(57)【要約】      （修正有）【課題】嵩密度がより大きいメチオニンの結晶を製造する方法の提供。【解決手段】非攪拌型で連続式の第一反応槽にて、塩基性カリウム化合物の存在下、５−［２−（メチルチオ）エチル］イミダゾリジン−２，４−ジオンを温度１５０〜２００℃、ゲージ圧力０．５〜１．５ＭＰａ、第一反応槽および第二反応槽における総滞留時間が１０〜１２０分間で該イミダゾリジン化合物の転化率が５０％〜１００％となるように加水分解する工程、および第二反応槽にて、加水分解後の反応液を加熱処理し、さらに二酸化炭素を導入して晶析する工程を包含するメチオニンの製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
非攪拌型で連続式の第一反応槽にて、塩基性カリウム化合物の存在下、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、および
第二反応槽にて、加水分解後の反応液を加熱処理する工程
を包含するメチオニンの製造方法。
【請求項２】
第一反応槽での加水分解を、５−［２−（メチルチオ）エチル］イミダゾリジン−２，４−ジオンの転化率が５０％〜１００％となるように行う、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第二反応槽での加熱処理を１５０〜２００℃の温度で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第二反応槽での加熱処理を０．５〜１．５ＭＰａのゲージ圧力で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第一反応槽および第二反応槽における総滞留時間が１０〜１２０分間である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
加熱処理後の溶液に二酸化炭素を導入して晶析する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【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】
2009292795.tif 000002
【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。
【０００４】
上記方法によるメチオニンの製造法として、攪拌型で連続式の反応槽にて加水分解を行うことが開示されている（例えば、特許文献１）。
また、一般にメチオニンの結晶は燐片晶であるため安定化が困難であり、晶析時には凝集剤が必要であることが知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−９９７７８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような攪拌型で連続式の反応槽にて加水分解を行うと、得られるメチオニンの結晶は嵩密度が小さく、従って設備コストが高くなるという問題点があった。
【０００７】
本発明の目的は、嵩密度がより大きいメチオニンの結晶を製造する方法を提供することにある。
【０００８】
本発明者らは鋭意研究を行った結果、加水分解により副生するメチオニンジペプチドの反応液中の量が晶析したメチオニンの嵩密度に影響する、即ち、反応液中のメチオニンジペプチドの量が多いと晶析し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、その知見に基づきさらに検討したところ、加水分解を攪拌型ではなく非攪拌型で連続式の反応槽にて行うことにより、反応液中のメチオニンジペプチドの量を低減することができ、次いで、当該反応液を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ことにより、メチオニンジペプチドの量をさらに低減することができ、その結果、晶析したメチオニンの嵩密度をより大きくできることを見出し、発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
即ち、発明は以下の通りである。
［１］非攪拌型で連続式の第一反応槽にて、塩基性カリウム化合物の存在下、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、および
第二反応槽にて、加水分解後の反応液を加熱処理する工程
を包含するメチオニンの製造方法。
［２］第一反応槽での加水分解を、５−［２−（メチルチオ）エチル］イミダゾリジン−２，４−ジオンの転化率が５０％〜１００％となるように行う、上記［１］に記載の方法。
［３］第二反応槽での加熱処理を１５０〜２００℃の温度で行う、上記［１］に記載の方法。
［４］第二反応槽での加熱処理を０．５〜１．５ＭＰａのゲージ圧力で行う、上記［１］に記載の方法。
［５］第一反応槽および第二反応槽における総滞留時間が１０〜１２０分間である、上記［１］に記載の方法。
［６］加熱処理後の溶液に二酸化炭素を導入して晶析する工程をさらに包含する、上記［１］に記載の方法。
【発明の効果】
【００１０】
５−［（２−（メチルチオ）エチル）］イミダゾリジン−２，４−ジオンの加水分解では、生成するメチオニンと原料の５−［（２−（メチルチオ）エチル）］イミダゾリジン−２，４−ジオンにより、メチオニンジペプチドが副生する。当該加水分解を攪拌型で連続式の反応槽で行うと、連続的に添加される原料の５−［（２−（メチルチオ）エチル）］イミダゾリジン−２，４−ジオンと、生成するメチオニンとが反応槽中に溜まり常に両者が一定量存在することとなる。そのため、これらによりメチオニンジペプチドも常に一定量副生することとなる。
【００１１】
当該加水分解を攪拌型ではなく非攪拌型で連続式の反応槽（第一反応槽）で行うと、連続的に添加される原料の５−［（２−（メチルチオ）エチル）］イミダゾリジン−２，４−ジオンが管状の反応槽中を移動しながら加水分解が進行するので、反応槽の任意の部分で原料の５−［（２−（メチルチオ）エチル）］イミダゾリジン−２，４−ジオンと生成するメチオニンの量がそれぞれ異なる。即ち、反応槽の上流では、原料の５−［（２−（メチルチオ）エチル）］イミダゾリジン−２，４−ジオンが多いが、生成するメチオニンの量が少なく、一方、反応槽の下流では、原料の５−［（２−（メチルチオ）エチル）］イミダゾリジン−２，４−ジオンが少ないが、生成するメチオニンの量が多い。従って、攪拌型で連続式の反応槽のような常に両者一定量存在するのではなく、両者のうち一方の量が少ないので、副生するメチオニンジペプチドの量が低減されるのである。
【００１２】
加水分解終了後、上記のようなメチオニンジペプチドの量が低減された反応液を加熱処理することにより、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し、最終的に副生するメチオニンジペプチドの量をさらに低減されるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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〕。
【００１４】
【化２】
2009292795.tif 000003
【００１５】
【化３】
2009292795.tif 000004
【００１６】
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。
【００１７】
加水分解は、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（第一反応槽における滞留時間）は、好ましくは５〜６０分間、より好ましくは１０〜３０分間である。
【００１８】
本発明では、加水分解を非攪拌型で連続式の反応槽（第一反応槽）にて行う。
非攪拌型で連続式の反応槽としては特に限定しないが、一般的に、管状であればよく、押出し流れの状態に近づけることが、反応速度面では有利である。
【００１９】
また、第一反応槽では、副生する二酸化炭素及びアンモニアを留去するためにガス抜きラインを設ける。
【００２０】
上記したように、加水分解を非攪拌型で連続式の反応槽にて行うことにより、反応槽の任意の部分で原料の５−［（２−（メチルチオ）エチル）］イミダゾリジン−２，４−ジオンと生成するメチオニンの量がそれぞれ異なり、両者のうち一方の量が少なく、これにより、副生するメチオニンジペプチドの量を低減される。
【００２１】
次いで、このようにメチオニンジペプチドの量が低減された反応液を、第二反応槽にて加熱処理する。この加熱処理によりメチオニンジペプチドが加水分解によりメチオニンに変換される。
この加熱処理は、ゲージ圧力で好ましくは０．５〜１．５ＭＰａ、より好ましくは０．６〜１ＭＰａの加圧下で、好ましくは１５０〜２００℃、より好ましくは１６０〜１８０℃の温度で行う。熱処理時間（第二反応槽における滞留時間）は、好ましくは５〜６０分間、より好ましくは１０〜３０分間である。
【００２２】
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０．１〜２０重量％、より好ましくは１〜１０重量％まで行うのがよい。
【００２３】
第二反応槽の形式は特に限定されず、回分式でも連続式でもよく、また攪拌型でも非攪拌型でもよいが、設備コストの面から、非攪拌型で連続式の反応槽であることが好ましい。
また、第一反応槽（非攪拌型で連続式）が第二反応槽を兼ねていてもよく、この場合、管状の第一反応槽が、その中流から下流において加熱装置を備えるものとなる。
【００２４】
加熱処理後、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取得する〔第一晶析工程〕。
【００２５】
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。
【００２６】
設備コストおよび品質の点から、第一反応槽および第二反応槽における総滞留時間は、好ましくは１０〜１２０分間であり、より好ましくは２０〜６０分間である。
【００２７】
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。
【００２８】
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、上記加水分解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。
【００２９】
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（２ＫＨＣＯ３→Ｋ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２）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。
【００３０】
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〕。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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
また、濃縮後に加熱処理することが好ましく、これにより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。この加熱処理は、ゲージ圧力で０．５〜２ＭＰａ程度の加圧下に、好ましくは１４０〜１８０℃の温度で行う。熱処理時間は、好ましくは１０分〜２４時間である。
【００３５】
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。
【００３６】
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、上記加水分解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。
【００３７】
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。そこで、この二番晶母液から、さらに三番晶としてメチオニンと炭酸水素カリウムを回収すべく、濃縮された二番晶母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と炭酸水素カリウムを三番晶として回収する〔第三晶析工程〕。
【００３８】
二番晶母液の濃縮により、三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る。
【００３９】
また、濃縮後に加熱処理することが好ましく、これにより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。この加熱処理は、ゲージ圧力で０．５〜２ＭＰａ程度の加圧下に、好ましくは１５０〜２００℃の温度で行う。熱処理時間は、好ましくは０．３〜１０時間である。
【００４０】
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５〜３０重量％まで行うのがよい。
【００４１】
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、第三晶析工程でも、濃縮および熱処理後の二番晶母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。
【００４２】
二酸化炭素の導入は、第一晶析工程および第二晶析工程と同様、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５〜３０℃である。また、晶析時間は、二酸化炭素が上記加熱処理した後の液に飽和して、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。
【００４３】
第三晶析は、例えば特開平４−１６９５７０号公報に示される如く、ポリビニルアルコールの存在下に行うのが好ましい。これにより、三番晶を脱液性の良い形状で析出させることができ、続く固液分離の際に母液が三番晶中に残存し難くなるので、回収される三番晶中の不純物含量を低減することができる。ポリビニルアルコールの使用量は、二番晶母液の加熱処理した後の液に対し、通常１００〜５０００重量ｐｐｍ、好ましくは２００〜３０００重量ｐｐｍである。なお、第一晶析や第二晶析もポリビニルアルコールの存在下に行うことができ、特に第一晶析をポリビニルアルコールの存在下に行うと、製品粉体特性の良いメチオニンが得られて、好ましい。
【００４４】
回収された三番晶（メチオニンと炭酸水素カリウムの混合物）は、二番晶と同様、上記加水分解リサイクルするのがよい。なお、上記の晶析工程は、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。
【実施例】
【００４５】
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。
【００４６】
実施例１
５−［２−（メチルチオ）エチル］イミダゾリジン−２，４−ジオンを含む液に水酸化カリウム水溶液を混合し、非攪拌型で連続式の第一反応槽に毎時５．４部で連続的に供給し、生成する二酸化炭素及びアンモニアを水とともに連続的に留去しながら、第一反応槽とは別の、非攪拌型で連続式の第二反応槽に連続的に供給した。そのときの反応槽の温度は１７７℃、ゲージ圧力は０．８８ＭＰａ、第一反応槽での滞留時間は３０分、第二反応槽での滞留時間は６分、合計３６分であった。このとき、反応後のメチオニンの濃度は１３．１％、メチオニンジペプチドの濃度は１．２９％、メチオニンに対するメチオニンジペプチドの比は９．９％、カリウムの濃度は１０．４％であった。
該加水分解液を１部仕込み、凝集剤としてポリビニルアルコールをメチオニン含量に対して２３００重量ｐｐｍ仕込んだ後、攪拌下、二酸化炭素を導入してバッチ的に中和晶析を行った。その後、該加水分解液を毎時２部、ポリビニルアルコールを供給メチオニン含量に対して１２００重量ｐｐｍとなるように供給しながら、攪拌下、ゲージ圧力０．３５ＭＰａで二酸化炭素を導入してセミ連続的（１時間）に１５℃にて中和晶析を行った。該メチオニンスラリーを遠心分離機にて分離、水洗後、乾燥してメチオニン粉体を得た。そのときの以下の方法により測定した嵩密度は０．７０３ｇ／ｃｃであった。
【００４７】
比較例１
５−［２−（メチルチオ）エチル］イミダゾリジン−２，４−ジオンを含む液に水酸化カリウム水溶液を混合し、第一反応槽に毎時５．９部で連続的に供給し、生成する二酸化炭素及びアンモニアを水とともに連続的に留去した。そのときの反応槽の温度は１７７℃、ゲージ圧力は０．８８ＭＰａ、第一反応槽での滞留時間は３６分であった。このとき、反応後のメチオニンの濃度は１３．９％、メチオニンジペプチドの濃度は１．６４％、メチオニンに対するメチオニンジペプチドの比は１１．８％、カリウムの濃度は１０．４％であった。メチオニンの晶析工程および乾燥工程については実施例１と同様に行い、メチオニン粉体を得た。そのときの以下の方法により測定した嵩密度は０．６６５ｇ／ｃｃであった。
【００４８】
嵩密度の測定方法
乾燥後の粉末を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］とかさＶ［ｃｃ］を測定した。嵩密度は以下の式で計算した。
嵩密度［ｇ／ｃｃ］＝Ｗ／Ｖ
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、加水分解を非攪拌型で連続式の反応槽にて行うことにより、反応槽の任意の部分で原料の５−［（２−（メチルチオ）エチル）］イミダゾリジン−２，４−ジオンと生成するメチオニンの量がそれぞれ異なり、両者のうち一方の量が少なく、これにより、副生するメチオニンジペプチドの量を低減される。加水分解終了後、上記のようなメチオニンジペプチドの量が低減された反応液を加熱処理することにより、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し、最終的に副生するメチオニンジペプチドの量をさらに低減される。