(57)【要約】  隔膜で隔てられた陰極槽、および陽極槽を用いた酸化型グルタチオンの電解還元による還元型グルタチオンの製造法において、塩基を添加することでｐＨを３．０より高く７．０以下の調整した酸化型グルタチオン水溶液を陰極槽の水溶液に用いることにより、酸化型グルタチオン自体が導電剤としても作用する水溶液を用いて還元型グルタチオンを製造する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔膜で隔てられた陰極槽および陽極槽を用いた酸化型グルタチオンの電解還元による還元型グルタチオンの製造法において、陰極槽内の溶液として、塩基を添加することによりｐＨが３．０より大きく７．０以下に調整された酸化型グルタチオン水溶液を用いることを特徴とする還元型グルタチオンの製造方法。
【請求項２】
塩基がナトリウム、またはカリウムの水酸化物、炭酸塩、もしくは炭酸水素塩であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
酸化型グルタチオン水溶液が導電剤として中性塩を含まないものである請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
酸化型グルタチオン水溶液の濃度が２０ｇ/Ｌ以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５】
電解還元が電流密度０．１〜３０Ａ/ｄｍ2で行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法で製造された還元型グルタチオン溶液を１）ｐＨ調整することにより、または２）イオン交換カラムに通塔してカチオンを除去した後、結晶化させることを特徴とする還元型グルタチオン結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化型グルタチオンを電解還元することにより還元型グルタチオンを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジスルフィド化合物の電解還元方法としては、陰極に特定の２種以上の金属からなる合金を用いる方法が知られている（特許文献１）。またジスルフィド化合物の一種であるL-シスチンを電解還元することによりL-システインを製造する方法としては、隔膜にカチオン交換膜を用い、陰極側電解槽に塩酸などの鉱酸を加えて酸性にしたL-シスチン溶液を用いる方法が知られている（特許文献２）。酸化型グルタチオンを電解還元することにより還元型グルタチオンを製造する方法としても、陰極側電解槽に濃塩酸などの鉱酸を加えて酸性にした酸化型グルタチオン水溶液を用いる方法が知られている（特許文献３）。【０００３】
しかしながら、上記のジスルフィド化合物の電解還元法では、高価な電極を用いなければならず、特許文献２に記載のL-シスチンの電解還元条件で酸化型グルタチオンを電解還元する場合、還元型グルタチオンはL-システインに比べ強酸性、高温下では不安定なため、十分な収率で還元型グルタチオンを製造することはできない。特許文献３記載の方法も特許文献２記載の方法と同様、鉱酸を加えてｐＨ０．６〜１．０の強酸性にした酸化型グルタチオン水溶液を用いる方法であるため、陰極が腐食する、還元型グルタチオンが分解するという問題がある。強酸性下での還元型グルタチオンの分解を最小限にするためには電流密度を低くする必要があるが、そうすると電極面積当たりの還元効率が悪くなるため、その分電極面積を大きくしなければ還元型グルタチオンを効率よく製造することはできない。すなわち、鉱酸で強酸性にした酸化型グルタチオン水溶液を電解還元して還元型グルタチオンを工業的規模で製造するには、イオン交換膜と電極の大きさに応じた巨大な電解還元設備と腐食に耐えうる特殊な電極が必要となる。従って、従来の電解還元による還元型グルタチオンの製造法は、生産効率と設備の面において現実的な方法とは言い難いものであった。【０００４】
工業規模で実施可能な還元効率のよい電解を実施するためには、高濃度の酸化型グルタチオン溶液を用いることが望ましい。特許文献４には酸化型グルタチオンの過飽和を利用して電解還元を実施する方法が記載されており、当該方法により酸化型グルタチオンを高濃度とすることで電解還元の効率を高め、生産効率と設備の面において現実的な電解還元を実施することができる。しかしながら、酸化型グルタチオンの過飽和領域での電解還元は電位印加や攪拌、飛沫乾燥によるショック等により急激にグルタチオンが起晶、析出し、析出したグルタチオン結晶によって電解槽が閉塞する恐れがあった。また、酸性領域での電解還元であるため、陰極の腐食が生じることは避け難かった。【０００５】
酸化型グルタチオンを工業的に電解還元するためには、高濃度の酸化型グルタチオン溶液を用いながら、陰極の腐食を避けつつ、また酸化型グルタチオンおよび還元型グルタチオンを起晶させることなく電解還元を継続することが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−４１６７１号公報
【特許文献２】特開昭５９−９１８４号公報
【特許文献３】特開昭５２−１３１５２８号公報
【特許文献４】国際公開第２０１０/１４０６２５号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
酸化型グルタチオンを電解還元して還元型グルタチオンを製造する方法においては、陰極の腐食と還元型グルタチオンの分解、グルタチオンの起晶を抑制しつつ、電極およびイオン交換膜の必要面積を現実的な大きさに縮小させるために、還元効率を向上させることが要求されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下の（１）〜（６）に記載の方法に関する。
（１）隔膜で隔てられた陰極槽および陽極槽を用いた酸化型グルタチオンの電解還元による還元型グルタチオンの製造法において、陰極槽内の溶液として、塩基を添加することによりｐＨが３．０より高く７．０以下に調整された酸化型グルタチオン水溶液を用いることを特徴とする還元型グルタチオンの製造方法。
（２）塩基がナトリウム、またはカリウムの水酸化物、炭酸塩、もしくは炭酸水素塩であることを特徴とする上記（１）の製造方法。
（３）酸化型グルタチオン水溶液が導電剤として中性塩を含まないものである上記（１）または（２）の製造方法。
（４）酸化型グルタチオン水溶液の濃度が２０ｇ/Ｌ以上である上記（１）〜（３）のいずれか１つの製造方法。
（５）電解還元が電流密度０．１〜３０Ａ/ｄｍ2で行われることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか１つの製造方法。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか１つの製造方法で製造された還元型グルタチオン溶液を１）pH調整することにより、または２）イオン交換カラムに通塔してカチオンを除去した後、結晶化させることを特徴とする還元型グルタチオン結晶の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、工業的規模で効率よく還元型グルタチオンを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、各ｐＨにおける酸化型グルタチオンの溶解度を示す図であり、縦軸は25℃における酸化型グルタチオンの水への溶解度(ｇ/Ｌ)、横軸はｐＨを表す。
【図２】図２は陰極槽溶液の酸化型グルタチオン濃度と電解還元速度の関係を示す図である。縦軸は陰極液の酸化型グルタチオン濃度（ｇ/Ｌ）、横軸は電解還元時間（ｈ）を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の方法は、隔膜で隔てられた陰極槽と陽極槽を用いた酸化型グルタチオンの電解還元による還元型グルタチオンの製造法において、陰極槽の溶液として、塩基を添加することによりｐＨを３．０より高く７．０以下に調整した酸化型グルタチオン水溶液を用いることを特徴とする還元型グルタチオンの製造法である。
塩基としては酸化型グルタチオン水溶液を中和することができる塩基をあげることができ、好ましくはナトリウム、カリウム等のアルカリ金属イオン、カルシウム等のアルカリ土類金属イオン、アンモニウムイオン、イミダゾリウムイオン、ホスホニウムイオンを含む塩基を上げることができ、より好ましくはアルカリ金属イオン、特に好ましくはナトリウムまたはカリウムの陽イオンを含む塩基をあげることができる。前記の陽イオンを含有する塩基であれば、塩基の形態は、水酸化物、炭酸塩および炭酸水素塩などいずれの形態であっても良く、またｐＨの調整方法も限定されず、公知の方法により行うことができる。
【００１２】
酸化型グルタチオン水溶液のｐHは、強酸性下及び塩基性下では電解還元により生成した還元型グルタチオンが分解することから、３．０より高く７．０以下が好ましく、より好ましくはｐＨ４．０〜７．０であり、ｐＨ５．０〜７．０が特に好ましい。
酸化型グルタチオンの等電点での常温（２５℃）の水に対する飽和溶解度は、２０g/L以下であるが、ｐＨを上昇させることで溶解度は高くなる(図１)。陰極槽の酸化型グルタチオンの濃度が高濃度であるほど導電性は向上し、電極表面への酸化型グルタチオンの供給が円滑に行われるため、電解還元の効率が高まる。本発明の方法では、酸化型グルタチオンの等電点より高いｐＨに酸化型グルタチオン水溶液のｐＨを調整することにより、高濃度の酸化型グルタチオン水溶液を調製し、電解還元時の通電等のショックにより起晶することなく、効率よく電解還元を実施することができる。さらに弱酸性から中性で電解還元を行うことができるため、酸による電極の溶解を抑制することができる。
【００１３】
また、酸化型グルタチオン水溶液に塩基を添加することにより生じる酸化型グルタチオン塩自体が導電剤となることで該溶液の電導性を向上させることができるので、溶液の電気抵抗は低く、よって水溶液の温度も高くならない。すなわち、陰極槽中での還元型グルタチオンの分解を抑えることができる。酸化型グルタチオン塩自体が導電剤となることで、導電剤として中性塩、例えば硫酸ナトリウムなどの無機塩の添加を必要としないため、電解還元反応が終了した後は、ｐＨ調整に用いた塩基のみを除去すればよく、除去自体は容易である。
【００１４】
上記のとおり、塩基を添加してｐＨを３．０より高く７．０以下に調整した酸化型グルタチオン水溶液を陰極槽に入れて電解還元を行うことにより、生成する還元型グルタチオンの分解を抑えつつ、その生成効率を上げることができるので、隔膜および電極の大きさを小さくできるので、経済的に還元型グルタチオンを製造することができる。
本発明の製造方法は、陰極槽の水溶液として、塩基を添加することによってｐＨを３．０より高く７．０以下に調整した酸化型グルタチオン水溶液を用いるので、高濃度でありながら未飽和状態の酸化型グルタチオン水溶液を陰極槽の溶液とする方法でもある。酸化型グルタチオン水溶液の濃度に制限はないが、２０ｇ/Ｌ以上、好ましくは１００ｇ/Ｌ以上、より好ましくは２００ｇ/Ｌ以上、さらに好ましくは３００ｇ/Ｌ以上、最も好ましくは４００ｇ/Ｌ以上の濃度をあげることができる。
【００１５】
本発明における陽極槽の溶液は、導電性がある水溶液であれば特に制限はなく、塩酸、硫酸などの無機酸溶液、酢酸、プロピオン酸などの有機酸溶液、酸以外の導電剤を溶解した溶液などをあげることができる。無機酸、有機酸の濃度は、低濃度だと導電性が悪く、高濃度だとイオン交換膜が劣化し易くなるので、０．５〜３ｍｏｌ/Ｌ、好ましくは１〜２ｍｏｌ/Ｌの濃度で用いられる。
【００１６】
本発明の方法で用いられる陰極には、水素過電圧が大きな金属または合金を用いることが好ましく、そのような金属としては例えば亜鉛、および鉛があげられ、より好ましくは亜鉛をあげることができる。また、金属以外の陰極材料として炭素電極があげられ、炭素(黒鉛、グラッシーカーボン、導電性ダイヤモンド)、多孔性炭素、繊維状カーボン(カーボンフェルト、カーボンクロス、カーボンペーパー)をあげることができる。これらの電極の形状については板状、網状、繊維状などがあげられるが限定するものではない。
【００１７】
本発明の方法で用いられる陽極には、不溶性の金属であればいずれの金属でも用いることができるが、耐腐食性に優れた金属が好ましく、例えば白金メッキしたチタン、白金−イリジウム、鉛、鉛合金、二酸化鉛、金、およびチタン酸化物をあげることができ、好ましくは白金メッキしたチタンをあげることができる。
本発明の方法で用いられる隔膜としては、陰極槽内で生成する還元型グルタチオンの陽極槽への漏出を低減できる膜であればいずれの膜でもよく、好ましくはイオン交換膜、より好ましくはカチオン交換膜をあげることができ、具体的にはセレミオンCMT（旭硝子社製）、ナフィオン(デュポン社製)をあげることができる。
【００１８】
本発明の方法では、電流密度、電圧、温度などは特に限定されないが、生成した還元型グルタチオンの分解を抑制しつつ、還元効率を向上させるための条件としては、電流密度は好ましくは０．１〜３０Ａ/ｄｍ2、より好ましくは０．５〜２０Ａ/ｄｍ2、さらに好ましくは１〜１０Ａ/ｄｍ2、電圧は好ましくは１〜２０Ｖ、より好ましくは２〜１５Ｖ、さらに好ましくは３〜１０Ｖ、温度は好ましくは４〜５０℃、より好ましくは１０〜３０℃、さらに好ましくは１０〜２５℃をあげることができる。  
【００１９】
電解還元終了後、生成した還元型グルタチオンを含有する陰極槽内の溶液は、還元型グルタチオンの等電点（ｐＨ３．０）付近まで硫酸または塩酸などの各種鉱酸でｐＨを調整することで、そのまま結晶化に用いることができる。また、還元型グルタチオンを含有する陰極槽内の溶液は、イオン交換カラムに通塔することにより脱塩し、脱塩された還元型グルタチオン水溶液はそのまま結晶化に用いてもよい。イオン交換樹脂としては、SK-116、SK-104に代表される強酸性陽イオン交換樹脂（いずれもダイヤイオン、三菱化学社製）、およびWA-30、WA-21に代表される弱塩基性イオン交換樹脂（いずれもダイヤイオン、三菱化学社製）をあげることができる。ｐＨ調整または脱塩した還元型グルタチオンは濃縮後、適宜溶媒または種晶を添加して冷却することにより結晶化させることができる。
参考例  酸化型グルタチオンの溶解度
１００ｍｌの水に酸化型グルタチオン(1水和物)の結晶を添加し、２５℃で４時間攪拌を行った。pHを測定後、溶液を分取・ろ過し、以下の条件での高速液体クロマトグラフィー（HPLC）で溶解した酸化型グルタチオンを定量した。続いて１mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に酸化型グルタチオンの結晶を添加し、わずかにグルタチオン結晶が溶け残った状態で4時間以上攪拌を行い、ｐＨを測定後、溶液を分取・ろ過し、同様に濃度測定を行った。
【００２０】
図１に示すように、グルタチオンの等電点付近のｐＨ２．０〜３．０の溶液で溶解度が最も低く、ｐＨ４．０以上で顕著に溶解度が上昇することがわかった。
なお、下記のHPLC条件で酸化型グルタチオンの濃度（g/L）を定量した。
HPLC条件
カラム：Inertsil ODS-3 φ3×100mm
カラム温度：35℃
緩衝液：0.2%の1-ヘプタンスルホン酸ナトリウム、6.8%のリン酸二水素カリウムを含む、3%メタノール溶液（リン酸でpH3.0に調整）
流速：0.5mL/min
検出器：UV検出器（波長210nm）
【実施例１】
【００２１】
酸化型グルタチオンの電解還元（１）
酸化型グルタチオン水溶液に該溶液のｐＨが６．５になるよう水酸化ナトリウムを加えて、４００g/Lの酸化型グルタチオン水溶液を調製した。電解槽は、陽極槽１５Ｌ、陰極槽１５Ｌのものを用い、両極槽を有効膜面積１．８ｄｍ2のカチオン交換膜セレミオンCMT（旭硝子社製）で隔てた。陽極には白金メッキしたチタン板、陰極には亜鉛板を用いた。電極とカチオン交換膜の距離は１．９ｍｍとし、循環流量２４０Ｌ/ｈとした。陽極槽には０．５０ｍｏｌ/Ｌの硫酸溶液５Ｌ、陰極槽には上記で作製した４００ｇ/Ｌの酸化型グルタチオン水溶液５Ｌを入れた。【００２２】
電解電圧６Ｖ、電解電流６．６−８．３Ａ/ｄｍ2、室温下で電解還元反応を行った。参考例と同条件のHPLCで陰極槽内の生成物を定量し、５１時間で１．８５ｋｇの還元型グルタチオンが生成していることを確認した（転換率９２．６％）。
電解終了後の陰極液中の亜鉛イオン量をゼーマン原子吸光光度計(日立ハイテクノロジーズ社製  Ｚ-２３１０)により確認し、２９５ｍｇの亜鉛が溶出したことを確認した。
【実施例２】
【００２３】
酸化型グルタチオンの電解還元（２）
水酸化ナトリウムを加えて該溶液のｐＨが４．５になるよう４００g/Lの酸化型グルタチオン水溶液を調製した。実施例１と同条件で電解還元を実施し、５２時間で１．７３kgの還元型グルタチオンが生成していることを確認した（転換率８６．７％）。
電解終了後の陰極液中の亜鉛イオン量を実施例１と同様に確認し、４３０ｍｇの亜鉛が溶出したことを確認した。
【実施例３】
【００２４】
酸化型グルタチオンの電解還元（３）
陰極に黒鉛電極を用い実施例１同条件の酸化型グルタチオン溶液を用い、電解電圧６Ｖ、電解電流６．６−８．３Ａ/ｄｍ2、室温下で電解還元反応を行った。実施例１と同条件のHPLCで陰極槽内の生成物を定量し、７０時間で１．８２kgの還元型グルタチオンが生成していることを確認した（転換率９０．７％）。
【実施例４】
【００２５】
還元型グルタチオン結晶の製造
実施例１で得られた還元型グルタチオン水溶液を、強酸性陽イオン交換樹脂SK-116（H+）（三菱化学社製）に通塔することにより、カチオン成分(ナトリウム)を除去した。得られた還元型グルタチオン溶液を減圧濃縮し、溶媒および種晶を添加することで、還元型グルタチオンの結晶を得ることができた(収率８３%)。
比較例1
過飽和の酸化型グルタチオン水溶液を用いた電解還元
水酸化ナトリウムを加えてｐＨを７．０にすることで約３００ｇ/Ｌの酸化型グルタチオン水溶液を調整した。該溶液に硫酸を加えることでｐＨを２．９１となるように調整し、希釈するとともに硫酸ナトリウムを加え、１００ｇ/Ｌの硫酸ナトリウムを含む１５０ｇ/Ｌの酸化型グルタチオン水溶液を調整した。該溶液を陰極液として実施例１と同条件で電解還元を実施したところ、通電開始後1時間で陰極液から酸化型グルタチオンの結晶が析出し、析出した結晶により電解槽に送液するポンプが閉塞した。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の方法により、酸化型グルタチオンを電解還元することにより還元型グルタチオンを製造することが工業的規模で可能となった。
【符号の説明】
【００２７】
図２において、■はｐＨ６．５で亜鉛電極を用いた電解還元（実施例１）、●はｐＨ４．５で亜鉛電極を用いた電解還元（実施例２）、▲はｐＨ６．５で黒鉛電極を用いた酸化型グルタチオン水溶液の電解還元（実施例３）時の酸化型グルタチオン濃度変化を表す。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2012137824.tif 000005
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