JPS592523B2 - 濃縮方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水溶液の濃縮方法に関し、詳しくは、目的物
質を含有する水溶液を半透膜を介して特定の親水性有機
溶媒と接触させることにより、該溶液中の水分およびあ
る種の夾雑物質を該有機溶媒中に移行させて目的物質を
濃縮する方法に関するものであり、その目的とするとこ
ろは、常温あるいは必要に応じて冷却しながら、すなわ
ち温和な条件下で特に熱に対して不安定な物質の分解あ
るいは変性を防止しつつ、かつある種の夾雑物質を除去
しつつ、効率良く、しかも簡単に濃縮する方法を提供す
るものである。

従来、熱に対して不安定な物質の濃縮法としては■熱不
安定物質水溶液中の水分を凍結させて除去する凍結濃縮
法■分子篩膜等の膜を用い、機械的圧力あるいは浸透圧
によって脱水する方法（逆浸透法などの膜濃縮法）■冷
却乾燥空気により水分を蒸発させて濃縮する方法などが
ある。

これらの方法のうち分子篩膜等を用いる膜濃縮法は、高
分子化合物の濃縮には比較的好都合であるが、低分子化
合物、特に塩類を含む溶液を濃縮する際には高圧力を必
要とするため膜強度を考慮しなければならず、そればか
りか、濃縮と同時に目的物質の損失が避けられない場合
もあり、効率の良い濃縮は望めない。

また、凍結濃縮および乾燥空気を用いる濃縮法は効率が
良くない。

本発明者は、前述の技術的背景に鑑み、水溶液、特に熱
不安定物質の水溶液の濃縮法について種々、検討した結
果、水溶液を、半透膜を介して特定の親水性有機溶媒と
接触させると、該溶液中の水分およびある種の夾雑物質
は親水性有機溶媒中に移行するが、該溶液中のその他の
成分は分子量の大小にかかわりなく親水性有機溶媒中に
移行しないという意外な現象を見出し、本発明を完成し
た。

本発明は、水溶液を、水および夾雑物質に対する選択的
透過性を有し、または有さない半透膜を介して炭素数１
〜３のアルコール類と接触させ、該溶液中の水分のみを
あるいは水分とをもにある種の夾雑物質を該アルコール
類中に移行させて該溶液を濃縮することを特徴とする水
溶液の濃縮方法である。

以下、本発明の詳細な説明する。

なお、以下の説明において「親水性有機溶媒」とは「炭
素数１〜３のアルコール類」を意味する場合もある。

濃縮の対象となる水溶液 本発明において濃縮の対象となる水溶液は、目的物質あ
るいは目的物質とある種の夾雑物質とを含有する水溶液
である。

目的物質６コ、その物質を含有する水溶液を、半透膜を
介して親水性有機溶媒と接触させた際に、親水性有機溶
媒中に移行しない物質であればよい。

特に熱に不安定な物質を目的物質とする場合に本発明方
法の効果は顕著である。

なお、本発明方法によって濃縮しうる目的物質は、膜の
種類、有機溶媒の種類および濃縮条件によって異なり、
一義的な性質をもって定義づけることは困難である。

たとえば、目的物質の分子量と膜のポアー・サイズの膜
透過性に関する関係は、従来の膜処理における両者の関
係をそのままあて（１めること（′；１できない。

また、水溶液が、目的物質を単独で含有するか、他の夾
雑物質とともに含有するかによって、これらの物質の膜
の透過性が異る場合もある。

ただし、一般的には、濃縮しうる目的物質は、本発明に
おいて使用する親水性有機溶媒に対して比較的難溶性の
物質である。

本発明者の経験的知見によれば、具体的な目的物質さし
て、核酸２ヌクレオシド・トリりん酸。

ヌクレオシド・ジりん酸、ヌクレオシド・モノりん酸、
サイクリック・ヌクレオチドおよびこれらの誘導体（た
とえば、ダイブチリル・サイクリック・ヌクレオナトな
ど）およびその他の核酸関連物質（たとえば、Ｓ−アデ
ノシル−Ｌ−メチオニンなど）、葉酸などのビタミン類
、各種酵素Ｃ親水性有機溶媒に対して安定な酵素であれ
ばほとんど対象さなりつる。

）１．各種アミノ酸（混合物でもよい。

）、各種ホルモンおよび各種糖類などが挙げられる。

また、本発明における「夾雑物質」とは、水溶液を半透
膜を介して親水性有機溶媒と接触させた際に、水分とと
もに半透膜を透過して親水性有機溶媒中に移行する物質
であり、一般的には本発明で使用す番親水性有機溶媒に
対して比較的易溶性の物質である。

具体的にはヌクレオシド、アンモニア、遊離の有機酸（
たとえば、乳酸、酢酸など）および鉱酸（たとえば、塩
酸、硫酸など）などである。

半透膜の種類 本発明における半透膜、！：は、親水性有機溶媒に対し
て安定で、この半透膜を介して特定の親水性有機溶媒と
接触させる際には水溶液中の水分およびある種の夾雑物
質を選択的に親水性有機溶媒中に移行させる膜であるが
、逆浸透法または水に対する透析法など通常の膜処理法
においては目的物を透過する場合もあり、水および夾雑
物質に対する選択的透過性は必ずしも必要とせず、膜の
耐圧性、分画分子量および食塩阻止率等に（４限定され
ない。

このような膜としては通常の透析用膜、イオン交換膜、
逆浸透用膜および限外濾過用膜のうち、有機溶媒に安定
な膜が挙げられるが、特に透析用膜が好適である。

膜の材質として（１、ポリビニルアルコール系、セロフ
ァン、セルロースアセテートなどのセルロース系、ポリ
エステル系、ポリアクリロニトリル系、ポリアミド系、
動物の胃。

腸、ぼうこうなどの組織膜などが挙げられるが、これら
のうち特に有機溶媒に対して安定なポリビニルアルコー
ル系およびセルロース、９好まＬい。

これらの膜に該当する市販品の一例としては、ポリビニ
ルアルコール系中空繊維膜ＫＬ−１およびＫＬ−２のＡ
、ＢおよびＣタイプ（（株）クラレ製）ならびにセロフ
ァン膜であるヴイスキング・チューブ（米国ヴイスキン
グ社製）などが挙げられる。

なお、膜の形態として（」、平膜、チューブ状および中
空繊維状などいずれも使用し得るが、工業的規模で連続
的に濃縮する際には中空繊維状のものが好ましく、小規
模に回分式で濃縮する際にはチューブ状のものが簡便で
ある。

親水性有機溶媒の種類 本発明に使用する特定の親水性有機溶媒とは、目的物の
溶解度が高くなく、親水性が強く、水と任意の割合で混
和して均一相を形成する性質を有する溶媒である。

このような親水性有機溶媒としては、エタノール、メタ
ノール等の１価アルコールまた（１グリセリン、エチレ
ングリコール、プロピレングリコール等の多価アルコー
ルなどの炭素数１〜３のアルコール類が挙げられる。

親水性有機溶媒の濃度および使用量 本発明において、親水性有機溶媒の濃度は重要な要素の
一つであり、含水量の少い、高濃度のものを使用しなけ
ればならない。

親水性有機溶媒の濃度が低下すると、目的物質の損失が
大きくなり好ましくない。

その好適な濃度範囲は親水性有機溶媒の種類によって多
少異るが、およそ８０％以上、好ましくは９０％以上で
あれば本発明の目的を達成できる。

親水性有機溶媒の使用量は、水溶液（濃縮前）の７〜１
０倍量程度が適当である。

接触方法 水溶液を半透膜を介して親水性有機溶媒と接触させる方
法は特に限定されるものではなく、特別な装置は必要な
いが、透析法などに通常採用されている公知の接触方法
が好適である。

ただし、濃縮の過程で、親水性有機溶媒が水によって希
釈されるので、常に高濃度の親水性有機溶媒を供給しう
る接触方法、すなわち親水性有機溶媒を膜表面に流通さ
せて脱水する方法が好ましい。

希釈された親水性有機溶媒ζ４、そのまま放流して他の
用途に用いてもよいが、蒸留法および／または脱水剤に
より濃縮（脱水）して循環使用する方式が大規模の濃縮
においては有利である。

また、水溶液を連続的に濃縮する際には膜面を流通させ
、バッチ式で濃縮する際には膜面に滞留させる接触方法
を採用すればよい。

水溶液と親水性有機溶媒の両方を流通させる際には、向
流または並流のいずれの方式で流通させてもよい。

接触温度 水溶液と親水性有機溶媒とを半透膜を介して接触させる
際に両者の温度はほぼ同程度に保てばよい。

接触温度が高ければ濃縮速度は早いが、目的物質は分解
または変性を受けやすくなる。

逆に、接触温度が低ければ、目的物質は安定であるが、
濃縮速度は遅い。

したがって、接触温度を一律に特定することはできない
が、上限は目的物質の分解温度あるいは変性温度および
有機溶媒の沸点より低い温度であり、下限は水溶液の凍
結温度より高い温度であればよい。

本発明の特徴 （１）本発明方法は、高濃度の親水性有機溶媒の脱水力
を利用する方法であり、他の熱的あるいは機械的エネル
ギーを必要としない。

（２）温和な条件下で濃縮を行えるので、目的物質の分
解あるいは変性がほとんどない。

（３）親水性有機溶媒は希釈されても、脱水あるいは蒸
留が容易である。

（４）単一の操作で目的物質の濃縮と夾雑物質との分別
（精製）が可能である。

（５）本発明は、透析法、逆浸透法または限外濾過法な
どの従来の膜処理法とは全く概念を異にするものであり
、新規な技術思想に基〈発明である。

各成分分析法 （１）核酸開運物質 成分が単一の場合には０． Ｉ Ｎ塩酸中での紫外線（
２６０ｎｍ）の吸光度より算出した。

二成分以上の場合には濾紙電気泳動法および／またはペ
ーパークロマトグラフ法により各成分を分離し、各スポ
ットを０．ＩＮ塩酸で抽出した後、前記と同様に紫外線
の吸光度より算出した。

なお、吸光度の測定には、（株）日立製作断裂のスペク
トロ・フォトメーター１２４型を使用した。

（２）酵素（活性） （ａ） 核酸分解酵素（ヌクレアーゼＰ１）リボ核酸
を基質とし、７０℃、ｐＨ４，８で３０分間酵素反応さ
せ、ウラニウム試薬可溶部の２６０ｎｍにおける吸光度
より力価を算出した。

（ｂ） ホスファターゼ ５′−シチジル酸ナトリウムを基質とし、４５°Ｃ，ｐ
Ｈ４，８で３０分間酵素反応させ、６０％過塩素酸で反
応を停止した後、アミトール試薬とモリブデート試薬で
発色させ、７５０ ｎｍの吸光度より遊離した無機りん
酸量を測定し、力価を算出した。

（３） 葉酸 ２６５ｎｍの吸光度より算出した。

以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。

実施例 １ ５′−イノシン酸（遊離型） ３４８ ｍｇを含む水溶
液５０ ｍｌｌをヴイスキング・チューブ（米国ヴイス
キング社製、接触面積９１ ｃｒＩＬ＝７ｃｚＸ １３
ｃｍ）に詰め、回収エタノール（濃度９５％）６００ｍ
＃に浸漬し、攪拌しながら室温で２時間放置した結果、
膜内液は６．８ｍ＃に濃縮されていた。

膜内液および膜外液（エタノール中）の５７−イノシン
酸を分析した結果、膜内液に３４３．８２ｍｇ（回収率
９８．８％）の５７−イノシン酸が残存しており、エタ
ノール中に滲出した５′−イノシン酸は４．１７ｍｇ（
１，２％）であり、分解は全く起らなかった。

実施例 ２ 中空繊維膜、ＫＬ−１，Ａタイプ（（株）クラし製、接
触面積２４０ｉ）を試薬１級エタノール（濃度９９．５
％、氷？′＋）５００ｍＡ’に浸漬し、Ｓ−アデノシル
−Ｌ−メチオニンの濃度６．５ ｍＶｍｌｌの水溶液（
水冷）を膜内側に４０ｍ１１／時間の流速で通液した結
果、２５ｍ！ｌ／時間の速度で連続的に濃縮された。

開始後、１時間の濃縮液を分析したところ、Ｓ−アデノ
シル−Ｌ−メチオニンの回収率は９８．８％であった。

実施例 ３ 葉酸５０ｍｇを含有する水溶液５０ｍ＃をヴイスキング
・チューブ（接触面積９６．２ＣｒＩｔ）に詰め、試薬
１級エタノール（濃度９９．５％）５００ｍ７に浸漬し
、攪拌しながら室温で２時間放置した結果、膜内液は７
．６ｍ１１に濃縮されていた。

膜内液および膜外液の葉酸を分析した結果、膜内液に４
７．９ｍｇ（回収率９５．８％）の葉酸が残存しており
、エタノール中に滲出した葉酸ハ２．２ｍｇ（４，４％
）であった。

実施例 ４ ヌクレアーゼＰ１ （ペニシリウム・シトリナム由来の
核酸分解酵素、ヤマサ醤油（株）製）の粗酵素′液（５
０８０００Ｕｎｉｔ／ｍＡ）５０ｍｌｊヴイスキング・
チューブ（接触面積９１ｃＩＩｔ）に詰め、試薬１級エ
タノール（濃度９９．５％）５００ｍ＃に浸漬し、１〜
３℃で４時間、攪拌しながら放置した結果、膜内液？ｊ
１７．８ｍ＃に濃縮されていた。

膜内液と洗液を５０ｍ＃にもどじ、酵素活性を測定した
きころ４９５０００Ｕｎｉｔ／ｍＡ（膜内液を１７．８
ｍｌとして換算すると１３９０４４９Ｕｎｉｔ７ｍｉす
であり、活性の回収率は９７、４４％であった。

実施例 ５ ホスファターゼ（黒麹カビ、アスペルギルス・ニガー由
来、ヤマサ醤油（株）製）の粗酵素液（１３９２９Ｕｎ
ｉｔ／ｍ＃）５０ｍ＃をヴイスキング・チューブ（接触
面積９１ＣｒＩｔ）に詰め、試薬１級エタノール（濃度
９９．５％）５００７７Ｌ＃に浸漬し、１〜３℃で４時
間、攪拌しながら放置した結果、膜内液は１３．６ｍＡ
に濃縮されていた。

膜内液と洗液を５０ｍ１１にもどし、酵素活性を測定し
たところ１３８６９ Ｕｎ ｉｔ／ｍＡ’（１３，６ｍ
Ａに換算すると５０９８９ Ｕｎ ｉｔ／ｍ＃ ）であ
り、活性の回収率は９９．６７％であった。

実施例 ６ ５′−アデニル酸３４７ｍｇ（１ミＩＪモル）およびア
デノシン２６７ｍｇ（１ミリモル）を含む水溶液５０ｍ
１Ｊをヴイスキング・チューブ（接触面積９１ｄ）に詰
め、試薬１級メタノール（濃度９９％）５００ｍｉ！に
浸漬し、攪拌しながら室温で２時間放置した結果、膜内
液は９．４ｍ１１に濃縮されていた。

膜外液の紫外線吸光度を測定したところ、紫外線吸収物
質の４６．２％が膜外液に移行していたが、膜外液を分
析した結果、紫外線吸収物質の９５係がアデノシンであ
り、５′−アデニル酸はわずかに検出される程度であっ
た。

実施例 ７ アデノシン・ジりん酸５００ｍＪを含む水溶液５０ｍＡ
’をヴイスキング・チューブ（接触面積９１ ｃｒ！
）に詰め、試薬１級エタノール（濃度９９．５％）５０
０ｍ／に浸漬し、１〜３℃で２時間３０分、攪拌しなが
ら放置した結果、膜内液ハ２２ｍ１１に濃縮されていた
。

膜内液の紫外線吸光度を測定したところ、紫外線吸収物
質の９７．０％が回収された。

また、アデノシン・ジりん酸の分解は認められなかった
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 目的物質を含有する水溶液を、半透膜を介し、炭素
   数１〜３のアルコール類と接触させ、該溶液中の水分を
   該アルコール類中に移行させて該溶液を濃縮することを
   特徴とする水溶液の濃縮方法。 ２ 目的物質と夾雑物質を含有する水溶液を、半透膜を
   介し、炭素数１〜３のアルコール類と接触させ、該溶液
   中の水分、および半透膜を透過して該アルコール類に移
   行する性質を有し、かつ該アルコール類に易溶性である
   夾雑物質を該アルコール類中に移行させ、目的物質を濃
   縮すると同時に夾雑物質を分別することを特徴とする水
   溶液の濃縮方法。