JP6158428B2 - １，５−ジアミノペンタンの精製方法 - Google Patents
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Description
本発明は、１，５−ジアミノペンタンの精製方法に関する。
１，５−ジアミノペンタン（カダベリン（cadaverine））は、リシン（Lysine）発酵液から菌体を除去した後、脱炭酸酵素（ＬＤＣ、リシン脱炭酸酵素（Lysine Decarboxylase））を使用してカルボン酸基を除去することによって製造することができる。代案としては、１，５−ジアミノペンタンは、脱炭酸活性を有する菌体を使用して直接製造することができる。該１，５−ジアミノペンタンは、製造方法に応じて硫酸塩、炭酸塩などの塩の形態でも得られる。
例えば、１，５−ジアミノペンタンの硫酸塩に、アジピン酸（adipic acid）を添加して、１，５−ジアミノペンテンアジペートを結晶として回収することができる。代案としては、１，５−ジアミノペンタンの炭酸塩をそのまま結晶として回収することができる。
しかし、前記製造方法は、収率が低く、１，５−ジアミノペンタンが塩（Salt）の形態で得られるので、塩を除去して純粋な１，５−ジアミノペンタンを得るためには、さらなる工程が要求される。
従って、前記発酵液から１，５−ジアミノペンタンを直接効果的に精製する方法が要求される。
発明の詳細な説明
技術的課題
一側面は、１，５−ジアミノペンタンの新たな精製方法を提供するものである。
技術的課題
一側面は、１，５−ジアミノペンタンの新たな精製方法を提供するものである。
他の一側面は、前記方法によって精製された１，５−ジアミノペンタンを提供するものである。
一側面によって、
１，５−ジアミノペンタンの炭酸塩を含む発酵液を濃縮する段階と、
該発酵液の濃縮物に酸を添加して、炭酸が除去されたｐＨ４〜ｐＨ７．０の酸性組成物を調製する段階と、
該酸性組成物に塩基を添加して、ｐＨ１２．０〜ｐＨ１４の塩基性組成物を調製する段階と、
該塩基性組成物から１，５−ジアミノペンタンを回収する段階と
を含む１，５−ジアミノペンタンの精製方法が提供される。
１，５−ジアミノペンタンの炭酸塩を含む発酵液を濃縮する段階と、
該発酵液の濃縮物に酸を添加して、炭酸が除去されたｐＨ４〜ｐＨ７．０の酸性組成物を調製する段階と、
該酸性組成物に塩基を添加して、ｐＨ１２．０〜ｐＨ１４の塩基性組成物を調製する段階と、
該塩基性組成物から１，５−ジアミノペンタンを回収する段階と
を含む１，５−ジアミノペンタンの精製方法が提供される。
他の一側面によって、前述の方法によって精製された１，５−ジアミノペンタンが提供される。
[本発明1001]
1，5−ジアミノペンタンの炭酸塩を含む発酵液を濃縮する段階と、
該発酵液の濃縮物に酸を添加して、ｐＨ4〜ｐＨ7．0の炭酸が除去された酸性組成物を調製する段階と、
該酸性組成物に塩基を添加して、ｐＨ12．0〜ｐＨ14の塩基性組成物を調製する段階と、
該塩基性組成物から1，5−ジアミノペンタンを回収する段階と
を含む、1，5−ジアミノペンタンの精製方法。
[本発明1002]
前記発酵液を濃縮する段階が、10℃〜100℃以下の蒸気温度で実行される、本発明1001の精製方法。
[本発明1003]
前記酸性組成物のｐＨが4．0〜5．0である、本発明1001の精製方法。
[本発明1004]
前記酸が、塩酸、硫酸、リン酸、酢酸、及び硝酸などからなる群から選択された一つ以上である、本発明1001の精製方法。
[本発明1005]
前記塩基が、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、及び水酸化アンモニウムからなる群から選択された一つ以上である、本発明1001の精製方法。
[本発明1006]
前記塩基性組成物から1，5−ジアミノペンタンを回収する段階が、
該塩基性組成物から蒸留によって、1，5−ジアミノペンタンを含む組成物を分離する段階と、
該1，5−ジアミノペンタンを含む組成物から分留によって1，5−ジアミノペンタンを回収する段階と
を含む、本発明1001の精製方法。
[本発明1007]
前記蒸留によって、1，5−ジアミノペンタンを主成分として含む組成物を分離する段階と、分留によって1，5−ジアミノペンタンを回収する段階とが、連続して実行される、本発明1006の精製方法。
[本発明1008]
前記分留が蒸留塔で行われ、該蒸留塔の下部から1，5−ジアミノペンタンが回収される、本発明1007の精製方法。
[本発明1009]
1，5−ジアミノペンタンを含む組成物が除去された塩基性組成物から、副産物を回収する、本発明1006の精製方法。
[本発明1010]
本発明1001〜1009のうちいずれかの方法によって精製された1，5−ジアミノペンタン。
[本発明1001]
1，5−ジアミノペンタンの炭酸塩を含む発酵液を濃縮する段階と、
該発酵液の濃縮物に酸を添加して、ｐＨ4〜ｐＨ7．0の炭酸が除去された酸性組成物を調製する段階と、
該酸性組成物に塩基を添加して、ｐＨ12．0〜ｐＨ14の塩基性組成物を調製する段階と、
該塩基性組成物から1，5−ジアミノペンタンを回収する段階と
を含む、1，5−ジアミノペンタンの精製方法。
[本発明1002]
前記発酵液を濃縮する段階が、10℃〜100℃以下の蒸気温度で実行される、本発明1001の精製方法。
[本発明1003]
前記酸性組成物のｐＨが4．0〜5．0である、本発明1001の精製方法。
[本発明1004]
前記酸が、塩酸、硫酸、リン酸、酢酸、及び硝酸などからなる群から選択された一つ以上である、本発明1001の精製方法。
[本発明1005]
前記塩基が、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、及び水酸化アンモニウムからなる群から選択された一つ以上である、本発明1001の精製方法。
[本発明1006]
前記塩基性組成物から1，5−ジアミノペンタンを回収する段階が、
該塩基性組成物から蒸留によって、1，5−ジアミノペンタンを含む組成物を分離する段階と、
該1，5−ジアミノペンタンを含む組成物から分留によって1，5−ジアミノペンタンを回収する段階と
を含む、本発明1001の精製方法。
[本発明1007]
前記蒸留によって、1，5−ジアミノペンタンを主成分として含む組成物を分離する段階と、分留によって1，5−ジアミノペンタンを回収する段階とが、連続して実行される、本発明1006の精製方法。
[本発明1008]
前記分留が蒸留塔で行われ、該蒸留塔の下部から1，5−ジアミノペンタンが回収される、本発明1007の精製方法。
[本発明1009]
1，5−ジアミノペンタンを含む組成物が除去された塩基性組成物から、副産物を回収する、本発明1006の精製方法。
[本発明1010]
本発明1001〜1009のうちいずれかの方法によって精製された1，5−ジアミノペンタン。
一側面によれば１，５−ジアミノペンタンの炭酸塩を含む発酵液に酸を添加して炭酸を除去した後、塩基を添加することにより、高純度１，５−ジアミノペンタンを高い収率で得ることができる。
以下、例示的な一具現例による１，５−ジアミノペンタンの精製方法、及び該方法によって精製された１，５−ジアミノペンタンについてさらに詳細に説明する。
一具現例による１，５−ジアミノペンタンの精製方法は１，５−ジアミノペンタンの炭酸塩を含む発酵液を濃縮する段階と、該発酵液の濃縮物に酸を添加して、ｐＨ４〜ｐＨ７．０の炭酸が除去された酸性組成物を調製する段階と、該酸性組成物に塩基を添加して、ｐＨ１２．０〜ｐＨ１４の塩基性組成物を調製する段階と、該塩基性組成物から１，５−ジアミノペンタンを回収する段階とを含む。
前記精製方法は、１，５−ジアミノペンタンの炭酸塩を含む中性発酵液を濃縮し、発酵液の濃縮物を調製した後、該濃縮物に酸を添加して、炭酸が除去された酸性組成物を調製し、該酸性組成物に塩基を添加して、１，５−ジアミノペンタンの非炭酸塩から１，５−ジアミノペンタンを分離した後、１，５−ジアミノペンタンを選択的に回収することにより、簡単に高純度の１，５−ジアミノペンタンを高い収率で得ることができる。
例えば、リシン発酵液に脱炭酸酵素を使用するか、あるいは脱炭酸酵素を含む微生物を発酵させることにより、１，５−ジアミノペンタンが生成されると共に、リシンの脱カルボキシル化反応の副産物である炭酸塩は、生成された１，５−ジアミノペンタンと反応し、１，５−ジアミノペンタンの炭酸塩を形成する。このように、１，５−ジアミノペンタンの炭酸塩を含む発酵液が調製される。
前記発酵液を濃縮する段階では、発酵液に含まれた溶媒の一部が除去されることが、一次濃縮段階に対応する。該溶媒の一部が除去されることにより、発酵液に含まれた１，５−ジアミノペンタンの濃度が上昇する。該溶媒は、例えば、水である。例えば、前記中性発酵液を濃縮する段階において、濃縮されていない発酵液に含まれた最初溶媒の４０％以上、望ましくは、５０％以上、さらに望ましくは、６０％以上、一層望ましくは、７０％以上が除去される。
前記精製方法において発酵液を濃縮する段階は、１００℃以下の蒸気温度で実行される。すなわち、発酵液から気化される蒸気の温度が、１００℃以下である条件で濃縮が行われる。例えば、該精製方法において発酵液を濃縮する段階は、１０℃〜１００℃の蒸気温度、望ましくは、３０℃〜８０℃の蒸気温度、さらに望ましくは、４５℃〜７０℃の蒸気温度で実行される。該条件で、溶媒がさらに容易に除去される。
前記精製方法において発酵液を濃縮する段階は、７６０ｍｍＨｇ以下の低下した圧力で実行される。すなわち、発酵液と平衡である蒸気の圧力が、７６０ｍｍＨｇ以下である条件で濃縮が行われる。例えば、該精製方法において発酵液を濃縮する段階は、１０〜７６０ｍｍＨｇの圧力、望ましくは、４０〜５００ｍｍＨｇの圧力、さらに望ましくは、７０〜２００ｍｍＨｇの圧力で実行される。該条件で、溶媒がさらに容易に除去される。
発酵液を濃縮して得られる濃縮物（すなわち、濃縮結果物）に含まれた溶媒の含量は、濃縮物総重量を基準に、１０〜５０重量％である。例えば、該濃縮物の溶媒含量は、濃縮結果物総重量を基準に、１５〜４５重量％であり、望ましくは、２０〜４２重量％である。該溶媒は、水でもある。
発酵液のｐＨは、中性であり、望ましくは、ｐＨ７．０から８．０であり、発酵液を濃縮して得られる濃縮物のｐＨは、８．０から９．０である。
前記濃縮物は、１，５−ジアミノペンタンの炭酸塩を含み、該１，５−ジアミノペンタンの炭酸塩から炭酸を除去し、１，５−ジアミノペンタンの非炭酸塩を生成する反応は、下記反応式１で表示される。そして、前記精製方法において酸性組成物とは、発酵液から炭酸塩が除去され、１，５−ジアミノペンタンが非炭酸塩の形態で含まれる組成物を意味する。
＜反応式１＞
（Ｈ３ＮＣ５Ｈ１０ＮＨ３）２＋−ＣＯ３ ２−＋酸（acid）→（Ｈ３ＮＣ５Ｈ１０ＮＨ３）２＋−非炭酸塩＋ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ
（Ｈ３ＮＣ５Ｈ１０ＮＨ３）２＋−ＣＯ３ ２−＋酸（acid）→（Ｈ３ＮＣ５Ｈ１０ＮＨ３）２＋−非炭酸塩＋ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ
前記反応式１から分かるように、ジアミノペンタンの炭酸塩において炭酸イオンは、酸と反応して水と二酸化炭素とに分解され、二酸化炭素は、気化されて除去される。
前記精製方法において脱炭酸工程で使用される酸（acid）は、塩酸、硫酸、リン酸、酢酸、及び硝酸などからなる群から選択された１つ以上でもあるが、必ずしもそれらに限定されるものではなく、組成物のｐＨを酸性にするものであって、当該技術分野で使用可能なものであるならば、いずれも使用可能である。該脱炭酸工程に使用される酸は、気相、液相、またはそれらの混合相でもある。
前記精製方法において酸性組成物のｐＨは、７．０未満、望ましくは、４．０〜５．０である。酸性組成物のｐＨが７．０以上であるならば、１，５−ジアミノペンタンの炭酸塩のうち一部において炭酸塩が分離されず、塩基性組成物に変わる段階において、１，５−ジアミノペンタンが純粋な（遊離（free））形態に転換されていないために、蒸留段階において、１，５−ジアミノペンタンの分離が困難である。結果として、１，５−ジアミノペンタンの回収率が低くなってしまう。
前記炭酸が除去された酸性組成物において、溶媒含量が過度に低ければ、塩基性組成物を調製する段階において、多量の塩が析出される。一方、該酸性組成物において、溶媒の含量が過度に多ければ、塩基性組成物から１，５−ジアミノペンタンを除去するのに長時間が必要となってしまう。該溶媒は、水でもある。例えば、該酸性組成物において溶媒の含量は、酸性組成物総重量を基準に、３５〜４５重量％でもある。
前記精製方法において、塩基性組成物の調製に使用される塩基は、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、及び水酸化アンモニウムからなる群から選択された１つ以上でもあるが、必ずしもそれらに限定されるものではなく、組成物のｐＨを塩基性にすることができるものであって、当該技術分野で使用可能なものであるならば、いずれも使用可能である。
前記精製方法において塩基性組成物のｐＨは、１２以上、望ましくは、１２．０〜１４．０である。塩基性組成物のｐＨが１２．０未満であるならば、１，５−ジアミノペンタンのうち一部が非炭酸塩と結合された状態で存在することにより、蒸留によって１，５−ジアミノペンタンの分離が困難になってしまう。結果として、１，５−ジアミノペンタンの回収率が低くなってしまう。
前記精製方法において、１，５−ジアミノペンタンを回収する段階は、塩基性組成物において、該１，５−ジアミノペンタンの炭酸塩がさらに生成される前に実行される。該塩基性組成物において、経時的に１，５−ジアミノペンタンと、大気中の二酸化炭素とが結合し、１，５−ジアミノペンタンの炭酸塩が形成され、蒸留によって回収される１，５−ジアミノペンタンの含量が減少してしまう。従って、塩基性組成物が調製されるや否や、あるいはそれと同時に、１，５−ジアミノペンタンが回収されねばならない。
具体的には、前記精製方法において、塩基性組成物から１，５−ジアミノペンタンを回収する段階は、該塩基性組成物から、蒸留によって、１，５−ジアミノペンタンを含む組成物を分離する二次濃縮段階と、該１，５−ジアミノペンタンを含む組成物において、１，５−ジアミノペンタンを分留する段階とを含んでもよい。
例えば、塩基性組成物から、前記１，５−ジアミノペンタンを含む組成物を分離して保存した後、必要に応じて、分離された該組成物が、１，５−ジアミノペンタンを回収する段階に使用される。該１，５−ジアミノペンタンを含む組成物は、構成成分の中で、１，５−ジアミノペンタンの含量が塩基性組成物に比べては高いが、最終精製結果物に比べては、１，５−ジアミノペンタンの含量が低い組成物を意味する。
前記精製方法において、前記１，５−ジアミノペンタンを含む組成物は、気相、液相、またはそれらの混合相でもある。すなわち、該精製方法において要求される条件によって、該１，５−ジアミノペンタンを含む組成物の状態が異なる。
前記１，５−ジアミノペンタンを含む組成物を分離する段階は、蒸留によって、１，５−ジアミノペンタンを含む蒸気及び／または凝縮液を回収するものである。該分離段階は、二重ジャケット反応器で実行される。
前記精製方法において、１，５−ジアミノペンタンを含む組成物を分離する段階は、３０℃〜１８０℃の蒸気温度、及び１０ｍｍＨｇ〜７６０ｍｍＨｇの圧力、望ましくは、４０℃〜１２０℃の蒸気温度、及び６０ｍｍＨｇ〜２００ｍｍＨｇの圧力で実行される。前記条件において、１，５−ジアミノペンタンを含む組成物が高い収率で分離される。この温度及び圧力範囲で分離される１，５−ジアミノペンタンを含む組成物は、凝縮によって液状で得られる。
前記１，５−ジアミノペンタンを含む組成物の保存は、例えば、反応器の上端と蒸留塔との間に配置される保存槽によって行われるが、必ずしもそのような構成に限定されるものではなく、当該技術分野で使用される全ての保存方法が可能である。
代案としては、前記精製方法において、蒸留によって、１，５−ジアミノペンタンを含む組成物を分離する段階と、分留によって１，５−ジアミノペンタンを回収する段階とが連続して実行される。すなわち、該１，５−ジアミノペンタンを含む組成物が、塩基性組成物から蒸留によって分離されると共に、さらに分留によって、１，５−ジアミノペンタンと異なる成分に分離され、１，５−ジアミノペンタンが回収される。該分留によって得られる１，５−ジアミノペンタンは、最終結果物である。
前記精製方法において、１，５−ジアミノペンタンを回収する段階は、蒸留塔で実行される。例えば、塩基性組成物を含む反応器で気化された１，５−ジアミノペンタンを主成分として含む組成物が連続して蒸留塔に投入され、１，５−ジアミノペンタンが選択的に回収される。例えば、該１，５−ジアミノペンタンを含む組成物は、蒸留塔の中間位置に投入されるが、投入位置は、具体的な反応条件及び蒸留塔の条件によって変更される。
前記精製方法において蒸留塔は、３０℃〜１８０℃の蒸気温度、及び１０ｍｍＨｇ〜７６０ｍｍＨｇの圧力で作動される。例えば、該蒸留塔は、４０℃〜１２０℃の蒸気温度、及び６０ｍｍＨｇ〜２００ｍｍＨｇの圧力で作動される。これらの範囲の温度及び圧力で、１，５−ジアミノペンタンが高い収率で得られる。
前記精製方法において、１，５−ジアミノペンタンは、蒸留塔の下部で回収され、該蒸留塔の上部では、例えば、水とアンモニアとが回収される。
前記精製方法において、１，５−ジアミノペンタンを主成分にする組成物が除去された後、残りの塩基性組成物から副産物が回収される。例えば、塩基性組成物から１，５−ジアミノペンタンを主成分にする組成物が除去された後、残ったスラリーから、追加精製段階を経て副産物が回収される。また、スラリーが菌体を含む場合には、該スラリーに蒸留水を追加して投入し、スラリーを完全に溶解して菌体を分離した後、副産物を回収することができる。
例えば、１，５−ジアミノペンタンは、次のように精製される。
発酵段階
まず、微生物を培養し、Ｌ−リシン（Ｌ−Lysin）、及びその塩を含む発酵液を調製し、該発酵液から菌体を除去した後、酵素転換反応を介して、１，５−ジアミノペンタンを含む発酵液が製造される。製造された発酵液に含まれた１，５−ジアミノペンタンの５８％は、炭酸塩形態であり、４２％は、硫酸塩形態である。
まず、微生物を培養し、Ｌ−リシン（Ｌ−Lysin）、及びその塩を含む発酵液を調製し、該発酵液から菌体を除去した後、酵素転換反応を介して、１，５−ジアミノペンタンを含む発酵液が製造される。製造された発酵液に含まれた１，５−ジアミノペンタンの５８％は、炭酸塩形態であり、４２％は、硫酸塩形態である。
一次濃縮段階（水除去段階）
次に、発酵液から水を除去して発酵液を濃縮する。
次に、発酵液から水を除去して発酵液を濃縮する。
前記水の除去に使用される方法は、減圧濃縮法及び／または蒸発濃縮法などである。それに使用される濃縮器の種類は、特別にそれに制限されるものではなく、遠心濃縮器、蒸発濃縮器、対流循環式濃縮器、低温減圧濃縮器、回転式減圧濃縮器、減圧蒸発濃縮器、薄膜濃縮器及び板型濃縮器からなる群から選択された１種の濃縮器を用いることができる。
例えば、前記濃縮方法のうち低温減圧濃縮法を用いて濃縮することができる。具体的には、前記菌体が除去されているか、あるいは除去されていない発酵液の濃縮は、１０℃〜１００℃、望ましくは、４５℃〜７０℃の蒸気温度、及び１０ｍｍＨｇ〜７６０ｍｍＨｇ、望ましくは、７０ｍｍＨｇ〜２００ｍｍＨｇの圧力で行われる。前記水が除去された濃縮液の水含量は、濃縮された発酵液総重量を基準に、１５重量％〜４５重量％であり、例えば２０重量％〜４３重量％、例えば、３０重量％〜４２重量％でもある。
脱炭酸段階（炭酸が除去された酸性組成物の調製段階）
次に、濃縮された発酵液に酸を添加して酸性組成物を調製する。
次に、濃縮された発酵液に酸を添加して酸性組成物を調製する。
前記濃縮された発酵液を酸性にし、ｐＨを低くすることにより、炭酸を除去する。脱炭酸段階で使用される酸は、塩酸、硫酸、リン酸、酢酸、及び硝酸などからなる群から選択された１つ以上でもあるが、必ずしもそれらに限定されるものではなく、組成物のｐＨを７．０未満の酸にすることができるものであって、当該技術分野で使用可能なものであるならば、いずれも使用可能である。
前記精製方法において、脱炭酸のために、組成物のｐＨは、７．０未満、望ましくは、４．０〜５．０である。酸性組成物のｐＨが７．０以上であるならば、１，５−ジアミノペンタンの炭酸塩のうち一部において炭酸塩が分離されず、塩基性組成物に変わる段階において、１，５−ジアミノペンタンが純粋な（遊離）形態に転換されていないことによって、蒸留段階において、１，５−ジアミノペンタンの分離が困難になってしまう。結果として、１，５−ジアミノペンタンの回収率が低くなってしまう。
ｐＨ調節段階（塩基性組成物調製段階）
次に、炭酸が除去された酸性組成物に塩基を添加して、塩基性組成物を調製する。
次に、炭酸が除去された酸性組成物に塩基を添加して、塩基性組成物を調製する。
炭酸が除去された発酵液、すなわち、酸性組成物に水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、及び水酸化アンモニウムからなる群から選択された１種以上の塩基を添加して、ｐＨを調節することができ、例えば、水酸化ナトリウムを添加して、ｐＨを調節することができる。前記塩基性組成物のｐＨが１２．０以上、望ましくは、１２．０〜１４．０に調節される。該塩基性組成物のｐＨが１２．０未満であるならば、１，５−ジアミノペンタンのうち一部が、塩と結合された状態で存在することにより、後続の１，５−ジアミノペンタンの分離が困難になるが、該塩基性組成物のｐＨが１２．０以上であるならば、該塩基性組成物において、１，５−ジアミノペンタンに結合された塩が分離され、１，５−ジアミノペンタンの蒸留が容易になり、結果として、１，５−ジアミノペンタンの回収率が向上する。
回収段階
回収段階は、具体的には、二次濃縮段階及び蒸留段階に分けることができるが、実際には連続して実行される。例えば、図１及び図２を参照する。
回収段階は、具体的には、二次濃縮段階及び蒸留段階に分けることができるが、実際には連続して実行される。例えば、図１及び図２を参照する。
二次濃縮段階（１，５−ジアミノペンタンを含む蒸気及び／または凝縮液の分離）
次に、塩基性組成物から、蒸留によって、１，５−ジアミノペンタンを主成分として含む蒸気及び／または凝縮液を回収する。
次に、塩基性組成物から、蒸留によって、１，５−ジアミノペンタンを主成分として含む蒸気及び／または凝縮液を回収する。
前記二次濃縮段階は、塩基性組成物をさらに濃縮器に入れ、例えば、１０〜７６０ｍｍＨｇの真空状態で実行されるか、あるいは６０〜２００ｍＨｇの真空状態で実行される。該二次濃縮段階は、例えば、３０〜１８０℃の温度、または４０〜１２０℃の温度で実行される。
蒸発された蒸気は、凝縮された後、液体として蒸留塔に投入され、凝縮させずに即座に蒸留塔に投入される。すなわち、後続の蒸留段階に使用される。
二次濃縮段階において、濃縮器から１，５−ジアミノペンタンが蒸発されることにより、濃縮器に残留する下部液のｐＨが低下するので、塩基を追加して投入し、下部液のｐＨを１２．０〜１４．０に維持することができる。また、下部液のスラリー状態を維持するために、蒸留水を一定に投入し、スラリーに含まれた固体／液体の比率を０．１〜２．０、望ましくは、０．５〜１．５に維持する。
二次濃縮段階で残ったスラリーは、追加精製工程を経て副産物として活用可能である。菌体分離していない発酵液の場合、蒸留水を追加して投入し、スラリーを完全に溶解して菌体を分離させた後、母液から副産物を回収することもできる。
分留段階（高純度１，５−ジアミノペンタンの回収）
前記二次濃縮段階で生じた１，５−ジアミノペンタンを主成分として含む蒸気及び／または凝縮液から、高純度の１，５−ジアミノペンタンを分離する。
前記二次濃縮段階で生じた１，５−ジアミノペンタンを主成分として含む蒸気及び／または凝縮液から、高純度の１，５−ジアミノペンタンを分離する。
前記二次濃縮段階と蒸留段階は、連続して実行される。例えば、二次濃縮段階で濃縮された１，５−ジアミノペンタンを含む蒸気が、蒸留段階のために、蒸留塔の中間の高さ位置に即座に投入される。
前記二次濃縮段階は、塩基性組成物をさらに濃縮器に入れ、例えば、１０〜７６０ｍｍＨｇの真空状態で実行されるか、あるいは６０〜２００ｍＨｇの真空状態で実行される。該二次濃縮段階は、例えば、３０〜１８０℃の温度、または４０〜１２０℃の温度で実行される。
前記圧力条件及び前記温度条件の下で蒸留されることにより、蒸留塔の上部では、水とアンモニアとが分離され、下部では、１，５−ジアミノペンタンが分離される。
前記方法によって精製された１，５−ジアミノペンタンは、４０重量％以上の回収率、６０重量％以上の回収率、望ましくは、６５重量％以上の回収率、さらに望ましくは、７５％以上の回収率、一層望ましくは、８５％以上の回収率、最も望ましくは、９０．０重量％以上の回収率を有することができる。
また、前記方法によって精製された１，５−ジアミノペンタンは、９９．０重量％以上の純度及び９０．０重量％以上の回収率を有することができる。前記純度は、溶媒を除いた成分に対する純度である。例えば、該溶媒は、水でもある。
発明の実施のための形態
以下の実施例及び比較例を介して、本発明についてさらに詳細に説明する。ただし、実施例は、本発明を例示するためのものであり、それらだけで本発明の範囲が限定されるのではない。
以下の実施例及び比較例を介して、本発明についてさらに詳細に説明する。ただし、実施例は、本発明を例示するためのものであり、それらだけで本発明の範囲が限定されるのではない。
（１，５−ジアミノペンタンの精製）
実施例１：１，５−ジアミノペンタンの精製方法
（発酵段階）
微生物を培養し、Ｌ−リシン（L-Lysine）及びその硫酸塩を含む発酵液を調製し、該発酵液から菌体を除去した後、脱炭酸酵素転換反応を介して、Ｌ−リシン（L-Lysine）のカルボン酸基が除去され、それを介して１，５−ジアミノペンタンを含む発酵液が製造される。製造された発酵液には、炭酸塩形態の１，５−ジアミノペンタンが５８％であり、硫酸塩形態の１，５−ジアミノペンタンが４２％である。
実施例１：１，５−ジアミノペンタンの精製方法
（発酵段階）
微生物を培養し、Ｌ−リシン（L-Lysine）及びその硫酸塩を含む発酵液を調製し、該発酵液から菌体を除去した後、脱炭酸酵素転換反応を介して、Ｌ−リシン（L-Lysine）のカルボン酸基が除去され、それを介して１，５−ジアミノペンタンを含む発酵液が製造される。製造された発酵液には、炭酸塩形態の１，５−ジアミノペンタンが５８％であり、硫酸塩形態の１，５−ジアミノペンタンが４２％である。
（一次濃縮段階）
前記１，５−ジアミノペンタン発酵液１，０００ｇを、１Ｌ濃縮器（Eyela社製）に投入し、４７℃の蒸気温度及び８０ｍｍＨｇの圧力に維持しながら、発酵液の６０％を除去して濃縮した。このとき、除去された凝縮水は、６００ｇであり、除去された凝縮水中に、１，５−ジアミノペンタンは、検出されていない。下記表１は、一次濃縮段階前後の成分分析表である。下記表１の１，５−ジアミノペンタン、アミノ酸、有機酸及びイオンは、ＨＰＬＣで分析し、水分分析は、Karl−fisher水分測定法を用いて分析した。
前記１，５−ジアミノペンタン発酵液１，０００ｇを、１Ｌ濃縮器（Eyela社製）に投入し、４７℃の蒸気温度及び８０ｍｍＨｇの圧力に維持しながら、発酵液の６０％を除去して濃縮した。このとき、除去された凝縮水は、６００ｇであり、除去された凝縮水中に、１，５−ジアミノペンタンは、検出されていない。下記表１は、一次濃縮段階前後の成分分析表である。下記表１の１，５−ジアミノペンタン、アミノ酸、有機酸及びイオンは、ＨＰＬＣで分析し、水分分析は、Karl−fisher水分測定法を用いて分析した。
（表１）
（脱炭酸段階）
前記一次濃縮後残留液４００ｇに硫酸（純度９８％）７０．８ｇを添加して、炭酸３１．１ｇを除去した。得られた酸性組成物のｐＨは、４．５であった。
前記一次濃縮後残留液４００ｇに硫酸（純度９８％）７０．８ｇを添加して、炭酸３１．１ｇを除去した。得られた酸性組成物のｐＨは、４．５であった。
（ｐＨ調節段階）
前記炭酸を除去した濃縮液４３９．７ｇに、１，５−ジアミノペンタン／水酸化ナトリウムモル比３当量の苛性ソーダ（水酸化ナトリウム５０％）２９０．４ｇを添加して、濃縮液のｐＨを１３．４に調節した。
前記炭酸を除去した濃縮液４３９．７ｇに、１，５−ジアミノペンタン／水酸化ナトリウムモル比３当量の苛性ソーダ（水酸化ナトリウム５０％）２９０．４ｇを添加して、濃縮液のｐＨを１３．４に調節した。
下記表２は、脱炭酸段階及びｐＨ調節段階での成分分析表である。下記表２の１，５−ジアミノペンタン、アミノ酸、有機酸及びイオンは、ＨＰＬＣで分析し、水分分析は、Karl−fisher水分測定法を用いて分析した。
（表２）
（回収段階：二次濃縮段階）
前記苛性ソーダを投入した残留液を１Ｌ二重ジャケット反応器に投入した。前記二重ジャケット反応器の上部は、トレイ（tray）状の総２０段の蒸留塔（Aceglass社製）の下部から１０段目部分に連結されている。該二重ジャケット反応器は、５０〜１３０℃の蒸気温度及び８０ｍｍＨｇの圧力で、該残留液をさらに濃縮した。該二重ジャケット反応器は、初期に水分蒸発によって、４７℃の蒸気温度に維持されていて、１，５−ジアミノペンタンが蒸発されながら、１１３℃まで蒸気温度が上昇した。１，５−ジアミノペンタンが主成分として含まれている蒸気を２０段目の蒸留塔に投入した。
前記苛性ソーダを投入した残留液を１Ｌ二重ジャケット反応器に投入した。前記二重ジャケット反応器の上部は、トレイ（tray）状の総２０段の蒸留塔（Aceglass社製）の下部から１０段目部分に連結されている。該二重ジャケット反応器は、５０〜１３０℃の蒸気温度及び８０ｍｍＨｇの圧力で、該残留液をさらに濃縮した。該二重ジャケット反応器は、初期に水分蒸発によって、４７℃の蒸気温度に維持されていて、１，５−ジアミノペンタンが蒸発されながら、１１３℃まで蒸気温度が上昇した。１，５−ジアミノペンタンが主成分として含まれている蒸気を２０段目の蒸留塔に投入した。
（回収段階：分留段階）
前記１，５−ジアミノペンタンが主成分として含まれた蒸気を２０段目の蒸留塔に投入し、蒸留塔の上部から、水及び１，５−ジアミノペンタン４５９ｇが回収され、蒸留塔の下部から、１，５−ジアミノペンタン１１１．２ｇ（ＨＰＬＣ純度９９．９１重量％、水分除外）が回収され、１，５−ジアミノペンタンの回収率は９０．１１重量％であった。
前記１，５−ジアミノペンタンが主成分として含まれた蒸気を２０段目の蒸留塔に投入し、蒸留塔の上部から、水及び１，５−ジアミノペンタン４５９ｇが回収され、蒸留塔の下部から、１，５−ジアミノペンタン１１１．２ｇ（ＨＰＬＣ純度９９．９１重量％、水分除外）が回収され、１，５−ジアミノペンタンの回収率は９０．１１重量％であった。
前記蒸留塔は、５０〜１１３℃の蒸気温度及び８０ｍｍＨｇの圧力で、１，５−ジアミノペンタンを分別蒸留した。
下記表３は、ｐＨ調節段階及び回収段階での成分分析表である。下記表２の１，５−ジアミノペンタン、アミノ酸、有機酸及びイオンは、ＨＰＬＣで分析し、水分分析は、Karl−fisher水分測定法を用いて分析した。
（表３）
蒸留塔下部で得られた１，５−ジアミノペンタンの回収率は９０．２重量％であった。
実施例２
炭酸を除去した濃縮液４３９．７ｇに、１，５−ジアミノペンテン／水酸化ナトリウムのモル比２．５当量の苛性ソーダ（水酸化ナトリウム５０％）２４２．０ｇを添加して、濃縮液のｐＨを１３．３に調節したことを除いては、実施例１と同一の方法で、１，５−ジアミノペンタンの精製を行った。
炭酸を除去した濃縮液４３９．７ｇに、１，５−ジアミノペンテン／水酸化ナトリウムのモル比２．５当量の苛性ソーダ（水酸化ナトリウム５０％）２４２．０ｇを添加して、濃縮液のｐＨを１３．３に調節したことを除いては、実施例１と同一の方法で、１，５−ジアミノペンタンの精製を行った。
蒸留塔下部で得られた１，５−ジアミノペンタンの回収率は８６．９重量％であった。
参考例３
炭酸を除去した濃縮液４３９．７ｇに、１，５−ジアミノペンテン／水酸化ナトリウムモル比２当量の苛性ソーダ（水酸化ナトリウム５０％）１９３．６ｇを添加して、濃縮液のｐＨを１１．５に調節したことを除いては、実施例１と同一の方法で、１，５−ジアミノペンタンの精製を行った。
炭酸を除去した濃縮液４３９．７ｇに、１，５−ジアミノペンテン／水酸化ナトリウムモル比２当量の苛性ソーダ（水酸化ナトリウム５０％）１９３．６ｇを添加して、濃縮液のｐＨを１１．５に調節したことを除いては、実施例１と同一の方法で、１，５−ジアミノペンタンの精製を行った。
蒸留塔下部で得られた１，５−ジアミノペンタンの回収率は４２．６重量％であった。
比較例１
脱炭酸段階なしに、ｐＨ調節段階において、１，５−ジアミノペンテン／水酸化ナトリウムモル比３当量の苛性ソーダ（水酸化ナトリウム５０％）２９０．４ｇを添加して、濃縮液のｐＨを１３．８に調節したことを除いては、実施例１と同一の方法で、１，５−ジアミノペンタンの精製を行った。
脱炭酸段階なしに、ｐＨ調節段階において、１，５−ジアミノペンテン／水酸化ナトリウムモル比３当量の苛性ソーダ（水酸化ナトリウム５０％）２９０．４ｇを添加して、濃縮液のｐＨを１３．８に調節したことを除いては、実施例１と同一の方法で、１，５−ジアミノペンタンの精製を行った。
蒸留塔下部で得られた１，５−ジアミノペンタンの回収率は６３．０重量％であった。
比較例２
脱炭酸段階なしに、ｐＨ調節段階において、１，５−ジアミノペンテン／水酸化ナトリウムモル比２．５当量の苛性ソーダ（水酸化ナトリウム５０％）２４２．０ｇを添加して、ｐＨ１３．５に調節されたことを除いては、実施例１と同一の方法で、１，５−ジアミノペンタンの精製を行った。
脱炭酸段階なしに、ｐＨ調節段階において、１，５−ジアミノペンテン／水酸化ナトリウムモル比２．５当量の苛性ソーダ（水酸化ナトリウム５０％）２４２．０ｇを添加して、ｐＨ１３．５に調節されたことを除いては、実施例１と同一の方法で、１，５−ジアミノペンタンの精製を行った。
蒸留塔下部で得られた１，５−ジアミノペンタンの回収率は６１．２重量％であった。
比較例３
脱炭酸段階なしに、ｐＨ調節段階において、１，５−ジアミノペンテン／水酸化ナトリウムモル比２．０当量の苛性ソーダ（水酸化ナトリウム５０％）１９３．６ｇを添加して、ｐＨ１３．５に調節されたことを除いた残りの工程は同一である方法で、１，５−ジアミノペンタンの精製を行った。
脱炭酸段階なしに、ｐＨ調節段階において、１，５−ジアミノペンテン／水酸化ナトリウムモル比２．０当量の苛性ソーダ（水酸化ナトリウム５０％）１９３．６ｇを添加して、ｐＨ１３．５に調節されたことを除いた残りの工程は同一である方法で、１，５−ジアミノペンタンの精製を行った。
蒸留塔下部で得られた１，５−ジアミノペンタンの回収率は３０．０重量％であった。
評価例１
前記実施例１〜２、参考例３、及び比較例１〜３で得られた１，５−ジアミノペンタンの回収率について、一次濃縮液を脱炭酸するかどうか、及び１，５−ジアミノペンテン／水酸化ナトリウムモル比を下記表４に示し、一次濃縮液を脱炭酸するかどうかと、１，５−ジアミノペンテン／水酸化ナトリウムモル比変化とによる１，５−ジアミノペンタン回収率の差を評価した。
前記実施例１〜２、参考例３、及び比較例１〜３で得られた１，５−ジアミノペンタンの回収率について、一次濃縮液を脱炭酸するかどうか、及び１，５−ジアミノペンテン／水酸化ナトリウムモル比を下記表４に示し、一次濃縮液を脱炭酸するかどうかと、１，５−ジアミノペンテン／水酸化ナトリウムモル比変化とによる１，５−ジアミノペンタン回収率の差を評価した。
（表４）
前記表４から分かるように、脱炭酸段階を追加することにより、１，５−ジアミノペンタンの回収率が顕著に上昇した。
一側面によれば、１，５−ジアミノペンタンの炭酸塩を含む発酵液に酸を添加して炭酸を除去した後、塩基を添加することにより、高純度１，５−ジアミノペンタンを高い収率で得ることができる。
Claims (9)
- 酸添加無しのリシン発酵液から、脱カルボキシル化反応によって、１，５−ジアミノペンタンの炭酸塩を含む発酵液を調製する段階と、
１，５−ジアミノペンタンの炭酸塩を含む発酵液を濃縮する段階と、
該発酵液の濃縮物に酸を添加して、ｐＨ４〜ｐＨ７．０の炭酸が除去された酸性組成物を調製する段階と、
該酸性組成物に塩基を添加して、ｐＨ１２．０〜ｐＨ１４の塩基性組成物を調製する段階と、
該塩基性組成物から１，５−ジアミノペンタンを回収する段階と
を含む、１，５−ジアミノペンタンの精製方法。 - 前記発酵液を濃縮する段階が、１０℃〜１００℃の範囲の蒸気温度で実行される、請求項１に記載の精製方法。
- 前記酸性組成物のｐＨが４．０〜５．０の範囲である、請求項１に記載の精製方法。
- 前記酸が、塩酸、硫酸、リン酸、酢酸、及び硝酸などからなる群から選択された一つ以上である、請求項１に記載の精製方法。
- 前記塩基が、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、及び水酸化アンモニウムからなる群から選択された一つ以上である、請求項１に記載の精製方法。
- 前記塩基性組成物から１，５−ジアミノペンタンを回収する段階が、
該塩基性組成物から蒸留によって、１，５−ジアミノペンタンを含む組成物を分離する段階と、
該１，５−ジアミノペンタンを含む組成物から分留によって１，５−ジアミノペンタンを回収する段階と
を含む、請求項１に記載の精製方法。 - 前記蒸留によって、１，５−ジアミノペンタンを主成分として含む組成物を分離する段階と、分留によって１，５−ジアミノペンタンを回収する段階とが、連続して実行される、請求項６に記載の精製方法。
- 前記分留が蒸留塔で行われ、該蒸留塔の下部から１，５−ジアミノペンタンが回収される、請求項７に記載の精製方法。
- １，５−ジアミノペンタンを含む組成物が除去された塩基性組成物から、塩基を回収する、請求項６に記載の精製方法。
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