KR100813368B1 - 아미노산의 정제 방법 - Google Patents

아미노산의 정제 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (1) 아미노산의 알칼리 금속염 수용액을 양이온 교환 수지를 포함하는 이동상식 연속 이온 교환 장치를 이용하여 탈염 정제 처리하여 조 아미노산 수용액을 얻는 양이온 교환 공정; 및 (2) 얻어진 조 아미노산 수용액으로부터 공존 부생성물인 이미노디카르복실산을 약염기성 음이온 교환 수지에 흡착시켜 제거하고, 이미노디카르복실산을 약염기성 음이온 교환 수지의 파과점까지 흡착시킨 후에도 조 아미노산 수용액을 통액하는 음이온 교환 공정을 포함하는 아미노산의 알칼리 금속염 수용액으로부터 아미노산을 정제하는 방법을 제공한다.
아미노산, 정제, 양이온 교환, 음이온 교환, 이미노디카르복실산

Description

아미노산의 정제 방법 {METHOD OF PURIFYING AMINO ACID}
본 발명은 식품 첨가제나, 의약, 농약 등의 원료로서 널리 사용되고 있는 아미노산의 정제 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 이온 교환 수지를 사용하여 아미노산의 알칼리 금속염에 대하여 탈염 정제 처리를 행하는 공정, 및 그 수용액으로부터 이미노디카르복실산을 제거하는 공정을 포함하는 아미노산의 정제 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 아미노산이 글리신인 경우에 γ형 글리신만 또는 α형 글리신만을 정석(crystallization)시키는 공정을 포함하는 아미노산의 정제 방법에 관한 것이다.
[1] 아미노산 알칼리 금속염 수용액의 탈염 정제에 관한 배경 기술
글리신, 알라닌과 같은 아미노산의 제조 방법으로서, 시안히드린과 암모니아를 반응시켜서, 얻어진 아미노산에 대응하는 아미노니트릴(글리신의 경우는 글리시노니트릴, 알라닌의 경우는 아미노프로피오니트릴)을 가수분해하는 방법은 스트레커(Strecker) 반응으로서 알려져 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1 내지 특허 문헌 4, 특허 문헌 11, 특허 문헌 12에 기재되어 있다. 스트레커법에서, 아미노산은 그 알칼리 금속염의 형태로 얻어진다.
얻어진 아미노산 알칼리 금속염 수용액으로부터, 아미노산을 제조하는 방법 으로는, 아미노산 알칼리 금속염 수용액을 황산으로 중화한 후, 정석법으로 아미노산을 회수하는 방법이 제안되어 있다. 정석법에 있어서, 예를 들면 글리신나트륨염 수용액을 정제할 때에 생성되는 황산나트륨이나 염화나트륨 등의 무기염은, 글리신과 용해도가 매우 유사하기 때문에 1-단계의 정석으로는 충분히 회수할 수 없다. 이 때문에 이하의 여러 가지 방법이 제안되어 왔다. 즉, pH의 조정을 번잡하게 행하여 무기염의 일부의 정석, 이미노디아세트산의 일부의 정석, 글리신의 정석과 같이 일련의 번잡한 조작을 행하는 방법(예를 들면, 특허 문헌 6, 특허 문헌 13, 특허 문헌 14 참조); 고온에서 황산나트륨의 일부를 정석하고, 이어서 저온에서 글리신을 정석하는 조작을 복수회 반복하는 방법(예를 들면, 특허 문헌 5 참조) 등이 있었다. 그러나, 어느 방법도 조작이 매우 번잡하고 생산성이 낮으며, 공업적으로 실시하는 것은 곤란하였다.
한편, 양이온 교환 수지를 사용하여 아미노산 알칼리 금속염 수용액의 알칼리 금속 이온을 양이온 교환(탈염)하여 아미노산 수용액을 얻는 방법이 제안되어 있다. 약산성 양이온 교환 수지를 사용하는 방법이 특허 문헌 1, 특허 문헌 7, 특허 문헌 8에 기재되어 있는 한편, 강산성 양이온 교환 수지를 사용하는 방법이 특허 문헌 9에 기재되어 있다.
일반적으로는, 사용하는 이온 교환 수지로는, 알칼리 금속과의 흡착능과 아미노산의 아미노기와의 흡착능에 차이, 즉 이들에 대한 흡착 선택성이 있는 것이 필요하다. 따라서, 아미노산의 아미노기의 수지에의 흡착을 최대한 피하기 위해서도, 약산성 양이온 교환 수지가 적당할 것이다.
또한, 일반적으로 이온 교환 수지를 사용하는 이온 교환 장치에서 수지를 연속적으로 이동시킴으로써, 고정상식에 비해 사용 수지의 절대량의 감소, 이온 교환 및 재생 효율의 향상을 도모하는 제안이 이루어지고 있다(이동상식 연속 이온 교환 장치). 예를 들면, 이동상식을 사용하여 이온 교환 통액탑, 재생탑, 수세탑을 유기적으로 연결하고; 통액에 의해 탑 내압에서 수지를 자동적으로 배출시켜 다음 탑 호퍼로 이송하고; 이어서 액 누설에 의한 탑 내압 저하로 배출된 양에 상당하는 수지를 상부 호퍼로부터 탑내에 도입하고, 도입된 양에 상당하는 수지량을 상기 호퍼에 다른 탑으로부터 탑 내압에서 자동적으로 서서히 이동시키도록 하여 다시 본래의 통액 상태로 회복시키고; 이것을 반복하여 수지를 연속적으로 이동시키는 방법이 제안되어 있다(특허 문헌 10, 비특허 문헌 1 참조).
그러나, 이들 이동상식 연속 이온 교환 장치를 이용한 탈염 정제는, 오로지 희박한 이온 용액으로부터의 회수에 이용되어 왔다. 즉, 아미노산 알칼리 금속염 수용액의 탈염 정제라는 고농도 이온 용액의 이온 교환을 이동상식 연속 이온 교환 장치를 이용하여 행한다는 제안은 지금까지 이루어지지 않았다.
상기한 바와 같이, 글리신, 알라닌 등의 아미노산의 알칼리 금속염 수용액의 탈염 정제를 이온 교환 수지에 의해 실시하는 경우, 아미노산의 흡착에 의한 제품 회수 효율의 저하를 고려하면, H형의 약산성 양이온 교환 수지를 사용하는 것이 유리하다. 그러나, 약산성 양이온 교환 수지는 팽창(또는 팽윤)하는 것이 알려져 있다. 일반적으로, 술폰산기를 관능기로 하고, 모체가 스티렌계 수지인 강산성 양이온 교환 수지의 경우이면, 예를 들면 H형에서 Na형으로의 교환에서는 전혀 팽윤하 지 않는다(반대로 수축함). 이에 대하여, 예를 들면 카르복실산기를 관능기로 하고, 모체가 메타크릴계 수지인 약산성 양이온 교환 수지에서는, H형에서 Na형으로의 교환에 따른 팽윤율은 90 ％(부피 1.9배로), 모체가 아크릴계 수지인 약산성 양이온 교환 수지에서는 50 ％(부피가 1.5배)가 된다고 보고되고 있다. 이온 교환 공정으로서 일반적으로 사용되는 고정상 장치를 공업적으로 실시하는 경우, 이하의 결점이 발생한다. 즉, 수지의 급격한 부피 팽창이 일어났을 때에, 액의 편류를 일으키고 이온 교환 반응 효율의 저하를 초래하며, 탑 하부의 수지에 방대한 압력이 가해지고, 수지의 소모가 심해지는 것이 염려된다. 따라서, 이온 교환 효율이 저하되고, 한편에서는, 빈번한 수지의 추가 첨가가 필요해진다. 또한, 교환탑이 수지 팽창에 따른 압력에 의해 변형, 파괴될 우려 조차 있으며, 장치 설계상, 강도적 배려, 액 공급 방법, 액 회수 방법에 특수한 구조가 요구된다.
이와 같이, 약산성 양이온 교환 수지의 사용은, 그 팽창에 따른 교환 효율, 수세 효율의 저하, 또는 교환탑 설계시 내삽물, 강도에의 대책, 또한 수지의 소모에 의한 수지 추가 첨가가 필요하다는 여러 가지 문제가 발생한다. 이들 문제는 아미노산 알칼리 금속염 수용액의 탈염 정제를 고정상식의 이온 교환 장치를 사용하여 공업적으로 실시하는 경우에 불리하다 할 수 밖에 없다. 또한, 최종적으로 고체로서 제품화하는 아미노산의 정제를 위해서는, 원료액(피처리액)을 되도록이면 고농도로 교환 처리에 사용하고, 또한 모든 이온 교환기를 이용하여 효율적으로 정제할 필요가 있다. 따라서, 아미노산 알칼리 금속염 수용액의 탈염 정제를 고정상 장치로 실시하는 경우에는, 수지 팽창 거동이 교환탑 전역에 걸쳐 발생되기 때문 에, 특히 상술한 수지 팽창에 따른 여러 가지 문제가 현저히 나타난다.
또한, 일반적으로는, 고정상 이온 교환 장치에서 이온 교환 처리를 행할 때, 제품으로서 얻어지는 아미노산 수용액 중의 알칼리 금속이 소정의 농도에 도달한(즉, 이온 교환 수지의 파과점) 지점에서 통액을 정지시킨다. 이 때, 이온 교환탑 내에는 수지 동반액(이온 교환 수지 1 ㎥ 중에는 공극물 0.5 ㎥를 포함함)으로서, 피처리액(원료)이 잔존하고 있어 이것을 회수하기 위하여, 순수한 물을 공급하여 치환(압출), 수세가 행해진다. 이 수세물에는 유효 성분이 함유되어 있고, 원료로서 회수되기 때문에, 결과적으로 원료가 희석된다. 또한, 수지 재생 후에는, 재생제인 무기산, 무기산 알칼리 금속염을 제거하기 위해서 마찬가지로 수세된 후, 재차 통액 처리를 재개한다. 이 때에, H형 수지가 보유하는 공극물에 의해(제품 아미노산이 배출되기 시작할 때까지는 폐기할 수 있겠지만) 제품 아미노산의 수용액이 원료 농도 보다 희석되는 것은 불가피하다. 아미노산은 통상 고체로서 제품화되기 때문에, 물은 회수될 필요가 있으므로, 많은 희석은 공업적으로 실시하기에 불리하다.
또한, 고정상 이온 교환 장치에서 이온 교환 처리를 행할 때, 통상은 상술한 바와 같은 운전 방법을 채용하기 때문에, 제품 아미노산의 수용액 중에 어느 정도의 알칼리 금속의 누설은 피할 수 없다. 또한, 이것을 억제하려고 하면 충전 이온 교환 수지의 선단부를 유효하게 이용하지 않는 상태로 교환 처리를 종료하게 된다. 즉, 이온 교환 수지탑 선단부에는 일부 아미노산의 아미노기가 교환 흡착되어 있게 된다. 수세 치환을 지나치게 실시하면 상기 희석의 문제도 있기 때문에, 결과적으 로 일부 아미노산이 흡착된 상태로 재생 공정에 포함되고, 유용한 아미노산의 손실로 연결된다. 그 밖에, 폐기물에 의한 환경 부하의 증대에까지 영향을 준다. 이 문제를 회피하는 방법으로서, 특허 문헌 8에서는, 파과 후에도 추가로 아미노산 알칼리 금속염을 공급하는 방법이 제안되어 있고, 재생 처리액 중 아미노산(글리신) 농도는 110 ppm/SO4로 감소되었다고 보고되어 있다. 그러나 이 방법에서는, 리사이클되는 원료가 증가하는 등의 문제가 있다. 또한, 제품 중 알칼리 금속의 누설에 대해서는 해결할 수 없고, 제품 아미노산(글리신) 중 나트륨 이온 농도는 240 wtppm/글리신에 상당한다.
그런데 이온 교환 수지에는, 그 제조 방법에 따라서는, 기초 모체가 미소구의 응집에 의해서 1개의 구상 입자가 형성되어 있는 것, 및 삼차원의 메쉬 구조를 갖지만 가교제 함량에 의해서 기초 모체가 치밀하고 물리적 강도가 높은 것이 있다. 전자는 미소구 입자의 응집에 의해 발생하는 공간 용적을 갖기 때문에, 확산 속도, 이온 교환 속도가 빠르지만, 수지 강도가 약하고, 상술한 수지 팽창에 따른 결점을 회피할 수 없다. 후자는, 수지 강도에서는 다소 우수하기 때문에, 수지 팽창에 따른 문제는 경감될 것으로 예측되지만, 기초 모체가 치밀하기 때문에 이온 교환 속도가 느리고, 알칼리 금속과 아미노산의 아미노기와의 흡착능 선택성이 작아서, 고정상식의 이온 교환 장치에서는 효율적인 아미노산 제품 회수가 곤란하므로 적용할 수 없다.
[2] 아미노산과 이미노디카르복실산의 분리 회수에 관한 배경 기술
스트레커법에 의한 아미노산의 제조에서, 이 반응에서 부생되는 이미노디카르복실산과, 생성물인 아미노산을 동시에 고순도로 분리 회수할 필요가 있다.
상기한 바와 같이, 정석법에 의한 아미노산 정제의 시도는 종래 기술에서 성공하지 않았다.
아미노산을 구리염으로서 정석 회수하는 방법이 제안되어 있지만, 추가로 구리를 제거하는 데에 번잡한 조작이 필요해진다(예를 들면, 특허 문헌 15 참조). 이온 교환막 전기 투석법을 이용한 방법에서는 고순도의 아미노산은 얻어진다. 그러나, 배출액으로 아미노산을 투과시키고, 이미노디카르복실산의 다가 이온만을 선택적으로 투과시키는 막은 개발되어 있지 않기 때문에 공업적으로는 이용할 수 없다(예를 들면, 특허 문헌 16 참조).
또한, H형의 강산성 양이온 교환 수지에 아미노산을 흡착시킨 후 분리시키는 방법(예를 들면, 특허 문헌 17 참조)이 제안되어 있다. 그러나, 이것은 실험실적으로 행해지며, 다량의 아미노산을 흡착시키기 위해서는 다량의 이온 교환 수지가 필요해져, 공업적으로는 실시하는 것이 곤란하다. 염형의 강산성 양이온 교환 수지를 사용하여 크로마토 분리하는 방법(예를 들면, 특허 문헌 18 참조)도 제안되어 있지만, 공업적 규모에서의 다량의 피처리액을 연속적으로 처리하는 것은 곤란하고, 상당수의 이온 교환 처리탑이 필요해진다. 이들 어느 선행 기술에서도, 아미노산과 이미노디아세트산을 동시에 고순도 또한 고수율로 분리 회수 가능한 공정에 관한 기재는 보이지 않는다.
또한, 양이온 교환 수지를 사용하여 아미노산 소다 수용액의 나트륨 이온을 양이온 교환(탈염)하여 착색 물질을 포함한 조(粗) 글리신 수용액을 얻은 후에, 약염기성 음이온 교환 수지 또는 중염기성 이온 교환 수지로 처리하는 방법(예를 들면, 특허 문헌 19 참조)이 제안되어 있다.
이 문헌에, 얻어지는 아미노산(글리신)의 순도(불순물의 잔존량)에 관한 기재는 없지만, 이온 교환 수지에의 글리신의 흡착 손실이 약 0.2 내지 1.5 ％의 범위로 기재되어 있다. 얻어지는 아미노산의 순도는 음이온 교환시에 소정의 유기산(이미노디아세트산, 글리콜산, 포름산)의 함유 농도, 즉 유기산이 소정량 누설하는 파과점에 도달하면 통액을 정지시킴으로써 유지된다. 이 경우, 유기산 흡착에 의한 파과점은 음이온 교환 수지의 포화 흡착점이 아니기 때문에, 음이온 교환 수지 선단에는 유기산이 포화 흡착되지 않고, 미교환된 이온 교환대가 존재한다. 즉, 이 이온 교환대에는, OH형 음이온 이외에 아미노산의 음이온이 이온 교환하여 음이온 교환 수지에 흡착되어 있다.
이 이온 교환대를 알칼리 금속염으로 재생하면 아미노산의 음이온은 이온 교환되어 재생액에 동반되기 때문에, 아미노산의 회수가 손실된다. 또한 회수액에는 다량의 이미노디아세트산이 포함되어 있고, 여기에서 이미노디아세트산을 제품으로서 제조하는 것이 가능하지만, 여기에 아미노산이 불순물로서 혼입되기 때문에, 더욱 복잡한 조작 공정이 필요해진다.
또한, 일반적으로는 수산화나트륨의 염기의 용액으로 칼럼의 수지에 흡착되어 있는 이미노디아세트산을 크로마토 분리·재생함으로써 유리시키기 때문에, 이미노디아세트산은 나트륨염의 형태로 얻어지게 된다. 따라서, 산의 형태인 이미노 디아세트산 제품이 요구되는 경우에는 추가로 정제 공정이 필요해지고, 비용에 크게 영향을 준다.
[3] 글리신의 정제에 관한 배경 기술
아미노산 중에서 특히 글리신은 가공 식품의 식품 첨가제나, 의약, 농약 등의 원료로서 널리 사용되고 있다.
글리신의 제조 방법, 더욱 상세하게는 글리신을 요구되는 결정형으로 임의로 제조하는 방법에 관한 것이다. 글리신의 결정형에는 α, β, γ의 3형이 있다(비특허 문헌 2, 3 참조). 글리신을 요구되는 결정형(α형 글리신 또는 γ형 글리신)으로 임의로 정제하는 방법에 대한 요구가 존재한다.
글리신의 공업적인 단리 방법으로는, 일반적인 농축 정석, 냉각 정석, 용매 정석 등이 행해지고, α형 글리신으로서 상품화되어 있다. α형 글리신은 휘도가 높으며, 평균 입경이 γ형 글리신 보다 작기 때문에, 식품 첨가물 용도 등으로부터 제품화 요구가 있다.
그러나, 이 α형 글리신은 여러 차례 보존 중에 암석상으로 강고히 고결되는 경향이 있어, 제조상, 유통 보존상, 사용상 등에 큰 문제가 되는 것이 명백해졌다. 즉, α형 글리신이 수분의 존재하에 γ형 글리신으로 전이하는 것에 기인한 것이다.
이러한 상황하에서, α형 글리신의 고결 문제를 회피하기 위해서, 미리 γ형 글리신으로서 글리신을 얻는 방법이 제안되어 왔다. 예를 들면, 특허 문헌 20에는, 글리신의 포화 용액에 γ정을 접종하여 교반하에 서냉함으로써, γ정 글리신을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은, 글리신 포화 용액에 γ형 글리신을 접종함으로써 γ형 글리신을 제조할 수 있다는 제안이다. 그러나, 그 실시예에 의하면 이 방법은 기본적으로 회분식이고, 냉각 속도가 5 ℃/시간에서는 안정적으로 γ형 글리신이 얻어지고 있지만, 50 ℃/시간에서는 α형 글리신이 되는 것이 개시되어 있다. 즉, 점진 가열 속도(gradual heating rate)에 의해서는, α형 글리신과 γ형 글리신의 혼합형이 얻어질 것으로 추찰된다. 안정적으로 γ형 글리신이 얻어지는 것은, 냉각 속도가 5 ℃/시간으로 완만한 조건이고, 공업적으로 실시하는 경우에는, 대형, 또는 많은 정석조를 필요로 하여 불리하다. 또한, α형 글리신, γ형 글리신의 바람직한 결정형만을 선택적으로 제조하기 위해서는, 치밀한 점진 가열 속도의 제어가 필요해진다. 또한, 해당 특허 명세서에는, 정석 조작에 사용된 물의 품질에 관한 기재는 없다(또한, 이하, "α형 글리신"을 단순히 "α형", "γ형 글리신"을 단순히 "γ형"이라 하는 경우도 있음).
특허 문헌 21에는, 정석조 중 조작 과포화도를 0.1 내지 2.0 g 글리신/100 g 물의 범위로 유지하고, 급냉하에 γ형 글리신을 제조하는 방법이 보고되어 있다. 그러나, 이 방법도 조작 과포화도의 엄밀한 제어가 필요해진다. 제어 범위를 벗어나면, γ형과 α형의 혼합형으로서 얻어지는 것이 명세서에도 기재되어 있고, 요구되는 결정형의 글리신을 공업적으로 제조하는 방법으로는 만족스럽지 못하다. 또한, 해당 특허 명세서에는, 정석에 사용하는 물의 품질에 관한 기재는 없다.
또한, 정석된 α형 글리신을 γ형 글리신으로 전이시키는 방법이 제안되어 있다. 예를 들면, 특허 문헌 22에는, α형 글리신을 γ형 글리신 공존하, 또한 수 분의 공존하에 유지시켜, 결정 상태에서 γ형 글리신으로 전이시킨다고 제안되어 있다. 그러나, 해당 특허 명세서에도 기재되어 있는 바와 같이, α형 글리신이 γ형 글리신으로 전이할 때에, 응집, 고결하기 쉽다는 결점이 있고, 공업적으로 실시하는 경우, γ형 글리신으로서 제품화하기 위해서는 분쇄 등의 조작이 필요하여 번잡하다. 또한, 해당 명세서에는, 정석에 사용하는 물의 품질에 관한 기재는 없다.
특허 문헌 23은, α형 글리신을 pH 7 내지 14로 한 수용액 중에 유지시켜, 결정 상태에서 γ형 글리신으로 전이시킨다는 제안이다. 그러나, 상술한 바와 같이, α형 글리신이 γ형 글리신으로 전이할 때에, 응집, 고결하기 쉽다는 결점이 있고, 공업적으로 실시하는 경우, γ형 글리신으로서 제품화하기 위해서는, 분쇄 등의 조작이 필요해져 번잡하다. 또한, 해당 명세서에는 글리신 수용액 중에 알칼리 금속, 알칼리 토금속의 수산화물, 탄산염 또는 산화물을 첨가하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 이들의 첨가의 목적은 단순히 글리신 수용액의 pH를 7 내지 14로 조정하여 α형 글리신을 γ형 글리신으로 전이시키는 것에 있다. 또한, 실시예에서는 수산화나트륨을 사용한 예만 기재되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허 공고 (소)29-8677호 공보
특허 문헌 3: 일본 특허 공고 (소)59-28543호 공보
특허 문헌 4: 일본 특허 공고 (소)51-24481호 공보
특허 문헌 5: 일본 특허 공고 (소)57-53775호 공보
특허 문헌 6: 일본 특허 공고 (소)58-8383호 공보
특허 문헌 7: 일본 특허 공고 (소)36-21315호 공보
특허 문헌 8: 일본 특허 공개 제2003-221370호 공보
특허 문헌 9: 일본 특허 공고 (평)7-68191호 공보
특허 문헌 10: 일본 특허 공고 (소)38-5104호 공보
특허 문헌 11: 일본 특허 공고 (소)43-29929호 공보
특허 문헌 12: 일본 특허 공고 (소)51-40044호 공보
특허 문헌 13: 일본 특허 제1179351호 공보
특허 문헌 14: 일본 특허 공개 (소)52-118421호 공보
특허 문헌 15: 일본 특허 공개 (소)59-118747호 공보
특허 문헌 16: 일본 특허 공개 (소)51-34114호 공보
특허 문헌 17: 일본 특허 공개 (소)58-210027호 공보
특허 문헌 18: 일본 특허 공개 (평)2-215746호 공보
특허 문헌 19: 일본 특허 공고 (소)54-1686호 공보
특허 문헌 20: 일본 특허 공고 (평)2-9018호 공보
특허 문헌 21: 일본 특허 공개 (평)9-67322호 공보
특허 문헌 22: 일본 특허 공고 (평)2-9019호 공보
특허 문헌 23: 일본 특허 공개 (평)9-3015호 공보
비특허 문헌 1: 미야하라 쇼죠, 오마가리 다까아끼, 사까이 시게오 공저(1972): 실용 이온 교환, p74-88(가가꾸 고교사)
비특허 문헌 2: J. Amer. Chem. Soc. 61, 1087(1939)
비특허 문헌 3: Proc. Japan Acad. 30, 109(1954)
<발명의 개시>
상기한 "[1] 아미노산 알칼리 금속염 수용액의 탈염 정제에 관한 배경 기술"과 관련하여, 본 발명의 제1 목적은, 아미노산 알칼리 금속염의 약산성 양이온 교환 수지에 의한 탈염 정제를 실시하는 경우에, 수지 팽창에 따른 여러 가지 문제를 회피함과 동시에, 제품액의 희석을 대폭 억제하고, 추가로 재생에 사용한 무기산의 알칼리 금속염 수용액 중 아미노산 혼입량을 크게 감소시키는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은, 통상의 고정상 방식에서는 아미노산의 효율적인 정제가 불가능하였던 이온 교환 수지를 사용한 경우에도 효율적인 정제를 달성하는 것이다.
상기한 "[2] 아미노산과 이미노디카르복실산의 분리 회수에 관한 배경 기술"과 관련하여, 본 발명의 제2 목적은, 아미노산과 이미노디카르복실산을 포함하는 수용액으로부터 아미노산과, 산의 형태인 이미노디카르복실산을 각각 고순도 및 고수율로 공업적이고 간편하게 분리·정제 가능한 방법을 제공하는 것이다.
상기한 "[3] 글리신의 정제에 관한 배경 기술"과 관련하여, 본 발명의 제3 목적은, 글리신의 결정을 공업적으로 정제할 때에, α형과 γ형의 혼합형이 되지 않고, α형 또는 γ형을 요구되는 결정형으로 정석하는 간편한 글리신의 정제 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 아미노산의 알칼리 금속염 수용액을, 이온 교환 수지를 포함하는 연속 이온 교환 장치를 이용하여 탈염 정제 처리에 의해 조 아미노산 수용액을 얻는 양이온 교환 공정에서, 이동상식의 연속 이온 교환 장치를 이용함으로써, 상기한 제1 목적이 달성 가능하다는 것을 발견하였다(공정 (1)).
또한, 본 발명자들은 얻어진 조 아미노산 수용액으로부터, 공존 부생성물인 이미노디카르복실산을 약염기성 음이온 교환 수지에 흡착시켜 제거하는 음이온 교환 공정에서, 이미노디카르복실산을 약염기성 음이온 교환 수지의 파과점까지 흡착시킨 후에도, 조 아미노산 수용액을 통액하여, 이미노디카르복실산과 이온 교환하고 약염기성 음이온 교환 수지에 흡착된 아미노산을 회수함으로써, 상기한 제2 목적이 달성 가능하다는 것을 발견하였다(공정 (2)).
또한, 본 발명자들은, 상기한 공정 (1) 및 (2)를 거친 글리신을 함유하는 수용액으로부터 γ형 글리신만, 또는 α형 글리신만을 정석시키는 글리신 정제 공정에서, 정석용 용매로서 다가 양이온을 함유하지 않는 물, 또는 1종 이상의 다가 양이온을 적어도 15 μmol/ℓ 포함하는 물을 각각 사용함으로써, 상기 제3 목적이 달성 가능하다는 것을 발견하였다(공정 (3) 또는 (4)).
즉, 본 발명의 구성은 이하와 같다.
[1] 아미노산의 알칼리 금속염 수용액으로부터 아미노산을 정제하는 방법이며,
(1) 아미노산의 알칼리 금속염 수용액을 양이온 교환 수지에 의해 탈염 정제 처리하여 조 아미노산 수용액을 얻는, 이동상식 연속 이온 교환 장치를 이용하여 실시되는 양이온 교환 공정; 및
(2) 얻어진 조 아미노산 수용액으로부터, 공존 부생성물인 이미노디카르복실산을 약염기성 음이온 교환 수지에 흡착시켜 제거하고, 이미노디카르복실산을 약염기성 음이온 교환 수지의 파과점까지 흡착시킨 후에도, 조 아미노산 수용액을 통액하여 이미노디카르복실산과 음이온 교환함으로써 약염기 음이온 교환 수지에 흡착된 아미노산을 회수하는 음이온 교환 공정을 포함하는 상기 방법.
[2] 상기 [1]에 있어서, 공정 (2)가 이미노디카르복실산을 포함하는 조 아미노산 수용액으로부터 아미노산을 회수하는 일련의 하기의 공정을 포함하는 방법:
a) 이미노디카르복실산을 포함하는 조 아미노산 수용액을 약염기성 음이온 교환 수지와 접촉 처리시켜 부생성물인 이미노디카르복실산을 이온 교환하여 아미노산 수용액을 제조하는 공정;
b) 이미노디카르복실산을 약염기성 음이온 교환 수지의 파과점까지 흡착시킨 후에도, 더욱 계속하여 이미노디카르복실산을 포함하는 조 아미노산 수용액을 약염기성 음이온 교환 수지에 접촉 처리시켜, 약염기성 음이온 교환 수지에 포착된 아미노산과 이미노디카르복실산을 이온 교환하여 아미노산을 회수하는 공정;
c) 약염기성 음이온 교환 수지에 잔존하는 아미노산 함유 수용액을 물로 압출 세정하는 공정;
d) 약염기성 음이온 교환 수지에 기저부로부터 물을 흘려 역세정하는 공정;
e) 알칼리 금속 수산화물의 수용액을 약염기성 음이온 교환 수지에 접촉 처리시켜 약염기성 음이온 교환 수지를 재생하는 공정; 및
f) 약염기성 음이온 교환 수지에 잔존하는 이미노디카르복실산의 알칼리 금속염 함유 수용액을 물로 압출 세정하는 공정.
[3] 상기 [1] 또는 [2]에 있어서, 아미노산이 글리신, 알라닌 및 메틸오닌으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상을 포함하는 방법.
[4] 상기 [1] 또는 [2]에 있어서, 공정 (1)에 사용하는 양이온 교환 수지가 약산성 양이온 교환 수지인 방법.
[5] 상기 [1] 또는 [2]에 있어서, 공정 (1)의 이동상식 연속 이온 교환 장치가 1: 이온 교환 반응을 행하는 교환탑, 2: 이온 교환 수지의 동반액을 치환하는 치환탑, 3: 무기산 수용액을 공급하고, 알칼리 금속 이온으로 교환된 수지를 H형으로 재생하는 재생탑의 3탑을 적어도 포함하는 구성으로 이루어지는 방법.
[6] 상기 [1] 또는 [2]에 있어서, 이미노디카르복실산이 이미노디아세트산, 이미노디프로피온산 및 이미노디-4-메틸티오부티르산으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상을 포함하는 방법.
[7] 상기 [3]에 있어서, 아미노산이 글리신을 포함하는 방법.
[8] 상기 [7]에 있어서, 아미노산과 이미노디카르복실산의 조합이 글리신과 이미노디아세트산이고, 조 아미노산 수용액이 부생성물로서 이미노디아세트산에 추가로 글리콜산 및/또는 포름산을 포함하는 방법.
[9] 상기 [7] 또는 [8]에 있어서, 추가로 하기의 공정 (3)을 포함하는 방법:
(3) 상기한 공정 (1) 및 (2)를 거친 글리신을 함유하는 수용액으로부터 γ형 글리신만을 정석시키는, 정석용 용매로서 다가 양이온을 함유하지 않는 물을 사용하는 글리신 정제 공정.
[10] 상기 [7] 또는 [8]에 있어서, 추가로 하기의 공정 (4)를 포함하는 방법:
(4) 상기한 공정 (1) 및 (2)를 거친 글리신을 함유하는 수용액으로부터 α형 글리신만을 정석시키는, 정석용 용매로서 1종 이상의 다가 양이온을 적어도 15 μmol/ℓ 포함하는 물을 사용하는 글리신 정제 공정.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
먼저, 상기 공정 (1)에 관한 구체적인 실시 형태를 설명한다.
공정 (1)은, "이동상식 연속 이온 교환 공정(장치)"을 이용한 아미노산(전형적으로는 글리신) 알칼리 금속염의 탈염을 행하는 방법이다. 이 탈염의 일례를 식으로 나타내면 이하와 같다.
NH2·CH2·COONa+H·수지→NH2·CH2·COOH+ Na·수지(탈염 정제)
글리신소다염 글리신
Na·수지+1/2 H2SO4→H·Regin+1/2 Na2SO4(수지의 재생 공정)
상기 교환 반응에 사용된 이온 교환 수지는, 교환탑에서 각 탑을 이동하면서 액 치환되고(원료의 회수), 재생되며(황산 처리되어 H형으로 되돌아감), 재차 액 치환되고(공극의 물로 아미노산이 희석되는 것을 방지함), 교환탑으로 되돌아온다.
공정 (1)에 사용하는 이온 교환 장치는, 바람직하게는 특허 문헌 10에 기재되어 있는 바와 같은, 즉 이동상식이며, 이온 교환 통액, 재생, 수세 각 조를 유기적으로 연락하고; 통액에 의한 조 내압으로 수지를 자동적으로 배출시켜 다음 조 호퍼에 이송하며; 이어서 액 누설에 의한 조 내압 저하로 배출된 양에 상당하는 수지를 상부 호퍼로부터 조 내에 도입하고; 도입된 양에 상당하는 수지량을 상기 호퍼에 다른조로부터 조 내압으로 자동적으로 서서히 이동시키고 다시 원래의 통액 상태로 회복되고; 이것을 반복하여 수지를 연속적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 이동상식 연속 이온 교환 장치이다.
공정 (1)에서의 이온 교환 장치의 바람직한 탑 구성은, 적어도 이온 교환 반응을 행하는 교환(흡착)탑; 이온 교환 수지의 동반액을 치환하는 치환탑; 무기산 수용액을 공급하고, 알칼리 금속 이온으로 교환된 수지를 H형으로 재생하는 재생탑의 3탑을 포함하는 구성으로 이루어진다. 바람직한 일례로는, 도 2에 도시한 바와 같이, 이온 교환 반응을 행하는 교환(흡착)탑 (1), 교환된 이온 교환 수지의 동반액을 물로 치환하고, 피처리액(원료)을 회수하는 제2 치환탑 (4), 무기산 수용액을 공급하여, 알칼리 금속 이온으로 교환된 수지를 H형으로 재생하며, 재생 수지의 동반액을 물로 치환하는 재생탑 (3), 재생된 H형 이온 교환 수지의 동반액을 아미노산 수용액(공정 (1)의 제품액인 조 아미노산 수용액; 공정 (1) 후에 공정 (2)에 가해짐)으로 치환하고, 제품액의 희석을 억제하는 제1 치환탑 (2)로 구성되는 이온 교환 장치가 이용된다. 도 2에서는, 재생탑은 재생제를 중간 단계에서부터 공급함과 동시에, 순수한 물을 탑 하단으로부터 공급하고, 이온 교환 수지의 재생과 재생 수지의 액 치환을 하나의 탑으로 행하고 있지만, 물론 재생탑, 치환탑의 두개의 탑을 사용할 수도 있다. 마찬가지로, 교환탑과 제2 치환탑을 하나의 탑으로 하여도 관계없다. 또한, 아미노산 수용액의 희석을 용인할 수 있는 것이면, 제1 치환탑을 생략하는 구성도 가능하다.
이하, 공정 (1)을 공업적으로 실시하는 경우의 일례를 도면에 따라서 상세히 설명한다. 또한, 본 명세서에서 말하는 "이동상식"이란, 조 내에서 수지가 베드상으로 존재하고 그 수지가 베드상을 유지한 상태에서 이동하는 방식을 가리키는 것이다. 교환탑 (1)에서 통액 펌프 (5)에 의해 원료 유입구 (6)으로부터 도입된 원액은 교환탑 내부를 상승하는 동안 탑 내부에 베드상으로 존재하는 이온 교환 수지 (10)과 접촉하고, 이온 교환 반응이 행해진 후, 처리액(아미노산 수용액)은 처리액 배출구 (7)에서 필터 (11)을 통과해서 배출된다.
이 때, 펌프에 의해서 송입되는 원액에 의해서 탑내는 일정한 가압 상태에 있다. 그 내압에 의해서 이온 교환에 사용된 수지는 탑 하부에 있는 수지 배출구 (9)로부터 탑내의 액과 동반하여 제2 치환탑의 상부에 있는 호퍼 (19)에 자동적으로 압송된다. 어느 적당 시간 동안 상술한 운전이 계속된 후, 사이클 타이머의 작동에 의해서 통액용 전자 밸브 (15)가 폐쇄된다. 그와 동시에 발액용 전자 밸브 (16)이 열려 탑내의 액의 일부가 내압 및 헤드에 의해 필터 (12)를 통과해서 액 누설구 (8)로부터 자동적으로 배출된다. 이와 같이 하여 탑내의 액압이 저하되기 때문에 제2 치환탑으로의 수지의 압송이 중지되고, 탑 상부의 호퍼 (13)에 쌓인 재생, 액 치환(제1 치환탑에서 수지 동반액은 아미노산 수용액에 치환되어 있음)을 종료한 수지 (17)이 헤드차에 의해서 볼 밸브 또는 버터플라이 밸브와 같은 역지 밸브(check valve) (18)을 통과해서 교환탑 내부에 도입되게 된다.
어느 적당 시간 후, 다시 타이머의 작동에 의해서 액 배출용 전자 밸브 (16)이 폐쇄된다. 그와 동시에 통액용 전자 밸브 (15)가 열리고, 통액이 개시되기 때문에 탑내의 압력이 상승하여 역지 밸브가 폐쇄된다. 그 결과, 호퍼로부터의 수지 유입이 중지되고, 탑 하부의 수지는 다시 제2 치환탑으로 점차 압송된다. 마찬가지로, 호퍼로부터 교환탑내로 도입된 수지량에 상당하는 재생, 치환이 종료된 수지는 제1 치환탑의 하부 수지 배출구 (24)로부터 제1 치환탑 통액 중에 그 탑 내압에 의해서 자동적으로 서서히 배출되어 압송된다. 호퍼 상부에는 액만을 통과시키는 필터 (14)가 설치되어 있다. 제1 치환탑에서 교환탑 호퍼내에 압송되어 오는 수지는 호퍼 상부의 필터까지 수지가 가득차게 되면 그 이상은 들어가지 않기 때문에, 내압이 균형을 이뤄 자동적으로 그 유입이 중지된다.
이 관계는, 교환탑에서 제2 치환탑으로, 제2 치환탑에서 재생탑으로, 재생탑에서 제1 치환탑으로의 수지 이동에 대해서도 동일하다. 각 탑의 액과 수지의 이동은 상술한 교환탑에서의 그것과 완전히 동일한 기구로 행해진다. 각각, 재생 효율, 치환 효율, 교환 속도 등 각 탑 고유의 조건에 의해 탑의 크기는 적절하게 설정되어 있다. 이와 같은 수지 이동의 방법에 따르면, 수지는 단순한 헤드 또는 액압에 의해서 이송되고, 특히 기계적인 이송 장치를 필요로 하지 않기 때문에 수지의 소모에의 영향은 거의 없다.
공정 (1)에서, 상술한 바와 같은 이동상식 연속 이온 교환 장치를 사용하면, 원리적으로는 액을 이동시키지 않고 수지만을 하부로 이동시킬 수 있기 때문에, 액의 치환 효율은 매우 높다.
공정 (1)에서의 이온 교환 장치의 제1 치환탑에서는, 탑 상부 호퍼로부터 탑내에 재생 처리된 H형 수지가 공극액으로서 물을 가진 상태로 투입된다. 한편, 탑 하부에서는, 아미노산 수용액을 공급하고, 수지층 공극액을 아미노산 수용액으로 치환한다. 따라서, 재생 수지의 공극액(물)이 교환탑내에 도입되어, 아미노산 수용액 농도가 희석되는 것을 방지할 수 있다. 실질적으로는, 아미노산의 아미노기에 의해 탑 하부에서 아미노산이 H형 수지에 흡착된다. 이 때문에, 탑 하부로부터 교환탑으로 이송되는 수지층의 공극액 중의 함유분과 수지 흡착분을 합친 아미노산 농도(흡착된 아미노산은 교환탑에서 알칼리 금속 이온과 교환하여 이탈됨)는, 제1 치환탑 공급아미노산 수용액 농도 보다 희석된 것은 아니다.
공정 (1)에서의 이온 교환 장치의 제2 치환탑에서는, 탑 상부 호퍼로부터 탑내에 교환 반응에 제공된 알칼리 금속 이온 교환형 수지가 원료인 아미노산 알칼리 금속염 수용액을 공극액으로서 갖는 상태에서 투입된다. 그리고, 탑 하부로부터 재생탑에 알칼리 금속 이온 교환형 수지가 물을 공극액으로서 갖는 상태에서 이송된다. 원리적으로는 호퍼에서의 수지 동반액량에 상당하는 양의 순수한 물을 공급함으로써, 액을 이동시키지 않고 수지만을 이동시켜서 수지층 공극액을 치환하는 것이 가능하다. 치환 탑 출구에서의 알칼리 금속 이온 교환 수지 공극액 중 아미노산 알칼리 금속염 농도를 보다 저하시키기 위해서는, 치환수량을 약간 과량으로 공급하면 좋다. 구체적으로는 치환수량은, 수지 순환량에 대하여 0.1 내지 0.5배량의 범위이고, 바람직하게는 수지 순환량의 0.15 내지 0.25배량의 범위이다. 결과적으로, 수지 재생 처리에 따라 발생하는 무기산 알칼리 금속염 수용액 중에의 아미노산의 누설량을 현저히 억제할 수 있기 때문에, 유용한 아미노산의 손실을 경감시킬 수 있다는 것 이외에, 환경에의 부하를 경감시킬 수 있다.
공정 (1)에서의 이온 교환 장치의 교환탑(흡착탑)에서는, 제1 치환탑에서 이송되어 오며, 아미노산 수용액을 공극액으로 하는 H형 수지가 호퍼로부터 탑내에 도입된다. 그리고, 탑 하부로부터 아미노산 알칼리 금속염 수용액을 공급하고, 탑내에서 이온 교환 반응이 행해진다. 탑 정상으로부터, 탈염된 아미노산 수용액이 회수되고, 탑 하부에서는 교환 반응에 사용된 이온 교환 수지가 원료인 아미노산 알칼리 금속염 수용액을 공극액으로서 갖는 상태에서 제2 치환탑으로 이송된다. 이온 교환 반응을 완수시키기(탈염 정제를 완수시키기) 위해서는, 공정에 공급되는 단위 시간 당 알칼리 금속 양이온량에 대하여, 단위 시간당 이온 교환 수지 총 교환 용량이 적어도 등량 이상이 되도록 이온 교환 수지 순환량을 설정한다.
교환탑에 공급되는 아미노산 알칼리 금속염 수용액의 농도는, 아미노산의 결정 석출의 관점에서, 또한 이온 교환 반응(중화 반응열)에서의 발열과 관련하여, 나아가 수지 이송에의 악영향이나 이온 교환 수지 내열성의 관점에서 너무 고농도에는 상응하지 않는다. 한편, 저농도에서는 아미노산의 제품화 공정에의 부하가 커진다. 따라서, 통상은 알칼리 금속 이온 농도로서 0.5 내지 3 eq/ℓ의 범위이고, 바람직하게는 1.0 내지 2.5 eq/ℓ의 범위이며, 보다 바람직하게는 1.5 내지 2 eq/ℓ의 범위이다.
공정 (1)에서의 아미노산 알칼리 금속염의 탈염 정제 처리란, 상기 교환탑에 아미노산 알칼리 금속염 수용액을 공급하고, 탑내에서 이온 교환 반응을 일으켜, 탑 정상으로부터 아미노산 수용액(공정 (1)의 제품인 조 아미노산 수용액)을 회수하는 것을 나타낸다. 제품 중 알칼리 금속 농도로는, 후속 공정에서의 부생 유기산과 제품 아미노산의 분리 효율을 높이기 위해, 즉 제품 아미노산 순도를 높이기 위해서도, 제품 아미노산당 알칼리 금속 중량 농도로서 200 wtppm 이하이고, 바람직하게는 100 wtppm 이하이며, 보다 바람직하게는 50 wtppm 이하까지 제거(정제)된다.
공정 (1)에서 이온 교환 수지 재생제에 사용되는 무기산은 황산, 염산 또는 질산을 사용할 수 있다. 아미노산 제품 중에 염화물 이온의 혼입은 바람직하게는 없으며, 또한 질산은 가열에 의해 산소를 발생하는 문제가 있어, 바람직하게는 황산이 사용된다.
공정 (1)에서의 이온 교환 장치의 재생탑으로, 이온 교환 반응에 제공되고, 제2 치환탑에서 원료 아미노산 알칼리 금속염 수용액을 회수하여, 공극액을 순수한 물로 치환한 알칼리 금속 이온 교환형 수지가 도입된다. 중앙부로부터 재생제인 무기산 수용액을 공급하여, 이온 교환 수지의 재생이 행해지며, 탑 하부에서 순수한 물을 공급함으로써 재생된 H형 수지의 공극액 치환이 행해진다. 따라서, 탑 하부에서는 재생된 H형 수지가 물을 공극액으로서 갖는 상태로 제1 치환탑에 이송되고, 탑 정상에서는 무기산의 알칼리 금속염 수용액이 회수된다. 이 때, 상술한 바와 같이, 회수되는 무기산 알칼리 금속염 수용액 중 아미노산 농도는 매우 미량이다.
공정 (1)에서 사용되는 이온 교환 수지는 알칼리 금속과 아미노산의 아미노기와의 흡착능에 선택성이 있는 것이 바람직하다. 또한, 수지에의 흡착을 최대한 피하기 위해서도, 약산성 양이온 교환 수지가 사용되는 것이 바람직하다. 여기서, 일반적으로 약산성 양이온 교환 수지에 있어서, H형으로부터 Na형으로 교환에 따라 카르복실산기를 관능기로 하고, 모체가 메타크릴계 수지인 약산성 양이온 교환 수지에서는 팽윤율이 90 ％(부피가 1.9배에), 모체가 아크릴계 수지인 약산성 양이온 교환 수지에서는 50 ％(부피가 1.5배)가 된다. 상술한 바와 같이, 고정상 장치를 공업적으로 실시하는 경우, 수지의 급격한 부피 팽창이 발생할 때에, 액의 편류에 의한 이온 교환 반응 효율, 액 치환 효율의 저하를 초래하는 것, 또한 탑 하부의 수지에 방대한 압력이 가해져, 수지의 소모가 심해지는 것이 염려된다. 또한, 수지탑에 충전된 전체 수지를 유효하게 이용하는 것이 전제가 된다. 즉, 수지 팽창이 수지탑 전역에 미치게 된다. 그러나, 공정 (1)에서는, 연속적으로 이온 교환 수지를 이동시키면서 이온 교환 반응에 제공하게 하기 때문에, 실제로 이온 교환 반응이 행해지는 수지층은, 교환탑의 일부분(대부분의 경우 10 내지 20 ％)이 팽창 거동을 나타낼 뿐이다. 따라서, 수지 팽창에 따른 교환 효율의 저하, 압력 손실에 의한 수지 파쇄 등의 결점은 전혀 발생하지 않는다.
공정 (1)에 사용되는 약산성 양이온 교환 수지의 예로는, 상품명으로 엠버라이트 IRC-76(오르가노(주) 제조), 다이아이온 WK10, WK20(미쯔비시 가가꾸(주) 제조), 레바티드 CNP80, 레바티드 CNP-C(바이엘(주) 제조) 등이 열거된다. 또한, 레바티드 TP207, TP208(바이엘(주) 제조)과 같은 킬레이트 수지도 사용할 수 있다.
공정 (1)에 사용되는 이온 교환 수지는, 이동상 연속 방식에서의 수지 이송에 견디는 강도를 갖는 것이 사용된다. 구체적으로는 그 Na형에서의 압궤 강도(crushing strength)가 200 g/입자 이상인 약산성 양이온 교환 수지인 것이 바람직하다. 일반적으로 압궤 강도는 수지의 입경에 상관한다. 따라서, 본 명세서에서 말하는 수지의 압궤 강도란, 수지 입자 직경이 600 ㎛인 수지의 Na 교환형에서의 압궤 강도이며, 레오미터에서 2 cm/분의 속도로 측정된 1입자당 가압 파괴 강도로 나타내는 것이다. 바람직하게는, 상기 측정 지표로 300 g/입자 이상의 약산성 양이온 교환 수지이고, 보다 바람직하게는 500 g/입자 이상을 갖는 약산성 양이온 교환 수지가 사용된다.
일반적으로 이온 교환 수지는, 그 제조 방법에 따라서는, 기초 모체가 미소구의 응집에 의해서 1개의 구상 입자가 형성되어 있는 것, 삼차원의 메쉬 구조를 갖지만 가교제 함량에 의해서 기초 모체가 치밀하고 물리적 강도가 높은 것이 있다. 전자는 미소구 입자의 응집에 의해 발생하는 공간 용적을 갖기 때문에, 확산 속도, 이온 교환 속도가 빠르지만, 수지 강도가 약하다. 따라서, 고정상 방식으로 이온 교환 반응을 실시하는 경우에는 상술한 수지 팽창에 따른 결점을 회피하기 어려워진다. 이에 대하여, 후자는 수지 강도에서는 다소 우수하기 때문에, 수지 팽창에 따른 문제는 경감될 것으로 예측되지만, 기초 모체가 치밀하기 때문에 이온 교환 속도가 느리고, 알칼리 금속과 아미노산의 아미노기와의 흡착능 선택성이 작아서, 고정상 방식에서는 효율적인 제품 회수가 곤란하므로 적용할 수 없다. 그러나, 본 발명의 방법에 따르면, 수지를 이동시키면서 이온 교환 반응에 제공하므로, 교환탑에 차례로 재생 수지가 투입되기 때문에, 적절한 탑길이를 확보할 수 있으면, 이온 교환 반응의 효율에는 전혀 문제가 없다. 따라서, 강도가 우수한 수지를 유효하게 활용할 수 있기 때문에, 추가로 수지 파쇄를 억제할 수 있다. 이들 사실은 본 발명을 공업적으로 실시하는 경우 매우 유리하다.
공정 (1)에 사용되는 아미노산 알칼리 금속염 수용액은, 스트레커법을 대표로 하는 화학 합성법으로 얻어진 것이 바람직하다. 균체의 효소 반응 및/또는 균체로부터 정제한 효소 및 고정화한 효소 반응으로 얻어진 반응 혼합물이며, 아미노산 알칼리 금속염을 함유하는 수용액도 사용할 수 있다. 본 발명에서의 분리 제조의 대상이 되는 아미노산은, 후술하는 공정 (2)에서 사용되는 아미노기를 갖는 약염기성 음이온 교환 수지와 아미노산 및 부생성물로 하는 이미노디카르복실산 사이에 상대적인 친화성, 아미노산 및 이미노디카르복실산의 카르복실기와의 흡착 능력 및 치환시 유리 능력이 각각 다른 화합물이다. 이러한 아미노산으로는, 예를 들면 글리신, 알라닌, 메틸오닌, 세린, 발린, 류신, 이소류신, 트레오닌, 시스테인, 시스틴, 페닐알라닌, 글루탐산, 아스파라긴산 등을 들 수 있다. 바람직하게는 글리신, 알라닌, 메틸오닌이다.
공정 (1)에 사용되는 아미노산 알칼리 금속염으로서 바람직한 것은, 글리신, 알라닌의 알칼리 금속염이다. 특히 바람직하게는, 글리신의 나트륨염을 들 수 있다. 통상, 아미노산 알칼리 금속염 수용액 중 알칼리 금속과 카르복실기의 몰비는 1/1 내지 1.2/1의 범위이다. 스트레커법 등의 아미노산 합성에서, 예를 들면 글리신의 합성의 경우, 이미노디아세트산이나 글리콜산, 포름산 등이 부생되는 것이 알려져 있다. 이들 유기산류는, 계속해서 음이온 교환 수지로 처리함으로써 흡착 제거가 가능하다(공정 (2)).
이어서, 상기 공정 (2)에 관한 구체적인 실시 형태를 설명한다.
공정 (2)는, 공정 (1)에서 얻어진 조 아미노산 수용액으로부터, 공존 부생성물인 이미노디카르복실산을 약염기성 음이온 교환 수지에 흡착시켜 제거하는 음이온 교환 공정에서, 이미노디카르복실산을 약염기성 음이온 교환 수지의 파과점까지 흡착시킨 후에도, 조 아미노산 수용액을 통액하여 이미노디카르복실산과 이온 교환하고 약염기성 음이온 교환 수지에 흡착한 아미노산을 회수하는 것을 특징으로 한다.
공정 (2)는, 통상 이하의 일련의 공정을 포함한다. 즉, a) 이미노디카르복실산을 포함하는 조 아미노산 수용액을 약염기성 음이온 교환 수지와 접촉 처리시켜 부생성물인 이미노디카르복실산을 이온 교환하여 아미노산 수용액을 제조하는 공정; b) 이미노디카르복실산을 약염기성 음이온 교환 수지의 파과점까지 흡착시킨 후에도, 더욱 계속하여 이미노디카르복실산을 포함하는 조 아미노산 수용액을 약염기성 음이온 교환 수지에 접촉 처리시켜, 약염기성 음이온 교환 수지에 포착된 아미노산과 이미노디카르복실산을 이온 교환하여 아미노산을 회수하는 공정; c) 약염기성 음이온 교환 수지에 잔존하는 아미노산 함유 수용액을 물로 압출 세정하는 공정; d) 약염기성 음이온 교환 수지에 기저부로부터 물을 흘려 역세정하는 공정; e) 이미노디카르복실산보다도 산성도가 강한 유기산의 수용액을 약염기성 음이온 교환 수지에 접촉 처리시켜, 약염기성 음이온 교환 수지에 포착된 이미노디카르복실산과 이온 교환하여 이미노디카르복실산을 크로마토 분리함으로써 이미노디카르복실산의 수용액을 제조하는 공정; f) 알칼리 금속 수산화물의 수용액을 약염기성 음이온 교환 수지에 접촉 처리시켜 약염기성 음이온 교환 수지를 재생하는 공정; 및 g) 약염기성 음이온 교환 수지에 잔존하는 이미노디카르복실산의 알칼리 금속염 함유 수용액을 물로 압출 세정하는 공정이다.
공정 (2)에서 분리의 대상이 되는 이미노디카르복실산으로는, 이미노디아세트산, 이미노디프로피온산, 이미노디-4-메틸티오부티르산 등을 들 수 있다.
공정 (2)는, 특정한 양태로서 이하의 일련의 공정을 포함한다. 즉, a) 부생성물로서 이미노디아세트산, 글리콜산, 포름산을 포함하는 조 글리신 수용액을 약염기성 음이온 교환 수지와 접촉 처리시켜 부생성물인 이미노디아세트산, 글리콜산, 포름산을 이온 교환하여 글리신 수용액을 제조하는 공정; b) 이미노디아세트산, 글리콜산, 포름산을 약염기성 음이온 교환 수지의 파과점까지 흡착시킨 후에도, 더욱 계속하여 이미노디아세트산, 글리콜산, 포름산을 포함하는 조 글리신 수용액을 약염기성 음이온 교환 수지에 접촉 처리시켜, 약염기성 음이온 교환 수지에 포착된 글리신과 이미노디아세트산, 글리콜산, 포름산을 이온 교환하여 글리신을 회수하는 공정; c) 약염기성 음이온 교환 수지에 잔존하는 글리신 함유 수용액을 물로 압출 세정하는 공정; d) 약염기성 음이온 교환 수지에 기저부로부터 물을 흘려 역세정하는 공정; e) 이미노디아세트산보다도 산성도가 강한 유기산의 수용액(예를 들면, 포름산 또는 글리콜산의 수용액)을 약염기성 음이온 교환 수지에 접촉 처리시켜, 약염기성 음이온 교환 수지에 포착된 이미노디아세트산과 이온 교환하여 이미노디아세트산을 크로마토 분리함으로써 이미노디아세트산의 수용액을 제조하는 공정; f) 알칼리 금속 수산화물의 수용액을 약염기성 음이온 교환 수지에 접촉 처리시켜 약염기성 음이온 교환 수지를 재생하는 공정; 및 g) 약염기성 음이온 교환 수지에 잔존하는 이미노디아세트산, 글리콜산, 포름산의 알칼리 금속염 함유 수용액을 물로 압출 세정하는 공정이다.
공정 (2)에 대해서, 이하에서는 편의상, 부생성물로서 이미노디아세트산(이미노디카르복실산의 전형예로서), 글리콜산, 및 포름산이 포함되어 있는 경우에 한해서 논의한다. 물론, 공정 (2)의 내용은, 넓게는 첨부된 청구의 범위의 청구항 1에 기재된 내용에 의해서 한정되는 것이며, 이들의 특정한 화합물만을 포함하는 경우로 한정되지 않는다.
공정 (2)에서 사용되는 약염기성 음이온 교환 수지는, 일반적으로는 분자 중에 1급, 2급 또는 3급의 아미노기로 이루어지는 관능기를 갖고, 글리콜산, 포름산, 이미노디아세트산의 카르복실 이온에 대하여 글리신을 선택적으로 분리하기 위해서, 이들의 유기산에 대하여 글리신의 이온 교환 선택 계수의 작은 약염기성 음이온 교환 수지가 바람직하다. 약염기성 음이온 교환 수지의 예로는, 상품명으로 엠버라이트 IRA-96SB, IRA-67, XE583, XT6050RF(오르가노(주) 상표), 다이아이온 WA21, WA30(미쯔비시 가가꾸(주) 상표), 레바티드 MP-62, MP-64, VPOC-1065(바이엘(주) 상표), 퓨로라이트 A-100, A-103S, A-830, A-845(퓨로라이트(주) 상표), 도엑스 66, MWA-1, WGR, WGR-2(다우 케미컬(주) 상표) 등을 들 수 있다. 교환기의 형태는 OH형으로서 사용한다. 바람직하게는, 2급의 아미노기로 이루어지는 관능기를 갖고, 수지 모체가 스티렌계의 약염기성 음이온 교환 수지이다. 그 중에서도 엠버라이트 IRA-96SB를 사용하면, 놀랍게도 글리신의 회수 효율이 가장 우수하다.
약염기성 음이온 교환 수지에 의한 처리는, 부생성물로서 이미노디아세트산, 글리콜산, 포름산을 포함하는 조 글리신 수용액 중 글리신기의 중량이 33 중량％ 이하에서 행해진다. 글리신기의 중량％는 조작 온도에서의 포화 농도 이하이면 좋다. 33 중량％를 초과하는 농도로 하기 위해서는, 음이온 교환 수지를 70 ℃ 이상으로 보온할 필요가 있고, 약염기성 음이온 교환 수지의 내열성의 문제상 바람직하지 않다. 또한 이들 수지를 처음으로 사용하는 경우에는, 수지 유래의 불순물이 글리신에 혼입되는 것을 방지하기 때문에, 수지의 전처리와 수세를 충분히 행할 필요가 있다. 수지의 사용량은 제거하여야 할 불순물의 종류와 양에 따라 변화한다. 약염기성 음이온 교환 수지에 의한 부생성물의 유기산 이온의 이온 교환에서는, 통상 처리하는 글리신 1 kg에 대하여, 수지 1000 내지 5000 ㎖, 바람직하게는 1000 내지 3000 ㎖의 범위이다.
공정 (2)에서, 이온 교환 수지에 흡착하고 있는 이미노디아세트산을 크로마토 분리하기 위해서 사용되는 용리제로는, 이미노디아세트산보다도 산성도가 높은 유기산이 바람직하고, 조 아미노산에 포함되는 포름산, 글리콜산을 들 수 있는데, 별도의 유기산으로도 본 공정을 행할 때에 문제가 없으면 관계없다. 구체적으로 조 글리신 수용액으로부터 글리신과 이미노디아세트산을 각각 분리 회수하는 일련의 공정에서 사용되는 포름산 또는 글리콜산 수용액의 농도는 0.5 N 내지 3 N의 범위이고, 바람직하게는 1 N 내지 2 N의 범위의 농도이다. 농도가 옅은 경우는, 용리제의 수량을 많이 필요로 하고 이미노디아세트산의 분리 패턴이 넓어진다. 농도가 짙은 경우는, 이미노디아세트산의 분리 패턴이 예리해지지만, 용리제인 포름산, 글리콜산의 혼입이 많이 나타난다.
공정 (2)에서, 약염기성 음이온 교환 수지의 재생제로서 사용되는 것은 알칼리 금속 수산화물의 수용액이다. 바람직하게는 알칼리 금속이 나트륨, 칼륨의 수산화물 수용액이다. 보다 바람직하게는 나트륨의 수산화물 수용액이다. 이 알칼리 금속 수산화물 수용액의 농도는 0.5 N 내지 3 N의 범위이고, 바람직하게는 1 N 내지 2 N의 범위의 농도이다. 농도가 옅은 경우는, 재생제의 수량을 많이 필요로 하고, 농도가 짙은 경우는 재생시에 이온 교환 수지가 손상을 받기 쉽다.
공정 (2)의 특징은, 공정 b)에서 약염기성 음이온 교환 수지에 포착된 글리신과 부생성물인 이미노디아세트산, 글리콜산, 포름산을 이온 교환하여 글리신을 회수하는 것에 있고, 그 현저한 효과로서, 공정 e)에서 약염기성 음이온 교환 수지에 포착된 이미노디아세트산을 포름산 또는 글리콜산 수용액으로 크로마토 분리함으로써 제조되는 이미노디아세트산 수용액 중에 글리신의 혼입은 거의 보이지 않는다. 따라서, 일련의 공정에서 글리신의 회수 손실이 매우 적고, 글리신과 산의 형태의 이미노디아세트산을 각각 고순도 및 고수율로 제조할 수 있다. 또한 이온 교환 수지의 교환기에 부생성물인 이미노디아세트산, 포름산, 글리콜산을 포화 흡착할 수 있어서 부생성물의 제거 효율이 우수하다. 이들의 특징, 효과는 공정 (2)를 공업적으로 실시하는 경우 매우 유리하다.
공정 (2)에서, 부생성물로서 이미노디아세트산, 글리콜산, 포름산을 포함하는 조 글리신 수용액으로부터 글리신을 분리 회수하는 일련의 공정은 일 이상의 탑의 이온 교환 칼럼을 사용하여 각각 독립적으로 일련의 공정을 실시하는 배치식의 공정일 수도 있다.
수지의 처리 온도는, 일반적으로는 상온 이상, 바람직하게는 20 내지 90 ℃의 범위 내에서 행해진다. 처리 시간은 피처리액의 농도, 이온 교환탑의 크기에 따라 다르지만, 배치식의 경우, 통상 1 내지 6 시간의 범위, 바람직하게는 1 내지 4 시간의 범위이다. 연속식으로 처리하는 경우, 수지탑에의 통액 속도는 액 공간 속도(L/L-수지/시간)로 1 내지 20의 범위, 바람직하게는 5 내지 15의 범위이다.
이어서, 상기 공정 (3) 및 (4)에 관한 구체적인 실시 형태를 설명한다.
공정 (3) 및 (4)에서의 처리 대상은 상기한 공정 (1) 및 (2)의 처리를 거친 글리신을 함유하는 수용액이다. 상기한 공정 (1) 및 (2)는, 사용하는 아미노산으로서, (전형적으로는 글리신이지만) 특히 글리신에 한정하는 것을 의도한 것은 아니다. 한편, 이 공정 (3) 및 (4)에서 사용하는 아미노산은 글리신으로 한정된다.
또한, 공정 (3)에서 사용하는 글리신은, 일반적으로 알려지는 모노클로로아세트산의 아미노화법, 스트레커 반응, 히단토인법 등으로 얻어진 것이 사용되지만, 요구하는 제품이 γ형 글리신인 경우에는, 글리신 중에 다가 양이온을 포함하지 않는 것이 필요하다.
공정 (3) 및 (4)에서는, 글리신의 포화 수용액으로부터 글리신을 정석하는 방법으로는, 연속식 정석법, 회분식 정석법 중 어느 방법으로도 실시 가능하다. 또한, 공정 (3) 및 (4)에서는, 정석 공정에서 정석용 용매로서 사용되는 물의 품질에 따라, α형 글리신과 γ형 글리신을 임의로 제조할 수 있다. β형 글리신은 통상의 수 정석으로는 얻을 수 없다는 것이 공지되어 있다.
γ형 글리신을 얻고자 하는 경우, 정석용 용매로서의 물은 실질적으로 다가 양이온을 포함하지 않는 물을 사용한다(공정 (3)). 실질적으로 다가 양이온을 포함하지 않는다는 것은, 바람직하게는 수 중의 다가 양이온 농도가 0.2 μmol/ℓ 이하인 것이다. 이와 같은 물은, 해당 분야에서 일반적으로 실시되는 이온 교환 처리, 증류 처리로 용이하게 얻을 수 있다.
α형 글리신을 얻고자 하는 경우, 정석용 용매로서의 물에 1종 이상의 다가 양이온을 적어도 15 μmol/ℓ 용해시킬 필요가 있다(공정 (4)). 이 경우, 수종류의 다가 양이온을 혼합 사용할 수도 있다. 그 첨가량(효과 발현의 최소 필요량)은, 정석 조건과의 균형에 의해서 정해진다. 너무 지나친 다가 양이온의 첨가는 제품에의 혼입도 염려되기 때문에, 바람직하게는 15 내지 2000 μmol/ℓ의 범위이고, 보다 바람직하게는 50 내지 1000 μmol/ℓ의 범위이다.
사용하는 다가 양이온으로는 특별히 제한은 없지만, 글리신의 용도를 고려하면, 바람직한 양이온 종류로는, Ca2 +, Mg2 +, Fe3 +, Zn2 +, Al3 + 등이 열거되고, 보다 바람직하게는 Ca2 +, Mg2 +이다. 이들 양이온은 물의 경도 성분이고, 예를 들면 탄산수소칼슘으로서 일반의 수돗물에 함유되어 있는 것이다. 따라서, 일반의 수돗물을 사용하면, α형 글리신을 제조할 수 있다.
공정 (4)에 의해서 α형 글리신을 얻고자 하는 경우, 사용하는 물에 첨가되는 다가 양이온은, 통상 다가 양이온의 염으로서 용해시킨다. 필요량의 용해도가 있으면 그 종류는 관계없다. 예를 들면, 염화물, 수산화물, 질산염, 탄산염, 탄산수소염 등을 들 수 있다.
공정 (3) 및 (4)에서, 이온 교환 처리수를 사용하면 γ형 글리신을 제조할 수 있다는 것은, 정석조 내에서는 핵 발생하에 α형이 얻어지지만, 이것이 물의 존재하에 열적으로 안정적인 γ형 글리신으로 매우 빠르게 전이하기 때문인 것으로 추찰할 수 있다. 그러나, 극미량의 다가 양이온을 함유하는 물을 사용하면, 놀랍게도 얻어지는 결정은 모두 α형 글리신이 되는 것이다. 그 효과 요인은 분명하지 않지만, 결정 성장, 결정 전이의 메카니즘에 미량의 다가 양이온이 어떠한 영향을 미쳐, 핵 발생이 지배적이 되기 때문인 것으로 추찰된다.
이하, 실시예에 의해, 공정마다 본 발명을 설명한다. 또한, 본 발명이 이들 실시예로 한정되는 것은 아니고, 첨부된 청구의 범위에서 이해할 수 있는 요지를 초과하지 않는 한, 여러 가지 변형, 변경이 가능하다.
먼저, 공정 (1)에 관한 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2를 설명한다.
(실시예 1)
교환탑 상정 실험
이동상식 연속 이온 교환 장치를 모방한 내경 26 mm의 아크릴 수지제 칼럼을 사용하여 이온 교환 실험(교환탑 상정)을 행하였다. 도 3은 사용한 실험 장치도이다. 밸브, V-1 내지 5는 공기 작동식 수지제 볼 밸브이고, 타이머 사이클 제어에 의해 개폐할 수 있는 것이다. V-2, 3, 5 부착구에는, 각각 필터(스테인레스제 다다미 직금망)가 설치되어 있어, 액체만을 통하도록 하였다. 교환탑 칼럼 높이(통액구에서 액 회수구까지의 높이)는 2 m, 계량관 높이(1 사이클당 수지 이동 길이에 상당)는 34 cm이다. 미리 글리신액에 침지시킨 H형의 약산형 양이온 교환 수지(바이엘사 레바티드 CNP-80WS; 총 교환 용량=4.30 eq/L-수지(카탈로그값))을 수지 투입 호퍼에 주입하였다. 그 후, V-1, 4를 열고, 칼럼, 계량관 내에 이온 교환 수지를 충전하였다. 하기 표 1에 나타내는 조성의 글리신소다염 수용액을 원료 탱크, 수지 압출 액용 탱크에 주입하였다. 이온 교환 실험 조작은 이하와 같다. 통액과 발액(extraction of the solution)은 사이클 타이머의 설정으로 자동적으로 전환하였다. 통액시, V-3, V-2가 열리고, 통액 펌프 P-1이 가동하며, 칼럼 내에 글리신소다액을 공급하고, 이온 교환 반응시키면서 V-11 출구에서 제품 글리신 수용액으로서 회수하였다. 발액시, 펌프를 정지하고, V-3, 2는 닫히고, 동시에 V-1, 4, 5가 열리게 되었다. 따라서, V-5로부터 계량관, 칼럼내의 액을 제거하면서, 헤드에 의해 칼럼내의 수지가 계량관에서 제거됨과 동시에, 상당량분이 호퍼로부터 칼럼내에 추가 첨가되었다.
실제의 공업적 운전에서는, 통액 중에 탑 내압에 의해서 발액시에 낙하한 수지를 후속 공정으로 이송한다. 그러나, 본 실험에서는, 계량관에 회수된 이온 교환 사용 후의 수지는, 통액 중에 메뉴얼 조작으로 V-6에서부터 피처리액을 도입하면서 V-7로부터 회수하는 방식으로 하였다. 본 실시예에서는, 1 사이클당 원료 통액량으로부터, 호퍼로부터 수지와 동반하여 칼럼내에 도입되는 글리신액량(수지 외관 용적의 50 ％+누액시에 칼럼 내에서 회수되는 액량)을 제거한 양이 1 사이클당 글리신소다 처리액량이고, 이 처리액량과 1 사이클당 도입 수지가 갖는 교환 용량과의 비(수지 유효 사용률)를 95 ％로서 운전하였다.
이상의 조작을 100 사이클 연속하여 실시하고, 약 40 ℓ의 제품 글리신 수용액을 얻었다. 사이클마다 회수 제품액의 분석은 액체 크로마토그래피에 의해 행하였다. 또한, 도입 수지, 회수 수지는 각각 황산 수용액으로 재생 처리하고, 재생액의 분석으로부터 수지 흡착량을 구하였다. 이 이동상식 연속 이온 교환 모의 시험의 실험 조건과 결과를 하기 표 1에 나타낸다. 또한, 본 실시예에서의 1 사이클당 도입 수지량은 H형 수지/물로 환산하면 131 ㎖에 상당하는 것이었다.
본 실시예의 실험 동안, 26 mm*2000 mm와 높이 L/D(L/D=77)의 교환 칼럼을 사용하고, 추가로 이온 교환 수지가 약1.4배로 팽창하고 있는 상황에 있으면서도, 수지 이송의 거동에는 전혀 문제없으며, 매우 효율적으로 탈Na가 달성되었다. 동시에, 수지 팽창에 따른 압력 손실에 의한 수지의 파쇄, 칼럼의 변형은 전혀 관찰되지 않았다. 또한, 수지층내의 최고 도달 온도는 65 ℃이고, 수지 내열상 문제가 없는 온도로 제어되어 있었다.
본 실시예로부터, 본 발명의 방법에 의거하면, 이온 교환 수지의 팽창은 교환탑의 일부에서만 발생하기 때문에, 편류 등 이온 교환 효율에 전혀 영향을 주지 않고 교환 반응을 완결할 수 있고, 그 결과, 알칼리 금속의 아미노산 수용액(공정 (1)의 제품인 조 아미노산 수용액)에의 누설을 억제하여, 매우 고품질의 아미노산 수용액을 얻을 수 있다는 것을 알게 되었다. 제품액 중 글리신에 대한 나트륨량은 14 wtppm/글리신이었다.
(실시예 2)
제2 치환탑 상정 실험
실시예 1에 사용한 실험 장치(아크릴 수지제 칼럼)를 이용하여 이동상식 연속 이온 교환 장치를 모방한 치환 실험(제2 치환탑을 상정)을 행하였다. 치환탑 칼럼 높이(통액구부터 액 회수구까지의 높이)는 3 m, 계량관 높이(1 사이클당 수지 이동 길이에 상당)는 40 cm이다. 실시예 1에 사용하여, 글리신소다액에 침지시킨 Na형의 약산형 양이온 교환 수지(바이엘사 레바티드 CNP-80 WS)를 수지 투입 호퍼에 주입하였다. 그 후, V-1, 4를 열고, 칼럼, 계량관 내에 이온 교환 수지를 충전하였다. 이온 교환수를 원료 탱크, 수지 압출 액용 탱크에 주입하였다. 치환 실험 조작은 실시예 1과 동일한 조작 100 사이클 연속하여 실시하였다. 수지 순환량에 대하여, 0.26배량의 치환수(원료는 이 양에 상응하게 희석됨)를 단지 과량 공급하는 것 만으로, 회수된 수지에는 전혀 글리신은 흡착되지 않았으며, 회수 수지 공극액, 및 수지 동반액 중 글리신 농도는 18 wtppm까지 액 치환되어 있었다. 이 이동상식 연속 이온 교환에서의 제2 치환탑 시험의 실험 조건과 결과를 하기 표 2에 나타낸다. 또한, 본 실시예에서의 액 균형으로부터 요구되는 원료 글리신소다염 수용액의 희석율은 0.76이었다.
본 실시예로부터, 본 발명의 방법에 의거하면, 물을 매우 약간 과량으로 공급하는 것만으로 액 치환을 효율적으로 달성할 수 있기 때문에, 교환 반응 후의 Na형 수지의 공극액인 원료 글리신소다를 지나치게 희석하지 않고 회수할 수 있으며, 한편, 재생 공정에 포함되는 Na형 수지에는 글리신은 거의 흡착하지 않으며, 글리신의 손실을 억제할 수 있음과 동시에, 재생 공정에서 발생하는 무기산 알칼리 금속염 수용액 중 글리신 농도를 현저히 저하할 수 있기 때문에 공정의 환경 부하를 현저히 감소시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다. 예를 들면, 재생제로서 Na 교환량의 1.05배 당량의 황산을 사용하였다고 상정한 경우, 재생 처리액(황산나트륨 수용액) 중 글리신 농도는 110 ppm 글리신/SO4가 되었다.
(비교예 1)
고정상 이온 교환 실험-1
내경이 65 mm이고 높이가 1500 mm인 투명 염화비닐제의 수지탑(수지층 높이 825 mm)을 사용하여, 고정상 방식 이온 교환 실험을 실시하였다. 탑 상부에는 통액구를 설치하고, 다이어프램 펌프를 개재시켜 피처리액이 통액된다. 탑 하부 플랜지에는 필터를 설치하여, 액체만이 유통할 수 있도록 하였다. 액출구 유출액은 다이어프램 펌프로 유량 조절하면서 회수되었다. 칼럼에는 약산성 양이온 교환 수지 엠버라이트 IRC76(오르가노(주) 제조) H형 2750 ㎖를 충전하였다. 수지층 높이는 82 cm이다. 실시예 1에 사용한 것과 마찬가지의 방법으로 글리신소다염 수용액(Na 6.3 중량％, 글리신 16 중량％, 이미노디아세트산 1.0 중량％를 포함함)을 얻었다(Na 농도 3.1 eq/ℓ). 이 수용액을 다운 플로우로 통액하여, 글리신 수용액을 얻었다. 원료 공급 온도는 40 ℃이고, 통액의 부피 기준 액 공간 속도(liquid hourly space velocity, LHSV)는 추출 펌프의 유량 조절에 의해 3.0(L/L/시간)으로 하였다. 실험 1회당 글리신소다염 수용액 처리량은 4155 g으로 하였다. 즉, 본 실험에서의 처리 나트륨량은 충전된 이온 교환 수지의 총 교환 용량의 1.06배에 상당하였다. 글리신소다염 수용액의 통액 종료 후에는 즉시 순수한 물로 전환하고, 추가로 통액을 계속하였다. 칼럼 출구에서는 제품액을 250 g씩 일부 회수하고, 각각 분석을 행하여, 글리신이 관측되기 시작한 일부부터 제품 글리신액으로서 회수하고, 제품액 중 Na 농도가 50 ppm이 될 때까지 계속하였다. 동일한 조작을 2회 실시하였다. 결과를 하기 표 3(조작 1 및 2)에 나타낸다.
본 비교예에서는, 통액 처리시에는 수지층 높이는 880 mm으로 팽창할 뿐이었다. 순수한 물로 전환한 후, 추가로 수지층 높이는 팽창하여, 최종적으로는 1000 mm가 되었다. 해당 이온 교환 수지의 Na형으로 교환시의 팽창율은 1.6배이지만, 칼럼내에서는 1.2배에 밖에 팽창하지 않는다는 것을 알 수 있었다. 또한, 실험 중에 칼럼 하부액 회수의 상황을 관찰하면, 피처리액 통액 말기에 탑 하부 수지층에서의 액류(수지층의 누설)가 불균일해지는 것이 확인되었다. 동시에, 출구액 회수 펌프의 흡입 라인에의 기포 혼입이 관찰되었다. 또한, 탑최하부 플랜지용 접부에서는 염화비닐 수지제 칼럼의 변형이 확인되었다.
본 비교예로부터, 2회의 실험에서의 교환 효율에 재현성이 없고, 염화비닐제 칼럼이 팽창 변형되며, 하부 수지층의 액류가 불균일하기 때문에, 고정상 방식에서는 수지를 자유롭게 팽창할 수 없고, 수지층에 과대한 압력이 가해지며, 그에 따라 편류가 발생하여 이온 교환 효율이 저하된다는 것을 알 수 있었다.
(비교예 2)
고정상 이온 교환 실험-2
사용하는 수지를 레바티드 CNP-80WS(바이엘사 제조)로 하고, 수지 충전량을 2495 ㎖로 한 것 이외에는, 비교예 1과 동일한 실험을 행하였다. 결과를 표 3(조작 3)에 나타낸다. CNP-80WS에서는, 고정상 방식 이온 교환에 의한 원패스의 글리신 제품 회수율이 약 30 중량％로 낮았다.
한편, 실시예 및 비교예에 사용한 약산성형 양이온 교환 수지(수지 입경: 600 ㎛)를 별도로, Na 교환, 황산 재생의 사이클을 반복한 후, 그 Na형 수지의 압궤 강도를 후도 고교제 레오미터(NRM2005-J)로 2 cm/분의 속도에서의 가압 파괴 시험에 의해 측정하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타낸다. IRC-76에서는, 100회의 교환-재생 리사이클 시험품의 수지 압궤 강도는 신제품의 약 1/2로 저하되어 있었다. 그에 대하여, CNP-80WS에서는, 1200회의 리사이클 테스트 후에도 전혀 수지 압궤 강도에 변화가 없었다.
본 비교예로부터 레바티드 CNP-80WS는, 교환-재생의 반복에 의한 수지 강도내열화성은 우수하지만, Na 양이온과 글리신의 아미노기와의 흡착능 선택성이 IRC-76에 비해 작고, 고정상 방식에서는 효율적인 제품 회수가 곤란하다고 생각된다. 한편, IRC-76은 이온 교환 성능은 우수하지만, 수지 강도의 관점에서 문제가 있고, 비교예의 동일한 고정상 이온 교환 방식에서는 수지 팽창에 따른 수지 파쇄, 효율 저하가 문제가 된다.
Figure 112006081090200-pct00001
Figure 112006081090200-pct00002
Figure 112006081090200-pct00003
Figure 112006081090200-pct00004
이어서, 공정 (2)에 관한 실시예 3 및 비교예 3을 설명한다.
회수액의 분석으로는, 글리신 및 이미노디아세트산은 오르토프탈알데히드의 포스트 칼럼법 고속 아미노산 분석법으로 행하였다. 시마즈사 제조 심-팩(Shim-pack) 아미노-Na 칼럼(6 mm×100 mm)과, 시마즈 LC-10A 고속 아미노산 분석 시스템을 이용하고, 시마즈사 제조의 형광 검출기로 검출하였다(이하, "OPA 분석"이라 함). 글리콜산, 포름산은 시마즈의 pH 완충화 포스트 칼럼 전기 전도도 검출법으로 행하였다. 시마즈사 제조 심-팩 아미노-Na 칼럼(6 mm×100 mm)과, 시마즈사 제조 펌프 LC-10AD를 비롯한 시마즈 LC-10A 유기산 분석 시스템을 이용하여, 시마즈사 제조의 전기 전도도 검출기 CDD-10A에서 검출하였다(이하, "유기산 분석"이라 함).
(실시예 3)
배치식 공정에 의한 통액
본 발명의 공정 (1)의 결과 얻어지는 조 아미노산 수용액을 상정하여, 부생성물로서 이미노디아세트산, 글리콜산, 포름산을 포함하는 모의액을 시약으로부터 제조하였다. 글리신 농도를 11.1 중량％, 그 밖의 부생성물은 각각 이미노디아세트산이 1.26 중량％, 글리콜산이 658 중량 ppm, 포름산이 321 중량 ppm, 나트륨이온량이 21 중량 ppm으로 하였다. 이 제조한 조 글리신 수용액 730 g(pH=3.6)을 약염기성 음이온 교환 수지 엠버라이트 IRA-96SB(상품명 오르가노(주) 상표)(OH형) 100 ㎖를 충전한 수지탑에 다운 플로우로 통액하고, 글리신 수용액을 얻었다. 조작 온도는 40 ℃, 통액의 액 공간 속도는 4.6(L/L/시간)으로 하였다. 유기산인 이미노디아세트산의 이온 교환의 상황은 처리 출구액의 전도도 및 pH 측정 결과로부터 리얼 타임으로 모니터링하고, 최종적으로는 OPA 분석에 의해 결정하였다. 이 수용액을 650 ㎖ 흘린 시점에서 pH=6.3을 관측하고, 상기 약염기성 음이온 교환 수지의 파과도를 확인했지만, 그대로 이 수용액을 계속 흘리고, 최종적으로 700 ㎖를 흘린 시점에서 상기 조작을 종료하였다. 실험 후의 OPA 분석으로부터, 520 ㎖ 흘린 시점에서부터 이미노디아세트산의 누출이 시작되었던 것이 판명되었다. 이것으로부터, 결국 조 글리신 수용액에서의 파과점을 초과한 통액은 180 ㎖로 행한 것을 알 수 있었다.
그 후, 통상의 이온 교환 운전 조작에 준하여, 물에 의한 잔여 조 글리신 수용액의 압출 조작을 다운 플로우로 행하였다. 조작 온도는 40 ℃, 통액의 액 공간 속도는 4.6(L/L/시간), 통액량은 100 ㎖로 하였다. 수 치환의 상황은 처리 출구액의 전도도 측정 결과로부터 확인하였다. 그 후, 통상의 이온 교환 운전 조작에 준하여, 물에 의한 역세척 조작을 업 플로우로 행하였다. 조작 온도는 25 ℃, 통액의 액 공간 속도는 4.6(L/L/시간), 통액량은 100 ㎖로 하였다. 이어서 1N-포름산 수용액을 약염기성 음이온 교환 수지에 접촉 처리시켜 약염기성 음이온 교환 수지에 포착된 이미노디아세트산과 이온 교환하여 이미노디아세트산을 크로마토 분리하고, 96 ㎖의 이미노디아세트산 수용액을 회수하였다. 조작 온도는 40 ℃, 통액의 액 공간 속도는 4.6(L/L/시간), 통액량은 200 ㎖로 하였다. 그 후, 통상의 이온 교환 운전 조작에 준하여, 1N-수산화나트륨 수용액에 의한 수지 재생 조작을 과잉량으로 행하였다. 조작 온도는 40 ℃, 통액의 액 공간 속도는 4.6(L/L/시간), 통액량은 150 ㎖로 하였다.
이온 교환의 상황은 처리 출구액의 전도도 및 pH 측정 결과로부터 실시간으로 모니터링하였다. 이와 같이 하여 얻어진 글리신 수용액에 대해서 OPA 분석으로 글리신은 10.8 중량％, 부생성물인 이미노디아세트산은 167 중량 ppm/글리신기까지 억제된 것이 확인되었다. 유기산 분석으로부터 부생성물인 글리콜산, 포름산은 미검출되었다는 것을 확인하였다. 또한, 얻어진 이미노디아세트산 수용액 중 이미노디아세트산은 4.6 중량％, 글리신 농도는 1 중량 ppm 미만이었다. 또한 글리콜산, 포름산의 농도는 각각 802 중량 ppm, 119 중량 ppm이었다. 글리신의 회수 손실은 0.020 중량％였다. 이미노디아세트산의 회수율은 68 중량％였다.
파과점을 초과한 통액 후의 가성 소다 통액에 의한 이미노디아세트산의 크로마토 분리와 관련하여, 가성 소다 통액량과 각각 성분의 중량 비율을 도 4에 도시한다.
(비교예 3)
부생성물로서 이미노디아세트산 , 글리콜산 , 포름산을 포함하는 조 글리신 수용액이 파과점을 초과하여 통액하지 않은 조건에서의 포름산 수용액에 의한 이미노디아세트산크 로마토 분리
조 글리신 수용액에 의한 파과점을 초과한 통액 효과를 명확히 하기 위해서, 조 글리신 수용액 통액을 통액량이 520 ㎖일 때 중지하고, 다음의 파과점을 초과하여 통액을 행하지 않은 것을 제외한, 그 밖에는 실시예와 동일한 조건으로 물에 의한 잔여 글리신 수용액의 압출 조작, 물에 의한 역세정 조작, 1N-포름산 수용액에 의한 크로마토 분리 조작, 1N-수산화나트륨 수용액에 의한 재생 조작을 차례로 행하였다. 분석의 결과, 얻어진 글리신 수용액 중 이미노디아세트산의 이온량은 187 중량 ppm/글리신기였고, 포름산과 글리콜산은 미검출이었다. 그러나 얻어진 이미노디아세트산 수용액 98 ㎖ 중 이미노디아세트산은 4.5 중량％, 글리신 농도는 3100 중량 ppm으로 글리신의 혼입이 나타났다. 글리신의 회수 손실은 0.38 중량％였다.
이어서, 공정 (3) 및 (4)에 관한 실시예 4 내지 8 및 비교예 4 내지 5를 설명한다.
공정 (3) 또는 (4)에 관한 글리신 수용액은 공정 (1) 및 (2)를 거친 것이지만, 여기서는 편의를 위해 시판되고 있는 글리신 α정(및 γ정)을 글리신원으로서 사용하였다.
(실시예 4)
<연속 정석 실험 (1)>
본 실험에서 사용하는 물로는 모두 이온 교환 처리수를 사용하였다. 이 이온 교환 처리수의 성분 분석 결과를 후술하는 실시예 8에서 사용한 수돗물의 분석 결과와 함께 하기 표 5에 나타낸다. Fe, Ca, Mg의 분석값으로부터 이들 양이온의 총량은 0.11 μmol/ℓ였다.
Figure 112006081090200-pct00005
시판되고 있는 글리신 α정 3.6 kg에 물 6.4 kg을 첨가하고, 이 혼합물을 스테인레스제 탱크에 투입하고, 90 ℃로 가열하면서 용해시켜 36 중량％ 수용액으로 하였다. 내용적 2 ℓ로 배플, 재킷, 날개 직경 70 mm 프로펠라 날개 2단차식의 유리제 세퍼러블 플라스크(separable flask)를 정석조에 사용하였다. 재킷에는 30 ℃의 온수를 순환시켰다. 470 rpm으로 교반하면서, 정석조 내에 물 1 ℓ를 투입하였다. 그 후, 원료 글리신 36 중량％ 수용액을 펌프로 50 ㎖/분의 공급 속도로 정석조로 공급을 개시하였다(즉, 원료 액체류 시간은 20 분임). 정석조 내온을 40 ℃로 유지하도록 재킷 순환 온수 온도를 제어하였다.
진공 펌프로 감압한 탱크에 접속된 노즐의 선단을 정석조 상부로부터 조 내에 투입하고, 내용적이 항상 1 ℓ가 되도록 간헐적으로 추출하였다. 이 추출 조작을 1회/2 분간 실시하면서 정석 조작을 계속하였다. 실험 개시로부터 2 시간 후의 추출 슬러리를 여과하고 케이크를 얻었다. 이 때, 슬러리 농도는 12 중량％이고, 정석조 내의 pH는 6.2(39 ℃)였다. 얻어진 케이크를 40 ℃에서 2 시간 동안 진공 건조하여 글리신 결정을 얻었다.
얻어진 글리신 결정의 X선 회절을 측정한 바, 100 ％ γ형 글리신이었다. X선 회절 측정 결과를 도 5에 도시한다. α형, γ형 글리신 각각의 X선 회절의 패턴은, 예를 들면 WO 01/02075호 공보에도 기재되어 있지만, α형에서는 2θ=29.8°에, γ형에서는 2θ=25.2°에서 그 특징적인 피크가 있는 것이 알려져 있다. 본 실시예에 따르면, 체류 시간 20 분이라는 비교적 조작 과포화도가 크다고 생각되는 조건이어도, 실질적으로 다가 양이온을 포함하지 않는 물을 사용하여 정석한 경우에는 얻어지는 결정은 γ형 글리신인 것을 알 수 있었다.
(실시예 5)
<연속 정석 실험 (2)>
실시예 4에서 사용한 이온 교환 처리수 10 kg에 탄산칼슘 25 mg을 용해시켰다. 즉, Ca 농도는 25 μmol/ℓ이다. 이 물을 실험에 사용한 것 이외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 정석 실험을 행하였다. 얻어진 글리신 결정의 X선 회절을 측정한 바, 결정의 100 ％가 α형 글리신이었다. X선 회절 측정 결과를 도 6에 도시한다. 본 실시예에 따르면, 다가 양이온으로서 25 μmol/ℓ의 Ca를 포함하는 물을 사용하여 정석한 경우에는 얻어지는 결정이 α형 글리신이 된 것을 알 수 있었다.
(실시예 6)
<연속 정석 실험 (3)>
실시예 4에서 사용한 이온 교환 처리수 10 kg에 황산아연 7 수화물 44 mg을 용해시켰다. 즉, Zn 농도로는 15 μmol/ℓ이다. 이 물을 실험에 사용한 것 이외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 정석 실험을 행하였다.
얻어진 글리신 결정의 X선 회절을 측정한 바, 100 ％ α형 글리신이었다. 본 실시예에 따르면, 다가 양이온으로서 15 μmol/ℓ의 Zn을 포함하는 물을 사용하여 정석한 경우에도 얻어지는 결정은 α형 글리신이 된 것을 알 수 있었다.
(비교예 4)
<연속 정석 실험 (4)>
실시예 4에서 사용한 이온 교환 처리수 10 kg에 염화나트륨 0.5 g을 용해시켰다. 즉, Na 농도로는 855 μmol/ℓ이다. 이 물을 실험에 사용한 것 이외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 정석 실험을 행하였다.
얻어진 글리신 결정의 X선 회절을 측정한 바, 100 ％ γ형 글리신이었다. 본 비교예에 따르면, 1가 양이온인 Na를 855 μmol/ℓ 포함하는 물을 사용하여 정석하여도, 이온 교환 처리수를 사용한 경우와 마찬가지로, 얻어지는 결정은 γ형 글리신이고, Na 등의 1가의 양이온은 결정 다형의 지배 인자는 아니라는 것을 알 수 있었다.
(비교예 5)
<연속 정석 실험 (5)>
실시예 4에서 사용한 이온 교환 처리수 10 kg에 탄산칼슘 10 mg을 용해시켰다. 즉, Ca 농도는 10 μmol/ℓ이다. 이 물을 실험에 사용한 것 이외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 정석 실험을 행하였다. 얻어진 글리신 결정의 X선 회절을 측정한 바, α형 글리신과 γ형 글리신의 혼합 결정이었다. X선 회절 측정 결과를 도 7에 도시한다. 본 비교예에 따르면, 다가 양이온(Ca)의 양이 15 μmol/ℓ 미만인 물을 사용하여 정석한 경우에는 안정적으로 α형 글리신을 얻을 수 없다는 것을 알 수 있었다.
(실시예 7)
본 실험에 사용하는 물은 모두 이온 교환 처리수(성분 분석 결과를 표 5에 나타냄)를 사용하였다. 내용적 50 ℓ의 정석조를 사용하여 글리신 정석 실험을 행하였다. 정석조에는 감압 증발에 의한 서열 시스템, 슬러리 순환 라인, 슬러리 순환 펌프, 재킷, 날개 직경 240 mm의 교반 날개, 교반기가 설치되어 있다. 정석조 내의 슬러리를 순환시키는 방식으로 하고, 원료인 글리신 포화 수용액 공급구는 슬러리 순환 라인에 설치하였다.
스테인레스제 원료 탱크에 시판되고 있는 글리신 α정 72 kg, 이미노디아세트산 72 g, 이온 교환 처리수 128 kg을 투입하고, 80 ℃로 가열하면서 용해시키고, 36 중량％ 조 글리신 수용액으로 하였다. 한편, 온수 탱크에는 글리신 α-정 40 kg, 이온 교환 처리수 126 kg을 투입하고, 50 ℃에 가열하면서 용해시켜, 24 중량％ 글리신 수용액으로 하였다.
온수 탱크로부터 글리신액을 정석조 내에 투입, 정석조의 교반기를 250 rpm으로 하고, 순환 펌프를 기동하였다. 슬러리 순환 유량은 1.5 ㎥/시간으로 하였다. 진공 펌프를 기동하고, 서서히 정석조 내의 감압도를 높이고, 액체 온도를 40 ℃까지 낮췄다. 일단, 장치를 정지하고, 정석조 내에 시판되고 있는 γ형 글리신 3 kg을 종자 결정으로서 첨가하였다. 종자 결정 투입 종료 후, 재차 교반기, 진공 펌프, 슬러리 순환 펌프를 기동하였다.
정석조 내 온도가 안정적이므로, 원료 탱크로부터 80 ℃로 보온된 36 ％ 조 글리신 수용액을 30 ℓ/시간의 속도로 공급하였다. 정석조의 액 레벨이 일정(30 ℓ)해지도록 15 분 간격으로 슬러리를 회수하면서 정석 실험을 계속하였다. 원료 공급 속도로부터 체류 시간은 1 시간이었다. 4 시간 경과시에, 회수된 슬러리를 원심 분리기로 결정과 모액으로 분리하여 케이크를 얻었다. 이 때, 정석조 내의 pH는 5.64였다. 얻어진 케이크를 40 ℃에서 2 시간 동안 진공 건조하고, 글리신 결정을 얻었다. 정석 실험 장치도를 도 8에 도시한다.
얻어진 글리신 결정의 X선 회절을 측정한 바, 100 ％ γ형 글리신이었다. X선 회절 측정 결과를 도 9에 도시한다. 본 실시예에 따르면, 실질적으로 다가 양이온을 포함하지 않는 물을 사용하여 정석한 경우에는 얻어지는 결정은 γ형 글리신이라는 것을 알 수 있었다.
(실시예 8)
실험에 사용하는 물로서, 수돗물(성분 분석 결과를 표 5에 나타냄)을 사용한 것 이외에는, 실시예 7과 마찬가지로 정석 실험을 행하였다. 얻어진 글리신 결정의 X선 회절을 측정한 바, 100 ％ α형 글리신이었다. X선 회절 측정 결과를 도 10에 도시한다. 본 실시예에 따르면, 다가 양이온으로서, Ca를 550 μmol/ℓ, Mg을 218 μmol/ℓ 포함하는 수돗물을 사용하여 실시예 4의 정석 실험을 실시한 경우에는, γ정의 종자 결정을 접종하였다 해도 α형 글리신으로서 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.
도 1은 본 발명의 공정 (1)을 공업적으로 실시하는 경우의 교환탑의 구조의 일례를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 공정 (1)을 공업적으로 실시하는 경우의 공정 플로우의 일례를 나타낸다.
도 3은 (실시예 1), (실시예 2)에 사용한 이동상식 연속 이온 교환 장치를 모방한 실험 장치도를 나타낸다.
도 4는 파과점을 초과하여 통액 후의 가성 소다 통액에 의한 이미노디아세트산의 크로마토 분리에서의 각 성분의 중량 비율의 변화를 나타낸다.
도 5는 실시예 4에서 얻어진 결정의 X선 회절 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 6은 실시예 5에서 얻어진 결정의 X선 회절 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 7은 비교예 5에서 얻어진 결정의 X선 회절 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 8은 실시예 7에서 사용한 정석 장치를 도시한 도면이다.
도 9는 실시예 7에서 얻어진 결정의 X선 회절 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 10은 실시예 8에서 얻어진 결정의 X선 회절 측정 결과를 도시한 도면이다.
본 발명의 방법은 식품 첨가제나, 의약, 농약 등의 원료로서 널리 사용되고 있는 아미노산의, 예를 들면 글리신의 제조 또는 정제를 위한 공업적으로 유용한 방법을 제공한다. 특히, 알칼리 금속에 의한 가수분해 반응에 의해 합성된 아미노산 알칼리 금속염으로부터 아미노산을 정제하고, 추가로 부생성물인 이미노디카르복실산과 아미노산을 각각 고순도 및 고수율로 간편하게 분리·정제하는 가능한 방법을 제공한다. 또한 공업적으로 유용한 α형 글리신과 γ형 글리신을 고순도로 간편히 정석시키는 방법을 제공한다.

Claims (10)

  1. (1) 아미노산의 알칼리 금속염 수용액을 양이온 교환 수지에 의해 탈염 정제 처리하여 조 아미노산 수용액을 얻는, 이동상식 연속 이온 교환 장치를 사용하여 실시되는 양이온 교환 공정; 및
    (2) 얻어진 조 아미노산 수용액으로부터, 공존 부생성물인 이미노디카르복실산을 약염기성 음이온 교환 수지에 흡착시켜 제거하고, 이미노디카르복실산을 약염기성 음이온 교환 수지의 파과점까지 흡착시킨 후에도 조 아미노산 수용액을 통액하여, 이미노디카르복실산과 음이온 교환함으로써 약염기 음이온 교환 수지에 흡착된 아미노산을 회수하는 음이온 교환 공정
    을 포함하는 아미노산의 알칼리 금속염 수용액으로부터 아미노산을 정제하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 공정 (2)가 이미노디카르복실산을 포함하는 조 아미노산 수용액으로부터 아미노산을 회수하는 일련의 하기의 공정을 포함하는 방법:
    a) 이미노디카르복실산을 포함하는 조 아미노산 수용액을 약염기성 음이온 교환 수지와 접촉 처리시켜 부생성물인 이미노디카르복실산을 이온 교환하여 아미노산 수용액을 제조하는 공정;
    b) 이미노디카르복실산을 약염기성 음이온 교환 수지의 파과점까지 흡착시킨 후에도, 더욱 계속하여 이미노디카르복실산을 포함하는 조 아미노산 수용액을 약염 기성 음이온 교환 수지에 접촉 처리시켜, 약염기성 음이온 교환 수지에 포착된 아미노산과 이미노디카르복실산을 이온 교환하여 아미노산을 회수하는 공정;
    c) 약염기성 음이온 교환 수지에 잔존하는 아미노산 함유 수용액을 물로 압출 세정하는 공정;
    d) 약염기성 음이온 교환 수지에 기저부로부터 물을 흘려 역세정하는 공정;
    e) 알칼리 금속 수산화물의 수용액을 약염기성 음이온 교환 수지에 접촉 처리시켜 약염기성 음이온 교환 수지를 재생하는 공정; 및
    f) 약염기성 음이온 교환 수지에 잔존하는 이미노디카르복실산의 알칼리 금속염 함유 수용액을 물로 압출 세정하는 공정.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 아미노산이 글리신, 알라닌 및 메틸오닌으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상을 포함하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공정 (1)에 사용하는 양이온 교환 수지가 약산성 양이온 교환 수지인 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공정 (1)의 이동상식 연속 이온 교환 장치가 1: 이온 교환 반응을 행하는 교환탑, 2: 이온 교환 수지의 동반액을 치환하는 치환탑, 3: 무기산 수용액을 공급하고, 알칼리 금속 이온으로 교환된 수지를 H형으로 재생하는 재생탑의 3탑을 적어도 포함하는 구성으로 이루어지는 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 이미노디카르복실산이 이미노디아세트산, 이미노디프로피온산 및 이미노디-4-메틸티오부티르산으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상을 포함하는 방법.
  7. 제3항에 있어서, 아미노산이 글리신을 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 아미노산과 이미노디카르복실산의 조합이 글리신과 이미노디아세트산이고, 조 아미노산 수용액이 부생성물로서 이미노디아세트산에 추가로 글리콜산 및/또는 포름산을 포함하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 추가로 하기의 공정 (3)을 포함하는 방법:
    (3) 상기한 공정 (1) 및 (2)를 거친 글리신을 함유하는 수용액으로부터 γ형 글리신만을 정석시키며, 정석용 용매로서 다가 양이온을 함유하지 않는 물을 사용하는 글리신 정제 공정.
  10. 제7항에 있어서, 추가로 하기의 공정 (4)를 포함하는 방법:
    (4) 상기한 공정 (1) 및 (2)를 거친 글리신을 함유하는 수용액으로부터 α형 글리신만을 정석시키며, 정석용 용매로서 1종 이상의 다가 양이온을 적어도 15 μmol/ℓ 포함하는 물을 사용하는 글리신 정제 공정.
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