JPS6365906A - アミノ酸水溶液の濃縮法 - 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、等電点における水への溶解期が小さいアミノ
酸を半透膜を用いて濃縮する方法に関する。

〔従来の技術〕

逆浸透膜（以下、「ＲＯ膜」と略記することがある。）
は、溶液中の目的物質の回収・濃縮において相変化ｆ：
伴なわないで室温近傍の温度で濃縮が可能である。省エ
ネルギーである等々の多くの利点を有する濃縮技術とし
て、近年注目されると共に応用分野が拡大しつつある。

特Ｋ、近年に訃いては、従来の無機塩に代表される極低
分子１吻質の分離用途のみならず、耐熱・耐溶媒性分有
する複合膜や極低分子ｔの排除率が小さく限外濾過膜に
近い所關ルーズＲＯ膜等特徴を有する膜の開発・市販が
進み、様々な用途への適用が展開されている。

一方、化学合成法や発酵法、酵素合成法により製造され
るアミノ酸は、一般に希薄水溶液であることが多く、こ
れらの分離精製には、晶析法やイオン交換法、電気透析
法、溶剤抽出法等が知られているが、ＲＯ膜による濃縮
が適用できれば、省エネルギーの濃縮法として期待が大
きい。１０膜は、その原理により処理対象が懸濁固体を
含まない溶液系に制限されるため、プロリン、アルギニ
ン、リジン、グルタミン酸ナトリウム、セリン。

グリシン等の水への溶解度の高いアミノ酸を含む水溶液
では、該アミノ酸の等電点においても、飽和溶解度の範
囲内で高濃度にまでＲＯ膜を用いた濃縮が期待でき、実
施例も報告されている。（特開昭５９−１５２３５５） しかしながら、トリプトファン、チロシン、フェニルア
ラニン等の芳容族環を有するアミノ酸やシスチン、メチ
オニン等の金儲アミノ酸は、等ｆ！点における水への溶
解度が小さく、等電点水Ｍ液のＲＯ膜による高いと１陥
度の達成は、飽和に伴なう結晶析出による膜面の閉塞全
きたし、困難であるのが現状である。

ところでアミノ酸は、同一分子内にカルポキンルｇｉ（
−ＣＯＯＨ）とアミノ基（−ＮＨ２）を有する両性電解
質であり、酸解離平衡足数に１及び塩基Ｍ離平衡定数に
２を、該アミノ酸に固有の定数として有する。このため
、アミノ酸を含む水溶液のｐＨ’ｒ　、等電点からｐＫ
、もしくはｐＫ２に調整してゆくにつれてアミノ酸の解
離が進行し、これに伴ない溶解度が増大することは良く
知られている。とりわけ、ｐＫ、値以下もしくはｐＫ２
以上の〆（範囲では、該アミノ酸の飽和溶解度は飛躍的
に増大する。

しかしながら、先に記述した水への溶解度の小さいアミ
ノ酸は中性アミノ酸であり、停電点の■Ｊ（は５〜６で
ある。このため、声を該アミノ酸のｐＫ、以下もしくは
ｐＫ２以上に調整した場合、水溶液のμ■は強酸性もし
くは強アルカリ性を呈し、Ｒｏｙの許容−１範囲を逸脱
し、膜の耐久性ならびにＲＯｆｉ縮に付する装置の耐腐
食性における問題を生じる。

このため′ｌＡ度を昇げることにより飽和溶解度を高く
することによる解決が考えられるが、アミノ酸の熱安定
性は高くないため、温度を高めることには制限がある。

また、例えば、トリプトファンの場合では、６０℃まで
温度を扁めても溶解度は高々２％程度であり、高い濃縮
度は期待できない。

さらに、近年耐熱性を有するＲＯ膜の開発が進んではい
るものの、実用に供し得るＲＯ膜の使用可能温度範囲は
、多くは５０℃未満でめ９、これを超えた温度で使用し
た場合には、膜素材の変質等をきたす可能性があり、膜
の使用耐久性が著しく損なわれる。したがって、温度上
昇げることによりアミノ酸の溶解度を高めてＲＯ膜に付
することも問題の充分な解決とはならな１ハ。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者らは、等電点における水への溶解度が小さいア
ミノ酸の逆浸透膜ならびに限外濾過膜による高濃度の濃
縮を達成することを目的として、上記問題点の解決に取
り組み、鋭意研究した結果、等電点における水への溶解
度が小さいアミノ酸が　”分子内に疎水性基を有してい
ることに着目し、適当量の水溶性有機溶媒の存在下で声
を調整して溶解度を増大させることにより、逆浸透膜な
らびに限外濾過膜による高濃度濃縮が達成できることを
見出し、本発明を完成するに到った。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち本発明は、等゛電点における水への溶解度の小
さいアミノ酸を含む水溶液を半透膜を用いて濃縮するに
際し、水溶性有機溶媒の存在下で）１１１行なうことを
特徴とするアミノ酸水溶液の葭縮法である。

以下に本発明を詳述する。

本発明で対象とする等゛Ｉ工点での水へのＳ　７ｆｆ度
の小さいアミノ酸は、トリプトファン、チロシン。

フェニルアラニン等の分子内に芳香族環の如き疎水基を
有するアミノ酸である。これら疎水基金有するアミノ酸
は、側頼のカルゲキシル基、アミノ基の如き親水基の影
響が該疎水基の存在により弱められるため、水への溶解
度が著しく小さい。しかし、疎水基の存在は、逆に親油
性の増加を意味し、易水溶性のグリシン、アラニン、セ
リ／の如き脂肪族アミノ酸は、その水溶液中に含まれる
アルコールの如き溶媒量が増加するに伴ない、溶解度は
減少するのとは反対に疎水基を有するアミノ酸において
は、適当量の水溶性有機溶媒の存在によυ、溶解度を高
くすることが可能である。

ここで水溶液中に共存させる溶媒としては、水と均一相
を形成し得る水溶性を有し、かつ、共存により該アミノ
酸の分解・変質等を生じない溶媒であればよい。なお半
透膜、とりわけ逆浸透膜による濃縮に２いては、水溶液
の浸透圧増大を抑制することが、膜の単位時間、単位面
積当りの透過液量を大きくするために好ましい。このた
め、水溶液中に共存させる溶媒量が少い量で溶解度を増
大できることが望ましく、また、該溶媒の有する炭素数
が多くないか、もしくは置換基のＴａｆｔ数が小さくな
いことが望ましい。これらの事由により溶媒としては、
脂肪族系の低級アルコールが好ましく、より好ましくは
、炭素数１乃至４の低級アルコール、スなわちメタノー
ル、エタノール、ｎ−グロノ９ノール、　１ｓｏ−グロ
ノせノール、　ｔｅｒｔ−ブチルアルコール等が望まし
い。これらの低級アルコールの中で、濃縮に供する逆浸
透膜もしくは限外濾過膜の膜素材の変質、膨潤等の影響
が無いか、実用上無視し得る溶媒を選択すればよい。

共存せしめる溶媒の址には特に制限はない。該アミノ酸
の溶解度と膜による排除率′ｔ−最適にする溶媒量は、
該アミノ酸の種類と該溶媒の種類ならびに濃縮に供する
逆浸透膜もしくは限外濾過膜の膜素材によって異なるが
、好ましくは、容量部６０％以下であることが望ましい
。

本発明で開示した水浴性溶媒の共存により、芳香族環の
如き疎水基金有するアミノ酸の水溶液中への溶解度を増
大せしめることが可能となるが、溶解度の更なる向上に
は、該溶媒の共存下、水浴液のＰｌ（ｆ：等′ｄ点以上
もしくは以下に調整するととがより効果的である。この
場合、所望の溶解度を与えるＰＨＩま、溶媒共存による
溶解度増大の効果の故に、該溶媒が何ら存在しない場合
に比べ、より等電点に近い−１にて達成することが可能
となシ、必ずしもｐＫ、以下もしくはｐＫ２以上の−１
を必要としない。熱論、膜の許容範囲内であれば、ＰＨ
全ｐＫ、以下もしくはｐＫ２以上に調整踵より高い溶解
度を実現して濃縮することに何ら制限はない。

上記の如く、水溶性有機溶媒の存在下、μｍ１を調整す
ることによシ水溶液中での該アミノ酸の溶解度の増大が
実現するが、該アミノ酸を逆浸透膜もしくは限外濾過膜
を用いて濃縮に付するためには、膜を介しての該アミノ
酸の透過排除率ならびに透過散散が高いことが望ましい
。逆浸透膜の場片、共存せしめる溶媒に対する耐性を具
備するものであれば、濃縮に供する膜に特に制限はない
が、従来脱塩の目的に供されている食塩排除率が９０％
を超えるＲＯ膜では、本発明で開示した水溶性溶媒て対
しても、８０％を超える排除率を与える場合が多□ハ。

このため、濃縮に伴ない該アミノ１￥ｌのみならず該溶
媒も濃縮を受け、前述の如く、水溶液の浸透圧が増大し
、透過ｅ、陸の著しい低下が生ずると共に、運転圧力の
増大が必要となる事態をきたす。これを回避し、低い運
転圧力で透過液量を増加するためには、該アミノ酸の排
除率が高く、かつ、該液媒の排除率が適度に低いｌζＯ
膜の使用が好ましい。好ましくは、該アミノ酸の排除率
が８０％以上、該溶媒の排除率が５０％以下が望ましい
。かくの如き特性を具備するＲＯ膜は一般に１ｏｏｓｅ
−ｏ膜と呼ばれる。１ｏｏｓｅはＲＯ，１ｌｆｉの定義
は明確ではないが、食塩に対する排除率が９０％以下で
あるＲＯ膜が概ねこれに相当する。市販されているＲＯ
膜としては、ポリアミド複合１１４（Ｆｉ１ｍＴｅｃ社
製ＮＦ４０ＨＦ）、芳香族ポリアミド複合膜（Ｆｉｌｍ
　Ｔｅｃ社製ＮＦ４０．ＮＦ’５０．ＮＦ７０）、ポリ
ビニルアルコール系複合膜（日東電工製ＮＴＲ−７２５
０）ポリスルホン複合膜（三菱レーヨンエンジニアリン
グ製ｂｍＧ　−５）、ポリスルホン俵合膜（Ｄｅｓａｌ
　１ｎａｔｌｏｎ社製Ｕ　９０−　Ｇ　５、架＋１（ポ
リアミド系複合膜（東し製ＵＴＣ２０、ＵＴＣ４０）が
概ねこれに相当するが、勿論これらに限定されるもので
はない。

一方、半透膜として限外ｐ過膜（以下ｒＵＦｉＪと略記
することがある。）を用いた場合、逆浸透膜に比べ分画
分子１が大きいため、溶媒は殆んどＵＦ膜を透過し、前
述の如き溶媒の検線による浸透圧の増大は生じない。但
し、ＵＦ膜では該アミノ酸程度の分子ｉｔ有する溶質も
、分子篩い効果による排除を受けず、大部分が膜全透過
し、ａ縮効果は期待できない。このため該アミノ酸の排
除率を高めるためには、濃縮に付する水溶液の−を等電
点からずらし、該アミノ酸を酸または塩基としてイオン
に解離せしめた上、ＵＦ膜表面に正または負に荷電した
固定電荷を有するＵＦ膜を使用することにより、該アミ
ノ酸イオンとＵＦ膜表面電荷との静電反発作用を利用す
ることが必要である。すなわち、正に荷電した固定電荷
を有するＵＦ膜を−１を等電点以下に調整した該アミノ
酸水溶液の濃縮に供するか、負に荷電した固定電荷を有
するＵＦ’膜をｐＨを等電点以下に調整した該アミノ酸
水溶液の濃縮に供する。表面に負に荷電した固定電荷を
有するＵＦｇとしては、ポリスルホン。

ポリスチレンスルホン酸、ポリサッカライド等を素材と
する膜がこれに対応する。一方、正に荷電した固定電荷
を有するＵＦ膜としては、芳香族ポリアミド等を素材と
するか、４級アンモニウム基を導入した膜がこれに対応
する。かくの如き、荷電を有するＵＰ膜においても、該
アミノ酸の濃縮に供するには、分画分子量が１０００以
下の膜であることが好ましい。

勿論、１ｏｏｓｅ　’ｉ　ＲＯ膜においても荷電を有す
るＲＯ膜を該溶媒の共存下、荷電に応じ−■を該アミノ
酸の等定点以上もしくは以下に調整して公、縮に供する
ことにより、より高い濃縮度が達成されることは言うま
でもない。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例及び本発明の説明のための参考例
を示すが、本発明がこれら実施例に限定されるものでは
ないことは言うまでもない。

参考例１ 例 分子内に芳香族のインドール環を有するＬ−）リゾトフ
ァンのエタノール水溶液中への溶解度を常法に順い、２
０℃から７５℃の範囲で測定した例を第１図に示す。こ
こに水溶液のｐｉ（は等電点（５，８９）に調整し、水
は蒸留水を、エタノールは試薬特級を使用した。第１図
においてａは、エタノールＯ容量部、蒸留水１００容量
部の水溶液中へのＬ　＋　ト１７プトフアンの溶解度曲
線を表わしｂ　、′よ、エタノール３０容蓄部、蒸留水
７０容量部の場合、Ｃは、エタノール５０容せ部、蒸留
水５０容黛部の場合、ｄは、エタノール７０答量部、蒸
留水３０容量部の場合を各々表わす。水溶液中にエタノ
ールを５０容（せ部までの範囲内で共存せしめることに
よジ、２０℃〜７５℃の温度範囲内で、Ｌ−１１ノドフ
アンの溶解度は増大した。

参考例２ 実施例１ １・温度４０℃において、ｐＨを２から９．５の範囲で
調整したイソプロピルアルコール水溶液中ヘノＬ−トリ
プトファン（ＰＫ、　＝２．３　ｓ　、　ＰＫ２＝９．
３９　、　ｐ　ｘ　＝５．８９）の溶解度を常法に順っ
て測定した例を第２図に示す。イソプロピルアルコール
は試薬特級を、水は蒸留水を使用し、水浴液のＰＩ（は
試薬特級の塩酸およびアンモニア水溶液にて調整した。

第２図においてａは、インプロビルアルコール５０容景
部、蒸留水５０容清部の場合の溶解度全示し、ｂは、イ
ソグロビルアルコールＯ容量部、蒸留水１００容清部の
場合の溶解度を示す。（ｐＫ、　＝２．３８゜ｐＫ２＝
９．３９　、　ｐ　Ｉ　＝５．８９　）実施例１ イソプロピルアルコールを１５重ｉ部、Ｌ−トリプトフ
ァンを１重−１１部含み、試薬特級の塩酸にてｐＨ＝３
．Ｑに調整した温度４０℃の水溶液６１をＦｌ１ｍＴａ
ｃ社製芳香族ポリアミド複合膜である逆浸透膜ＨＲ９Ｂ
（平膜、有効膜面ｆｉ０．０７ｍ　、　０．２４ＮａＣ
１水溶液における食塩排除率９９．３％）に、圧力４０
に９７ｃｍ　　、　’Ｑ度４０℃の条件下で接触せしめ
、濃縮液と透過液双方を供給液に循環させる全循環方式
で透過を夜−獣と溶質排除率の測定を実施した。

透過液量は単位膜面積、単位時間当り４．１６７ｍ　−
ｈｒ。

Ｌ−）リプトファンの排除率９８．５％、イソプロピル
アルコールの排除率７９．０％であった。同−条件下で
、Ｆｉ１ｍＴｅｃ社製ポリアミド複合膜である逆浸透膜
ＮＦ４０ＨＦ（平膜、有効膜面積０．０７ｍ　　。

０．２チＮａＣ４水溶液における食塩排除率５８．７’
Ｊ）を用いて同様の測定を行；よった結果、透過液量４
８．３　Ａ’／ｍ’ｈｒ　、　Ｌ　−トリブト７７７の
排除率８７．７チ、イソプロピルアルコールの排除率１
９．６％を得た。

実施例２ イソプロピルアルコールを１５重置部、Ｌ−トリプトフ
ァンを１１吐部含み、試薬特級の塩酸にて、…＝２．５
に調整した温度４０℃の水溶液２０ｇを、Ｆｉｌｍ　Ｔ
ｅａ社製ポリアミド複合膜である逆浸透、ＨＮＦ４ｏａ
Ｆ’（平成、膜有効面積０．１０８ｒｎ　　）を使用し
、圧力４０　ｋｇ／ａｎ２．温度４０℃の争注下で回分
法により濃縮を行ない、９時間後濃縮液（Ｌ−トリグト
ファン６．０重量部、イノゾロビルアルコール２１．５
重−せ部）２．９Ａ、透過液（Ｌ−トリプトファン０．
４３重ｊ部、イソゾロビルアルコール１４６５重：止部
）　１７．１　Ａ　’！ｉ−得た。

実施例３ イソプロピルアルコールを１５重糞ｉＬ　　Ｌ　−）リ
ゾトファンを１重着部含み、試薬特級のアンモニウム水
にて−（＝９．５に調整した温度４０℃の水溶液６１を
、Ｆｌ１ｍＴｅｃ社製芳香族ポリアミド複合膜ＮＦ７０
（平膜、有効膜面積０．０７　ｍ　、　０．２４　Ｎａ
Ｃ６水溶液における食塩排除率８４．１％）に、圧力１
５　ｋｇ／ｃＪ　、温度４０℃の条件下で接触せしめ、
濃縮液と透過液双方を供給液に循環させる全循猿方式で
透過液量と溶質排除率の測定を実施した。透過液量は単
位膜面積、単位時間車り１０．４１／ｍ　−ｈｒ。

Ｌ−）リゾトファンの排除率９０．６％、イソプロピル
アルコールの排除率１６．Ｏチであった。

〔発明の効果〕

従来、分子内に芳香族環の如き疎水基を有し、等１点に
おける水への溶解度が小さいアミノ酸？含む水溶液を半
透膜により濃縮する場合は、その溶解度の低さ故に、適
用例が殆んど見当らず、また公知の知見では、高温で濃
縮に付するか、水溶液のｐｉ（をｐＫ、もしくはｐＫ２
前後にＦＡ整して濃縮に何する等、半透膜の耐久性やア
ミノ酸の安定性から必ずしも好ましくない濃縮法を採用
せざるを得なかった。しかしながら、本発明によれば、
適当量の水溶性溶媒の共存により、水浴液のｐｉ（を等
電点から他端にずらすことなく該アミノ酸の高い濃縮度
が半透膜を用いて達成することができ、室温近涛の温度
で相変化を伴なわず省エネルギー性である半透膜濃縮自
体の有する長所を、疎水基を有するアミノ酸に対しても
充分に適用でき、工業上の利用価値は極めて高いと考え
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、溶媒組成を変化させたエタノール水溶液中へ
のＬ　＋　）　リゾトファンの溶解度の温度に対する依
存性を表わすグラフ図であり、第２図は、水及び５０容
−１％イソゾロビルアルコール水溶液中へのＬ　−）　
’Ｊブトファンの溶解度の、水溶液の戸に対する依存性
を表わすグラフ図である。 第１図 温Ｘ　（’ｃ） 第２図 ・−Ｐ　糸売　ネ市　−ｔＥ　　？Ｅン昭和６１年１１
月１　Ｏｒ、１ 特許庁長官　　黒　［Ｈ明　雄　殿 １、ｊバ件の表示 特願昭６１−２０９６２１号 ２、発明の名称 アミノ酩水溶液のｅ縮性 ３、補正をする者 ｄｊ件との関係　　　特許出願人 名　称　　　　（３１２）三井東圧化学株式会社４、代
理人 住所　東京都港区虎ノ門五丁目１３番１号虎ノ門４０森
ビル明細書の発明の詳細な説明の欄　（４１１，受。 ６、補正の内容 （１）　　明細書の第４頁９〜ｌＯ行の［酸解離平衡定
数に１及び塩基解＃モ衡定数に２を、。 を「酸解離平衡定数に１及びに２を、」に訂正する。 （２）　　明細書の第６頁１３行のｒｐＨＪの次に「を
調整して」を挿入する。 （３）　　明細−）の第８頁１行の「小さくないことが
望ましい、」を「小さすぎないことが望ましい、」に訂
正する。 （４）　　明細書の第１０頁ｉｏ行のｒ　）　ｏｏｓｅ
はＲＯ膜と呼ばれる。１００ＳｅはＲＯ膜の定義ｌをｒ
　ｌ　ｏｏｓｅなＲＯ膜と呼ばれる。ｌ　ｏａｓｅなＲ
Ｏ膜の定義」に訂正する。 （５）　　明細書の第１２頁２０行の「例」を削除する
。 （６）　　明細書の第１３頁１７行の「実施例」を削除
する。 （７）　　明細書第１４頁１７行の「接触せしめ、」を
「供給せしめ、」に訂正する。 方で １　、．４．　　　　、 （８）　　明細書の第１６行９行の「接触せしめ。 を「供給せしめ、」に訂正する。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）等電点における水への溶解度の小さいアミノ酸を
   含む水溶液の半透膜による濃縮において、濃縮系に水溶
   性有機溶媒を共存させることを特徴とするアミノ酸水溶
   液の濃縮法。
2. （２）水溶液のｐＨを、半透膜が機能を維持する範囲で
   該アミノ酸の等電点ｐＨより高いｐＨもしくは低いｐＨ
   に調整して行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の方法。
3. （３）半透膜が逆浸透膜もしくは限外濾過膜であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
4. （４）水溶性溶媒が炭素数１乃至４の脂肪族アルコール
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方
   法。
5. （５）アミノ酸が芳香族環を有するアミノ酸であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
6. （６）逆浸透膜が、濃縮されるアミノ酸についてその排
   除率が８０％以上でありかつ水溶性有機溶媒の排除率が
   ５０％以下であることを特徴とする特許請求の範囲第３
   項に記載の方法。
7. （７）半透膜が正もしくは負の荷電を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の方法。