JPH0245454A - アミノ酸水溶液の濃縮方法 - Google Patents

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、アミノ酸水溶液の濃縮方法に関する。

更に詳しくは、アミノ酸水溶液中のアミノ酸を粒子内部
に濃縮し、高分子多孔膜でこの粒子を分離した後、この
粒子からアミノ酸を回収することによりアミノ酸を濃縮
する方法に関するものである。

（従来の技術） アミノ酸は、調味料、食品、医薬、飼料等工業的に広く
利用されている。これらアミノ酸は、発酵法、酵素法、
合成法などによって製造されている。これらの製造は、
主として水溶液状態で行なわれ、得られるアミノ酸の濃
度が所望する濃度より低い場合、特に発酵法ではアミノ
酸濃度の低い水溶液を濃縮するプロセスが多い。

従来、アミノ酸の濃縮方法としては、蒸発法またはイオ
ン交換膜電気透析法（特開昭６２−１３８４５６号公報
）などが用いられていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、低濃度アミノ酸水溶液から蒸発法により
アミノ酸を濃縮する場合には、アミノ酸が変質するとい
う問題および大量のエネ・、ルギーを＼ 要すという問題があった。また、イオン交換膜を用いた
電気透析においては、アミノ酸濃度が低い水溶液をｅ４
縮処理する場合には、摺電圧が急激に上昇して透析エネ
ルギーの増大を招き、大量のエネルギーを要すとともに
、安定した運転ができないという問題があった。

本発明は、上記の事情を鑑み、アミノ酸の水溶液から、
容易にかつ高収率にアミノ酸を濃縮できる方法を提供す
ることを目的とする。

（問題を解決するための手段） 本発明は、アミノ酸の等電点以上のｐＨを有するアミノ
酸水溶液中において、アミノ酸と可逆的に錯体を形成す
る化合物を含み、平均直径０．１〜５７１　ｍであって
、アミノ酸水溶液とは均一な一相溶液を形成しない有機
液体粒子とアミノ酸とを接触させることによって、有機
液体粒子内部にアミノ酸をその錯化合物として取り込み
、次に有機液体粒子の平均直径の２０倍以下の平均孔径
をもつ高分子多孔膜を用いて有機液体粒子を分離した後
、この有機液体粒子をアミノ酸の等電点以下の水中に分
散させ、この粒子中のアミノ酸錯化合物を解離させアミ
ノ酸水溶液として回収することを特徴とするアミノ酸水
溶液を濃縮する方法である。

本発明において濃縮しようとするアミノ酸水溶液とは、
アミノ酸、アミノ酸誘導体または蛋白および核酸のよう
な生物学的物質が水溶液中に溶解した液体を表わし、発
酵法によるアミノ酸合成過程に得られる発酵プロセスの
様に、糖類、菌体、塩等アミノ酸、アミノ酸誘導体また
は蛋白および核酸のような生物学的物質以外の物質を含
んでいても良い、かかるアミノ酸水溶液からアミノ酸を
粒子内部に取り込む際、アミノ酸と可逆的に錯体を形成
する化合物（以下キャリヤーと称す）を含む液体を用い
る。ここで、キャリヤーを含む液体とは、キャリヤーを
所定濃度に溶解し、かつ、アミノ酸水溶液とは均一な一
相溶液を形成しない様な有機液体であり、イソアミルア
ルコール、トルエン、クロロホルム、塩化メチレン等の
有機液体が好ましく用いられる。この有機液体はキャリ
ヤーを０．００５モル濃度以上溶解するものが選択され
る。また、キャリヤーとは、濃縮しようとするアミノ酸
と錯化合物を形成する化合物であって、例えばテトラメ
チル−ｐ−フェニレンジアミン、ジブチルフェロセン等
のレドックス化合物、４．７−ジフェニル−１，１０−
フェナントロリンの銅錯体等の金属錯体、メチルトリカ
プリルアンモニウムクロライド、トリオクチルメチルア
ンモニウムクロライド等の第４級アンモニウム塩および
ジノニルナフタレンスルホン酸等のエレクトロンアクセ
プター等を用いることができるが、アミノ酸との錯体形
成速度からキャリヤーとして第４級アンモニウム塩が好
ましい、キャリヤーを含む液体中のキャリヤー濃度がｏ
、ｏｏｓモル濃度未満の場合は、アミノ酸の粒子内部へ
の取り込み量が少なく分離効率が低下する。従って、キ
ャリヤー濃度はｏ、ｏｏｓモル濃度以上が好ましい。ま
た、キャリヤーを含む液体がアミノ酸水溶液と相互に溶
解しないためには、キャリヤーを含む液体の３０°Ｃ，
１気圧における水への溶解度が０．１　（ｇ／１００ｇ
）以下であることが好ましい。水への溶解度が０．１を
越えると、キャリヤーを含む液体とアミノ酸水溶液とが
一部相互に溶解し、粒子を高分子多孔膜で分離する際の
粒子の回収率が低下する。

この様なキャリヤーを含む液体を、濃縮しようとするア
ミノ酸水溶液中に加え、粒子状に分散させ、アミノ酸を
キャリヤーとの錯体として粒子内部に選択的に取り込む
が、この時、アミノ酸水溶液はアミノ酸の等電点以上の
ｐＨでなければならない。

アミノ酸水溶液のｐｌ＋が等電点以上の場合において、
アミノ酸とキャリヤーとの錯体が効果的に形成される。

ここで、アミノ酸水溶液の等電点とは、アミノ酸等の酸
性及び塩基性解離度が等しくなる状態の水溶液が示すｐ
ｌ＋を称す。

アミノ酸水溶液中の有機液体粒子の平均直径は、０．１
〜５μｍの範囲にあることが必要である。平均粒子径が
０．１　μｍ未満であると粒子のブラウン運動により粒
子の膜表面への輸送が効率よく実現されず、平均粒子径
が５μｍを越えると粒子の表面積が小さくなり、粒子界
面の物質移動量が小さくなって分離効率が低下する。

アミノ酸等を内部に取り込んだ有機液体粒子は高分子多
孔膜により高分子膜両側の圧力差および粒子／アミノ酸
水溶液との界面張力差を利用して分離きれる。この時、
高分子多孔膜として、親水性膜、疎水性膜を用いること
ができる。親水性高分子多孔膜を用いた場合、分離しよ
うとするアミノ酸等が除去された水溶液が膜を透過し、
疎水性高分子多孔膜を用いた場合、アミノ酸等を内部に
濃縮した粒子が膜を透過し、粒子のみの分離が可能とな
る。親水性膜および疎水性膜の両者を同時に用いること
もできる。親水性高分子多孔膜は、−般に２５”Ｃ１１
気圧下において、直径２ｍｍ以下の水滴を膜表面に滴下
した時に、膜と水滴との接触角が０〜５度である。一方
線水性高分子多孔膜は、一般に水との接触角が１０度を
越える。

また、高分子多孔膜により粒子を分離する際、高分子多
孔膜表面とアミノ酸水溶液との間に電位勾配を設けるこ
とにより、粒子の高分子膜透過速度を増大することがで
きる。これは、電位勾配により粒子の表面電荷のために
電気力が生じ、粒子を高分子膜表面に輸送されるためと
考えられる。

本発明における高分子多孔膜としては、平膜、チューブ
状、中空糸条等の任意の形態のものを用いることができ
る。これらの高分子多孔膜の膜厚は、１０μｍ−１ｍｍ
、好ましくは１０〜２００μｍである。

高分子多孔膜による粒子の分離を効率的に実現するため
には、酸膜の平均孔径は平均粒子直径の２０倍以下でな
くてはならない。２０倍を越える平均孔径の膜では、粒
子相とマトリックス相の分離が充分でない。また、膜の
孔径分布は鋭ければ鋭いほど好ましい。

この様にして高分子多孔膜により分離された粒子からア
ミノ酸が回収されるが、この時、アミノ酸等の等電点以
下のｐｌ＋の水溶液をアミノ酸等の回収液として用いる
。

即ち、アミノ酸の等電点以下のｐｌ＋を示す水溶液に、
この粒子を接触させることにより、アミノ酸等を酸性解
離状態として、水溶液中へ回収できる。この時、アミノ
酸等を内部に′ａ縮した粒子相を、再び回収液である水
溶液中で粒子状に分散させるとアミノ酸等の回収が迅速
に実現できる。また、アミノ酸等を放出したキャリヤー
を含む液体とアミノ酸等を回収した水溶液との分離は、
被分離液であるアミノ酸水溶液と粒子との分離の時と同
様に高分子多孔膜を用いて行なわれる。ここで、高分子
多孔膜として、親水性高分子膜を用いると、濃縮アミノ
酸水溶液が膜透過液として得られ、膜を透過しない液は
、アミノ酸等のキャリヤーを含む液体として再利用でき
る。高分子多孔膜として、疎水性高分子膜を用いると、
＋１９を透過しない残液として濃縮アミノ酸水溶液が得
られ、膜透過液は、アミノ酸のキャリヤーを含む液体と
して再刊用できる。また、高分子多孔膜として、親水性
高分子膜および疎水性高分子膜とを併用すれば、アミノ
酸のキャリヤーを含む液体として疎水性膜透過液を、濃
縮アミノ酸水溶液として親水性膜透過液を得ることがで
きる。

本発明のアミノ酸水溶液の濃縮方法に用いられる装置に
は、例えば、図に示す様に、２つの粒子分１ｔｌｌＪｆ
ｆ　（Ｃ−１およびＣ−２）が設けられる。リザーバー
Ｒ＋、Ｒｚには、各々濃縮しようとするアミノ酸水溶液
およびキャリヤーを含む液体が収容されている。これら
２種類の溶液が、スタチックミキサー（ＳＭ［）で混合
され、第１の粒子分離槽Ｃ−ｔに導入される。Ｃ−ｔで
は、キャリヤーを含む液体が粒子状に分散している。Ｃ
−１に設けた親水性高分子多孔膜Ｍ１および疎水性高分
子多孔膜Ｍｐを、それぞれアミノ酸を除去された水溶液
およびアミノ酸を内部に濃縮した粒子が透過し、水溶液
はりザーバーＲ，へ、粒子相はスタチックミキサーＳＭ
２を通してＣ−２へ導入される。この時、タンクＴｔに
貯蔵しであるアミノ酸の回収液も３Ｍ２を通じてＣ−２
に導入され、Ｃ−２では、キャリヤーを含む液体が再び
粒子状に分散し、アミノ酸が回収液に放出される。Ｃ−
２に設けた疎水性高分子多孔膜Ｍ、を、もはやアミノ酸
を放出したキャリヤーを含む液体が透過し、Ｒ２ヘボン
プＰにより戻され再利用される。一方、Ｃ−２に設けた
親水性高分子多孔膜Ｍ。からは、水溶液が透過し、濃縮
アミノ酸水溶液として得られる。

本発明のアミノ酸の濃縮方法によれば、蒸発法やイオン
交換膜電気透析法では多大のエネルギーを消費するよう
なアミノ酸の濃縮を容易に実現できるとともに、アミノ
酸以外の低分子化合物を含んだ水溶液からアミノ酸を精
製することも可能である。

なお、本発明で言及する粒子径および高分子多孔膜の平
均孔径の測定は次の方法によるものである。

（粒子径の測定） 光重弾性散乱法を用いた。すなわち、ブラウン運動を行
なう粒子を含む溶液に光を照射すると、粒子からの散乱
光周波数はドツプラー効果を示す。

従って、この光散乱電場の時間的強度変化を解析するこ
とによって、粒子の拡散係数（Ｄ）が求められる（例え
ば、Ｄ、ｆ！、Ｋｏｐｐｅｌ、　Ｊ、Ｃｈｅｍ、Ｐｈｙ
ｓ、、　５’Ｌ４８１４　（１９７２）　）　、そして
、この拡散係数からアインシュタインーストークスの式
：ローに↑／３πηｒを用い、平均粒子径を算出した。

ここで、Ｋ、Ｔ、　　η、ｒはそれぞれボルツマン定数
、溶液の絶対温度、粘性係数および粒子直径を表わす。

ｃ高分子多孔膜の平均孔径） 多孔膜１ｃｌＩ２当たりの孔半径がｒ　−ｒ・１−ｄｒ
に存在する孔の数をＮ（ｒ）ｄｒと表示すると（Ｎ（「
）は孔径分布関数）、ｉ次の平均孔半径「ｉは（１）式
で与えられる。

ｆｏｒ　　　　Ｎ（ｒ）ｄｒ ｆ　、　　ｒ　　’−’　　Ｎ　　（ｒ）ｄｒ高分子多
孔膜の表面の電子顕微鏡写真を走査型電子顕微鏡を用い
て撮影する。該写真から公知の方法で孔径分布関数Ｎ（
ｒ）を算出し、これを（１）弐に代入する。すなわち、
走査型電子顕微鏡写真を適当な大きさ（例えば２０ｃｍ
Ｘ　２０ｃｍ）に拡大して焼付けし、得られた写真上に
等間隔にテストライン（直線）を２０本描く。各々のテ
ストラインは多数の孔を横切る。孔を横切った際の孔内
に存在するテストラインの長さを測定し、この頻度分布
関数を求める。この頻度分布関数を用いて、例えばステ
レオロジ（例えば、諏訪紀夫著“定量形態学“°岩波書
店）の方法でＮ　（ｒ）を定める。尚、平均孔径は２　
（ｒｓ　１４）　ｌ　／　ｔである。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本
発明は下記の実施例により何ら制限されるものではない
。

実施例１ トリブチファンを０．５ｗｔ％含む水酸化ナトリウム水
溶液（ａｌｌ＝　１０　）　５００ｍｌおよびトリメチ
ルオクチルアンモニウムクロライドの４０ｖｏ１％クロ
ロホルム溶液１００１を、図に示す装置のＲ＋。

Ｒ２に、ｐ１１＝０．５に調整した塩酸水溶液５００ｍ
ＩをＴ２を収容した。

また、Ｍ、およびＭ、には、それぞれ平均孔径０．１８
μｍのテフロン多孔膜（住友電気工業（株）製、フロロ
ボアＦＰ〜２００）および公称平均孔径３μｍの硝酸セ
ルロース多孔膜（東洋ろ紙（株）製、ＴＭ−３００）を
設置した。

ＳＭＩを通してトリプトファン酸水溶液とキャリヤーを
含む液体とを混合、キャリヤーを含む液体を粒子状に分
散し、Ｃ−１に導入した０Ｍ、を透過した粒子相は、３
Ｍ２を通じＣ−２へ、水溶液はＭ、を透過しＲ１へ戻し
た。この時、回収液も３Ｍ２を通じＣ−２に導入し、Ｃ
−２内で再び粒子分散状態を形成した。Ｃ−２内に設け
たＭ、を透過した液はＲ２に戻し、Ｍ、を透過した水溶
液を採取し、トリプトファン濃度を測定した。

トリプトファンの分離係数は１８であった。また、濃縮
アミノ酸水溶液の硝酸セルロース膜透過速度は、Ｉ　２
０Ｋｇ／ｍ２ｈであった。但し、分離係数（α）は、次
式で定義される。

〔（アミノ酸重量分率）／（水の重量分率）〕濃１宿液 比較例工 粒子形成にクロロホルムを用い、トリメチルオクチルア
ンモニウムクロライドを用いなかった以外は実施例１と
同様に行なった。

アミノ酸の回収液中のトリプトファンの濃度は０．１％
以下であり、濃縮できなかった。

実施例２ 濃縮するアミノ酸水溶液として、ＡＤＰ　（アデノシン
ジホスフェート）を０．５ｗｔ％含む０．１規定水酸化
ナトリウム水溶液を用いた以外は実施例１と同様に行な
った。

ＡＤＰの分離係数は５．５であった。また、濃縮アミノ
酸水溶液の硝酸セルロース■り透過速度は、１８０　Ｋ
ｇ／ｍｚｈであった。

（発明の効果） この様に、本発明によれば、低濃度のアミノ酸水溶液か
ら、効率良く濃縮アミノ酸水溶液を得ることができるば
かりでなく、アミノ酸水溶液からの脱糖等の精製も可能
である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の濃縮方法に用いられる濃縮装置の一実施例
を示すシステム図である。 Ｒ，、Ｒ，：リザーバー、Ｐ：ポンプ、Ｔｔ　：タンク
、Ｃ−１，Ｃ−２：粒子分離槽、ＳＭＩ、３Ｍ２：スタ
チンクミキサー、Ｍｐ　：疎水性高分子多孔膜、Ｍ、二
親水性高分子多孔膜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　アミノ酸の等電点以上のｐＨを有するアミノ酸水溶
   液中において、アミノ酸と可逆的に錯体を形成する化合
   物を含み、平均直径０．１〜５μｍであって、アミノ酸
   水溶液とは均一な一相溶液を形成しない有機液体粒子と
   アミノ酸とを接触させることによって、有機液体粒子内
   部にアミノ酸をその錯化合物として取り込み、次に有機
   液体粒子の平均直径の２０倍以下の平均孔径をもつ高分
   子多孔膜を用いて有機液体粒子を分離した後、この有機
   液体粒子をアミノ酸の等電点以下の水中に分散させ、こ
   の粒子中のアミノ酸錯化合物を解離させアミノ酸水溶液
   として回収することを特徴とするアミノ酸水溶液を濃縮
   する方法。２　アミノ酸と可逆的に錯体を形成する化合
   物が第４級アンモニウム塩であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のアミノ酸水溶液の濃縮方法。 ３　粒子内部に濃縮したアミノ酸を、アミノ酸の等電点
   以下の水溶液中に回収した後、該粒子とアミノ酸回収水
   溶液とを高分子多孔膜を用いて分離することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第２項に記載のアミノ酸
   水溶液の濃縮方法。