JPS6140397B2

JPS6140397B2 -

Info

Publication number: JPS6140397B2
Application number: JP12739079A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Watanabe
Original assignee: Nitto Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1979-10-04
Filing date: 1979-10-04
Publication date: 1986-09-09
Also published as: JPS5651988A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は微生物による改良されたアクリルアミ
ドの製造法に関するものである。

従来、ニトリラーゼ活性を有する微生物がアク
リロニトリルを加水分解してアクリルアミドを生
産する微生物として有効であることは公知であ
る。このような微生物として、これまでにバチル
ス属、プレポートの意味でのバクテリジウム属、
ミクロコツカス属、ブレビバクテリウム属などが
知られており（特開昭51−86186号公報）、本発明
者らも、先に、コリネバクテリウム属、ノカルジ
ア属などに属する微生物を見出している（特願昭
53−35318号）。

また、これらの微生物を使用してアクリロニト
リルよりアクリルアミドを製造するには、これら
の微生物の菌体をそのまま、あるいは重合体ゲル
などで固定化した固定化菌体を用いて、水性媒体
（例えば、水、生理食塩水、リン酸塩緩衝液な
ど）中でアクリロニトリルと菌体とを接触反応さ
せて行われる。特に、最近、微生物反応では菌体
からの不純物溶出の防止、菌体の反応液からの分
離性、菌体の反復利用性、酵素安定性の増大など
の点から粒状化した固定化菌体を用いる回分法、
連続法などによる方法が普及している。微生物に
よるアクリルアミドの製造法においてもかかる方
法が経済的に有利であり、本発明者らは、先にポ
リアクリルアミドなどのゲルにて包括固定化した
固定化菌体を用いた連続カラム反応によるアクリ
ルアミドの製造法を提案した（特願昭53−51237
号）。

しかしながら、水性媒体として、上記のごとき
生理食塩水、リン酸塩緩衝液などを用いること
は、生成するアクリルアミド水溶液中に多量の塩
化ナトリウム、リン酸塩類などを含有させること
になり品質上好ましくない。特に、リン酸塩の存
在は高重合度のアクリルアミド系重合体を製造す
る際に、生成重合体の水不溶化を招きやすいなど
好ましくない結果をもたらす。従つて、これらの
塩類を除去するためにはイオン交換処理などの後
処理が不可欠となり、固定化菌体法によるアクリ
ルアミド製造の特徴でもある特に精製工程を設け
ずして高品質のアクリルアミド水溶液が得られる
という利点がなくなり安価なアクリルアミド製造
法としての妙味がなくなる。

また、一方において、水性媒体として生理食塩
水、リン酸塩緩衝液などを用いないと菌体が膨潤
し菌体の酵素活性が急速に失活するなどの難点を
有し、さらにゲル包括法により固定化された微生
物菌体を充填したカラムを用いたアクリロニトリ
ルの連続水和反応においては反応開始後短時間の
うちにカラム内の固定化菌体が膨潤してしまい円
滑な運転ができなくなる。

このように水和反応中に菌体が膨潤する原因の
詳細は不明であるが、菌体の細胞内にアクリロニ
トリルが進入し水和されてアクリルアミドとな
り、これが細胞外へ出ていくに当り、細胞の内外
においてアクリロニトリルおよびアクリルアミド
濃度の差に由来する浸透圧に差を生ずることに起
因するものと考えられる。また、膨潤現象による
酵素活性の急速な劣化は、膨潤により微生物細胞
内より酵素が漏出しやすくなつたり、酵素が膨潤
していない正常な細胞においてとつていた安定な
コンフオメーシヨンがとれなくなつたりするため
と考えられる。従つて、生理食塩水、リン酸塩緩
衝液などからなる等張液中で反応を行えば、前記
のように菌体の細胞内外で浸透圧に大きな差を生
じなくなるので菌体の膨潤を防ぐことができるも
のと考えられる。

本発明者は、かかる問題を解決するため種々検
討を重ねた結果、水性媒体中に少量のアルカリ金
属の重炭酸塩、またはアルカリ金属の重炭酸塩と
炭酸塩とを存在させ、微生物の作用によりアクリ
ロニトリルよりアクリルアミドを生成させること
により、各種重合体製造原料として品質上問題の
ないアクリルアミド水溶液が得られ、しかも菌体
の膨潤を抑制し、酵素活性を長時間安定に保持で
き、さらに固定化菌体を用いた連続カラム法によ
る水和反応も円滑に長時間行えることを見出し本
発明に至つた。

すなわち、本発明は、水性媒体中でニトリラー
ゼ活性を有する微生物の作用によりアクリロニト
リルよりアクリルアミドを製造する方法におい
て、該水性媒体中にアルカリ金属の重炭酸塩、ま
たはアルカリ金属の重炭酸塩と炭酸塩とを存在さ
せることを特徴とする微生物によるアクリルアミ
ドの製造法に係わるものである。

本発明に用いる微生物はアクリロニトリルを加
水分解してアクリルアミドを生成する能力を有す
るものであれば微生物の分類学的位置づけには関
係なくいずれも利用することができる。例えば、
前記特願昭53−35318号記載のコリネバクテリウ
ム属Ｎ−771菌株（微工研菌寄第4445号）、コリネ
バクテリウム属Ｎ−774菌株（微工研菌寄第4446
号）およびノカルジア属Ｎ−775菌株（微工研菌
寄第4447号）などを好適にあげることができる。

これら微生物を固定化して使用する場合には、
通常広く用いられているポリアクリルアミド、コ
ラーゲン、ゼラチン、カラギーナン、寒天などの
ゲルによる包括法が使用できるが、本発明におい
てはアクリルアミドを製造するという観点からポ
リアクリルアミドゲルによる包括固定化が特に好
ましい。

また、包括固定化菌体の調製は通常の方法で行
うことができる。例えば、ポリアクリルアミドゲ
ルによる固定化菌体をつくる場合には、単量体で
あるアクリルアミドおよびＮ・N′−メチレンビ
スアクリルアミドをグルタルアルデヒド処理を施
した菌体の懸濁液と混合し、これに重合触媒であ
る過硫酸カリウムおよびジメチルアミノプロピオ
ニトリルを加え、PH6.5〜8.5、温度０〜10℃に30
〜60分間保つて重合させる。かくして菌体を含ん
だ塊状ゲル、すなわちポリアクリルアミドゲルに
より包括された固定化菌体が得られる。

本発明において水性媒体中に存在させるアルカ
リ金属の重炭酸塩および炭酸塩としては、具体的
には重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、炭酸ナ
トリウムおよび炭酸カリウムなどであり、その量
はアクリロニトリルを含む水性媒体に対して0.01
％以上、好ましくは0.05％以上である。これらの
化合物はアクリルアミド水溶液中に存在しても実
質的にアクリルアミドの重合性に悪影響を及ぼす
ことはないので添加量の上限は特に規定しない
が、多量になると製品の純度上問題となるほか、
アクリロニトリル水溶液のPHが高くなり固定化菌
体の酵素安定性が悪くなるので、アクリロニトリ
ルを含む水性媒体に対して0.5％とするのが好ま
しい。

本発明を実施するに当つては、例えば、前記の
ごとくして調製したポリアクリルアミドゲル固定
化菌体を適当な大きさの粒に破砕し、洗浄後カラ
ム反応器に充填する。このカラムに前記アルカリ
金属の重炭酸塩、またはアルカリ金属の重炭酸塩
と炭酸塩とを含有する水溶液にアクリロニトリル
を混合した基質水溶液を適当な流速で通過させれ
ばカラム流出液としてアクリルアミド水溶液を得
ることができる。反応は使用する固定化菌体の
量、基質アクリロニトリルの濃度、流速、その他
適当な反応条件を見出すことによりほぼ100％の
反応進行率で行うことができる。この場合、固定
化菌体のニトリラーゼ活性を長時間安定に保たせ
ると共にアクリル酸などの副生物の生成を抑制す
ることなどから、アクリロニトリルの濃度は５％
以下、反応温度は基質水溶液が凍結しない範囲の
できるだけ低温、すなわち10℃以下氷点未満、PH
は7.5〜8.5で行うことが好ましい。

このようにして反応流出液として無色透明なア
クリルアミド水溶液を得ることができる。この水
溶液は重合に悪影響を及ぼす不純物を殆んど含ま
ないので、そのままあるいは通常の方法により濃
縮して凝集剤、紙力増強剤など各種用途の重合体
製造用の原料として使用することが可能である。

以下、実施例により不発明を具体的に説明す
る。なお、下記実施例中の部および％は重量に関
する。また、アクリロニトリル、アクリルアミ
ド、アクリル酸などはいずれもガスクロマトグラ
フイーにより定量した。

実施例１、および比較例１グルコース１％、ペプトン0.5％、酵母エキス
0.3％および麦芽エキス0.3％からなる培地（PH
7.2）により好気的に培養して調製したＮ−774菌
株の休止菌体（含水率75％）40部に50％グルタル
アルデヒド水溶液0.4部および0.05Mリン酸緩衝
液（PH8.0）9.6部を添加し撹拌下に10℃以下で１
時間反応させた。次いでこの反応液にアクリルア
ミド9.5部、Ｎ・N′−メチレンビスアクリルアミ
ド0.5部、水25部を混合して均一な懸濁液とな
し、これに５％ジメチルアミノプロピオニトリル
水溶液５部および2.5％過硫酸カリウム水溶液10
部を加え10℃以下に１時間保つて重合ゲル化させ
た。

かくして得られた塊状の菌体含有ゲルを小粒子
に破砕し、0.1％NaHCO₃水溶液（PH8.2）で十分
洗浄して固定化菌体100部を得た。この固定化菌
体40部を充填した外とう管付きカラム３本を直列
につなぎ、５℃にてNo.1のカラム上部よりアク
リロニトリル４部と0.1％NaHCO₃水溶液96部と
の混合液をSV0.8Hr^-1で流下、反応させた。No.1
カラムから流出してきた反応液は、その96部のア
クリロニトリル４部と混合した後No.2カラム上
部へ導入し、SV0.8Hr^-1でNo.1カラムの場合と同
様に流下、反応させた。

No.2カラムからの流出液についても、その96.5
部にアクリロニトリル3.5部を混合しNo.3カラム
上部へ導入し、SV0.8Hr^-1で前と同様に流下反応
させた。反応は各カラムとも固定化菌体の膨潤を
起すことなく円滑に進行しNo.3カラム下部より
流出液として未反応アクリロニトリルおよび副生
アクリル酸を実質的に含まない15.4％のアクリル
アミド水溶液を得た。この水溶液を空気を吹き込
みつつ45℃でフラツシユエパポレエターにより減
圧濃縮し30.0％のアクリルアミド水溶液を得た。
得られたアクリルアミド水溶液はそのまゝで種々
の重合体製造用の原料として使用可能であつた。

一方、比較のため、アクリロニトリルを溶解す
る水溶液として0.05Mリン酸緩衝液（PH8.2）を
用いた以外は全く本実施例と同様の条件で反応、
濃縮を行つて得た30.0％のアクリルアミド水溶液
を、そのまゝ高分子凝集剤製造用の原料として重
合させポリアクリルアミドを製造したが、水に対
する溶解性が極めて悪く、また、凝集剤としての
性能も劣つていた。

実施例２および比較例２実施例１と同様の方法にて調製したＮ−774菌
株の固定化菌体を実施例１と同じカラム反応装置
に充填し、温度５℃にてアクリロニトリル３部と
0.2％NaHCO₃水溶液97部とからなる基質水溶液
をSV＝0.5Hr^-1でNo.1のカラム上部より流下、反
応させた。以下、実施例の場合に準じ、No.1お
よびNo.2のカラムの流出液にはそれぞれ97部の
流出液に対して３部のアクリロニトリルを加え、
この混合液をNo.2およびNo.3カラムの上部から
流下、反応を行いNo.3カラム流出口よりアクリ
ルアミド12.0％、アクリル酸0.02％を含む反応液
（PH8.2）を得た。このようにして連続10日間反応
を続けたがNo.3カラム流出液中にはアクリロニ
トリルは全く検出されなかつた。

一方、比較のため、アクリロニトリルを溶解す
る水溶液として生理食塩水（NaCl濃度：0.85
％）をNaOHにてPH8.2に中和した液を用いた以
外は全く本実施例と同様の条件で反応を行つた。
この時No.3カラム流出口より得られた反応液は
アクリルアミド11.5％、アクリル酸0.5％、PH6.9
でありアクリル酸が多量に副生していた。また、
連続10日間反応後のNo.3カラム流出液中には未
反応アクリロニトリルが多量に検出され固定化菌
体の活性低下が著しかつた。

実施例３実施例１と同様の方法にて調製したＮ−774菌
株の固定化菌体を実施１と同じカラム反応装置に
充填し、温度０℃にてアクリロニトリル３部およ
び0.2％NaHCO₃と0.005％Na₂CO₃とを含む水溶液
（PH8.4）96部とからなる基質水溶液をSV＝
0.5Hr^-1でNo.1のカラム上部より流下、反応させ
た。以下、実施例１の場合と同様にして反応を行
い、No.3カラム流出口より12.1％のアクリルアミ
ド水溶液を得た。

なお、この水溶液中にはアクリロニトリルは全
く含まれておらず、アクリル酸も実質的には検出
なかつた。また、この反応を連続10日間行つた後
の流出液についても同様の分析を行つたところア
クリルアミド濃度12.1％、アクリロニトリルおよ
びアクリル酸は全く検出されなかつた。得られた
流出液を空気を吹込みつつ45℃でフラツシユエバ
ポレーターにて減圧濃縮し30.0％のアクリルアミ
ド水溶液を得た。このアクリルアミド水溶液はそ
のまゝ種々の重合体製造用の原料として使用可能
であつた。

Claims

【特許請求の範囲】

１水性媒体中でニトリラーゼ活性を有する微生
物の作用によりアクリロニトリルよりアクリルア
ミドを製造する方法において、該水性媒体中にア
ルカリ金属の重炭酸塩、またはアルカリ金属の重
炭酸塩と炭酸塩と存在させることを特徴とする微
生物によるアクリルアミドの製造法。