜8がよく、好ましくは6.5〜7がよい。前出の通り、原料であるグリコロニトリルは非常に不安定な物質であるため、通常、安定剤として硫酸やリン酸あるいは酢酸といった酸成分を含む。よって、反応系中のpHを調整するには反応系へのアルカリの添加が必須となる。その場合使用するアルカリは反応に影響を及ぼさなければ特に限定されないが、生成物の一つであるアンモニアを使用するのが望ましい。アンモニアの形態はガスであろうが、アンモニア水であろうが構わないが、通常、扱いの容易さからアンモニア水が望ましい。反応温度については、反応温度が低すぎると反応活性が低くなり、高濃度のグリコール酸アンモニウムを製造する場合、より多くの反応時間を要する。一方、反応温度が高すぎるとニトリラーゼ酵素の熱劣化で、目的とする最終グリコール酸アンモニウム濃度が高い場合、該濃度まで到達させることが困難となり、結果として新たなニトリラーゼ酵素を持つ生体触媒を追添する等の処置が必要となり触媒コストが高くなる。また、温度が高すぎると、基質グリコロニトリルの青酸とホルムアルデヒドへの分解促進にも繋がり、それらによる反応阻害や失活等、ますますの反応活性低下を引き起こす。よって、通常、反応温度は30〜60℃がよく、好ましくは40〜50℃がよい。   As for the conditions for the hydrolysis reaction of glycolonitrile, the pH is preferably 6 to 8, and preferably 6.5 to 7. As described above, since glycolonitrile as a raw material is a very unstable substance, it usually contains an acid component such as sulfuric acid, phosphoric acid or acetic acid as a stabilizer. Therefore, it is essential to add an alkali to the reaction system in order to adjust the pH in the reaction system. In this case, the alkali used is not particularly limited as long as it does not affect the reaction, but it is desirable to use ammonia as one of the products. The form of ammonia may be gas or ammonia water, but ammonia water is usually desirable because of easy handling. As for the reaction temperature, if the reaction temperature is too low, the reaction activity becomes low, and more reaction time is required when producing a high concentration of ammonium glycolate. On the other hand, if the reaction temperature is too high, thermal degradation of the nitrilase enzyme will make it difficult to reach that concentration if the final ammonium glycolate concentration is high, resulting in the addition of a biocatalyst with a new nitrilase enzyme. Therefore, the cost of the catalyst becomes high. Moreover, when the temperature is too high, the decomposition of the substrate glycolonitrile into hydrocyanic acid and formaldehyde is promoted, and the reaction activity is further reduced, such as reaction inhibition and deactivation. Therefore, the reaction temperature is usually from 30 to 60 ° C, preferably from 40 to 50 ° C.

グリコール酸又はグリコール酸アンモニウムを製造する反応方法は、固定床、移動層、流動層、撹拌槽等、いずれでもよく、また連続反応でも半回分反応でもよいが、特に固定化されていない微生物菌体を用いる場合、反応の容易性から攪拌槽を用いた半回分反応がよい。その場合、反応効率の観点から、適切な攪拌を行うのがよい。また、半回分反応を行う場合、ニトリラーゼを持つ生体触媒は1バッチ使い捨てでもよいし、繰り返し反応を行ってもよい。但し、繰り返し反応を行う場合、該生体触媒をグリコール酸アンモニウム高濃度から低濃度へ急激に変化させるため、浸透圧の影響等で比活性が低下する場合があるので注意を要する。   The reaction method for producing glycolic acid or ammonium glycolate may be any of a fixed bed, a moving bed, a fluidized bed, a stirring tank, etc., and may be a continuous reaction or a half-batch reaction. When is used, a half-batch reaction using a stirring tank is preferable because of the ease of reaction. In that case, it is good to perform appropriate stirring from the viewpoint of reaction efficiency. In addition, when a half-batch reaction is performed, the biocatalyst having nitrilase may be used in a single batch or repeatedly. However, when the reaction is repeated, the biocatalyst is rapidly changed from a high concentration of ammonium glycolate to a low concentration, so that the specific activity may decrease due to the influence of osmotic pressure or the like, so care must be taken.

反応基質であるグリコロニトリルの定常濃度については、2重量%以下が好ましく、より好ましくは0.1〜1.5重量%、更に好ましくは0.1〜1.0重量%、最も好ましくは0.2〜0.5重量%にコントロールするのがよい。グリコロニトリルの濃度が高すぎると、生成物阻害及びまたは失活、あるいは高生成物蓄積濃度で初めて顕著となる基質阻害及びまたは失活の影響が急激に大きくなり、それまで進行していた反応が停止してしまう場合がある。また、グリコロニトリルの濃度が低すぎると反応速度を低下させることとなり、効率的にグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムを製造できないので不利である。以上の理由から、反応中のグリコロニトリル定常濃度を管理することは非常に重要である。   The steady concentration of glycolonitrile as a reaction substrate is preferably 2% by weight or less, more preferably 0.1 to 1.5% by weight, still more preferably 0.1 to 1.0% by weight, most preferably 0. It is better to control to 2 to 0.5% by weight. If the concentration of glycolonitrile is too high, the effects of product inhibition and / or deactivation, or substrate inhibition and / or deactivation that become noticeable only at high product accumulation concentrations rapidly increase, and the reaction has been progressing until then. May stop. On the other hand, if the concentration of glycolonitrile is too low, the reaction rate is lowered, which is disadvantageous because glycolic acid or ammonium glycolate cannot be produced efficiently. For the above reasons, it is very important to control the steady concentration of glycolonitrile during the reaction.

製造されるグリコール酸アンモニウムに対する使用乾燥生体触媒重量比は1/100以下がよく、好ましくは1/100〜1/200、より好ましくは1/200〜1/300、更に好ましくは1/300〜1/500である。製造されるグリコール酸アンモニウムに対する使用乾燥生体触媒重量が多すぎると該生体触媒懸濁液由来の不純物が反応液中に多く同伴されるため精製コストが上がり、製品品質が低下するので好ましくない。逆に、製造されるグリコール酸アンモニウムに対する使用乾燥生体触媒重量が少なすぎるとリアクターボリューム当たりの生産性が低下し、大きなリアクターサイズが必要となり経済的に不利となる。   The weight ratio of the dry biocatalyst used to the produced ammonium glycolate is preferably 1/100 or less, preferably 1/100 to 1/200, more preferably 1/200 to 1/300, and even more preferably 1/300 to 1. / 500. If the weight of the dry biocatalyst used relative to the ammonium glycolate produced is too large, a large amount of impurities from the biocatalyst suspension is entrained in the reaction solution, which increases the purification cost and lowers the product quality. Conversely, if the weight of dry biocatalyst used for the ammonium glycolate produced is too small, the productivity per reactor volume will be reduced, and a large reactor size will be required, which will be economically disadvantageous.

以下実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。尚、本発明はこれらの実施例により必ずしも限定されるものではなく、その要旨を超えない限り、様々な変更、修飾が可能である。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. In addition, this invention is not necessarily limited by these Examples, A various change and modification are possible unless it exceeds the summary.

生体触媒懸濁液中の乾燥生体触媒重量の測定法は、以下のごとく実施した。まず、適当な濃度の生体触媒懸濁液を適量取り、−80℃まで冷却した後、凍結乾燥機を用いて完全に乾燥し、その重量値から前記生体触媒懸濁液の濃度を算出した。固定化物については固定化時における既知となった生体触懸濁液の使用量と架橋剤や固定化担体の使用量から乾燥生体触媒重量を算出した。   The method for measuring the weight of the dried biocatalyst in the biocatalyst suspension was performed as follows. First, an appropriate amount of a biocatalyst suspension having an appropriate concentration was taken, cooled to −80 ° C., completely dried using a freeze dryer, and the concentration of the biocatalyst suspension was calculated from the weight value. For the immobilized product, the dry biocatalyst weight was calculated from the amount of the biocatalyst suspension that was known at the time of immobilization and the amount of the crosslinking agent and the immobilized carrier.

反応液及び処理液の分析は、以下のごとく実施した。基質であるグリコロニトリル及び生成物であるグリコール酸又はグリコール酸アンモニウム及び副生成物であるグリコロアミドは、高速液体クロマトグラフィーで測定した。カラムはイオン排除カラム(島津Shim-pack SCR-101H)、カラム温度は40℃、移動相はリン酸水溶液(pH=2.3)、検出器はUV(島津SPD-10AV vp、210nm)及びRI(島津RID-6A)で実施した。
また、原料及び反応液中のメタノールの分析はガスクロマトグラフィーで実施した。ガスクロ本体は島津GC-14B、カラムは強極性カラム(GLサイエンス製TC-FFAP)、インジェクション温度は250℃、カラム温度は50℃×5min、昇温20℃/min、220℃×5min、検出器温度:250℃、検出器はFID、試料注入量は2μLで実施した。
The analysis of the reaction solution and the treatment solution was performed as follows. The substrate, glycolonitrile, and the product, glycolic acid or ammonium glycolate, and the by-product, glycolamide, were measured by high performance liquid chromatography. The column is an ion exclusion column (Shimadzu Shim-pack SCR-101H), the column temperature is 40 ° C., the mobile phase is phosphoric acid aqueous solution (pH = 2.3), the detector is UV (Shimadzu SPD-10AV vp, 210 nm) and RI (Shimadzu RID-6A)
In addition, analysis of methanol in the raw material and the reaction solution was performed by gas chromatography. The main body of the gas chromatograph is Shimadzu GC-14B, the column is a strong polarity column (TC-FFAP manufactured by GL Sciences), the injection temperature is 250 ° C, the column temperature is 50 ° C x 5 min, the temperature is raised 20 ° C / min, 220 ° C x 5 min, the detector Temperature: 250 ° C., detector: FID, sample injection volume: 2 μL

[生体触媒の調製]
塩化ナトリウム0.1重量%、リン酸二水素カリウム0.1重量%、硫酸マグネシウム七水和物0.05重量%、硫酸第一鉄七水和物0.005重量%、硫酸アンモニウム0.1重量%、硝酸カリウム0.1重量%硫酸マンガン五水和物0.005重量%を含む培養液250mlを三角フラスコに仕込み、pHが7になるように水酸化ナトリウムで調整し、121℃で20分間滅菌した後、アセトニトリル0.5重量%を添加した。これにAcinetobacter sp.AK226を接種して30℃で振とう培養した(前培養)。ミーストパウダー0.3重量%、グルタミン酸ナトリウム0.5重量%、硫酸アンモニウム0.5重量%、リン酸水素二カリウム0.2重量%、リン酸ニ水素カリウム0.15重量%、塩化ナトリウム0.1重量%、硫酸マグネシウム七水和物0.18重量%、塩化マンガン4水和物0.02重量%、塩化カルシウム二水和物0.01重量%、硫酸鉄7水和物0.003重量%、硫酸亜鉛7水和物0.002重量%、硫酸銅5水和物0.002重量%、大豆油2重量%を含む培養液3Lを5Lジャーファーメンターに仕込み、121℃で20分間滅菌した後、前記の前培養液を接種して30℃で通気攪拌を行った。培養開始10時間後から大豆油のフィードを開始した。PHは7になるようにリン酸及びアンモニア水でコントロールし、最終的に約5重量%のAcinetobacter sp.AK226懸濁液を得た。更に0.06Mリン酸バッファーを用いて2回洗浄を行い、最終的にリン酸バッファーに懸濁されたAcinetobacter sp.AK226懸濁液(乾燥菌体濃度10重量%)を得た。
[Preparation of biocatalyst]
Sodium chloride 0.1 wt%, potassium dihydrogen phosphate 0.1 wt%, magnesium sulfate heptahydrate 0.05 wt%, ferrous sulfate heptahydrate 0.005 wt%, ammonium sulfate 0.1 wt%, potassium nitrate 0.1 wt% manganese sulfate pentahydrate 250 ml of a culture solution containing 0.005% by weight of the Japanese product was charged into an Erlenmeyer flask, adjusted with sodium hydroxide to a pH of 7, sterilized at 121 ° C. for 20 minutes, and then 0.5% by weight of acetonitrile was added. This was inoculated with Acinetobacter sp. AK226 and cultured with shaking at 30 ° C. (preculture). Mist powder 0.3% by weight, sodium glutamate 0.5% by weight, ammonium sulfate 0.5% by weight, dipotassium hydrogen phosphate 0.2% by weight, potassium dihydrogen phosphate 0.15% by weight, sodium chloride 0.1% by weight, magnesium sulfate heptahydrate 0.18% by weight %, Manganese chloride tetrahydrate 0.02%, calcium chloride dihydrate 0.01%, iron sulfate heptahydrate 0.003%, zinc sulfate heptahydrate 0.002%, copper sulfate pentahydrate 0.002% A 5 L jar fermenter was charged with 3 L of a broth containing 2% by weight and 2% soybean oil, sterilized at 121 ° C. for 20 minutes, inoculated with the pre-culture solution, and aerated and stirred at 30 ° C. Soybean oil feed was started 10 hours after the start of the culture. The pH was controlled with phosphoric acid and aqueous ammonia so that the pH was 7, and finally a suspension of about 5% by weight of Acinetobacter sp. AK226 was obtained. Furthermore, it was washed twice with 0.06M phosphate buffer, and finally, Acinetobacter sp. AK226 suspension (dry cell concentration 10% by weight) suspended in phosphate buffer was obtained.

[原料グリコロニトリルの調製]
原料グリコロニトリルの調製には東京化成製グリコロニトリル水溶液(52重量%グリコロニトリル)を使用した。東京化成製グリコロニトリル水溶液をガスクロマトグラフィーで分析した結果、0.90重量%のメタノールを含有することが判明した。これよりもメタノール濃度の高い原料は市販メタノール(和光純薬製)を添加することで調製した。また、メタノール濃度の低い原料は、東京化成製グリコロニトリルを、50℃×40mmHg条件でストリッピング操作を行うことで水と共にメタノールを留去し、濃縮されたグリコロニトリル濃度が元の52重量%に戻るように蒸留水を添加することで調製した。
[Preparation of raw material glycolonitrile]
For the preparation of the raw material glycolonitrile, an aqueous glycolonitrile solution (52 wt% glycolonitrile) manufactured by Tokyo Chemical Industry was used. As a result of gas chromatography analysis of an aqueous solution of glycolonitrile manufactured by Tokyo Chemical Industry, it was found to contain 0.90% by weight of methanol. The raw material having a higher methanol concentration was prepared by adding commercially available methanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries). In addition, the raw material with a low methanol concentration is Tokyo Kasei's glycolonitrile, which is stripped under the conditions of 50 ° C x 40 mmHg to distill off the methanol together with water, and the concentrated glycolonitrile concentration is the original 52 wt. It was prepared by adding distilled water to return to%.

[実施例1〜2、比較例1]
前記のように得られたAcinetobacter sp.AK226懸濁液(10重量%)と蒸留水を用いて200mL四ツ口フラスコに16.1g菌体懸濁液(乾燥菌体0.16g)を仕込んだ。該フラスコにpH計と温度計を設置し反応液のpHと温度をモニタリングできるようにして、50℃恒温水槽に入れてスターラー攪拌を実施し、内温が50℃になるまでしばらく保持した。次に原料の52重量%グリコロニトリル水溶液を、液体クロマトグラフィー用ポンプを用いて3.6g/Hrでフィードした。原料グリコロニトリル中に安定剤として含まれる硫酸を中和するため、チューブポンプで1.5重量%アンモニア水をフィードした。尚、アンモニア水フィードポンプはpH計による制御で内液pHが6.9±0.1になるようにセットした。反応中は定期的にサンプリングを行い、高速液体クロマトグラフィーでグリコロニトリルとグリコール酸アンモニウム濃度を測定し、定常グリコロニトリル濃度が2重量%以下になるように原料の添加量を調節した。使用したグリコロニトリル水溶液のメタノール濃度と反応の結果は表1、図1、図2、図3に示す。
[Examples 1 and 2, Comparative Example 1]
Using the Acinetobacter sp. AK226 suspension (10 wt%) obtained as described above and distilled water, a 16.1 g cell suspension (dry cell 0.16 g) was charged into a 200 mL four-necked flask. A pH meter and a thermometer were installed in the flask so that the pH and temperature of the reaction solution could be monitored. The flask was placed in a 50 ° C. constant temperature water bath and stirred with a stirrer, and held for a while until the internal temperature reached 50 ° C. Next, a raw material 52 wt% glycolonitrile aqueous solution was fed at 3.6 g / Hr using a liquid chromatography pump. In order to neutralize sulfuric acid contained as a stabilizer in the raw material glycolonitrile, 1.5 wt% aqueous ammonia was fed by a tube pump. The ammonia water feed pump was set so that the pH of the internal solution was 6.9 ± 0.1 by control with a pH meter. Sampling was periodically performed during the reaction, and the concentrations of glycolonitrile and ammonium glycolate were measured by high performance liquid chromatography, and the amount of raw material added was adjusted so that the steady glycolonitrile concentration was 2% by weight or less. The methanol concentration of the aqueous glycolonitrile solution used and the results of the reaction are shown in Table 1, FIG. 1, FIG. 2, and FIG.

Figure 0005165393
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本発明によれば、グリコロニトリルを原料として、ニトリラーゼを用いて、グリコール酸又はグリコール酸アンモニウムを製造するに当たり、1)十分な平均生産速度、2)十分なグリコール酸アンモニウム蓄積濃度、3)十分な触媒生産性の3つを同時に達成することができる、工業的に有利な製造法を提供できる。   According to the present invention, 1) sufficient average production rate, 2) sufficient ammonium glycolate accumulation concentration, 3) sufficient to produce glycolic acid or ammonium glycolate using glycolonitrile as a raw material using nitrilase It is possible to provide an industrially advantageous production method that can simultaneously achieve three of the catalyst productivity.

図1は、グリコロニトリル水溶液を原料に、生体触媒を用いて、各濃度のメタノールの存在下において加水分解反応を行った時に蓄積したグリコール酸アンモニウムの濃度の経時変化を示す。FIG. 1 shows the change over time in the concentration of ammonium glycolate accumulated when a hydrolysis reaction is performed in the presence of methanol at various concentrations using a glycolonitrile aqueous solution as a raw material and using a biocatalyst. 図2は、グリコロニトリル水溶液を原料に、生体触媒を用いて、各濃度のメタノールの存在下において加水分解反応を行った時に蓄積したグリコール酸アンモニウムの生産量を示す。FIG. 2 shows the production amount of ammonium glycolate accumulated when a hydrolysis reaction is performed in the presence of methanol at various concentrations using a glycolonitrile aqueous solution as a raw material and using a biocatalyst. 図3は、グリコロニトリル水溶液を原料に、生体触媒を用いて、各濃度のメタノールの存在下において加水分解反応を行った時の、メタノール濃度と触媒生産性の関係を示す。FIG. 3 shows the relationship between methanol concentration and catalyst productivity when a hydrolysis reaction is carried out using a glycolonitrile aqueous solution as a raw material and using a biocatalyst in the presence of each concentration of methanol.

Claims (7)

安定剤としてメタノールを含むホルマリンと青酸から合成されたグリコロニトリルにニトリラーゼを作用させることを含むグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法において、グリコロニトリルを含む原料中のメタノール濃度を0.5重量%以下にすることを特徴とするグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法。 In a process for producing glycolic acid or ammonium glycolate, which comprises allowing nitrilase to act on glycolonitrile synthesized from formalin and methanol containing methanol as a stabilizer, the concentration of methanol in the raw material containing glycolonitrile is 0.5 wt. % Or less, a method for producing glycolic acid or ammonium glycolate. グリコロニトリルを含む原料をストリッピングすることで原料中のメタノールを除去し、メタノール濃度を0.5重量%以下にすることを特徴とする、請求項1に記載のグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法。 The glycolic acid or ammonium glycolate according to claim 1, wherein methanol in the raw material is removed by stripping a raw material containing glycolonitrile, and the methanol concentration is 0.5 wt% or less. Production method. ニトリラーゼが、微生物菌体又はその処理物、あるいは微生物菌体由来のニトリラーゼの固定化物又は懸濁液から選択される何れか1種以上の生体触媒である、請求項1又は2に記載のグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法。 The glycolic acid according to claim 1 or 2, wherein the nitrilase is any one or more biocatalysts selected from microbial cells or treated products thereof, or immobilized nitrilase or suspension derived from microbial cells. Or the manufacturing method of ammonium glycolate. ニトリラーゼが、アシネトバクター・エスピー.(Acinetobacter sp.) AK226(受託番号FERM BP-08590)由来のニトリラーゼ、又はアシネトバクター・エスピー.(Acinetobacter sp.)AK226(受託番号FERM BP-08590)のニトリラーゼ遺伝子によってコードされるタンパク質酵素である、請求項1から3の何れかに記載のグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法。 Nitrilase is Acinetobacter sp. (Acinetobacter sp.) Nitrilase derived from AK226 (Accession No. FERM BP-08590) or Acinetobacter sp. (Acinetobacter sp.) The method for producing glycolic acid or ammonium glycolate according to any one of claims 1 to 3, which is a protein enzyme encoded by the nitrilase gene of AK226 (accession number FERM BP-08590). ニトリラーゼが、グラム陰性菌及び/またはその処理物の、固定化物及び/または懸濁液から選択される生体触媒である、請求項1から4の何れかに記載のグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法。 The production of glycolic acid or ammonium glycolate according to any one of claims 1 to 4, wherein the nitrilase is a biocatalyst selected from an immobilized product and / or a suspension of a gram-negative bacterium and / or a processed product thereof. Method. ニトリラーゼがアシネトバクター(Acinetobacter)属の菌体及び/またはその処理物の、固定化物及び/または懸濁液から選択される生体触媒である、請求項1から5の何れかに記載のグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法。 The glycolic acid or glycol according to any one of claims 1 to 5, wherein the nitrilase is a biocatalyst selected from an immobilized product and / or a suspension of cells of the genus Acinetobacter and / or a processed product thereof. Method for producing ammonium acid. ニトリラーゼがアシネトバクター・エスピー.(Acinetobacter sp.) AK226(受託番号FERM BP-08590)の菌体及び/またはその処理物の、固定化物及び/または懸濁液から選択される生体触媒である、請求項1から6の何れかに記載のグリコール酸又はグリコール酸アンモニウムの製造方法。 Nitrilase is Acinetobacter sp. (Acinetobacter sp.) Any one of claims 1 to 6, which is a biocatalyst selected from an immobilized product and / or a suspension of a bacterial cell of AK226 (Accession No. FERM BP-08590) and / or a processed product thereof. A process for producing glycolic acid or ammonium glycolate as described in 1.
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