KR940003063B1 - 염기성 아미노산의 분리방법 - Google Patents

염기성 아미노산의 분리방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

염기성 아미노산의 분리방법
본 발명은 염기성 아미노산의 분리방법에 관한 것이다.
염기성 아미노산은 이전에는, 단백질을 분해시켜 수득된 아미노산 혼합물로부터 분리시켜 제조하여 왔으며, 오늘날에는 주로 발효공정으로 제조하고 있다. 발효 공정에서, 중성 및 산성 아미노산의 부산물로 생성되므로, 이들 중성 및 산성 아미노산의 제거는 항상 염기성 아미노산 제조에 있어서는 큰 문제였으며, 이러한 분리/제거는 지금까지는 일반적으로 강산성 양이온 교환 수지를 사용하여 수행해 왔다.
이 이온 교환 수지 방법의 문제점은 염기성 아미노산의 수율과 중성 및 산성 아미노산의 제거 비율 사이의 균형 문제이다. 공업적 제조에 있어서, 수율상의 감소를 피해야 하므로, 이온 교환 수지 처리액은 불가피하게 그러한 중성 및 산성 아미노산으로 오염되며, 그러한 아미노산들은 이온 교환 수지 처리액으로부터 염기성 아미노산 결정을 회수함에 있어 문제의 요인이 되어 왔다.
본 발명은 이온 교환 수지 단계가 간단하며 중성 및 산성 아미노산을 분리하고 제거할 수 있는 방법에 관한 것이며, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
염기성 아미노산-함유액은 리신, 아르기닌, 오르니틴, 히스티딘 등을 함유하는 액이며, 그들이 예로는 이들 아미노산의 발효액, 이들 염기성 아미노산이 분리되는 중간 공정액, 콩 단백질등과 같은 단백질의 가수분해액, 이들 염기성 아미노산이 분리되는 중간 공정액이 포함된다. 염기성 아미노산이 분리되는 중간 액의 예로는 멸균 발효액, 조결정 용해액, 결정화 모액 등이 포함된다.
강산성 양이온 교환 수지는 통상의 시판제품, 예를들어 도웩스(Dowex) HCR-W2, 듀올리트(Duolite) C-20, 다이아이온(Diaion) SK-1B, 앰버리트(Amberlite) IR-120(모두는 상품명)등일 수 있다. 그들은 NH4.Na등과 같은 염 형태일 수 있거나, 유리형태일 수 있다.
흡착은 염기성 아이노산-함유액을, 상기 염기성 아미노산이 2가 양이온 형태로 존재할 수 있는 pH에서, 강산성 양이온 교환 수지와 접촉시킴으로써 수행한다. 이 pH는 염기성 아이노산의 종류에 따라 달라지지만, 일반적으로 약 4보다 높지는 않다. 리신의 경우, pH는 4.0보다 높지는 않다. 약 1 내지 2.5의 pH가 흡착되는 양의 견지에서 특히 바람직하다. 염(salt)형 이온 교환 수지가 사용되는 경우, 출발 액을 상기 pH로 조절하여 이온 교환 수지층에 제공할 수 있지만, 유리(free)형을 함유하는 이온 교환 수지 층을 통과시키는 경우, 출발 액에 대한 최적 pH는 더 높은데, 그 이유는 수소 이온이 흡착에 의해 방출되기 때문이다. 이온 교환 수지가 모두 유리형으로 존재하는 경우, 예를들어, 리신 발효액에 대한 최적 pH는 약 pH 4 내지 6이다.
염기성 아미노산이 흡착된 이온교환 수지를, 염기성 아미노산이 2가 양이온 형태를 존재하지 않고 1가 양이온 형태로 존재할 수 있는 pH에서, 상기 염기성 아미노산 및 중성 아미노산 또는 산성 아미노산을 함유하는 액과 접촉시킨다. 중성 아미노산 및 산성 아미노산은 단백질을 구성하는 것으로서, 예를들어 글리신, 알라닌, 발린, 트레오닌, 글루탐산, 아스파프트산 등이다. 암모늄, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등과 같은 무기 이온은 흡착된 염기성 아미노산을 용출시키므로, 이들 무기 이온은 함유되어 있지 않는 것이 바람직하다. 그러한 액의 예로는, 중성 아미노산 및 산성 아미노산이 용출되어 있고, 염기성 아미노산 발효액 또는 염기성 아미노산이 분리되는 중간 공정액을 강 산성 양이온 교환 수지층에 통과시켜 상기 염기성 아미노산을 흡착시킨 후 알칼리를 상기 이온 교환수지층에 통과시킴으로써 수득된 액분획(fraction) ; 및 상기 무기 이온을 거의 함유하지 않은 결정화 모액이 포함된다. 이 경우, 중성 아미노산 및 산성 아미노산이 용출된 액 분획을 지표로서, 예를들어, pH, 비중, 굴절률 등을 사용하여, 분리 및 회수할 수 있으나, 분리 및 회수 단계에서 이 지표의 값이 출발 액등의 성질등에 따라 달라지므로, 예비 실험을 수행하여 이 지표의 값을 측정함이 필수적이다. 분리 및 회수 시간은 중성 및 산성 아미노산이 충분히 용출된 경우 중요하지 않으며, 다음 단계에 역작용을 일으키지 않을 정도의 그의 이동은 허용될 수 있다. 암모니아 수를 단독으로 또는 용출제를 암모늄 염을 더 함유하는 형태로 사용하여, 용출액을 농축시켜 암모니아를 증발시킨 다음, 산을 가하여 pH를 조절하고 필요한 경우, 예를들어 농축, 냉각 및 유기 용매를 가하여 결정화시켜 모액을 수득하는데, 일반적으로 결정화 모액은 무기 이온을 거의 함유하지 않는다.
염기성 아미노산이 2가 양이온 형태로 존재하지 않고 1가 양이온 형태로 존재할 수 있는 pH가 염기성 아미노산의 종류에 따라 달라지며, 예를들어, 리신인 경우, pH는 4.0 내지 10.0이다. 그러한 pH에서 접촉시킴에 의해, 2가 양이온 흡착된 염기성 아미노산을 1가 양이온으로 전환시키고, 그 결과, 이온 교환 수지는 염기성 아미노산을 새로이 흡착할 수 있다. 한편, 그러한 pH 범위에서, 중성 및 산성 아미노산은 전적으로 중성 형태 또는 음이온 형태로 존재하므로, 그들은 강 산성 양이온 교환 수지에 흡착될 수 없다. 더우기, 이미 이온 교환 수지에 흡착된 중성 및 산성 아미노 산도 이온 교환 수지로 부터 이탈되므로, 이 단계의 마지막에 이온교환 수지에 흡착된 아미노 산은 주로 염기성 아미노산으로 이루어진다. 통과될 용출제의 양이, 염기성 아미노산이 떨어져 나오지 않는 범위내 이어야 한다는 것은 말할 필요도 없다. 무기 이온-함유 액을 사용하는 경우, 염기성 아미노산이 떨어져 나오는 경향이 있어 안정하게 통과될 수 있는 용출제의 양은 훨씬 감소한다.
용출제로, 통상적인 자라면 하기와 같은 것을 사용할 수 있는데, 예를들어, 암모니아수, 수산화나트륨 수용액, 또는 염화암모늄, 염화나트륨 등을 더 함유하는 이들 용액을 약 0.5 내지 5N 농동로 사용한다.
용출액으로 부터 염기성 아미노산의 분리는 통상의 방식으로 수행할 수 있다. 예를들어, 암모니아 수를 용출제로 사용하는 경우, 암모니아를 농축 증발시킨 다음, 염산을 가하여 pH를 조절하고 필요한 경우, 추가로 농축 및 연이어서 냉가시켜 결정화를 유도하여, 결정을 수득할 수 있다.
본 발명의 방법에서, 용출액의 염기성 아미노산 순도가 높으므로, 후속의 결정화 단계에서 결정의 성장은 우수하고, 더우기, 고순도의 결정이 쉽게 수득될 수 있다. 더우기, 용출액의 염기성 아미노산의 농도가 증가하므로, 농축에 요구되는 에너지를 절약할 수 있다. 특히, 연속-컬럼 흡착 및 연속-컬럼 용출을, 출발 물질로 염기성 아미노산 발효액을 사용하고 대다수의 이온 교환 수지 컬럼을 사용하여 수행하는 경우, 중성 및 산성 아미노산의 용출액 분획은 연속 작업에 쉽게 혼입시킬 수 있다.
[실시예 1]
주로 사탕 무우 당밀(beet molasses)로부터 출발시킨 리신 발효액을, 미생물 세포를 제거하고 pH 2로 조절한 후 시료액으로 사용한다. 시료액중의 리신 농도는 리신 염산염으로 계산한 결과 5.0g/dl이다(하기에서는 리신 양은 리신 염산염 양으로 계산한다).
수지는 두 컬럼을 연결시키고, 각각을 연속적으로 다이아이온 SK-1B(상품명)의 NH4 +형태 1ℓ로 채운 다음 분당 20ml의 속도로 첫번째 컬럼의 상단으로 부터 시료액 2ℓ를 통과시켜 작동시킨다. 그런 후, 첫번째 컬럼으로부터 순수한 물 1.5ℓ로 세척한다. 이어서, 첫번째 컬럼을 분리하고, 세번째 컬럼을 두번째 컬럼에 연결시켜, 유사한 방식으로 작동시킨다.
첫번째 컬럼을 통과시켜 분당 20ml의 속도로 2N 암모니아 2ℓ로 용출시키고, 순수한 물 2ℓ로 더 세척한다. 리신을 8g/dl 또는 그 이상의 농도로 함유하는 용출액 분획을 수거하고, 더 적은 농도로 함유하는 용출액을 두번째 컬럼에 통과시킨 다음, 순수한 물 1.5ℓ로 세척한다.
유사한 수지 작동을 10회 반복한다.
본 발명의 효과를 확인하기 위해, 대조용으로, 통상의 수지 작동법, 즉, 용출액을 모두 수거하여 흡착단계에 재사용하지 않는 수지 작동법을 10회 수행한다. 당 값이 1 이하인 용출액의 말단 부분을 제거한다.
10회째 수행한 후 수거한 용출액의 특성을 표 1에 나타낸다(질소 순도는 원소 분석에 의해 측정한 바 유기 질소에서 리신-유도 질소의 부분이다).
[표 1]
Figure kpo00001
수지 단계에서 리신의 수율은 어느 방법으로도 약 98%이다.
[실시예 2]
주로 사탕 수수 당밀(Cane molasses)로 부터 출발시킨 아르기닌 발효액을, 미생물 세포를 제거하고 pH2로 조절한 후 시료액으로 사용한다. 시료액에서 아르기닌 농도는 4.0g/dl이다. 그런 후, 실시예 1에서의 시료액의 양을 2ℓ에서 3ℓ로 바꾸고, 2N 암모니아 2ℓ의 양을 1N 암모니아 6ℓ로 바꾼 것을 제외하고는 실시예 1에서와 유사한 방식으로 처리하면, 수거된 아르기닌 농도는 2.5g/dl 이상이다. 10회째 수행한 후 수거한 용출액의 특성은 표 Ⅱ에 나타낸다(질소순도는 원소분석으로 측정한바 유기 질소에서 아르기닌-유도 질소의 부분이다).
[표 2]
Figure kpo00002
수지 단계에서 아르기닌의 수율은 어느 방법으로도 약 94%이다.
[실시예 3]
실시예 1에서의 통상의 방법의 용출액을 수거하여, 농축한 다음, 염산을 가하여 pH 5로 조절하여, 더 농축시키고, 냉각시켜, 결정을 분리하여 모액을 제조한다. 결정화의 비율은 약 50%이다. 모액은 34.2g/dl의 리신 농도 및 72.1%의 질소 순도를 갖는다.
실시예 1에서와 동일한 시료액 4리터 부분 두개를 두개의 컬럼에 통과시키고, 각각을 각각 분당 40ml의 속도로 다이아이온 SK-1B(상품명)의 NH4 +형태 1ℓ로 채우고, 각각 순수한 물 1.5ℓ로 세척한다.
하나의 수지는 그대로 놔두고 다른 수지는 모액의 5배 희석액에 통과시켜, 순수한 물 1ℓ로 세척한 다음, 2N 암모니아 2ℓ로 용출시키고 순수한 물 2ℓ로 세척한다.
당 값 1 이하를 갖는 각 용출액의 말단 부분을 제거한다.
결과를 표 Ⅲ에 나타낸다.
[표 3]
Figure kpo00003

Claims (3)

  1. 염기성 아미노산-함유액을, 상기 염기성 아미노산이 2가 양이온 형태로 존재할 수 있는 pH에서, 강산성 양이온 교환 수지와 접촉시켜 적어도 염기성 아미노산 부분을 2가 양이온 형태로 흡착시킨 후, 상기 이온 교환 수지를, 염기성 아미노산이 2가 양이온 형태로 존재하지 않고 1가 양이온 형태로 존재할 수 있는 pH에서, 상기 염기성 아미노산 및 중성 아미노산 또는 산성 아미노산을 함유하는 액과 접촉시키고, 계속해서 용출제를 상기 이온 교환 수지에 통과시켜 염기성 아미노산을 용출시키고, 용출액으로부터 염기성 아미노산을 분리 및 회수함을 특징으로 하여, 염기성 아미노산을 분리하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 염기성 아미노산-함유액이 염기성 아미노산 발효액 또는 염기성 아미노산이 분리되는 중간 공정액이고, 상기 염기성 아미노산 및 중성 아미노산 또는 산성 아미노산을 함유하는 액이 무기 양이온을 거의 함유하지 않는 액인 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 염기성 아미노산 및 중성 아미노산 또는 산성 아미노산을 함유하고 무기 양이온을 거의 함유하지 않는 액이, 중성 아미노산 및 산성 아미노산이 용출되어 있고, 염기성 아미노산 발효액 또는 염기성 아미노산이 분리되는 중간 공정액을 강 산성 양이온 교환 수지층에 통과시켜 상기 염기성 아미노산을 흡착시킨 후 알칼리를 상기 이온 교환 수지층에 통과시킴으로써 수득된 액 분획이거나, 또는 무기 양이온을 거의 함유하지 않는 결정화 모액인 방법.
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