(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-08-04
(54)【発明の名称】生物工学的方法により製造された脂肪族ジカルボン酸の精製
(51)【国際特許分類】
C12P 7/44 20060101AFI20230728BHJP
C12R 1/72 20060101ALN20230728BHJP
【FI】
C12P7/44
C12R1:72
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023502598
(86)(22)【出願日】2021-07-14
(85)【翻訳文提出日】2023-03-08
(86)【国際出願番号】 IB2021056334
(87)【国際公開番号】W WO2022013767
(87)【国際公開日】2022-01-20
(31)【優先権主張番号】102020000017368
(32)【優先日】2020-07-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】513257605
【氏名又は名称】ラディチ キミカ ソシエタ ペル アチオニ
(74)【代理人】
【識別番号】110000109
【氏名又は名称】弁理士法人特許事務所サイクス
(72)【発明者】
【氏名】マエザーニ クリスティアーノ
(72)【発明者】
【氏名】アッコリンティ パスクヮーレ
(72)【発明者】
【氏名】アリーニ ステファノ
【テーマコード(参考)】
4B064
【Fターム(参考)】
4B064AD09
4B064AD19
4B064CA05
4B064CC15
4B064CD07
4B064CE03
4B064CE06
4B064CE15
4B064CE20
4B064DA16
(57)【要約】
生物工学的方法によって得られる飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸またはその混合物の精製方法が記載される。この精製方法は、(a)発酵培養液から細胞および/または細胞残渣を除去すること;(b)発酵培養液のpHを低下させて飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸を析出させ、およびそれらを培養液から分離すること;(c)1種以上の飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸および不純物を含むステップ(b)で得られた粗混合物を、45~68重量%の濃度の硝酸の酸化溶液中に60~100℃の温度で0.1~4時間溶解させること;(d)ステップ(c)の酸化溶液から飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸を回収すること;(e)60~100℃の温度で活性炭を含む水性混合物中に飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸を再溶解させること;(f)水性混合物から飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸を回収すること、を含む。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発酵培養液から得られる、4~18の間の数の炭素原子を有する飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸またはそれらの混合物の、下記工程を含む精製方法:
(a) 発酵培養液から細胞および/または細胞残渣を除去すること;
(b) 発酵培養液のpHを低下させて飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸を析出させ、およびそれらを培養液から分離すること;
(c) 1種以上の飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸および不純物を含むステップ(b)で得られた粗混合物を、45~68重量%の濃度の硝酸の酸化溶液中に60~100℃の温度で0.1~4時間溶解させること;
(d) ステップ(c)の酸化溶液から飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸を回収すること;
(e) 60~100℃の温度で活性炭を含む水性混合物中に飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸を再溶解させること;
(f) 水性混合物から飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸を回収すること。
【請求項2】
前記飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸が、6~12の炭素原子数を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記酸が、アジピン酸、ドデカン二酸およびアジピン酸とスベリン酸との混合物から選択される、請求項2に記載の方法。
【請求項4】
ステップ(a)が、遠心分離および/または膜濾過によって行われる、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。
【請求項5】
ステップ(b)において、20~60℃の温度に操作しながら、強鉱酸を用いてpHを1.5~3の値にする、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
【請求項6】
ステップ(b)において、多重効用蒸発器システムおよび/または逆浸透システムを使用して培養液が2~10倍に濃縮される、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項7】
ステップ(c)において使用される硝酸水溶液が、50~65重量%の濃度を有する、請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。
【請求項8】
ステップ(c)において、ステップ(b)で得られたジカルボン酸を、結果として得られる溶液中の濃度が1~40重量%となるような量で硝酸溶液に添加する、請求項1~7のいずれか1項に記載の方法。
【請求項9】
ステップ(c)が、70~90℃の温度で0.5~3時間実施される、請求項1~8のいずれか1項に記載の方法。
【請求項10】
ステップ(d)が、酸化混合物中に存在するジカルボン酸の結晶化、およびその後の遠心分離または濾過による混合物からの結晶の分離によって実施される、請求項1~9のいずれか1項に記載の方法。
【請求項11】
ステップ(e)が70~90℃の温度で実施され、ステップ(d)で回収されたジカルボン酸結晶が、処理されるジカルボン酸1kg当たり0.5~50gの量で、水中に、または懸濁液中に粉末活性炭を含む水性混合物中に溶解され、ここで、水性混合物が、第一級、第二級または第三級アルコール、ケトンおよびエステルから選択される少なくとも第二成分を含む、請求項1~10のいずれか1項に記載の方法。
【請求項12】
ステップ(f)が結晶化によって行われる、請求項1~11のいずれか1項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、生物工学的方法によって得られる飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸の精製方法に関する。
【背景技術】
【0002】
技術水準
飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸は、二官能性であることから、ポリアミド、ポリエステル、およびポリウレタンなどのポリマーの製造においてモノマーとして広く使用されているため、工業的レベルで極めて重要な化合物である。
【0003】
ポリアミドの製造はおそらく、出発モノマー:不純物(例えば、単官能性または多官能性化合物、発色団、または熱不安定性化合物)の純度に最大限の注意を必要とする用途であり、微量レベルで存在する場合であっても、重合をブロックし、ポリマー鎖における分岐をもたらし、またはより一般的には、ポリアミドの下流の用途を制限し得る。モノマーの純度要件は、意図されるポリアミドの使用が繊維分野である場合に特に高い(繊維部門での使用の純度要件を満たす製品が「繊維グレード」と定義される)。
【0004】
飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸は一般に、石油誘導体から出発して従来の技術で製造され、化合物の比較的単純な混合物がもたらされ、通常、所望の酸が大部分の化合物である。次いで、これらの混合物は、これらの単純な混合物に対して効果的であるように開発され最適化された精製方法に供される。
【0005】
しかしながら、近年、化学工業は、この再生不可能な供給源への依存を減らし、かつ環境および安全の観点からより持続可能で利用可能な方法および製品を得るために、石油由来のものに代わる生産を絶えず求めている。
【0006】
生物工学の発展により、代替供給源、例えば、糖、脂肪酸、植物油、動物性脂肪などの再生可能供給源、または異なる連鎖長のパラフィンなどの非再生可能供給源から、直鎖脂肪族ジカルボン酸を含む化合物を製造することが可能になった。しかしながら、このようにして得られるモノマーの化学的品質は、ポリアミド、特に繊維用途のためのナイロンの製造におけるそれらの広範な使用を可能にするには十分に高くなく、したがって、それらの用途を、ほとんどもっぱらプラスチック材料分野のための物品を意図したポリマーの製造に限定する。主な問題は、使用される原材料および/または適用される発酵プロセスの生物学的性質に関連し、最終製品に淡黄色から茶色の色と不快なにおいを与える傾向がある発色性物質と揮発性物質の蓄積の原因となっている。
【0007】
発酵プロセスの下流で得られる生成物の取得は、2つのマクロ段階を介して行われる:第1のマクロ段階(一般に抽出と称される)は、発酵培養液から目的の生成物を回収することを目的とし、第2のマクロ段階(一般に精製と称される)は、未加工生成物が市場で必要とされる純度に達するまでの一連の単一の操作からなる。
【0008】
第1段階における典型的な操作は、細胞残屑の破壊および除去(軟凝集、低温殺菌、遠心分離、濾過など)、ならびに未加工形態での生成物の回収(酸性化、析出、液体での抽出など)に関するものであり、第2段階では代わりに生成物の精製(結晶化、蒸留、樹脂および活性炭の通路、クロマトグラフィー、液体-液体抽出など)および仕上げ(所望の結晶構造を与える結晶化、乾燥、凍結乾燥、滅菌など)に関するものである。この段階の操作は一般に最も複雑な操作であり、発酵の下流で目的の化合物を得る方法の最も重要な部分を構成する。
【0009】
これらの2つのマクロ段階のうち前者(未加工生成物回収)は、いくつかの特許公報に記載されている。
【0010】
米国特許第5,034,105号明細書には、電気透析により、細胞および破片の分離後、発酵培養液から脱プロトン化コハク酸を回収する方法が記載されている:ここでは、電気エネルギーおよびイオン選択膜を使用して、コハク酸ナトリウムをその酸形態に戻し、同時に、pH制御のための発酵中に使用された水酸化ナトリウムを回収する。この方法は、強鉱酸による中和を必要とせず、廃塩を生じないという利点を有する。しかしながら、電気の使用は、無視できないエネルギー消費につながり、これはプロセスコストを増加させる。さらに、膜は、特に高濃度の有機物質で作業する場合、汚れ、したがってそれらの効率が著しく低下し、同じ膜の連続洗浄または交換が必要となる傾向がある。
【0011】
米国特許第6,288,275号明細書B1には、細胞残屑を事前に分離することなく、発酵槽から直接的に長鎖ジカルボン酸(>C12)を得ることができる技術が記載されている。この方法によれば、発酵培養液は、強鉱酸を添加することによって2未満のpH値にされ、次いで、60~105℃の温度で2時間まで維持される。3つの非混和性相は、デカンテーションによって形成される:対象の化合物を含有する上層の有機相、中央にある水相、および細胞残屑からなる容器底部の固相。水に不溶な有機溶媒の添加は、ジカルボン酸が溶解する有機相の形成に有利であり得、培養液から分離されると、この相は最終精製に送られる。この文献の方法は培養液を高温に長時間曝露し、それが著しく黄変して、回収された酸の品質が必然的に悪化する可能性がある。
【0012】
次に、第2のマクロ相(生成物の精製および仕上げ)は、様々な特許公報に記載されている。
【0013】
国際公開第2011/082378号A2の国際特許出願には、イオン交換樹脂による第1のコハク酸精製工程に関する方法が記載されている。この方法によれば、細胞および細胞残屑を上流に取り除いた後、カチオン交換樹脂上を通過させることにより、発酵により得られたコハク酸アンモニウムを酸形態に戻すと同時に無機塩から分離することができる。あるいは、アニオン交換樹脂を使用して、コハク酸塩を保持し、後に酸で再生することによってコハク酸塩を回収することができる。次いで、このようにして得られた酸をさらなる精製に送って、必要な最終純度を得る。しかしながら、イオン交換樹脂の集中的な使用は、床再生工程における大量の溶離剤消費を必要とし、特別な方法で処理すべき大量の廃棄物を形成してしまう。さらに、樹脂交換容量は時間とともに徐々に減少し、再生をより頻繁にする必要性(廃棄物の生成量の増加を伴う)または完全な交換(プロセス変動コストの増加を伴う)につながる。
【0014】
米国特許出願公開第2015/0344397号明細書には、予め微細濾過/限外濾過しかつ濃H2SO4で酸性化した発酵培養液からコハク酸を精製するために、擬似移動床クロマトグラフィー(SMBC)を使用する方法が記載されている。しかしながら、所望の純度の最終製品を得るためには、(ナノ濾過、活性炭または吸着剤樹脂の使用などによる)さらなる精製が必要である。この技術の動作の化学物理的原理は、上述のものと同様であるので、同じ問題の影響を受ける。
【0015】
また、米国特許第8,729,298号明細書B2には、中長鎖(C9-C18)ジカルボン酸の精製および分離のための、疑似移動床クロマトグラフィー(SMBC)に基づく方法が記載されている。
【0016】
米国特許第9,517,996号明細書B2には、発酵によって生成される連鎖>C8を有するジカルボン酸の精製方法が記載されており、これは、本質的に、培養液のpHを下げて長鎖ジカルボン酸を析出させ、懸濁液を濾過して所望の固形分および細胞残渣を含まない水相を除去し、次いで、ジカルボン酸の混合物を、有機溶媒(好ましくは酢酸)中で1回以上の結晶化に供することからなる。しかしながら、溶媒として酢酸などのモノカルボン酸を使用すると、この化合物の痕跡が最終製品中に不純物として残存し、ジカルボン酸が使用される重合プロセスにおいて連鎖停止剤として作用し得るという問題が生じる。
【0017】
国際公開第2018/010057号A1の特許出願には、先の文献と同様の方法が記載されており、ここでは、酸が発酵培養液に添加され、そのpHが6未満の値にまで下げられ、これにより系の解乳化が生じ;得られた二相系が遠心分離され;そしてジカルボン酸が例えば濾過によって、それらを含有する相から最終的に単離される。
【0018】
最後に、中国特許出願公開第105712871号明細書Aの特許出願には、発酵培養液を酸性化前処理に供し、濃硫酸を系に添加し、不純物を除去するために活性炭を添加し、系を冷却して長鎖ジカルボン酸の結晶を析出させ、最終的に濾過によって後者を単離し、続いて洗浄および乾燥する工程を含む、長鎖ジカルボン酸の精製方法が記載されている。
【0019】
したがって、発酵培養液からジカルボン酸を回収するための当該技術分野において公知の全ての方法は、一連の物理的分離(濾過膜、結晶化、吸着樹脂などによる分離)および/またはイオン交換法に基づいており、これらは有効ではあるが、繊維グレードの最も重要な用途に適した生成物を得る目的を達成しない。
【0020】
本発明の目的は、生物工学的方法によって得られた飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸の精製方法であって、公知技術の方法に存在する欠陥を除外し、特に工業的規模で都合よく適用可能な方法を提供することである。
【発明の概要】
【0021】
これらの目的は本発明により達成され、本発明は、発酵培養液から得られる、4~18の間の数の炭素原子を有する飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸またはそれらの混合物の、下記工程を含む精製方法である:
(a) 発酵培養液から細胞および/または細胞残渣を除去すること;
(b) 発酵培養液のpHを低下させて飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸を析出させ、およびそれらを培養液から分離すること;
(c) 1種以上の飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸および不純物を含むステップ(b)で得られた粗混合物を、45~68重量%の濃度の硝酸の酸化溶液中に60~100℃の温度で0.1~4時間溶解させること;
(d) ステップ(c)の酸化溶液から飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸を回収すること;
(e) 活性炭を含む水性混合物中に飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸を再溶解させること;
(f) 水性混合物から飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸を回収すること。
【発明を実施するための形態】
【0022】
発明の詳細な説明
本発明は、4~18個、特に6~12個の炭素原子を有する飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸およびそれらの混合物の発酵培養液からの分離およびその後の精製に適用することができる。本発明での酸は直鎖であるので、カルボキシル官能基は必然的に炭素原子鎖のα位およびω位(すなわち、2つの末端位置)にある。したがって、本発明において注目するジカルボン酸は、コハク酸(C4)、グルタル酸(C5)、アジピン酸(C6)、ピメリン酸(C7)、スベリン酸(C8)、アゼライン酸(C9)、セバシン酸(C10)、ウンデカン二酸(C11)、ドデカン二酸(C12)、ブラシル酸(C13)、テトラデカン二酸(C14)、ペンタデカン酸(C15)、ヘキサデカン二酸(C16)、ヘプタデカン酸(C17)およびオクタデカン二酸(C18)である。これらの中で、本発明の目的のために特に興味深い酸は、アジピン酸、ドデカン二酸、またはアジピン酸とスベリン酸の混合物である。
【0023】
上述のジカルボン酸またはジカルボン酸の混合物は、生物工学的方法によって発酵槽中で製造され、この方法では化石源または再生可能源に由来し得る原材料が供給される。
【0024】
専ら物理的分離および精製方法に基づくほとんどの従来技術の方法とは異なり、本発明の方法は、発酵中に飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸と共に生成されかつ最終製品に黄色および臭気を与える細胞残渣および不純物が化学的に分解される処理を含む。
【0025】
簡潔にするために、飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸は、本明細書の残りの部分において単にジカルボン酸と称される。
【0026】
「細胞残渣」という用語は、本明細書では細胞残屑および生体分子、例えば、タンパク質、核酸、アミノ酸、炭水化物、ヌクレオチド、ペプチドなどを指す。
【0027】
本明細書および特許請求の範囲において、特に明記しない限り、溶液および混合物中の成分の量および溶液の濃度は、重量パーセントで示される。
【0028】
簡単にするために、以下の説明では別段の表示がない限り、1つのジカルボン酸を参照するが、プロセスステップに関するすべての表示はジカルボン酸混合物の場合にも同様に有効である。
【0029】
本発明の方法は、ステップ(a)~(f)を含む。
【0030】
ジカルボン酸は最初に、発酵培養液中にあり、これは、酵母、細菌、カビ、藻類、特に遺伝子改変酵母など、供給された原材料を所望の生成物に変換することができる微生物によって生成されたものである。発酵プロセスの終わりには、発酵培養液は、これらの微生物に加えて、細胞残渣、糖、植物油残渣、C12~C20の範囲の可変長さを有する動物脂肪または脂肪酸、および不飽和または任意の他の官能基を有するジカルボン酸を含有し得る。
【0031】
ジカルボン酸は、一塩形態または二塩形態で発酵培養液中に存在し、対イオンは、培養液中の化合物の析出を引き起こさないという条件で、任意の金属カチオンまたはアンモニウムイオンであり得る。一般に、ジカルボン酸に関連するカチオンはアンモニウムイオンである。ジカルボン酸の一塩形態または二塩形態の存在は、発酵が行われるpHに依存する。これらの形態の高い溶解性を利用することによって、発酵培養液から、細胞および細胞残屑からなる固体部分を除去することが可能である。
【0032】
ステップ(a)において、培養液中に残っている可能性がある任意の細胞残渣および/または細胞は、公知の遠心分離および膜濾過プロセスまたはそれらの組み合わせを使用して、完全にまたは少なくとも部分的に除去される。発酵培養液は場合により、懸濁液の粘度を低下させるために、軟凝集または低温殺菌の作業に供することができる。細胞除去後、培養液は、タンパク質、炭水化物、核酸、二価塩などの他のより小さい細胞残渣を除去するために、例えば限外濾過膜およびナノ濾過膜などのより密なカットオフを有する膜、またはそれらの組み合わせでさらに濾過することができる。
【0033】
したがって、このようにして得られた発酵培養液は、細胞残渣および/もしくは細胞を含まない、または非常に少量の細胞残渣および/もしくは細胞を含み、使用される生物工学的発酵プロセスの性質に応じて、4~8の範囲のpHを有するジカルボン酸の一塩形態または二塩形態を溶液中に含有する。
【0034】
次のステップ(b)において、強カチオン性樹脂上を通過させることによってまたは強鉱酸、例えば塩酸、硝酸もしくは硫酸、好ましくは硝酸もしくは硫酸を追加することによって、培養液のpH値を1.5~3、好ましくは1.5~2の値まで低下させる;この追加は20~60℃、好ましくは30~40℃の温度で、一定の撹拌下で行うことができる。この酸性化は、混合物中に存在する全てのジカルボン酸をそれらの遊離二酸形態に変換する。pHを低下させると、水性媒体中での低い溶解度を有する長鎖および中長鎖ジカルボン酸(C8~C18)はほぼ完全に析出し、また、部分的に水溶性の中短鎖のジカルボン酸(C6およびC7)および偶数の炭素原子を有する短鎖の酸(C4)は部分的に析出し、一方、奇数の炭素原子を有する短鎖の酸(C5)は、非常に水溶性であるため溶液中に残存する。特に、25℃で5g/L未満の溶解性を有するジカルボン酸はほぼ完全に析出し、直接濾過して、目的生成物をほとんど全く含まない発酵培養液を除去することができる。一方、25℃で5g/Lを超える溶解性を有するジカルボン酸は部分的にしか析出しないため、多重効用蒸発器システムもしくは逆浸透システムまたは好ましくはこれらの2つのシステムの組み合わせを使用して、問題の酸の溶解性および濾過中に使用される水量に応じて、2~10倍に培養液を濃縮するプロセスが必要とされる。
【0035】
析出した固体は、残留発酵培養液から分離および除去され、中和によって生成されたアンモニウム塩の大部分、発色団、ならびにタンパク質、糖および核酸などの細胞残渣が残る。得られた固体は褐色を呈し、上述の全ての物質に富み、細胞濾過段階で除去されない任意の固体細胞残屑を含み、それは、本発明の方法の後続の工程に供することができる。
【0036】
ステップ(c)において、一般に固体形態の粗ジカルボン酸は、硝酸水溶液中に45~68重量%、好ましくは50~65重量%の濃度で溶解される。これらの濃度では、硝酸は強力な酸化剤となる。示された濃度よりも低い硝酸濃度は、低下した酸化作用を有するだけであり、一方、より高い濃度は、安全な条件で管理することが困難である。
【0037】
粗ジカルボン酸は、酸化混合物への溶解度に応じて、1~40%、好ましくは10~30%の濃度を有するような量で硝酸溶液に添加される。
【0038】
反応温度は60~100℃、好ましくは70~90℃である:60℃未満の温度は不純物を分解するのに非効率的であり、一方、100℃を超える値は反応器鋼の腐食をかなり加速し、硝酸の分解をもたらし、したがって、運転コストの増加をもたらす。
【0039】
反応時間は、0.1~4時間、好ましくは0.5~3時間の範囲であり得る。
【0040】
反応の酸化剤である硝酸は、一般に1つ以上の炭素-炭素二重結合を有する有機分子であって、多くの場合共役二重結合系で可視および低紫外線における光放射の吸収に関与する全ての分子(発色性不純物)を攻撃することができる。この薬剤はまた、タンパク質、核酸、および他の生物学的高分子など、発酵から残されたすべての細胞残渣を加水分解/酸化する。しかしながら、酸化剤は、混合物中のジカルボン酸を変化させずに残す。これは、鎖末端炭素はすでに有機化合物における最大酸化状態にある一方で、鎖の中心にあるもの(二重結合および他の官能基を含まない)はこの処理条件で酸化されないためである。
【0041】
酸化処理は、不連続的および連続的の両方で行うことができ、後者の場合、使用される反応器は接触時間が保証されるならば、連続流撹拌タンク反応器(CSTRとして当該分野で知られている)またはプラグフロー反応器(またはPFR)を用いることができ、好ましくは、反応器は連続混合またはバッチ混合できるものである。プロセスガスは、冷却水やNaOH、KOH、Ba(OH)2等の水溶液のようなアルカリ水溶液をガス流に対して向流で供給するなど、周知技術を用いて吸着カラム内で減速される。
【0042】
本方法のステップ(d)では、目的のジカルボン酸を酸化溶液から回収する。
【0043】
使用される技術は、結晶化、好ましくは冷却による結晶化であり得る。ジカルボン酸を含有する酸化混合物は、問題のジカルボン酸の溶解度に応じて、10~40℃、好ましくは20~30℃の温度に達するまで徐々に冷却される。一定の過飽和レベルを維持するために、冷却は、初期部分ではより遅く、最終部分ではより速くなければならない。得られた結晶は、遠心分離機、ドラムフィルター、プレスフィルターなどの周知の化学工学的技術を用いて結晶化母液から分離される。好ましくは、固体物は遠心分離によって回収される。
【0044】
続いて、固体ジカルボン酸を脱塩水で洗浄して、結晶間に残存する酸化剤を除去する。母液をパージし、酸化反応器中で再度使用するために新鮮な酸化剤を補充することができる。
【0045】
本方法の次ステップ(e)は、酸化処理に由来する微量の母液および不純物をジカルボン酸結晶から除去する役割を果たす。これらの不純物は一般に、ジカルボン酸およびそれを用いて生成されるポリマーの(望ましくない)着色の原因となるので、この処理は「漂白」とも呼ばれる。
【0046】
このステップにおいて、ステップ(d)から得られるジカルボン酸は、水または懸濁活性炭を含む水性混合物中に再溶解される。用語「水性混合物」は、少なくとも50%の水からなる任意の溶液を示すために使用される。
【0047】
湿潤結晶を水性混合物に溶解し、1~40%、好ましくは10~30%のジカルボン酸を含有する溶液を形成する。水性混合物が使用される場合、これは好ましくは水および有機溶媒からなり、その量は全ての処理温度(20~100℃)で水に可溶であるように注意深く選択されるべきである。有機溶媒の中で、第一級、第二級および第三級アルコール、例えばエタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、tert-ブタノールおよび2-ブタノール;ケトン、例えばアセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン;またはエステル、例えば酢酸エチルを使用することができる。溶媒の種類および重量パーセントは、処理温度および活性炭でのジカルボン酸に対する溶媒の可能な反応性を最小限にするために注意深く選択されるべきであり、十分に高い沸点であり、20~40℃の温度でジカルボン酸の低い溶解性およびこのパラメータが増加することにつれてジカルボン酸の高い溶解性を保証するものでなければならない。
【0048】
7以下の数の炭素原子を有するジカルボン酸の場合、活性炭を含む処理溶液にジカルボン酸を溶解するには、高温の水単独の使用で十分である。8以上の数の炭素原子を有するジカルボン酸の場合、溶液にジカルボン酸を溶解しかつ漂白処理を行うことができるようにするために、0~50重量%の量の溶媒の使用が必須である。
【0049】
この処理は、60~100℃、好ましくは70~90℃の温度で行われる。この処理は、活性炭、好ましくは粉末形態のものを用いて、撹拌懸濁液を形成することによって実施される。粉末活性炭を用いる場合、その量は0.5~50g、好ましくは処理すべきジカルボン酸1kg当たり1~25gの範囲である。溶液/カーボンの接触時間は、0.25~2時間、好ましくは0.5~1.5時間の範囲である。本処理の終わりに、粉末活性炭は、化学プラント工学において公知の方法および装置に従って濾過され、精製された溶液は最終生成物回収ステップに送られる。
【0050】
最後に、本方法のステップ(f)において、脱色されたジカルボン酸は、好ましくは結晶化などの周知技術を用いて漂白処理溶液から回収される。
【0051】
混合物の性質、必要とされる粒径、および漂白処理溶液中のジカルボン酸の溶解性に応じて、結晶化は、冷却、蒸留、または真空下での断熱蒸留によって実施される。結晶化から得られた固体は、濾過されるか、または好ましくは遠心分離され、連続的または不連続的に、次いで、冷たい脱塩水で洗浄されて、結晶間に残存する母液が効果的に除去される。乾燥生成物が必要な場合、得られた固体を乾燥段階に送り、残留水分を除去することができる。有機溶媒を使用する場合は、不活性雰囲気中での乾燥が特に推奨される。本発明に記載される方法から得られるジカルボン酸は、化石源から合成される類似化合物に匹敵する光学特性を有し、したがって、例えば、繊維用途のポリアミド(ナイロン)の合成など、最も厳しい品質が要求される分野も含め、すべての応用分野に適している。
【0052】
本発明の方法は、実施例においてより明記されるように、ASTM D1209標準によって定義されるAPHAスケールで<15の値、および275nmにおける<300(x1000)の吸光度値によって特徴付けられる、高純度ジカルボン酸の取得を保証する。
【実施例】
【0053】
本発明は、以下の実施例によってさらに説明される。
【0054】
方法、器具および材料
G7115Aダイオードアレイ検出器およびG7162A屈折率を備えたアジレント1260インフィニティIIシリーズのHPLC機器を使用して、発酵培養液の組成物および実施例において処理されたジカルボン酸の最終純度を決定した。生成物の光学特性の決定には、アジレントCary60UV-Vis分光光度計を使用した。
【0055】
例1
第2世代の遺伝子改変酵母カンジダ・ビスワナチイ(Candida viswanathii)を用いて脂肪酸を発酵させることにより培養液を製造した。HPLCの分析測定によれば、培養液は、ジカルボン酸、特に80g/Lのアジピン酸と4.5g/Lのスベリン酸との混合物をアジピン酸モノアンモニウムおよびスベリン酸モノアンモニウムの形態で含むものである。細胞および他の固体を限外濾過/透析濾過(スパイラル巻回再生セルロース製のAlfa-Laval RC70PP限外濾過膜、2mmに相当する80ミルスペーサー、10kDaカットオフを使用)によって除去し、それぞれ一価塩形態の35.8g/Lのアジピン酸および1.96g/Lのスベリン酸の濃度を有し任意の細胞残屑を含まない清澄化培養液を生成し、この場合もHPLC分析によって決定した。1700gの培養液を、65重量%のHNO3(Radici Chimica SpA社製)で、1.8のpHに達するまで酸性化した。酸性化により、アジピン酸モノアンモニウムおよびスベリン酸モノアンモニウムが酸形態、すなわちアジピン酸およびスベリン酸に置換された。主生成物であるアジピン酸は、水に部分的に可溶性であるので、蒸留による培養液の7倍濃縮を、この化合物の25.1重量%濃度まで実施した。室温(20℃)に冷却すると、酸の大部分が析出し、結晶を濾過し、脱塩水で洗浄した。その後、これらを55%濃硝酸(Radici Chimica SpA社製)に溶解し、80℃にし、2時間撹拌し続けた。硝酸溶液中の湿潤固体の濃度は30重量%に等しかった。酸化の終わりに、混合物を25℃まで冷却することによって結晶化させ、次いで多孔質隔壁上で濾過した。得られた結晶を、湿潤結晶に対して重量で1:1の量の脱塩水で2回洗浄した。得られた湿潤生成物を引き続き水に再溶解し、85℃にし、それにより湿潤生成物に対してジカルボン酸の30重量%溶液を形成した。粉末活性炭(Ceca社製、その65質量%は<40μmの粒径を有する)を、ジカルボン酸混合物1kg当たり3.33gの炭素に等しい量で溶液に添加し、次いで、溶液を、60分間、一定の撹拌下に維持した。処理の終わりに、炭素をブフナー漏斗上で熱濾過し、固体を含まない溶液を20℃まで冷却することによって結晶化させた。多孔質隔壁を使用して結晶を母液から分離し、脱塩水で洗浄し、炉内で70℃で24時間乾燥させた。出発物質に対する全固形分としての回収収率(2つの酸の合計)は68.9%であり、得られた結晶は、HPLC測定によれば、96.4重量%のアジピン酸および3.3重量%のスベリン酸からなる組成を有していた(残りは残留水分である)。乾燥結晶を分光光度計で分析し、光学特性を測定した。7.66gの粉末を60gのアンモニア溶液に5重量%で溶解し、シリンジフィルターで注意深く濾過し、50mmの光路を有する石英キュベットを使用してアジレントCary60分光光度計で分析した。275nmでの吸光度x1000は117であり、390nmでのAPHA色は7.4であった。
【0056】
例2
例1に記載の同じ限外濾過培養液1900gを、同じ方法を用いて精製した。しかし、硝酸処理は、2時間ではなく30分間であった。2つの酸の回収収率は69.2%であり、HPLC測定によれば、得られた結晶は、97.14%がアジピン酸であり残りの部分がスベリン酸である組成を有していた。乾燥結晶を分光光度計で分析して、光学特性を測定した。7.66gの粉末を60gのアンモニア溶液に5重量%で溶解し、シリンジフィルターで注意深く濾過し、50mmの光路を有する石英キュベットを使用してアジレントCary60分光光度計で分析した。275nmでの吸光度x1000は107であり、390nmでのAPHA色は6.9であった。
【0057】
例3
例1に記載の同じ限外濾過培養液1600gを、同じ方法を用いて精製した。硝酸処理は、55重量%ではなく、65重量%の硝酸溶液を用いて行った。2つの酸の回収収率は64%であり、HPLC測定によれば、得られた結晶は、98.3%がアジピン酸であり残りの部分がスベリン酸である組成を有していた。乾燥結晶を分光光度計で分析して、光学特性を測定した。7.66gの粉末を60gのアンモニア溶液に5重量%で溶解し、シリンジフィルターで注意深く濾過し、50mmの光路を有する石英キュベットを使用してアジレントCary60分光光度計で分析した。275nmでの吸光度x1000は86であり、390nmでのAPHA色は5.2であった。
【0058】
例4
例1に記載の発酵培養液のサンプルを、細胞除去のために限外濾過/透析濾過し、その後、ナノ濾過/透析濾過し(SUEZ GE DL社製、ポリアミドTFC、スパイラル型、カットオフ150~300Da)、タンパク質および糖、二価塩、ならびに着色不純物の大部分などの生体高分子を除去した。HPLCで測定して、ナノ濾液中のアジピン酸濃度は31.57g/Lであり、スベリン酸の濃度は1.95g/Lであった。1900gのこの培養液を、例1に記載したのと同じ方法を用いて精製した。2つの酸の回収収率は61.7%であり、HPLC測定によれば、得られた結晶は、96.4%のアジピン酸および3.36%のスベリン酸(残りは水分である)からなる組成を有していた。乾燥結晶を分光光度計で分析して、光学特性を測定した。7.66gの粉末を60gのアンモニア溶液に5重量%で溶解し、シリンジフィルターで注意深く濾過し、50mmの光路を有する石英キュベットを使用してアジレントCary60分光光度計で分析した。275nmでの吸光度x1000は134であり、390nmでのAPHA色は5.4であった。
【0059】
例5
第2世代の遺伝子改変酵母カンジダ・ビスワナチイを用いて脂肪酸を発酵させることにより、HPLCの測定で、50g/Lのアジピン酸をモノアンモニウム塩の形態で含む培養液を製造した。発酵の最後に、1800gの培養液を遠心分離し、大部分の細胞および固形残渣を除去した。まだ少量の細胞固形物を含有する上述の発酵培養液を、例1で報告されたのと同じ方法を用いて精製した。生成物の回収収率は71.7%であり、HPLC測定によれば、得られた結晶は、99.7%のアジピン酸(残りは水分である)からなる組成を有していた。乾燥結晶を分光光度計で分析して、光学特性を測定した。7.66gの粉末を60gのアンモニア溶液に5重量%で溶解し、シリンジフィルターで注意深く濾過し、50mmの光路を有する石英キュベットを使用してアジレントCary60分光光度計で分析した。275nmでの吸光度x1000は84であり、390nmでのAPHA色は5.1であった。
【0060】
実施した試験で得られた結果をまとめた表を以下に報告する。
【0061】
【手続補正書】
【提出日】2023-03-14
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発酵培養液から得られる、4~18の間の数の炭素原子を有する飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸またはそれらの混合物の、下記工程を含む精製方法:
(a) 発酵培養液から細胞および/または細胞残渣を除去すること;
(b) 発酵培養液のpHを低下させて飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸を析出させ、およびそれらを培養液から分離
し、1種以上の飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸と不純物を含む粗混合物を得ること;
(c) 1種以上の飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸および不純物を含むステップ(b)で得られた粗混合物を、45~68重量%の濃度の硝酸の酸化溶液中に60~100℃の温度で0.1~4時間溶解させること;
(d) ステップ(c)の酸化溶液から飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸を回収すること;
(e) 60~100℃の温度で活性炭を含む水性混合物中に飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸を再溶解させること;
(f) 水性混合物から飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸を回収すること。
【請求項2】
前記飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸が、6~12の炭素原子数を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記酸が、アジピン酸、ドデカン二酸およびアジピン酸とスベリン酸との混合物から選択される、請求項2に記載の方法。
【請求項4】
ステップ(a)が、遠心分離および/または膜濾過によって行われる、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。
【請求項5】
ステップ(b)において、20~60℃の温度に操作しながら、強鉱酸を用いてpHを1.5~3の値にする、請求項
1に記載の方法。
【請求項6】
ステップ(b)において、多重効用蒸発器システムおよび/または逆浸透システムを使用して培養液が2~10倍に濃縮される、請求項
1に記載の方法。
【請求項7】
ステップ(c)において使用される硝酸水溶液が、50~65重量%の濃度を有する、請求項
1に記載の方法。
【請求項8】
ステップ(c)において、
1種以上の飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸と不純物を含むステップ(b)で得られた粗混合物を、結果として得られる溶液中の濃度が1~40重量%となるような量で硝酸溶液に添加する、請求項
1に記載の方法。
【請求項9】
ステップ(c)が、70~90℃の温度で0.5~3時間実施される、請求項
1に記載の方法。
【請求項10】
ステップ(d)が、酸化混合物中に存在するジカルボン酸の結晶化、およびその後の遠心分離または濾過による混合物からの結晶の分離によって実施される、請求項
1に記載の方法。
【請求項11】
ステップ(e)が70~90℃の温度で実施され、ステップ(d)で回収されたジカルボン酸結晶が、処理されるジカルボン酸1kg当たり0.5~50gの量で、水中に、または懸濁液中に粉末活性炭を含む水性混合物中に溶解され、ここで、水性混合物が、第一級、第二級または第三級アルコール、ケトンおよびエステルから選択される少なくとも第二成分を含む、請求項
1に記載の方法。
【請求項12】
ステップ(f)が結晶化によって行われる、請求項
1に記載の方法。
【国際調査報告】