(57)【要約】      （修正有）【課題】高温高圧水反応を用いて、グルタミン酸からγ−アミノ酪酸を合成する方法を提供すること。【解決手段】グルタミン酸に高温高圧水反応（好ましくは、２８０℃〜３００℃）を施すことにより、γ−アミノ酪酸を合成することができる。この反応の際に、グルタミン酸のアミノ基と反応してシッフ塩基を形成し得る添加物（例えば、ピルビン酸）を加えた状態としておくことにより、γ−アミノ酪酸の生成効率を飛躍的に向上させることができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
グルタミン酸に高温高圧水反応を行うことを特徴とするγ−アミノ酪酸の合成方法。
【請求項２】
グルタミン酸のアミノ基と反応してシッフ塩基を形成し得る添加物が同時に存在する条件下で高温高圧水反応を行うことを特徴とする請求項１に記載のγ−アミノ酪酸の合成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温高圧水（亜臨界・超臨界水）反応を用いて、グルタミン酸からγ−アミノ酪酸を合成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
γ−アミノ酪酸は、４−アミノ酪酸、またはＧＡＢＡ（Ｇａｍｍａ-Ａｍｉｎｏ-Ｂｕｔｙｌｉｃ-Ａｃｉｄ）とも称されており、生体内では主として脳内の神経伝達物質として機能し、生理活性が高いことから生理活性アミンと呼ばれている。γ−アミノ酪酸には、この他にも、アルコール代謝の活性化、肝腎臓機能の強化、動脈硬化予防、ガン予防など様々な機能が知られている。現在、γ−アミノ酪酸を工業的に合成する方法としては、γ−ハロゲノ酪酸のアミノ化、またはピロリドンの加水分解が用いられている。
【０００３】
ところで、高温高圧水反応は、温度・圧力を変化させることにより、水の物性や反応の選択性を制御できることが知られている。本発明者らは、従来より、高温高圧水反応を用いて、タンパク質系廃棄物から有益なアミノ酸の回収に関する研究を行っている。例えば、特開２００２−３３２２７２号公報には、高温高圧水反応を用いて、システインからタウリンを合成する方法を開示した。
しかしながら、同様の技術を用いて、γ−アミノ酪酸を合成する方法に関しては、これまでに知られていない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３２２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温高圧水反応を用いて、グルタミン酸からγ−アミノ酪酸を合成する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、グルタミン酸を高温高圧水反応で処理することにより、γ−アミノ酪酸を合成する技術であり、特に、その反応の際に、適当な添加物（例えば、ピルビン酸）を加えておくことを特徴の一つとするものである。
こうして、上記課題を解決するための第１の発明に係るγ−アミノ酪酸の合成方法は、グルタミン酸に高温高圧水反応を行うことを特徴とする。
【０００７】
「高温高圧水」の温度条件としては、下限値として約２４０℃（好ましくは約２５０℃）、上限値として約３３０℃（好ましくは約３００℃）である。温度幅として示すならば、約２４０℃〜約３３０℃、好ましくは約２５０℃〜約３００℃、更に好ましくは約２８０℃〜約３００℃である。また、高温高圧水反応の時間としては、反応温度に依るが、約２５０℃においては約１０秒以上、約２８０℃においては約３秒間〜約１０秒間程度（好ましくは、約５秒間程度）、約３００℃においては約１秒間〜約５秒間程度（好ましくは、約２秒間程度）、約３３０℃においては約１秒間〜約５秒間以上（好ましくは、約２秒間程度）の反応時間で良好な結果を得ることができる。
「グルタミン酸」については、Ｌ体またはＤ体のいずれも用いることができる。
本発明によれば、グルタミン酸が高温高圧水中で、脱炭酸反応を起こすことにより、γ−アミノ酪酸が得られる。
【０００８】
ところが、グルタミン酸のみが存在する条件下で高温高圧水反応を行うと、分子内で脱水反応を起こしてしまい、ピログルタミン酸が多量に生成することが判明した。このため、原料であるグルタミン酸の多くが、ピログルタミン酸に変化してしまい、γ−アミノ酪酸の生産量が充分に上がらないことが判明した。そこで、本発明者らは、更に鋭意検討を行い、グルタミン酸に適当な添加物（例えば、ピルビン酸）を加えた条件下で、高温高圧水反応を行うことにより、γ−アミノ酪酸の生産量を飛躍的に高めることに成功した。このため、第１の発明においては、グルタミン酸のアミノ基と反応してシッフ塩基を形成し得る添加物が同時に存在する条件下で、高温高圧水反応を行うことが好ましい。なお、シッフ塩基（「イミン」と言うことがある）とは、第一級アミン（グルタミン酸のアミノ基）と、アルデヒド或いはケトンとの間の脱水縮合で生成する化合物をいう。
【０００９】
図１には、グルタミン酸からγ−アミノ酪酸を生成する反応において、ピルビン酸を添加物として加えたときに示唆された化学反応経路を示した。添加物を加えない場合には、グルタミン酸は、ほとんど分子内で環状化してしまい、ピログルタミン酸となる。ところが、適当な添加物があると、その添加物とグルタミン酸との間で脱水縮合反応が起こり、イミンが形成される。このイミンが、更に高温高圧水中で反応して、脱炭酸反応の結果、γ−アミノ酪酸が生成されるものと考えられた。
【００１０】
「グルタミン酸のアミノ基と反応してシッフ塩基を形成し得る添加物」とは、分子内にアルデヒド或いはケトンを有する化合物であり、例えばピルビン酸、オキサロ酢酸、ピリドキサルリン酸（ビタミンＢ６）などが挙げられる。また、このような添加物の濃度としては、特に限定されないが、グルタミン酸とのモル比で約１倍以上、好ましくは約２倍以上、更に好ましくは約５倍以上を加える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高温高圧水反応を用いることにより、グルタミン酸からγ−アミノ酪酸を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明するが、本発明の技術的範囲は、これらの実施形態によって限定されるものではなく、発明の要旨を変更することなく様々な形態で実施することができる。また、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶものである。
【実施例１】
【００１３】
本発明者らは、高温高圧水反応によって、グルタミン酸をγ−アミノ酪酸に変換させることができるのではないかという仮説に基づいて、適当な実験を行ってみた。
【００１４】
（１）実験装置
試料には市販のグルタミン酸を用いた。なお反応には、すべて超純水を用いた。試料溶液と実験に用いた水は脱気を行った後、ヘリウムガスを用いて置換し、無酸素条件化実験を行った。反応装置には、図２で示される流通式反応装置を使用した。
【００１５】
流通管型反応装置は、溶液を供給するHPLCポンプ１(日本分光工業製、PU-1580)二台と、グルタミン酸と水との混合溶液を加熱して反応を開始させる溶融塩恒温槽２(耐圧硝子工業製、TSC-B600型)と、反応後の溶液を冷却して反応を停止させる水槽３（ADVANTEC製、LC‐101）と、流路内の圧力を制御する圧力調整弁４(日本分光工業製、SCF-Bpg)で構成されている。流路における反応管５には内径0.25 mmの1/16inSUS316管5 m、予熱管６及び冷却管７にはそれぞれ内径0.5mmの1/16inSUS316管を20m使用した。溶融塩(パーカー熱処理工業 AS-140G)は、150℃〜450℃の温度範囲で使用可能なものを用いた。反応用の試料ビン８と、水ビン９とは、それぞれポンプ１の蒸留側において、大気圧下に置かれている。また、圧力調整弁４は、予め設定された圧力（反応温度における臨界点以上の圧力）で反応流路を開放するようになっている。こうして、ポンプ１，１から圧力調整弁４までの流路内では、所定の一定圧力下に置かれる。なお、試料ビン８と水ビン９には、ヘリウムボンベ１０からヘリウムガスが導入されている。
【００１６】
この装置を稼動させるには、予め設定温度まで加熱された溶融塩恒温槽２内に浸漬された予熱管６で予熱された水と、試料（原料であるグルタミン酸の高濃度溶液（３０ｍｍｏｌ／Ｌ）を含む）とをポンプ１，１の流量比で、水：試料＝２：１の割合で供給し混合させる。この濃度を初期濃度とする。
その後、一定時間反応管５で試料を滞留させつつ高温高圧水反応を行った。この装置では、試料の高温高圧水反応時間は、ポンプ１，１の流量を変えて、反応管５内の滞留時間により調整した。滞留時間は次の（式１）で計算した。
【００１７】
【数１】
2005029542.tif 000002
なお、式中、Lは反応管長[m]、Ｑ1、Ｑ2はそれぞれ試料と水の流量[ml/min]、νは高温高圧状態における水の比容積[m3/kg]である。試料と水との混合物が反応管５を通過した後、温度５℃に設定された冷却槽３内の冷却管７を通過させることで反応を停止し、圧力調整弁４の出口から反応溶液をサンプリングした。
【００１８】
（２）実験条件
以下の温度および反応時間（上記式１で補正したもの）で、実験を行った。すなわち、反応条件として、温度200、230、250、280、300、及び330℃、反応時間0（反応開始前）、2、5、10、及び15秒とした。なお、グルタミン酸の初期濃度は１０ｍｍｏｌ／Ｌ、圧力は３０ＭＰａの一定値とした。
【００１９】
（３）結果
図３には、グルタミン酸に高温高圧水反応を施すことによって得られたγ−アミノ酪酸濃度の経時的な変化をグラフで示した。この実験の結果、２３０℃以下の温度では、γ−アミノ酪酸は認められなかったが、２５０℃以上の条件では、γ−アミノ酪酸の生成が確認された。特に、２８０℃で５秒間、及び３００℃で２秒間の条件において、約０．０２５ｍｍｏｌ／Ｌの最高値が得られた。
【実施例２】
【００２０】
次に、グルタミン酸に高温高圧水反応を施したときに生成される反応物の時間的推移を確認する試験を行った。実験装置は、上記実施例１（１）と同じものを用いた。
実験条件として、温度が２８０℃、圧力が３０ＭＰａとし、グルタミン酸の初期濃度を１０ｍｍｏｌ／Ｌとした。反応開始から０（反応開始前）、２，５，１０，及び１５秒の各点において、溶液をサンプリングし、その溶液中の４種類の物質（グルタミン酸、ピログルタミン酸、γ−アミノ酪酸、アラニン）の濃度を経時的に定量した。
図４には、上記４種類の物質の濃度変化の時間的推移をグラフで示した。なお、グラフ中、グルタミン酸及びピログルタミン酸については左側の濃度軸で示し、γ−アミノ酪酸及びアラニンについては右側の濃度軸で示した。
【００２１】
この結果より、グルタミン酸に高温高圧水反応を施すと、グルタミン酸から脱水環化したピログルタミン酸が大量に生成していることが確認された。グラフより、ピログルタミン酸の生成量は、原料であるグルタミン酸の９９％であった。このことから、脱炭酸反応を経由して得られるγ−アミノ酪酸の生成は、充分には高くない（約０．２５％）ことが分かった。
なお、環化したピログルタミン酸からのγ−アミノ酪酸の生成も考えられないことはないが、ピログルタミン酸は高温高圧水中でも安定であることから、それほど多くはないものと考えられた。
【実施例３】
【００２２】
次に、添加剤を加えることにより、γ−アミノ酪酸の生成収率を向上させることが可能であるか否かを確認する実験を行った。実験装置は、上記実施例１（１）と同じものを用いた。
実験条件として、温度が２８０℃、圧力が３０ＭＰａとし、グルタミン酸の初期濃度を１０ｍｍｏｌ／Ｌとした。添加剤として、ピルビン酸を選択した。添加剤の濃度を０，１０，２０，及び５０ｍｍｏｌ／Ｌの４種類に変化させ、反応開始から０（反応開始前），２，５，１０，及び１５秒の各点において溶液をサンプリングし、その溶液中の３種類の物質（ピログルタミン酸、γ−アミノ酪酸、アラニン）の濃度を経時的に定量した。
【００２３】
図５〜図７には、それぞれγ−アミノ酪酸、アラニン、及びピログルタミン酸の濃度変化の時間的推移をグラフで示した。
図５より、γ−アミノ酪酸は、添加物（ピルビン酸）の濃度が上昇するのに伴って、生成量が飛躍的に向上することが分かった。添加剤を５０ｍＭ添加したときには、反応開始から５秒後に、２ｍＭの最大値を得た。添加剤がない場合（図４より、５秒後に最大０．０２５ｍＭ）と比べると、約８０倍の高値となった。また、図６より、アラニンの生成量も、添加物の濃度上昇に伴って、上昇することが分かった。一方、ピログルタミン酸の生成量は、図７より、添加剤の濃度上昇に従って、減少することが分かった。
【００２４】
上記実験の結果から、図１に示す反応経路が強く示唆された。すなわち、γ−アミノ酪酸及びアラニンの生成量増加の原因として、脱炭酸反応及びアミノ基転移反応を経由したピルビン酸からの合成が起こっているためと考えられた。この反応過程では、グルタミン酸のアミノ基とピルビン酸のカルボキシル基とが結合してイミンを形成する。このイミンから、脱炭酸反応によりγ−アミノ酪酸が、アミノ基転移反応によりアラニンが合成される。一方、グルタミン酸からの脱水環化によるピログルタミン酸の合成は、添加剤であるピルビン酸の存在によって阻害されるため、生成量が減少する。
【００２５】
なお、本発明者が以前に行った試験、すなわち高温高圧水反応を用いて、システインからタウリンを合成する系（前出：特開２００２−３３２２７２）について、添加剤としてピルビン酸を添加した実験を行った。この実験では、添加剤の濃度上昇に従って、アラニンの生成量は増加したものの、タウリンの生成量は減少した。これは、イミンからの脱炭酸反応とアミノ基転移反応との速さの相違に基づくものであると考えられた。
【００２６】
このように本実施形態によれば、高温高圧水反応を用いて、グルタミン酸からγ−アミノ酪酸を合成することができる。この反応において、適当な添加剤（例えば、ピルビン酸）を加えておくことにより、γ−アミノ酪酸の生成量を飛躍的に高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、γ−アミノ酪酸の工業的な合成方法として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】高温高圧水反応を用いて、グルタミン酸からγ−アミノ酪酸を合成するときに考えられる化学反応経路を示す図である。
【図２】流通式反応装置の構成を示す図である。
【図３】反応温度を変化させたときのγ−アミノ酪酸濃度の経時的な変化を示すグラフである。横軸は反応時間を、縦軸は生成濃度を示す。
【図４】２８０℃において、グルタミン酸に高温高圧水反応を施したときの４種類の物質（グルタミン酸、ピログルタミン酸、γ−アミノ酪酸、アラニン）の濃度の経時的な変化を示すグラフである。横軸は反応時間を、縦軸は濃度を示す。なお、縦軸は、左右に振ってあり、左側は０〜１２ｍＭの高濃度（グルタミン酸、及びピログルタミン酸）で、右側は０〜０．０５ｍＭの低濃度（γ−アミノ酪酸、及びアラニン）で示している。
【図５】添加剤の濃度を変えて加えたときのγ−アミノ酪酸濃度の経時的な変化を示すグラフである。
【図６】添加剤の濃度を変えて加えたときのアラニン濃度の経時的な変化を示すグラフである。
【図７】添加剤の濃度を変えて加えたときのピログルタミン酸濃度の経時的な変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１…ポンプ、２…溶融塩恒温槽、３…水槽、４…圧力調整弁、５…反応管、６…予熱管、７…冷却管、８…試料ビン、９…水ビン
【図１】
2005029542.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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