JPS581106B2 - グルタミンサンノウシユクホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はグルタミン酸発酵液を電気透析法により効率よ
く精製および濃縮する方法に関するものである。

グルタミン酸は、タンパク質分解法、発酵法、合成法な
どにより製造されているが、これらの反応液からグルタ
ミン酸を回収するには、通常晶析法が用いられている。

しかしながら、グルタミン酸発酵液のようにグルタミン
酸以外の多種のアミノ酸が少量ずつ含まれている場合に
は、これらのアミノ酸がグルタミン酸の晶析に種々の影
響を及ぼし、工業的に実施する際無視しえない因子とな
つてくるため、これらの除去に多大の労力と費用が払わ
れる。

したがって、グルタミン酸発酵液を簡単な操作で効率よ
く精製し、濃縮する方法はこの分野において重要な課題
となっていた。

他方、グルタミン酸含有溶液をイオン交換膜を用いた電
気透析により精製する方法は既に知られている（米国特
許第３３９８０７８号明細書）。

しかし、一般にイオン交換膜、特に陰イオン交換膜は温
度の高い条件下で使用すると急速に膜の耐用性が低下す
るため、通常は常温以下の温度で使用されているが、こ
のように低い温度ではグルタミン酸イオンのイオン交換
膜透過性が低く効率が悪い上に、溶液中に含まれるイオ
ン性高分子不純物質が膜面に吸着して透過性がそこなわ
れ、かつグルタミン酸の結晶が晶析して目詰りを生じる
など望ましくない現象が起り、円滑な操作が妨げられる
。

このため、イオン交換膜を用いる電気透析法は、グルタ
ミン酸を工業的に精製する場合に適当な方法とはいえず
、これまで実際に行われていなかった。

本発明者らは、従来実用化が困難とされていたイオン交
換膜電気透析によるグルタミン酸発酵液の精製、濃縮を
実現するために鋭意研究を重ねた結果、少なくともグル
タミン酸の分離段階、すなわち他のアミノ酸とグルタミ
ン酸とを分ける段階において、その処理温度を４５〜７
０℃、望ましくは５０〜６０℃に保持して電気透析処理
を行えば、意外にもグルタミン酸のみが選択的に膜透過
し、イオン交換膜の劣化を伴わずに効率よくグルタミン
酸の精製、濃縮が行われることを見出し、この知見に基
いて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明はグルタミン酸発酵液を陽イオン交換
膜と陰イオン交換膜とを用いて電気透析するに当り、他
のアミノ酸からグルタミン酸を分離する段階において、
その処理温度を４５〜７０℃に保持し、グルタミン酸の
みを選択的に膜透過させることを特徴とするグルタミン
酸の精製、濃縮方法を提供するものである。

本発明においては、グルタミン酸分離段階におけるグル
タミン酸発酵液の温度を４５〜７０℃の範囲に保持する
ことが必要である。

このようにすれば、グルタミン酸の結晶析出を完全に防
止することができ、膜表面の異常化学反応は起らず、定
電流、定電圧条件のもとで順調に電気透析を行うことが
できる。

これに対し、グルタミン酸発酵液を４５℃よりも低い温
温に保持し、電気透析を行えば、運転開始当初において
はグルタミン酸イオンの透過が順調であるが、時間の経
過とともに次第にグルタミン酸の結晶が膜表面および膜
内部に析出し、膜の網目構造を閉塞して電流を妨げ、最
後にはグルタミン酸イオンの透過が完全に停止する。

そしてこのまま通電を強行すると膜の表面において異常
化学反応が起り、膜が変化して遂には破損するようにな
る。

また、グルタミン酸発酵液の温度を７０℃よりも高くす
ると、イオン交換膜の変質を生じ耐用性が著しくそこな
われるので、実用的でない。

さらに本発明によれば、多数のアミノ酸を含有する溶液
中からグルタミン酸のみを選択的に透過しうるという予
想外の効果を得ることもできる。

すなわち、グルタミン酸発酵液には、グルタミン酸のほ
かに多数の他のアミン酸が含まれている。

しかし、本発明に従い、これらの溶液を４５〜７０℃の
温度に保持して電気透析する場合は、グルタミン酸以外
のアミノ酸たとえばグリシン、アラニンなどのイオンの
膜透過性がグルタミン酸イオンの膜透過性に比べて著し
く低くなるので、グルタミン酸のみを選択的に膜透過さ
せ、ほぼ完全に分離することができる。

第１表は本発明に従って電気透析した前後におけるグル
タミン酸発酵液の各種アミノ酸の含有率を示したもので
あるが、これから明らかなようにグルタミン酸以外のア
ミノ酸はほとんど原液中に残存し、グルタミン酸のみが
膜透過する。

（１）発酵液全量 １．８ｌ （２） 〃 ０．８５ｌ さらに本発明によれば、多量の塩類およびタンパク質、
色素のような高分子性または非イオン性の不純物を含む
グルタミン酸発酵液からグルタミン酸のみを選択的に分
離することができる。

すなわち、塩類は常温における電気透析によって容易に
膜を透過するので、常温において電気透析したのち、グ
ルタミン酸発酵液の温度を４５〜７０℃に上昇して再び
電気透析を行い、グルタミン酸を分離し回収する。

他方、高分子性または非イオン性不純物は常温および４
５〜７０℃における電気透析の際、膜を透過することな
く原液中に残存する。

このようにして、多量の塩類や不純物を含むグルタミン
酸発酵液から、グルタミン酸を選択的に効率よく回収す
ることができる。

次に添付図面に従って本発明方法を説明する。

第１図は本発明方法を実施するために用いられる装置の
１例を示す概略説明図であり、槽１中に陰イオン交換膜
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４と陽イオン交換膜Ｃ１，Ｃ２，
Ｃ３，Ｃ４とが交互に配設され、さらにＣ４の次にＣ５
， Ｃ６と順次配設されて、隔室２、２・・・・・・を
構成し、槽の端部には対向して陽極３と陰極４が備えら
れている。

グルタミン酸発酵液は導管５およびその枝管６，７，８
を経て槽中に供給され、陰イオン交換膜と陽イオン交換
膜との間を通り、枝管６´７´、８´および導管５′を
経て排出される。

また、グルタミン酸を捕集するための水溶液を導管９お
よびその枝管１０，１１，１２，１３を経て槽中に導入
し、枝管１０´，１１’，１２’１３′および導管９´
を経て取り出す。

他方、極液として適当な塩たとえば硫酸アンモニウムの
溶液ヲ導管１４およびその枝管１５，１６，１７，１８
を経て導入し、枝管１５’，１６’，１７’，１８’お
よび導管１４′を経て排出される。

この間両電極間には直流電流を通じる。

槽に導入するグルタミン酸発酵液のｐＨはグルタミン酸
の等電点以外であればよいが、通常はｐＨ７付近に調節
して使用される。

調節に使用されるカチオンは、ナトリウム、カリウム、
アンモニウムなどでよい。

このグルタミン酸発酵液の濃度は特に制限はないが、２
〜４倍程度に濃縮するのが好ましい。

グルタミン酸発酵液の流入速度としては、膜面線速度１
ｃｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは２〜４ｃｍ／ｓｅｃが用
いられる。

また、電流密度としては１〜４Ａ／ｄｍ２の範囲が適当
である。

本発明に使用される陽イオン交換膜とは、陽イオンのみ
を選択的に透過させるもの、たとえばその構造中にスル
ホン基のような陰イオン性残基をもつスチレン−ジビニ
ルベンゼン共重合体フイルムなどであり、また陰イオン
交換膜とは陰イオンのみを選択的に透過させるもの、た
とえばその構造中に四級アンモニウム基のような陽イオ
ン性残基をもつスチレン−ジビニルベンゼン共重合体フ
イルムなどである。

本発明方法によると、グルタミン酸発酵液中のグルタミ
ン酸のみを選択的に濃縮することができるので、従来必
要とされていた他のアミノ酸や高分子不純物、たとえば
色素除去のための精製工程を省略することができ、また
低温において電気透析する場合に比べて低い電圧で実施
しうるので消費電力量が少なくてよいという工業上大き
な利点がある。

次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

実施例 １ 第１図に示す装置において、陽イオン交換膜としてセレ
ミオンＣＭＶを、陰イオン交換膜としてセレミオンＡＭ
Ｖを用い、各隔室における有効膜面積２ｄｍ２、膜間隔
２ｍｍとしたものを使用して以下の実験を行なった。

２０．２ｇ／ｄｌのグルタミン酸を含み、菌体を遠心分
離した酢酸を原料とするグルタミン酸発酵液（ｐＨ６．
５）２１．６ｌを毎時５０ｌの割合で、電気透析槽へ循
環させた。

温度は５５〜５７°に常に保持した。

また２５ｇ／ｄｌのグルタミン酸を含みカセイソーダ水
溶液でｐＨ６．５に温度５５〜５７°に調整された水溶
液１．５ｌを電気透析槽へ循環した。

また極液として５５〜５７℃に保持した１．０Ｍの硫酸
アンモニウム水溶液２ｌを電気透析槽に循環した。

この電気透析槽に２Ａ／ｄｍ２の電流密度で通電を行っ
た。

２８時間後に通電を終了した。

グルタミン酸発酵液の全量は７．０ｌで、グルタミン酸
の濃度は１．５ｇ／ｄｌであった。

グルタミン酸透過液の全量は１５ｌでグルタミン酸の含
量は３０ｇ／ｄｌであった。

グルタミン酸発酵液中のグルタミン酸の９７．６％がグ
ルタミン酸透過液へ回収されることになる。

この実験終了後、装置内のグルタミン酸発酵液、グルタ
ミン酸透過液、極液をいったん除去し、同一装置を膜を
新たに変えることなく、そのまま使用して全く同様に上
記実験を繰返した。

この繰返し実験を２０回繰返しても毎回上記とほゞ同様
の結果が得られ、膜の劣化現象は全く見られなかった。

実施例 ２ 実施例１と同様の装置に用い、グルタミン酸イオン濃度
０．７５Ｎの発酵液（Ａ）（ｐＨ６．７）と０．６４Ｎ
の発酵液（Ｂ）（ｐＨ６．８）について、異なった温度
で電気透析を行い、それぞれのグルタミン酸イオンの透
過率を次式に従って求めた。

この結果を、グラフにして第２図に示す。

この図から明らかなようにグルタミン酸イオンの透過率
は４５℃以上で急激に増大する。

実施例 ３ 実施例２で用いられた発酵液Ａを使用し、実施例１と同
様の装置を用い、１０〜６０℃について１０℃間隔で電
流密度２Ａ／ｄｍ２ないし３Ａ／ｄｍ２を用いて電気透
析を行った。

グルタミン酸透過液のグルタミン酸量（ｋｇ）及びその
量のグルタミン酸を透過するのに要した電力量（ＫＷＨ
）を電流密度、槽電圧、時間より求めた。

これよりグルタミン酸の単位重量当たりの消費電力量（
ＫＷＨ／ｋｇ）を算出し、その結果をグラフにして第３
図に示した。

この図から明らかなように、消費電力量は、４５℃以下
で急激に増大しており、４５℃以上で行うことが工業的
に有利なることを示している。

実施例 ４ 実施例１と同様の装置を用いて、１４．７ｇ／ｄｌのグ
ルタミン酸および２．５ｇ／ｄｌの塩化ナトリウム、３
．８ｇ／ｄｌの硫酸ナトリウムと、１．２ｇ／ｄｌの酢
酸ナトリウムの塩類を含む、菌体を遠心分離したグルタ
ミン酸発酵液で、濃塩酸によりｐＨ４．０〜５．５に調
節したもの１０．８ｌを毎時５０ｌの割合で電気透析槽
へ循環させた。

この際の温度は、１５〜１８℃に常に保持した。

また７．０ｇ／ｄｌの塩化ナトリウムを含む、温度１５
〜１８℃に保持した水溶液１．５ｌを塩類捕集溶液とし
て、電気透析槽へ循環した。

他方、極液として１５〜１８℃に保持した１４．２ｇ／
ｄｌの硫酸ナトリウム水溶液２．０ｌを電気透析槽へ循
環した。

この電気透析槽に槽電圧５．２Ｖで直流電流を通電した
。

１４時間後に通電を終了し、塩類捕集液を抜き出し、そ
の代りに１５．Ｏｇ／ｄｌのグルタミン酸を含む、水酸
化ナトリウムによりｐＨ７．０に調整した水溶液１．５
ｌを、グルタミン酸捕集液として電気透析槽へ循環した
。

その後、循環している発酵液に水酸化ナトリウムを加え
、ｐＨ６．９に調整したのち、該発酵液、グルタミン酸
捕集液および極液を５５〜５７℃に加温し、この温度に
保持した。

この電気透析槽に、最初２Ａ／ｄｍ２の電流密度で通電
を行った。

１２時間後に通電を終了した。グルタミン酸発酵液の全
量は５．２ｌでグルタミン酸濃度は１．５ｇ／ｄｌであ
った。

グルタミン酸捕集液は精製されたのち、淡黄色透明で、
その全量は７．０ｌでグルタミン酸含量は２４．７ｇ／
ｄｌであった。

グルタミン酸発酵液中のグルタミン酸の９４．３％がグ
ルタミン酸透過液へ回収されたことになる。

なお、この捕集液中の塩類濃度は極めてわずかで、塩化
ナトリウムは０．０９ｇ／ｄｌ、硫酸ナトリウムは０．
１８ｇ／ｄｌ、酢酸ナトリウムは０．０９ｇ／ｄｌであ
った。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に用いられる装置の１例を示
す概略説明図、第２図はグルタミン酸発酵液を電気透析
した場合の温度とイオン透過率の関係を示すグラフ、第
３図は温度と電力消費量との関係を示すグラフである。 図中符号１は槽本体、Ａ１・・・・・・は陰イオン交換
膜、Ｃ１・・・・・・は陽イオン交換膜、３は陽極、４
は陰極である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ グルタミン酸発酵液を陽イオン交換膜と陰イオン交
   換膜とを用いて電気透析するに当り、他のアミノ酸から
   グルタミン酸を分離する段階において、その処理温度を
   ４５〜７０℃に保持し、グルタミン酸のみを選択的に膜
   透過させることを特徴とするグルタミン酸の精製、濃縮
   方法。