JPH02286093A - ビタミンb↓1↓2及びその誘導体の分離回収方法 - Google Patents

ビタミンb↓1↓2及びその誘導体の分離回収方法

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JPH02286093A
JPH02286093A JP10826589A JP10826589A JPH02286093A JP H02286093 A JPH02286093 A JP H02286093A JP 10826589 A JP10826589 A JP 10826589A JP 10826589 A JP10826589 A JP 10826589A JP H02286093 A JPH02286093 A JP H02286093A
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Koji Yamanaka
弘次 山中
Sumiko Hikami
氷上 澄子
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BIO IND KYOKAI
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、メタン発酵で発生する微生物群1例えばメタ
ン発酵廃水処理汚泥から、ビタミンBI2及びその誘導
体(以下VB、、と略記する)を分離精製して回収する
方法に関する。
[従来の技術] VB12は、核酸代謝、蛋白質代謝、脂質代謝及び糖質
の代謝などにおいて必須の因子であることかよく知られ
ており、 VB、2欠乏症のほかにも造血機能障害、肝
機能障害、神経疾患などの治療薬として、医薬品あるい
は飼料添加物として広く実用に供され、利用が増大して
いる。
従来、VB12の生産は、vBm2を生産する特定の微
生物をVB□2の生産を目的として培養し、得られる発
酵液からVB、、を分離回収して行なわれていた。
上記のVB、2生産を目的として特定の微生物を培養す
ることにより得られる発酵液からVB、□を分離精製す
る方法としては1例えば、シアンイオンを加えて煮佛し
たり、80%エタノール、−50%アセトン、20%と
リジン等でVIl12を抽出し、抽出液を中性pH下で
吸着樹脂に接触させてVB12を吸着させ、洗浄により
非吸着性の夾雑物質を除去した後、低級アルコール類、
低級ケトン類、低級エステル類あるいは低級エーテル類
でVB、□を溶離して回収する方法(特開昭59−95
299号公報)等を挙げることができる。
また、一般にVB12はその起源となる微生物種や培養
時の環境により、種々の誘導体として共存しているが、
これらの誘導体を分離する方法としては、例えば逆相カ
ラムを用いた高速液体クロマトグラフィーによる方法(
アナリティカル・バイオケミストリー(Anality
cal Biochemistry)155,365(
1986))や電気泳動法が、小規模に、主として分析
を目的として実施されている。
メタン発酵法廃水処理は、嫌気性微生物の代謝作用を利
用して、廃水中の有機物をメタンガスと炭酸ガスに分解
して処理する廃水処理技術であり、活性汚泥法のように
空気で曝気して酸素を供給する必要がないことから運転
経費が安く、また発生するメタンガスをエネルギー源と
して利用できる等の利点を有し、現在、し尿処理場、下
水処理場、及び各種産業廃水処理装置で実用化されてい
る。これらのメタン発酵法廃水処理装置で微生物の増殖
により発生する余剰汚泥は、現在のところ脱水処理後焼
却する等の方法で廃棄物として処分されている。
一方、メタン菌がVLtを生産蓄積することからメタン
発酵法廃水処理装置で発生する汚泥には多量のVB、□
が含有されていることが指摘されており(ビタミン、B
、a?06(1956)) 、このような余剰汚泥から
VllI2を分離精製する技術の確立が望まれていた。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、メタン発酵汚泥はVB、を生産を目的と
して培養された特定の微生物の発酵液に比べて、汚泥中
に棲息する種々の微生物や、廃水そのものに由来する夾
雑物質を極めて多量に含有しており、従来のVB12回
収法をそのまま適用しただけではVB、2の精製品を得
ることは困難である。すなわち、VB12精製品を得る
には、吸着樹脂による精製で分離が不可能な疎水性の夾
雑物質を、更に別の原理に基づいて排除する工程が必要
である。
また、吸着樹脂による精製においても、中性pH下で抽
出液と吸着樹脂を接触させる従来の方法はメタン発酵汚
泥を原料とした場合には問題がある。すなわち、メタン
発酵汚泥中に含有されるVB、□は1代表的VB、□で
あるジアノコバラミンにおけるテトラビロール環の外側
に位置するアミド基かカルボキシル基で置換された誘導
体(コピリン酸等)を多量に含んでおり、中性1)It
下で吸着樹脂に接触させた場合、カルボキシル基が解離
して。
他の疎水性の夾雑物質に比較してより親水性となり、吸
着樹脂への吸着効率が低下して不利となる。
更に、吸着樹脂による精製だけでは、メタン発酵汚泥が
含有する複数のVB、□誘導体を分割して回収すること
はできない。現在、VB、□誘導体を分離するために、
逆相カラムを用いた高速液体クロマトグラフィーや電気
泳動法が主として分析を目的として実施されているが、
これらの技術は経費及び操作の煩雑さの点で工業規模の
分取に適用することは困難である。
従って1本発明は、メタン発酵で発生する汚泥から、有
価物であるVBI2を分離回収することによりメタン発
酵法に新たな付加価値を与えることを目的とするもので
ある。
また1本発明はメタン発酵汚泥からVU、 、を回収す
るに当たり、メタン発酵汚泥が含有する複数のVB、、
誘導体を安価に効率良く分離する手段を提供することを
目的とするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明者らは、メタン発酵汚泥からVL2を回収する方
法について鋭意研究を重ねた結果、メタン発酵汚泥に含
有されるVB、2がpH5以下で非常に効率良く吸着樹
脂に吸着されること、及び吸着樹脂による吸着分離(精
製)の後、!Q水性母体の陰イオン交換樹脂を用いて、
アルカリplf下で塩濃度勾配をかけるイオン交換クロ
マトグラフィーを実施することにより、安価で且つ工業
規模への適用が容易な手法で夾雑物質を更に排除すると
同時にVB、aを誘導体に分離して回収し得ることを見
出し、本発明に到達したものである。
即ち1本発明によれば、メタン発酵で発生する汚泥から
、ビタミンB12及びその誘導体を回収するにあたり、
該汚泥からビタミンB12及びその誘導体を抽出した抽
出液を、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体よりなる
イオン交換能を有しない吸着樹脂にpH5以下で接触さ
せてビタミン812及びその誘導体を吸着させた後、該
吸着樹脂からビタミンBI2及びその誘導体を有機溶媒
を用いて溶離し、次いで該溶離液中の有機溶媒を除いた
後、有機溶媒を除いた溶離液をアルカリ性とし、あらか
じめアルカリ性の溶液を接触させた親水性母体の陰イオ
ン交換樹脂に接触させてビタミン812及びその誘導体
を吸着させ、次いでアルカリ性条件下で塩溶液の塩濃度
を順次上昇させながら、当該塩溶液を前記陰イオン交換
樹脂に接触させることにより、ビタミンB12及びその
誘導体を分離脱着することを特徴とするビタミンB12
及びその誘導体の分離回収方法、が提供される。
[作用] メタン発酵汚泥からのVL、の抽出は公知の方法で行な
えるが、例えば以下のように行なうことかできる。すな
わち、シアンイオンを含む塩類、例えばシアン化カリウ
ムを最終濃度0.01〜1.0重量%、好ましくは0.
1〜0.5重量%となるようにメタン発酵汚泥に添加し
た後、塩酸等の酸溶液でpllを5.0〜7.0、好ま
しくはpHを6.0〜6.5に調整し、80〜100℃
、好ましくは95〜100℃に加熱するか、あるいは加
圧下で100〜l 21 ”Cに加熱して、15〜60
分間、好ましくは20〜40分間VB、、を抽出する。
VB1g抽出後、遠心分離等の操作で固液分離を行ない
、VBl2を含んだ上澄液を得る。
以上の操作において、シアンイオンは、VB、□分子中
に存在するコバルト原子の上方配位子を水酸基からシア
ノ基に置換し、 VB、2抽出以降の操作中にVBtz
が光により分解されることを防ぐ目的で添加されている
が、この濃度があまり低いと、 VB、。
分子中のコバルト原子の上方配位子が水酸基であるVB
、□が残存し、光による分解を受けて収量の著しい低下
をきたす。また、あまりに多量のシアンイオンを使用す
ることは、シアンイオンが強い毒性を有することから好
ましくない。また抽出温度は、あまりに低い温度では菌
体の破壊が不十分でVBl2が十分に抽出液側へ移行せ
ず、一方あまりに高い温度ではVB12抽出率は変わら
ず、却って他の夾雑物質を多量に抽出し、後段の分離精
製に於いて不利である。抽出時間についても、抽出温度
と同様のことが云える。またpHについては、あまりに
低いpHやアルカリ性下で加熱した場合、 VBl。
は分解されてしまうので好ましくない。
以上の抽出操作に加えて更にVB+*B+率を上げるに
は、例えば以下のような操作により行なうことができる
。すなわち、前記した固液分離操作で得られた沈殿を適
量の水で懸濁した後、上記と同様の抽出操作を2〜3回
繰り返し行なうか、あるいは沈殿を0.01〜1.0重
量%、好ましくは0.1〜0.5重量%のシアン化カリ
ウムを含有する80%メタノール、80%エタノール。
50%アセトン、20%とリジン等で懸濁させた後、塩
酸等の酸溶液でpHを5.0〜7.0.好ましくはpH
6,0〜6.5に調整した後、15〜60分間、好まし
くは15〜40分間、温浴上で煮沸して抽出しても良い
。有機溶媒を用いて抽出を行なった場合には、ロータリ
ーエバポレーター等を用いて減圧下に加熱し抽出液の有
機溶媒を除去した後、前記の抽出液に合わせてvn、2
抽出液とする。
以上のようにして得られたVB1□B1法が蛋白質や核
酸等の高分子電解質よりなる夾雑物質を多量に含む場合
には1例えば、吸着樹脂による精製に先立ち、以下のよ
うな操作を行うことによりこれらを除去することができ
る。すなわち、VB□2抽出液に塩類、例えば硫酸アン
モニウムを100%飽和となるように添加するか、また
はVB□2抽出液を濃縮後、エタノールを最終濃度が8
0%以上となるように添加して、冷暗所に2時間〜−昼
夜放置して高分子電解質を析出させた後、遠心分離等の
固液分離操作により沈殿を除去して上澄液を得る。
更に、上記の高分子電解質を除去したVB、*抽出液が
未だ比較的低分子量の夾雑物質を含有する場合は、以下
のようにしてこれらを除去することができる。すなわち
、VB12抽出液を塩酸等の酸溶液でpiを3.0〜5
.0、好ましくは9B約4に調整した後、水と混合しな
い少量の有機溶媒、例えばn−ブタノール等を加えて振
とうし、VB12を有機相へ抽出する。次に、このよう
にして得られたVB12を含有する有機溶媒に、pt+
a、 0〜10.02好ましくはpH約9のアルカリ水
溶液、例えば希薄アンモニア水等を少量添加して振とう
し、VB、□を再び水相へ抽出する0以上の操作により
、pHによる水及び有機溶媒に対する溶解度の違いから
、比較的低分子の夾雑物質を概ね除去することができる
以上のようにして得られたVB、、抽出液を吸着樹脂に
よる吸着性II(精製)処理に供する。
ここで使用する吸着樹脂としては、スチレン−ジビニル
ベンゼン共重合体よりなるイオン交換能を有しない吸着
樹脂で、例えばアンバーライトXAD−2、同XAD−
4、同XAD−2000(o−A  7ン)ハース社製
)等、あるいはこれらの同等物を使用することができる
VB+2抽出液との接触に先立って、あらかじめ吸着樹
脂をメタノール、エタノール等で膨潤させた後、脱気純
水で置換し、更にpH3,0〜5.0、好ましくはpH
約4の脱気した緩衝液で置換しておく、*樹液としては
1例えば0.03〜0.5モル濃度(M)、好ましくは
0.05〜0.2Mの酢酸緩衝液等が好適である。
VB、、抽出液は酢酸等の酸溶液でp)15.0以下、
好ましくはpH3,0〜5.0、更に好ましくはpH約
4に調整した後、吸着樹脂と接触させVB、、を吸着さ
せる。
VB、、抽出液と吸着樹脂の接触方法は、吸着樹脂なカ
ラムに詰めてこれにVB、2抽出液を下向流、又は上昇
流で通液するカラム法によっても良いし。
VB、2を適当な容器に取り、適量の吸着樹脂を添加し
て撹拌することにより接触させるバッチ法によっても良
い。
VB+zの吸着が完了した後、当該湿潤樹脂に対し5〜
30見/l−湿潤樹脂、好ましくはlO〜201/l−
湿潤樹脂の量の前記緩衝液で洗浄し、非吸着性の夾雑物
質を除去する。
吸着樹脂よりVBI2を脱着させるには、1〜5文/文
−湿潤樹脂のメタノール等の低級アルコール類や、アセ
トン等の低級ケトン類、酢酸エチル等の低級エステル類
、またはジエチルエーテル等の低級エーテル類の有機溶
媒を吸着樹脂に接触させ、VB、2を吸着樹脂より溶離
させる。
得られたVBtt粗精製液を1例えばロータリーエバポ
レーターを用いて減圧下に加熱する等の操作によって前
記有機溶媒を除き、VB12粗精製品を得る。メタン発
酵汚泥を原料とするこのVB、□粗精製品は、なおVB
it以外の補酵素類等の夾雑物質を含んでおり、またv
n、、そのものについても、この段階では複数の誘導体
が混在する混合物として得られている。
このVB+を粗精製品に対し、下記のようにイオン交換
クロマトグラフィーを実施することにより、残存する夾
雑物質を排除すると同時に、 VB、2を複数の各誘導
体に分離して回収することが可能となる。
イオン交換クロマトグラフィーで使用する陰イオン交換
樹脂としては、デキストラン、アガロース、セルロース
等の親水性高分子を母体とし、第4級アンモニウム基、
あるいは第3級アミン基等の塩基性基をイオン交換基と
する樹脂、例えばQ^E−3ephadex A−25
、同A−50、DEAE−3ephadex A−25
、同A−50、Q−3epl+arose、 DEAE
−8epl+aroge、 DEAE−3ephace
l (ファルマシア社製)等や、あるいはこれらの同等
物を使用することができる。
イオン交換クロマトグラフィーに先立って、陰イオン交
換樹脂を常法に従って、あらかじめpHa、O〜12.
0、好ましくはpH8,5〜10゜0のアルカリ性の溶
液、例えば緩衝溶液で平衡化させておく。!l衝溶液と
しては0.03〜0.5M、好ましくは0.05〜O,
LMのグリシン緩衝液、あるいは同濃度のトリス(ヒド
ロキシメチル)アミノメタン緩衝液等で、中性塩として
例えば塩化ナトリウム等をo、oos〜0.05M、好
ましくは0.01〜0.03M有する物を使用すること
ができる。
VBl、を陰イオン交換樹脂へ吸着させるには、前記の
VBsz粗精製品を、例えば、前記の陰イオン交換樹脂
を平衡化させたのと同一の緩衝液で溶解してアルカリ性
とし、陰イオン交換樹脂カラムに流速5〜40 cm/
h、好ましくは15〜25cm/hで通液して吸着させ
る。
吸着後、引き続いて当該緩衝液を同一の流速で通液し、
非吸着性の物質を溶出する。
更に、アルカリ性条件下、例えばpB8〜12、好まし
くはpH8,5〜1O10の緩衝液中の塩濃度を初期濃
度から2.0Mまで直線的(線形)、あるいは段階的に
上昇させることにより、夾雑物質とVBlgを分離する
とともに、VBjaを各誘導体に分離して回収する。
尚、上記のイオン交換クロマトグラフィーに於いて、メ
タン発酵菌の補酵素であるメタノプテリン、F42゜、
F43゜も同一操作中に分離回収することができる。
またVBtiの結晶粉末は、イオン交換クロマトグラフ
ィーのVB、2画分を常法に従ってゲル濾過等の方法で
脱塩した後、真空凍結乾燥等の方法で乾燥することによ
り得ることができる。
[発明の効果] 以上説明したように1本発明のビタミン812□及びそ
の誘導体の分離回収方法によれば、メタン発酵汚泥から
安価で、且つ工業規模に適用可能な手法により、VBl
□を各誘導体に分離して回収することができる。
[実施例] 以下、本発明を実施例に基づき更に具体的に説明するが
、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
(実施例1) 紙バルブ廃水処理装置のメタン発酵汚泥500tafL
を原料として用いた。
この原料汚泥にシアン化カリウムを最終濃度が0.3重
量%となるように添加し、塩酸でpHな6.0に調整し
た後、l 21 ’Cで20分間オートクレーブにより
加熱し、遠心分離して上澄液約420mJ1を得た。次
いで沈殿を適量の水で懸濁させ、上記と同様の抽出操作
を再度行ない上澄液合計的750m1を得た。更に、得
られた沈殿を0.1重量%のシアン化カリウムを含有す
る80%メタノールで懸濁し、 pHを6.0に調整し
た後、湯浴上で20分間煮沸して遠心分離し、メタノー
ル抽出液約3001見を得た。次に、メタノール抽出液
をロータリーエバポレーターを用いて減圧下に加熱(4
0’C)L/てメタノールを除去し、前記の抽出液と合
わせて合計約800■見の抽出液を得た。
この抽出液に硫酸アンモニウム620gを加えて100
%飽和溶液とし、塩酸でpl(4,0に調整した後、冷
暗所に一晩放置した。
析出した蛋白質や核酸等を遠心分離で除去した後、上澄
液を分液漏斗に取り、n−ブタノールを少量を加えて振
とうしVB、2を抽出した。n−ブタノールが着色しな
くなるまで抽出を繰り返し、n−ブタノール抽出法的1
50−文を得た。
次に、n−ブタノール抽出液に少量の希薄アンモニア水
(pH9,o)を加えて振とうし、VBtaを再び水相
へ抽出した。この抽出は水相のpiを確認しながら行い
、必要に応じてアンモニア水でpH9,0に調整しなが
ら実施し、水相が着色しなくなる迄抽出を繰り返し、ア
ンモニア水抽出液約100m1を得た。
次に、あらかじめ100%メタノール中で一晩浸漬して
おいた吸着樹脂アンバーライトXAD−2(ローム ア
ント ハース社製)100mJlをカラム(内径2cm
φ、高さ32cm)に充填し、脱気純水で置換した後、
脱気したO、1M酢酸緩衝液(pH4,0)で更に置換
し、吸着樹脂の前処理を完了した。
次いて、前記のアンモニア水抽出液を脱気して、酢酸溶
液でpHを4.0に調整した後、アンバーライトXAD
−2カラムに通液し、vn、2を吸着させた。抽出液を
全量通液した後、脱気した0、1M酢酸緩衝液(pH4
,0)Bを通液して、吸着されない夾雑物質を排除し、
続いて100%メタノール500■交を通液してVBl
、を溶離した。このVB+2溶離液をロータリーエバポ
レーター(40℃)によって蒸発乾固させ、VB、、粗
精製品を得た。
次に、このVa、2粗精製品を0.05Mグリシン−0
,01M塩化ナトリウム緩衝液(pH9,5)5 an
で溶解し、その内の2 anをあらかじめ同一の緩衝液
で常法に従7て平衡化させであるQAE−3ephad
ex A−25(ファルマシア社製)のカラム(内径1
cm+φ、高さ12cm)に流速0.3 mJL/5i
n(23c+s/h)で通液して吸着させた。引き続い
て当該IN#液を吸着時と同一流速で1時間(18m文
)通液した後、4時間をかけて緩衝液中の塩化ナトリウ
ム濃度を0.01Mから1.0Mとする線形濃度勾配を
与え、VBl2を各々の誘導体に分離して溶出させた。
尚、更に引き続いて同一流速て0.05Mグリシン−1
,0M塩化ナトリウム緩衝液(pH9,5)を2.5時
間(45B)通液した後、4時間をかけて塩化ナトリウ
ム濃度を1.OMから2゜0Mに上昇させる線形濃度勾
配をかけることにより、メタン菌の補酵素であるメタノ
プテリン、F42B. F4:IGも分離することがて
きた。
第1図は本実施例1におけるイオン交換クロマトグラフ
ィーのクロマトグラムを示しており、第1図において横
軸はフラクションNo、を示し、lフラクション当りの
液量は3.0厳lである。左側の縦軸は波長360ns
及び420nmの吸光度を示し、右側の縦軸は塩化ナト
リウムの濃度を示している。なお図中、実線の曲線は波
長360 naの吸光度の推移であり、破線は波長42
0nsの吸光度の推移である。また、図の上部に記入し
たvs質名は各々の物質の溶出した位置を示している。
第1図に示すフラクションNo、3へ6及びNo。
9〜22を各々集め、常法に従って5ephadexG
−15(ファルマシア社製)で脱塩し、VB12精製品
を得た。
得られたVB、2精製品について電気泳動と高速液体ク
ロマトクラフィーにより、誘導体の同定を行なったとこ
ろ、第1図におけるNo、 3〜6の画分かVBI27
7クター■であり、 No、 9〜22(7)画分が、
コピリン酸であることが分かった。
各々の誘導体の収量はVB、□ファクター[0,13J
Lmol/Jl−原料汚泥、コピリン酸 0.ee=m
ol/i−原料汚泥であった。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1におけるイオン交換クロマトクラフィ
ーのクロマトグラムを示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)メタン発酵で発生する微生物群汚泥から、ビタミ
    ンB_1_2及びその誘導体を回収するにあたり、該微
    生物群汚泥からビタミンB_1_2及びその誘導体を抽
    出した抽出液を、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体
    よりなるイオン交換能を有しない吸着樹脂にpH5以下
    で接触させてビタミンB_1_2及びその誘導体を吸着
    させた後、該吸着樹脂からビタミンB_1_2及びその
    誘導体を有機溶媒を用いて溶離し、次いで該溶離液中の
    有機溶媒を除いた後、有機溶媒を除いた溶離液をアルカ
    リ性とし、あらかじめアルカリ性の溶液を接触させた親
    水性母体の陰イオン交換樹脂に接触させてビタミンB_
    1_2及びその誘導体を吸着させ、次いでアルカリ性条
    件下で塩溶液の塩濃度を順次上昇させながら、当該塩溶
    液を前記陰イオン交換樹脂に接触させることにより、ビ
    タミンB_1_2及びその誘導体を分離脱着することを
    特徴とするビタミンB_1_2及びその誘導体の分離回
    収方法。
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