説明

メチオニンの製造方法

【課題】有価成分の回収を効率的に行うとともに、コスト的に有利な製造方法を提供する。
【解決手段】次の工程(1)、(2)、(3)および(4);
(1)反応工程:塩基性カリウム化合物の存在下に5−[2−(メチルチオ)エチル]イミダゾリジン−2,4−ジオンを加水分解する工程、
(2)第一晶析工程:工程(1)で得られた反応液に二酸化炭素を導入することによりメチオニンを析出させ、得られたスラリーを析出物と母液とに分離する工程、
(3)第二晶析工程:工程(2)で得られた母液を濃縮した後、低級アルコールと混合し、該混合液に二酸化炭素を導入することによりメチオニン及び炭酸水素カリウムを析出させ、得られたスラリーを析出物と母液とに分離する工程、および
(4)加熱工程:工程(3)で得られた母液を濃縮した後、150〜200℃の範囲で加熱処理する工程を経た後、工程(2)にリサイクルする工程
を包含することを特徴とするメチオニンの製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、5−[(2−(メチルチオ)エチル)]イミダゾリジン−2,4−ジオンの加水分解反応により、メチオニンを製造する方法に関する〔下記反応式(1)参照〕。メチオニンは、動物用飼料添加剤として有用である。
【0002】
【化1】

【背景技術】
【0003】
メチオニンを製造する方法の1つとして、炭酸カリウムや炭酸水素カリウムの如き塩基性カリウム化合物を用いて、塩基性条件下に5−[(2−(メチルチオ)エチル)]イミダゾリジン−2,4−ジオンを加水分解する方法が知られている。この方法では、加水分解後の反応液に二酸化炭素を導入して晶析を行うことにより、メチオニンを結晶として分離、取得することができるが、このメチオニン分離後の母液には、溶解度分のメチオニンが残存しており、また上記塩基性カリウム化合物としてリサイクル可能な炭酸水素カリウムが含まれている。そのため、この母液は、上記加水分解反応にリサイクルするのがよいが、その際、全量をリサイクルすると不純物が蓄積するので、所定の割合でパージする必要がある。そして、このパージされた母液を廃水として処理することは、そこに含まれるメチオニンと炭酸水素カリウムのロスを招き、廃水処理の負担も大きいので、得策ではない。
【0004】
そこで、上記母液から、メチオニンと炭酸水素カリウムをいわゆる二番晶として回収する方法が、種々報告されている。例えば、特公昭54−9174号公報(特許文献1)には、上記母液をメチルアルコールの如きアルコールやアセトンなどの水溶性溶媒と混合し、該混合液に二酸化炭素を導入して晶析を行うことが開示されている。また、特開昭51−1415号公報(特許文献2)には、上記母液を濃縮し、該濃縮液に二酸化炭素を導入して晶析を行うことが開示されている。さらに、特開平5−320124号公報(特許文献3)には、上記母液をイソプロピルアルコールと混合し、該混合液に二酸化炭素を導入して晶析を行うことが開示されている。さらには、特開2007−63141号公報(特許文献4)には、上記一番晶分離後の母液を濃縮後、165℃で加熱処理し、その後、イソプロピルアルコールと混合し、二酸化炭素を導入して晶析を行うことが開示されている。また、当該文献には、上記二番晶分離後の母液を濃縮し、該濃縮液に二酸化炭素を導入して晶析を行い、三番晶として回収する方法も開示されている。
【0005】
【特許文献1】特公昭54−9174号公報
【特許文献2】特開昭51−1415号公報
【特許文献3】特開平5−320124号公報
【特許文献4】特開2007−63141号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的は、有価成分の回収を効率的に行うとともに、コスト的に有利な製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らは、二番晶分離後の母液を濃縮後一番晶晶析工程にリサイクルすることを検討した。しかし、分離する際の濾過性が悪くなり、その結果、分離されたメチオニンの嵩密度が小さくなることから、製造コストが高くなる問題点があることがわかった。
そこでさらに検討した結果、二番晶分離後の母液中に存在するメチオニンジペプチドの量が分離されたメチオニンの嵩密度に影響する、即ち、メチオニンジペプチドの量が多いと、晶析するメチオニンの結晶性状が悪くなって、濾過性が悪くなり、その結果、分離されたメチオニンの嵩密度が小さくなるという知見を得た。そして、その知見に基づき、二番晶分離後の母液を濃縮した後に、加熱処理してメチオニンジペプチドを加水分解によりメチオニンに変換するという工程を経た後、当該母液を一番晶晶析工程にリサイクルすると、晶析するメチオニンの結晶性状が良好となって、濾過性が飛躍的に向上し、分離されたメチオニンの嵩密度が大きくなることを見出し、発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、本発明は、
[1]次の工程(1)、(2)、(3)および(4);
(1)反応工程:塩基性カリウム化合物の存在下に5−[2−(メチルチオ)エチル]イミダゾリジン−2,4−ジオンを加水分解する工程、
(2)第一晶析工程:工程(1)で得られた反応液に二酸化炭素を導入することによりメチオニンを析出させ、得られたスラリーを析出物と母液とに分離する工程、
(3)第二晶析工程:工程(2)で得られた母液を濃縮した後、低級アルコールと混合し、該混合液に二酸化炭素を導入することによりメチオニン及び炭酸水素カリウムを析出させ、得られたスラリーを析出物と母液とに分離する工程、および
(4)加熱工程:工程(3)で得られた母液を濃縮した後、150〜200℃の範囲で加熱処理する工程を経た後、工程(2)にリサイクルする工程
を包含することを特徴とするメチオニンの製造方法;
[2]工程(3)で使用される低級アルコールが、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール及びt−ブチルアルコールから選ばれる、上記[1]に記載の方法;
[3]工程(4)において、加熱処理を0.3〜10時間の範囲で行う、上記[1]または[2]に記載の方法;
等を提供する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、リサイクル後の一番晶晶析工程での濾過性が向上し、分離されたメチオニンの嵩密度が大きくなるので、一番晶の回収を効率的に行え、メチオニンをコスト的に有利に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
本発明では、5−[2−(メチルチオ)エチル]イミダゾリジン−2,4−ジオンを原料に用い、これを塩基性カリウム化合物の存在下に加水分解することにより、メチオニンをカリウム塩として含有する反応液を得る〔反応工程(1)〕。原料の5−[2−(メチルチオ)エチル]イミダゾリジン−2,4−ジオンは、例えば、2−ヒドロキシ−4−メチルチオブタンニトリルを、アンモニア及び二酸化炭素と、又は炭酸アンモニウムと反応させることにより、調製することができる〔下記反応式(2)又は(3)参照〕。
【0011】
【化2】

【0012】
【化3】

【0013】
塩基性カリウム化合物としては、例えば、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウムなどが挙げられ、必要に応じてそれらの2種以上を用いることもできる。塩基性カリウム化合物の使用量は、5−[2−(メチルチオ)エチル]イミダゾリジン−2,4−ジオン1当量に対し、カリウムとして、通常2〜10当量、好ましくは3〜6当量である。また、水の使用量は、5−[2−(メチルチオ)エチル]イミダゾリジン−2,4−ジオンに対し、通常2〜20重量倍である。
【0014】
加水分解反応は、ゲージ圧力で0.5〜1MPa程度の加圧下に、150〜200℃程度に加熱して行うのがよい。反応時間は通常10分〜24時間である。
【0015】
こうして得られる加水分解反応液からメチオニンを取り出すため、該反応液に二酸化炭素を導入して晶析を行い、得られたスラリーを、濾過やデカンテーションなどで析出物と母液とに分離することにより、析出したメチオニンを一番晶として取得する〔第一晶析工程(2)〕。
【0016】
二酸化炭素の導入により反応液に二酸化炭素が吸収され、メチオニンのカリウム塩が遊離のメチオニンとなって析出する。
二酸化炭素の導入は、ゲージ圧力で通常0.1〜1MPa、好ましくは0.2〜0.5MPaの加圧下で行うのがよい。
晶析温度は、通常0〜50℃、好ましくは10〜30℃である。また、晶析時間は、二酸化炭素が加水分解反応液に飽和して、メチオニンが十分に析出するまでの時間を目安にすればよいが、通常30分〜24時間である。
【0017】
分離されたメチオニンは、必要に応じて、洗浄やpH調整などを行った後、乾燥することにより製品とすればよい。この乾燥は、微減圧下に、50〜120℃程度に加熱して行うのがよく、乾燥時間は通常10分〜24時間である。
【0018】
メチオニン分離後の母液(以下、この母液を「一番晶母液」という)には、溶解度分のメチオニンが残存しており、また上記塩基性カリウム化合物としてリサイクル可能な炭酸水素カリウムが含まれている。このため、一番晶母液は、工程(1)の加水分解反応にリサイクルするのが望ましいが、一方で、原料中の不純物や加水分解時の副反応に起因する不純物、例えば、グリシン、アラニンの如きメチオニン以外のアミノ酸や、着色成分なども含まれているので、リサイクルにより、これら不純物が加水分解反応に持ち込まれることになる。そこで、一番晶母液のリサイクルは、全量ではなく、不純物が蓄積しない範囲で行う必要があり、その割合は、一番晶母液の全量に対し通常50〜90重量%、好ましくは70〜90重量%である。
【0019】
一番晶母液のリサイクルは、該母液を濃縮し、この濃縮液をリサイクル液として行うのが望ましい。この濃縮により、一番晶母液から二酸化炭素を留去することができ、塩基性が高められた加水分解反応に有利なリサイクル液を得ることができる。また、この濃縮を100〜140℃の高温で行うことにより、一番晶母液中の炭酸水素カリウムが炭酸カリウムに変換される反応(2KHCO→KCO+HO+CO)が促進され、さらに塩基性が高められた加水分解反応に有利なリサイクル液を得ることができる。この濃縮は、常圧下、減圧下又は加圧下に行うことができるが、上記の如く高温で行うためには、加圧条件を採用するのが有効である。濃縮率は、通常1.2〜4倍、好ましくは1.5〜3.5倍であり、ここで、濃縮率とは、濃縮後の液重量に対する濃縮前の液重量の割合(濃縮前の液重量/濃縮後の液重量)を意味し、以下も同様である。
【0020】
リサイクルされなかった分の一番晶母液(濃縮された母液)は、そこからメチオニンと炭酸水素カリウムを二番晶として回収すべく、晶析に付される。本発明では、この晶析を、濃縮された一番晶母液を低級アルコールと混合し、該混合液に二酸化炭素を導入することにより行い、得られたスラリーを濾過やデカンテーションなどで析出物と母液とに分離することにより、析出したメチオニンと炭酸水素カリウムを二番晶として回収する〔第二晶析工程(3)〕。なお、濃縮された一番晶母液をリサイクルすることなく、その全量をこの晶析に付すこともできる。
【0021】
低級アルコールとしては、通常、アルキル基の炭素数が1〜5のアルキルアルコールが用いられるが、中でも、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、t−ブチルアルコールの如き、水と任意の割合で混和しうるものが好ましく、特にイソプロピルアルコールが好ましい。低級アルコールの使用量は、晶析に付される一番晶母液に対し、通常0.05〜5重量倍、好ましくは0.1〜2重量倍である。なお、一番晶母液と低級アルコールとの混合は、二酸化炭素の導入の前に行ってもよいし、二酸化炭素の導入と同時に行ってもよい。
【0022】
第二晶析に付される一番晶母液は、リサイクルされる一番晶母液と同様、一番晶母液を濃縮する。この濃縮により、二番晶の回収率を高めることができる。この濃縮は、リサイクルされる一番晶母液の濃縮と同様の条件で行うことができ、一番晶母液の全量を濃縮した後、リサイクル用と第二晶析用に分けてもよい。
【0023】
一番晶母液の濃縮では、母液中の塩基性が上昇して、第一晶析工程で変換された遊離のメチオニンがメチオニンのカリウム塩に戻ってしまう。よって、第二晶析工程でも、濃縮後の一番晶母液と低級アルコールの混合液に二酸化炭素を導入することにより、メチオニンのカリウム塩を再び遊離のメチオニンに変換する。
【0024】
また、濃縮後に加熱処理することが好ましく、その中に含まれるメチオニンジペプチド(メチオニン2分子の脱水縮合物)の加水分解によりメチオニンの再生が促進される。この加熱処理は、ゲージ圧力で0.5〜2MPa程度の加圧下に、140〜180℃程度の温度で行うのがよく、熱処理時間は通常10分〜24時間である。
【0025】
二酸化炭素の導入は、第一晶析工程と同様、ゲージ圧力で通常0.1〜1MPa、好ましくは0.2〜0.5MPaの加圧下で行うのがよい。
晶析温度は、通常0〜50℃、好ましくは5〜20℃である。また、晶析時間は、二酸化炭素が上記混合液に飽和して、メチオニンと炭酸水素カリウムが十分に析出するまでの時間を目安にすればよいが、通常10分〜24時間である。
【0026】
回収された二番晶(メチオニンと炭酸水素カリウムの混合物)は、工程(1)の加水分解反応にリサイクルするのがよく、その際、リサイクル用の一番晶母液に溶解してリサイクルすると、操作性の点で好ましい。
【0027】
二番晶分離後の母液(以下、この母液を「二番晶母液」という)には、未だメチオニンと炭酸水素カリウムが含まれている。本発明では、この二番晶母液から、さらにメチオニンと炭酸水素カリウムを回収すべく、二番晶母液を濃縮した後、加熱処理[加熱工程(4)]し、そして該加熱処理後の液を第一晶析工程(2)にリサイクルすることにより、メチオニンと炭酸水素カリウムを回収する。
【0028】
二番晶母液の濃縮により、メチオニンの回収率を高めることができる。この濃縮は、リサイクルされる一番晶母液の濃縮と同様の条件で行うことができる。
【0029】
また、濃縮後の加熱処理により、その中に含まれるメチオニンジペプチドの加水分解にてメチオニンの再生が促進される。この加熱処理は、ゲージ圧力で0.5〜2MPa程度の加圧下に、150〜200℃、好ましくは160〜180℃の温度で行う。熱処理時間は、好ましくは0.3〜10時間、より好ましくは0.5〜5時間である。
【0030】
この加熱処理は、メチオニンに対するメチオニンジペプチドの比が、好ましくは5〜50重量%、より好ましくは5〜40重量%まで行うのがよい。
【0031】
上記の濃縮および加熱処理は、二番晶母液の全部に行って第一晶析工程(2)にリサイクルしてもよいし、一部に行って第一晶析工程(2)にリサイクルしてもよい。
【0032】
また、二番晶母液の濃縮でも、母液中の塩基性が上昇して、第二晶析工程で変換された遊離のメチオニンがメチオニンのカリウム塩に戻ってしまう。よって、濃縮および熱処理後の二番晶母液と加水分解液との混合液についても、二酸化炭素を導入することにより、メチオニンのカリウム塩を再び遊離のメチオニンに変換する。
【0033】
以上の工程(1)〜(4)は、全てを連続式で行ってもよいし、全ての回分式で行ってもよく、また、一部を連続式で行い、一部を回分式で行ってもよい。
【0034】
本発明においては、濃縮および加熱処理した後の二番晶母液を第一晶析工程(2)にリサイクルすることにより、一番晶晶析工程のウェットケーキの含液率が5〜30%、特に10〜25%と濾過性が向上する。また、分離されたメチオニンの嵩密度が、0.3〜0.6g/cc、特に0.4〜0.5g/ccと大きくなる。
【実施例】
【0035】
次に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらによって限定されるものではない。例中、濃度ないし使用量を表す%及び部は、特記ない限り重量基準である。
【0036】
実施例1
〔反応工程(1)〕
5−[2−(メチルチオ)エチル]イミダゾリジン−2,4−ジオンを18.7%の濃度で含む水溶液を毎時100部、水酸化カリウムを毎時1.0部、別途調製した一番晶母液の一次濃縮液(メチオニン濃度6.0%であり、カリウム濃度13.5%)を毎時67.6部、及び別途調製した二番晶を含む溶液(メチオニン濃度7.6%、カリウム濃度18.2%、二番晶ウェットケーキを一番晶母液濃縮液に溶解後濃縮したもの)を毎時25.8部の割合で反応器に導入しながら、ゲージ圧力0.88MPaの加圧下に173〜178℃にて滞留時間1時間で加水分解反応を行った。
【0037】
〔第一晶析工程(2)〕
上記の加水分解反応で得られた反応液(毎時133.1部)を毎時60.7部の水及び毎時0.023部のポリビニルアルコールと混合して晶析器に導入し、ゲージ圧力0.3MPaの二酸化炭素の加圧下に20℃にて晶析を行い、メチオニンを析出させた。得られたスラリーを濾過し、濾残を水洗した後、微減圧下に85〜105℃にて乾燥することにより、毎時15.6部のメチオニン(純度99.6%、収率97%)を得た。また、濾液として、毎時184.0部の一番晶母液を回収した。
【0038】
上記の一番晶母液(毎時184.0部)を濃縮器に導入し、ゲージ圧力0.2MPaの加圧下に115℃、次いで140℃にて濃縮することにより、毎時106.4部の一次濃縮液を得た(一次濃縮率1.7倍)。この一次濃縮液を分析した結果、メチオニンの濃度は6.0%であり、カリウムの濃度は13.5%であり、メチオニンに対するメチオニンジペプチドの比は36.5%であった。
【0039】
上記の一番晶母液の一次濃縮液(毎時106.4部)のうち、毎時67.6部は、上述のとおり加水分解反応にリサイクルした。また、毎時18.5部は、加熱器に導入し、ゲージ圧力1MPaの加圧下に165℃にて滞留時間1時間で熱処理を行った後、濃縮器に導入し、ゲージ圧力0.2MPaの加圧下に135℃にて濃縮することにより、毎時12.3部の二次濃縮液を得た(二次濃縮率1.5倍、一次二次通算濃縮率2.6倍)。また、残りの毎時20.3部は、後述の二番晶ウェットケーキの溶解に使用した。
【0040】
〔第二晶析工程(3)〕
上記の一番晶母液の二次濃縮液(毎時12.3部)を毎時3.3部のイソプロピルアルコールと混合して晶析器に導入し、ゲージ圧力0.3MPaの二酸化炭素の加圧下に12〜16℃にて晶析を行った。得られたスラリーを濾過することにより、濾残として、毎時7.8部の二番晶ウェットケーキを得た。また、濾液として、毎時9.1部の二番晶母液を回収した。
【0041】
上記の二番晶ウェットケーキ(毎時7.8部)は、前述の一番晶母液の一次濃縮液の残り(毎時20.3部)に溶解して濃縮器に導入し、常圧下に80℃にて濃縮することにより、二番晶に含まれていたイソプロピルアルコールを留去し、毎時25.8部の二番晶の溶液を得た。この二番晶の溶液を分析した結果、メチオニンの濃度は7.6%であり、カリウムの濃度は18.2%であった。この二番晶の溶液(毎時25.8部)は、上述のとおり加水分解反応にリサイクルした。
【0042】
〔加熱工程(4)〕
上記の二番晶母液(毎時9.1部)を濃縮器に導入し、常圧下に80〜110℃にて濃縮することにより、イソプロピルアルコールを留去し、毎時6.0部の一次濃縮液を得た(一次濃縮率1.5倍)。この一次濃縮液を分析した結果、メチオニンの濃度は3.14%であり、カリウムの濃度は7.25%であり、メチオニンに対するメチオニンジペプチドの比は102.9%であった。
【0043】
上記の二番晶母液の一次濃縮液から一部を取って濃縮器に導入し、絶対圧力60mmHg(8kPa)の減圧下に60℃にて、二次濃縮率2.3倍(一次二次通算濃縮率3.5倍)になるまで濃縮した。この二次濃縮液を分析した結果、グリシンの濃度は0.69%であり、アラニンの濃度は1.07%であった。
【0044】
上記二次濃縮液を加熱器に入れ、180℃で1時間加熱を行った。加熱後の液を分析した結果、メチオニンの濃度は10.39%、メチオニンジペプチドの濃度は3.72%、メチオニンに対するメチオニンジペプチドの比は35.8%であった。
上記加熱液(毎時1.9部)と上記の加水分解反応で得られた反応液(毎時133.1部)を毎時60.7部の水及び毎時0.023部のポリビニルアルコールと混合して晶析器に導入し、ゲージ圧力0.3MPaの二酸化炭素の加圧下に20℃にて晶析を行い、メチオニンを析出させた。得られたスラリーを濾過し、濾残を水洗したところ、ウェットケーキの含液率は20%であった。このウェットケーキを微減圧下に85〜105℃にて乾燥することにより、毎時17.1部のメチオニン(純度99.6%、収率97%)を得た。このメチオニンの嵩密度は0.46g/ccであった。
【0045】
比較例1
実施例1の二番晶母液の二次濃縮液(毎時1.9部)と上記の加水分解反応で得られた反応液(毎時133.1部)を毎時60.7部の水及び毎時0.023部のポリビニルアルコールと混合して晶析器に導入し、ゲージ圧力0.3MPaの二酸化炭素の加圧下に20℃にて晶析を行い、メチオニンを析出させた。得られたスラリーを濾過し、濾残を水洗したところ、ウェットケーキの含液率は56%であった。このウェットケーキを微減圧下に85〜105℃にて乾燥することにより、毎時17.1部のメチオニン(純度99.6%、収率97%)を得た。このメチオニンの嵩密度は0.22g/ccであった。
【0046】
嵩密度の測定方法
乾燥後のメチオニン粉末を50ccメスシリンダーに静かに入れ、タッピングなしで重量W(g)と嵩V(cc)を測定し、以下の式から嵩密度を算出した。
嵩密度(g/cc)=W/V
【産業上の利用可能性】
【0047】
本発明によれば、リサイクル後の一番晶晶析工程での濾過性が向上し、分離されたメチオニンの嵩密度が大きくなるので、一番晶の回収を効率的に行え、メチオニンをコスト的に有利に製造することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
次の工程(1)、(2)、(3)および(4);
(1)反応工程:塩基性カリウム化合物の存在下に5−[2−(メチルチオ)エチル]イミダゾリジン−2,4−ジオンを加水分解する工程、
(2)第一晶析工程:工程(1)で得られた反応液に二酸化炭素を導入することによりメチオニンを析出させ、得られたスラリーを析出物と母液とに分離する工程、
(3)第二晶析工程:工程(2)で得られた母液を濃縮した後、低級アルコールと混合し、該混合液に二酸化炭素を導入することによりメチオニン及び炭酸水素カリウムを析出させ、得られたスラリーを析出物と母液とに分離する工程、および
(4)加熱工程:工程(3)で得られた母液を濃縮した後、150〜200℃の範囲で加熱処理する工程を経た後、工程(2)にリサイクルする工程
を包含することを特徴とするメチオニンの製造方法。
【請求項2】
工程(3)で使用される低級アルコールが、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール及びt−ブチルアルコールから選ばれる、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
工程(4)において、加熱処理を0.3〜10時間の範囲で行う、請求項1または2に記載の方法。

【公開番号】特開2010−111640(P2010−111640A)
【公開日】平成22年5月20日(2010.5.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−287059(P2008−287059)
【出願日】平成20年11月7日(2008.11.7)
【出願人】(000002093)住友化学株式会社 (8,981)
【Fターム(参考)】