説明

ミネラル添加と酸処理を用いてメチオニンの溶解度を増加させる方法

【課題】本発明は、メチオニンの溶解度効率を増進させる方法に関するものである。
【解決手段】さらに詳細には、適正な割合でミネラルと硫酸を添加することによってメチオニンの溶解度を向上させて水に対するメチオニンの低い溶解度限界を克服することによってメチオニンの溶解度を増加させる方法に関するものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、メチオニンの溶解効率を増加させる方法に関する。
【背景技術】
【0002】
メチオニンは、生体内の必須アミノ酸の一種類で、飼料および食品添加剤として広く使用され、医薬用として輸液剤、医薬品の合成原料としても使用される。メチオニンは、コリン(レシチン)とクレアチンのような化合物の前駆体として作用し、システインとタウリンの合成原料としても使われる。また、硫黄(sulfur)を提供する役割を果たす。S−アデノシル−メチオニン(S-adenosyl-methionine)は、L−メチオニンから由来し、生体内でメチル基を提供する役割を果たし、脳の様々な神経伝達物質(neurotransmitter)の合成に関連している。メチオニンおよび/またはS−アデノシル−L−メチオニン(SAM)は、生体内で肝と動脈において脂肪蓄積を抑制し、うつ病、炎症、肝疾患、筋肉痛を緩和するなどの様々な役割を果たす(Jeon BR et al.,J Hepatol.,2001 Mar;34(3):395-401)。
【0003】
メチオニンの化学合成は、主に、5−(β−メチルメルカプトエチル)−ヒダントイン(5-(β-methylmercaptoethyl)-hydantoin)の加水分解反応によってL−メチオニンを生産する方法を用いる。しかし、このような化学合成を介して生産されたメチオニンは、L型とD型が混合された形態で生産されるという短所がある。ゆえに本発明者らは、生物学的方法を用いてL−メチオニンを選択的に生産できる技術を開発して特許を出願したことがある(WO2008/013432)。この方法は、簡単に2段階の工法と命名した方法であり、発酵によるL−メチオニン前駆体生産工程、および前記L−メチオニン前駆体を酵素によってL−メチオニンに転換する工程から構成されている。前記のL−メチオニン前駆体は、好ましくはO−アセチルホモセリンとO−スクシニルホモセリンを含む。また、この方法はL−メチオニンのみを選択的に生産できてDL−メチオニンを同時に生産する既存の化学合成工程に比べて優れた工程であり、さらに、同様の反応を通じて副産物として有機酸、より具体的には、コハク酸または、酢酸を同時に生産できる非常に優れた工程である。前記の2段階工法で得られるL−メチオニンは、前駆体生産工程における微生物発酵液を含んでおり、一般的に水溶液形態で存在するようになる。
【0004】
この時、DL−メチオニン、またはL−メチオニンが水溶液内で示す溶解度は、一般的に5%(w/v)水準である。メチオニンを水溶液として利用しようとする場合、高濃度のメチオニン水溶液の製造が必要な場合があるが、メチオニンの低い溶解度のために高濃度のメチオニン水溶液の製造が不可能という短所がある。高濃度のメチオニン水溶液は、飼料などの用途に直接使用することができ、低濃度に対比して体積を減らすことができ、製剤変形および誘導体製造などの様々な用途に便利に利用することができる。
【0005】
メチオニンの溶解度を高めるための従来の方法として、ミネラルまたは酸処理のうち、いずれか一つを使用した方法は開示されたことがある。米国登録特許第5430164号には、ミネラルを用いてDL−メチオニンの溶解度を12%(w/v)まで高められることが開示されており、Dominik Fuchsらの論文では、酸処理を用いた場合、特別にpH2でDL−メチオニンの溶解度を18%(w/v)に高められることが開示されている(Dominik Fuchs,et al.,Ind. Eng.Chem. Res. 2006,45,6578-6584)。
【0006】
米国登録特許第5430164号に開示された方法は、ミネラルを用いてDL−メチオニンとキレート化(Chelation)をさせることによって溶解度を高める方法である。DL−メチオニンキレート化の場合、ミネラルとDL−メチオニンの1:1あるいは1:2のキレート錯体(Chelate complex)を形成する方法でL−メチオニンの溶解度を高めることができる。しかし、これは高濃度のDL−メチオニン溶解のためにミネラルの含有量も共に高まる短所がある。具体的には、最大50%メチオニン溶液1L製造を目的に使用されるミネラル使用量は、硫酸亜鉛(Zinc sulfate)3.35Mおよび塩化第二鉄(Ferric chloride)0.167〜0.569Mで、総計3.5〜3.9M程度(メチオニン溶液全体の39.6%〜49.6%)であった。比較的高価なミネラルの使用量が多い場合、原価に対する負担として作用するので、ミネラルの使用量を減らすことによって大量生産のための産業化に経済的な効果を奏することができる。一方、酸処理を用いてDL−メチオニンの溶解度を高めようとする方法は、製品の強酸性化などの問題点がある。
【0007】
そこで、本発明者らは、前記のような問題点を解決しようとして、ミネラル追加方法と酸処理方法を併行する場合、既存使用量の15%程度のミネラルを使用し、適正酸処理を介してメチオニンの溶解度を50%に極大化することができることを確認して本発明を完成した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明の目的は、ミネラルの使用量を最小化させ、メチオニンの溶解度を最大に増加させる方法およびこのような方法によってメチオニンの溶解度が増加されたメチオニン溶液を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記の目的を達成するために、本発明は、一つの態様として、メチオニンを含む溶液に一つ以上の2価金属イオンを含むミネラルを添加して反応させる第1の段階、および前記第1の段階によって収得された反応溶液に酸を処理する第2の段階を含むメチオニン溶液の溶解度を増加させる方法を提供する。
【0010】
他の一つの態様として、本発明は、前記の方法でメチオニンの溶解度が増加された高濃度メチオニン溶液を提供する。
【0011】
以下、本発明の構成を詳細に説明する。
本発明は、一つの態様として、メチオニンを含む溶液に一つ以上の2価金属イオンを含むミネラルを添加して反応させる第1の段階、および前記第1の段階によって収得された反応溶液に酸を処理する第2の段階を含むメチオニン溶液の溶解度を増加させる方法を提供する。
【0012】
本発明の技術的な特徴は、2価金属イオンを利用したキレート化(chelating)および酸処理によるpH低下の方法を複合的に使用し、既存の方法に比べて高濃度のメチオニン溶液を製造するための金属イオンの使用量を顕著に減らすということである。
【0013】
本発明の具体的な実施態様において、メチオニンを含む溶液は、DL−メチオニンまたはL−メチオニンを含む溶液であり得る。本発明のまた他の具体的な実施態様において、メチオニンを含む溶液は、発酵または酵素転換法で生産したL−メチオニンを含む溶液、またはこれを精製、濃縮または、乾燥工程を用いて製作されたL−メチオニン濃縮液を使用したり、またはL−メチオニン乾燥物を再溶解して使用することができ、この時、L−メチオニンの純度は10%から100%まであり得る。本発明の具体的な実施態様において、L−メチオニンは、従来特許文献である国際特許WO2008/013432号に明記されたように製作された微生物菌株を用いて発酵後、酵素転換反応を用いて生産したL−メチオニンを用いた。本発明の具体的な実施態様において、L−メチオニンは、前記の発酵後に酵素転換反応法を用いて生産した後、流動層顆粒機を用いて粉末顆粒形態の乾燥物として回収して使用し、粉末顆粒形態のL−メチオニンの純度は約60%であった。
【0014】
前記の発酵および酵素転換法で生産したL−メチオニンを含む溶液において、L−メチオニンの溶解度は35%まで向上させることができた。発酵および酵素転換法で生産したL−メチオニンを含む溶液には、L−メチオニン以外の不純物含量が高くて溶解度が90%以上の純度を有するメチオニンに対比して低いものと推定される。したがって、メチオニンの純度が高まることに応じてメチオニンの溶解度は、35%から50%まで向上させることができる。本発明の具体的な実施態様において、発酵および酵素転換法で生産したL−メチオニンから精製されて純度99%以上を確認したL−メチオニンを用いた場合、前記のシグマ(Sigma)社から購入した純度99%のL−メチオニンと同様の実験結果を示すことを確認した。
【0015】
本発明において、2価金属イオンは、Fe2+、Ca2+、Mg2+、Mn2+、Cu2+およびZn2+からなる群から選択され得、好ましくは、Fe2+、Mn2+およびZn2+からなる群から選択され得る。
【0016】
前記2価金属イオンを含むミネラルは、硫化鉄、硫化マンガンおよび硫化亜鉛からなる群から選択されるいずれか一つ以上を使用することができ、より好ましくは、分子量が少ないミネラルを使用することができる。前記のミネラルは、単独または2つ以上を混合して使用することができ、分子量が大きいミネラルおよび価格が高いミネラルの使用量を最小化することがより好ましい。前記ミネラルの使用量は、総メチオニン溶液体積の1〜10%であり、より好ましくは2〜8%、最も好ましくは3〜6%であり得る。
【0017】
本発明において、酸処理は、メチオニンを含む溶液に酸を、好ましくは0.01〜0.5Mになるように処理することができ、より好ましくは0.05〜0.4M、最も好ましくは0.1Mであり得る。本発明の具体的な実施例では0.1Mを使用した。本発明において、前記の酸として硫酸を使えるが、これに制限されない。
【0018】
本願発明の具体的な実施例では、様々な純度のメチオニンを対象に1.88%〜最大8.43%のミネラルを使用することによって、35〜50%のメチオニン溶液を製造することができた(表1参照)。また、前記ミネラルを単独で使用した場合よりも2つ以上を混合して使用した場合に、ミネラルの総投入量がさらに減ったことを確認した(表1参照)。このように、本発明は、必要なミネラルの量を最小化してメチオニンの溶解度を向上させた状態で、以後の酸処理を介して一般的に知られている水に対するメチオニンの溶解度を10倍程度以上に極大化させ得る。
【0019】
他の一つの態様として、本発明は前記方法でメチオニンの溶解度が増加された高濃度メチオニン溶液を提供する。
【0020】
前記のメチオニン溶液は、別の精製過程を経て精製された後、乾燥された粉末形態であるとか、水溶液に溶解している溶液状態であり得る。
【0021】
本発明によってミネラルを添加した後に再び酸処理する方法は、ミネラル添加または酸処理を個別的に行う従来の方法に比べて、ミネラルの過剰な使用および酸処理を介した製品の強酸性化の問題点なく、メチオニン溶解度を臨界的に向上させることができ、このように生産されたメチオニン溶液は、飼料および食品添加剤、医薬用および医薬品の原料などの多様な分野に広く使用することができる。
【発明の効果】
【0022】
本発明の方法でミネラルの使用量を最小化し、様々なミネラルを使用しながら高濃度のメチオニン溶液を製造することによって、前記高濃度メチオニン溶液は飼料などの用途に直接使用され得、低濃度に対比して体積を減らすことができ、メチオニン濃度が高いので製剤変形および誘導体製造などの様々な用途に便利に活用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】図1は、L−メチオニン溶解度を50%まで向上させるための本発明の方法の工程に関するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、実施例を介して本発明の構成および効果をより詳細に説明しようとする。これらの実施例は、ただ本発明を例示するためだけのものであり、本発明の範囲がこれらの実施例によって制限されるのではない。
【0025】
実施例1:硫化マンガンを用いた12%メチオニン溶液製造後の酸処理によるメチオニン50%溶液製造
一般的に常温でメチオニンの水に対する溶解度は、50〜55g/L程度と知られている。したがって、L−メチオニン(99%、シグマ、米国)を用いて50mLの水に2.5gを溶かしてL−メチオニン5%(50g/L)溶液を製造した。この溶液を70〜80℃で攪拌しながらL−メチオニン23.5mM(3.5g)を投入し、更に投入されたL−メチオニンと硫化マンガンがモル比で1:1になるように23.5mM(3.97g)を添加しながらL−メチオニン12%(120g/L)溶液を製造した。L−メチオニン結晶が完全に溶解されることを確認した後、常温で攪拌しながら前記の12%L−メチオニン溶液に更に過量のL−メチオニン約40gを添加した。この過程において98%硫酸(36.8N)をL−メチオニン溶液に0.1Mになるように添加して発熱反応を行った。発熱反応が終了した後にフィルタリングして溶解されず残存するL−メチオニン結晶を除去した後、L−メチオニンの濃度を測定した結果、50%(500g/L)溶液が製造された。L−メチオニン濃度確認はHPLCで行った。最初5%メチオニン溶液50mLがメチオニン溶解度を高める過程で添加された過量のメチオニン添加によって体積が増加し、最終収得した50%メチオニン溶液の体積は80mLになる。したがって、最終的に50%メチオニン溶液80mLを収得することになる。
【0026】
DL−メチオニン(99%、シグマ、米国)を使用して行った同一の実験においても同様の結果を確認した。
【0027】
実施例2:硫化亜鉛を用いた12%メチオニン溶液製造後の酸処理によるメチオニン50%溶液製造
前記実施例1でのように、5%のL−メチオニン溶液製造後に50mLを取って70〜80℃で攪拌しながらL−メチオニン23.5mM(3.5g)を投入し、更に投入されたL−メチオニンと硫化亜鉛がモル比で1:1になるように23.5mM(6.75g)を添加しながらL−メチオニン12%(120g/L)溶液を製造した。L−メチオニン結晶が完全に溶解されることを確認した後、常温で攪拌しながら前記の12%L−メチオニン溶液に更に過量のL−メチオニン約40g程度を添加した。この過程において、98%硫酸(36.8N)をL−メチオニン溶液に0.1Mになるように添加して発熱反応を行った。発熱反応が終了した後にフィルタリングして溶解せず残存するL−メチオニン結晶を除去した後、L−メチオニンの濃度を測定した結果、50%(500g/L)溶液が製造された。L−メチオニン濃度確認はHPLCで行った。
【0028】
最初5%メチオニン溶液50mLがメチオニン溶解度を高める過程で添加された過量のメチオニン添加によって体積が増加し、最終収得した50%メチオニン溶液の体積は80mLになる。したがって、最終的に50%メチオニン溶液80mLを収得することになる。
【0029】
DL−メチオニンを使用して行った同一の実験においても同様の結果を確認した。
【0030】
実施例3:硫化マンガン、硫化亜鉛、硫化鉄を用いた12%メチオニン溶液製造後の酸処理によるメチオニン51%、ミネラル3.75%溶液製造
前記実施例1でのように、5%のL−メチオニン溶液製造後、50mLを取って70〜80℃で攪拌しながらL−メチオニン23.5mM(3.5g)を投入し、更に硫化マンガン、硫化亜鉛、硫化鉄をそれぞれ1gずつ添加してL−メチオニン12%(120g/L)溶液を製造した。この過程において、それぞれのミネラルの投入量は、硫化マンガン5.92mM、硫化亜鉛3.48mM、硫化鉄2.5mMになる。L−メチオニン結晶が完全に溶解されることを確認した後、常温で攪拌しながら前記の12%L−メチオニン溶液に更に過量のL−メチオニン約40g程度を添加した。この過程において、98%硫酸(36.8N)をL−メチオニン溶液に0.1Mになるように添加して発熱反応を行った。発熱反応が終了された後にフィルタリングして溶解されず残存するL−メチオニン結晶を除去した後、L−メチオニンの濃度を測定した結果、50%(500g/L)、ミネラル3.75%の溶液が製造された。L−メチオニン濃度確認はHPLCで行った。
【0031】
最初5%メチオニン溶液50mLがメチオニン溶解度を高める過程で添加された過量のメチオニン添加によって体積が増加し、最終収得した50%メチオニン溶液の体積は80mLになる。したがって、最終的に50%メチオニン溶液80mLを収得することになる。
【0032】
DL−メチオニンを使用して行った同一の実験においても同様の結果を確認した。
【0033】
実施例4:硫化マンガン、硫化亜鉛、硫化鉄を用いた12%メチオニン溶液製造後の酸処理によるメチオニン50%、ミネラル1.88%溶液製造
前記実施例2でのように、5%のL−メチオニン溶液製造後、50mLを取って70〜80℃で攪拌しながらL−メチオニン23.5mM(3.5g)を投入し、更に硫化マンガン、硫化亜鉛、硫化鉄をそれぞれ0.5gずつ添加してL−メチオニン12%(120g/L)溶液を製造した。この過程において、それぞれのミネラルの投入量は、硫化マンガン2.96mM、硫化亜鉛1.74mM、硫化鉄1.25mMになる。L−メチオニン結晶が完全に溶解されることを確認した後、常温で攪拌しながら前記の12%L−メチオニン溶液に更に過量のL−メチオニン約40g程度を添加した。この過程において、98%硫酸(36.8N)をL−メチオニン溶液に0.1Mになるように添加して発熱反応を行った。発熱反応が終了された後にフィルタリングして溶解されず残存するL−メチオニン結晶を除去した後、L−メチオニン濃度を測定した結果、50%(500g/L)、ミネラル1.88%の溶液が製造された。L−メチオニン濃度確認はHPLCで行った。
【0034】
最初5%メチオニン溶液50mLがメチオニン溶解度を高める過程で添加された過量のメチオニン添加によって体積が増加し、最終収得した50%メチオニン溶液の体積は80mLになる。したがって、最終的に50%メチオニン溶液80mLを収得することになる。
【0035】
DL−メチオニンを使用して行った実験においても同様の結果を確認した。
【0036】
実施例5:発酵および転換反応を用いて生産したL−メチオニンを用いたL−メチオニン溶液製造
本実施例は、発酵を介して生産したO−アセチルホモセリンを酵素転換反応して製造したL−メチオニン粉末を使用して高濃度のL−メチオニンを製造する方法である。
【0037】
始めに、発酵を介して生産したO−アセチルホモセリンを酵素転換反応して製造したL−メチオニン溶液を製造した後、この溶液を流動層顆粒製造機を用いて乾燥し、顆粒L−メチオニンを製作した。顆粒L−メチオニン中のL−メチオニン含量は、HPLCを介して定量し、約60%の純度を示すことを確認した。前記L−メチオニン溶液の具体的な製造方法は、従来特許文献である国際特許WO2008/013432号に明記されている。
【0038】
L−メチオニン顆粒を定量してL−メチオニンの濃度が5%になるようにL−メチオニン溶液を製造した後、この溶液を50mLを取って70〜80℃で攪拌しながらL−メチオニン顆粒5.83gを投入し、更に硫化鉄5g(13mM)を添加しながらL−メチオニン12%(120g/L)溶液を製造した。顆粒L−メチオニン結晶が完全に溶解されることを確認した後、常温で攪拌しながら前記の12%L−メチオニン溶液に更に過量のL−メチオニン約67gを添加した。この過程において、98%硫酸(36.8N)をL−メチオニン溶液に0.1Mになるように添加して発熱反応を行った。発熱反応が終了した後にフィルタリングして溶解されず残存する顆粒L−メチオニン結晶を除去した後、L−メチオニンを測定した結果、35%(350g/L)溶液が80mL製造された。L−メチオニン濃度確認はHPLCで行った。この溶液の濃度が前記実施例の99%純度のL−メチオニンまたはDL−メチオニンに比べて低いことは、L−メチオニン顆粒中に40%で存在する不純物が共に溶液に溶解されることによってL−メチオニンの溶解を阻害したからであると推定される。
【0039】
これを確認するために、発酵および酵素転換法で生産した前記L−メチオニン溶液から純度99%以上のL−メチオニンを製作した。前記L−メチオニン溶液は、硫酸を用いてpH1.0に滴定した後に陽イオン交換樹脂に吸着し、アンモニア水を用いて溶離した。溶離液は、再び硫酸を用いてpHを7.0に滴定した後に熱を加えて2倍濃縮した。濃縮液に過量のメタノールを投入して結晶化を誘導し、形成された結晶を回収して乾燥した。乾燥結晶はHPLCを用いて含量を計算した。その結果、結晶の純度は99%以上と確認された。このような方法で回収したL−メチオニン結晶粉末を用いて前記実施例1から4の実験を同様に行った結果、前記実施例と同様に50%以上のメチオニン溶液を製造することができることを確認した。
【0040】
実施例6:実施例1〜5で使用されたミネラル量の比較
硫化マンガンの分子量は169.02g/mole、硫化亜鉛の分子量は287.53g/moleであり、硫化鉄の分子量は399.88g/moleで、実施例1〜5で使用した前記ミネラルの総量を比較した。
【0041】
【表1】

【0042】
その結果、表1に示したように、溶解度が35〜50%であるメチオニン溶液1Lを製造するために最終投入したミネラルの量は1〜10%以内で、極めて少ない量を必要とした。また、ミネラルを1種類用いた場合よりも2つ以上のミネラルを混合して使用した場合に使用量がさらに顕著に減ったことを確認した。
【0043】
これにより、米国登録特許第5430164号において、8〜50%のメチオニン溶液を製造するために使用した40〜50%のミネラル使用に比べて、顕著に減らしたことを確認することができた。ゆえに、本発明の方法がミネラル使用量を顕著に減らしながら、メチオニンの溶解度が増加した高濃度メチオニン溶液の製造に有用に使用され得ることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【0044】
以上、前記実施例を介して説明したように、本発明は、メチオニンを含む溶液にミネラルを添加してメチオニンの溶解度を向上させた後、再び酸処理を行うことによって一般的に知られている水に対するメチオニンの溶解度を10倍程度以上に極大化させ得る方法を提供することができるので、飼料、食品添加剤および医薬品産業上、非常に有用な発明である。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
メチオニンを含む溶液に一つ以上の2価金属イオンを含むミネラルを添加して反応させる第1の段階;および
前記第1の段階によって収得された反応溶液に酸を処理する第2の段階を含むメチオニンの溶解度を増加させる方法。
【請求項2】
前記2価金属イオンは、Fe2+、Ca2+、Mg2+、Mn2+、Cu2+およびZn2+からなる群から選択されるいずれか一つ以上である請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記2価金属イオンを含むミネラルは、硫化鉄、硫化マンガンおよび硫化亜鉛からなる群から選択されるいずれか一つ以上である請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記酸は、硫酸である請求項1に記載の方法。
【請求項5】
前記メチオニンは、DL−メチオニンまたはL−メチオニンである請求項1に記載の方法。
【請求項6】
前記メチオニンを含む溶液は、発酵または酵素転換法で生産したL−メチオニンを含む溶液である請求項1に記載の方法。
【請求項7】
前記ミネラルの使用量は、総メチオニン溶液体積の1〜10%である請求項1に記載の方法。
【請求項8】
前記酸処理は、メチオニンを含む溶液に酸を0.01〜0.5Mの濃度で添加して行う請求項1に記載の方法。
【請求項9】
請求項1の方法でメチオニンの溶解度が増加した高濃度メチオニン溶液。

【図1】
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【公表番号】特表2012−518684(P2012−518684A)
【公表日】平成24年8月16日(2012.8.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−551988(P2011−551988)
【出願日】平成22年2月26日(2010.2.26)
【国際出願番号】PCT/KR2010/001254
【国際公開番号】WO2010/098632
【国際公開日】平成22年9月2日(2010.9.2)
【出願人】(511148961)シージェイ チェイルジェダン コーポレーション (7)
【Fターム(参考)】