(57)【要約】【課題】発酵液から高純度の乳酸を得る方法の提供。【解決手段】本発明は、ポリ乳酸の製造を目的として、乳酸ナトリウムを含む発酵液（１）から高純度の乳酸を得る方法を記載する。本方法は、以下の操作を一体的に含む：遠心分離（１０１）、遠心デカンテーション（１０２）、精密濾過（１０３）、限外濾過（１０４）、活性炭層による一次濾過（１０５）、従来の電気透析（２０１）、キレート樹脂層によるイオン交換カラム（２０２）、バイポーラ電気透析（２０３）、イオン交換カラム（２０４）、一次真空蒸発（３０２）、活性炭層による二次濾過（３０４）、水相から有機相への液液抽出（３０５）、有機相から水相への逆抽出（３０６）、及び、二次常圧蒸発（４０２）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乳酸ナトリウム、植物繊維及び多糖類を含む発酵液から高純度の乳酸を得る方法であって、
（ａ）以下のサブ工程を含む浄化工程：
（ａｌ）発酵液（１）を遠心分離（１０１）に供して、予備浄化済み発酵液である上清の流れ（５）と、５〜２５％の発酵液を含む繊維及び細胞物質で構成される湿泥の高密度の流れ（２）とを生成するサブ工程あって、前記湿泥（２）をデカンタ型遠心分離機（１０２）で脱水して、０．５〜２．５％の残留発酵液を含む乾燥パルプの流れ（３）を生成するサブ工程；
（ａ２）サブ工程（ａ１）で得られた前記予備浄化済み発酵液（５）を接線流精密濾過（１０３）により精密濾過して、精密濾過液の流れ（７）を生成するサブ工程；
（ａ３）サブ工程（ａ２）で得られた前記流れ（７）を接線流限外濾過（１０４）に供して、限外濾過液の流れ（９）を生成するサブ工程；
（ａ４）サブ工程（ａ３）で得られた前記限外濾過液（９）を活性炭層で濾過（１０５）して、浄化済み無色乳酸ナトリウム水溶液（１０）を得るサブ工程、
（ｂ）以下のサブ工程を含む再生工程：
（ｂ１）サブ工程（ａ４）で得られた前記乳酸ナトリウム水溶液（１０）を従来の電気透析（２０１）に供して、乳酸ナトリウム濃縮液（１２）を得るサブ工程；
（ｂ２）サブ工程（ｂ１）で得られた前記濃縮液（１２）をキレート樹脂を用いてイオン交換（２０２）して、二価カチオンを含まない安定化した乳酸ナトリウム濃縮液（１３）を得るサブ工程；
（ｂ３）サブ工程（ｂ２）で得られた前記濃縮液（１３）をバイポーラ電気透析（２０３）に供して、乳酸の再生を促進し、濃度８０〜２００ｇ／Ｌの乳酸と濃度１０〜２０％の乳酸ナトリウムを含む予備再生済み乳酸の流れ（１５）を生成するサブ工程；
（ｂ４）サブ工程（ｂ３）で得られた前記流れ（１５）を強酸性イオン交換樹脂層（２０４）に供して、再生済み乳酸の流れ（１６）を生成するサブ工程、
（ｃ）以下のサブ工程を含む精製工程：
（ｃ１）サブ工程（ｂ４）で得られた前記流れ（１６）を一次真空蒸発（３０２）により濃縮して、不純物含量１〜５％の濃縮再生済み乳酸の流れ（１９）を生成するサブ工程；
（ｃ２）サブ工程（ｃ１）で得られた前記流れ（１９）を活性炭層で濾過（３０４）して、不純物含量０．１〜３％の無色乳酸の流れ（２２）を生成するサブ工程；
（ｃ３）サブ工程（ｃ２）で得られた前記流れ（２２）を一連の液液抽出操作に供するサブ工程あって、水相から有機相への一次抽出（３０５）と、脱塩水の流れ（２４）との接触による有機相から水相への二次抽出（３０６）とに供して、不純物含有乳酸の流れ（２３）と高純度の乳酸希釈液（２８）を得るサブ工程、並びに、
（ｄ）サブ工程（ｃ３）で得られた前記高純度の乳酸希釈液（２８）を二次蒸発（４０２）により濃縮して、濃度８０〜９０％の高純度の乳酸の流れ（３０）を生成する濃縮工程
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記精密濾過による濃縮液の流れ（６）と、前記限外濾過による濃縮液の流れ（８）と、前記デカンタ型遠心分離機（１０２）による上清の流れ（４）とを戻して前記遠心分離（１０１）に供することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
更に、サブ工程（ａ３）とサブ工程（ａ４）の間に、膜を用いたナノ濾過を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記電気透析（２０１）により、副生成物として希釈乳酸ナトリウムの流れ（１１）を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記バイポーラ電気透析（２０３）により、副生成物として濃縮水酸化ナトリウムの流れ（１４）を生成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記濃縮水酸化ナトリウムの流れ（１４）は、前記方法に対する原料として使用できることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記活性炭媒体での濾過（１０５、３０４）により、活性炭層の再生中に、断続的に廃液の流れ（２１）を生成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
サブ工程（ｃ３）の前記液液抽出において、炭素数４〜１２のアルコールから選択される中分子量のアルコール、高分子量の３級アミン、又は、炭素数４〜１２のアルコールと前記アミンとの任意割合の混合物を用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記３級アミンはトリオクチルアミンであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記炭素数４〜１２のアルコールは、ブタノール、ペンタノール、オクタノール、デカノール、ドデカノール及びそれらの類似物からなる群から選択されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記蒸発（３０２、４０２）によりそれぞれ生成された水蒸気の流れ（３１、３７）をプロセスユーティリティとして利用することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記液液抽出（３０５、３０６）により、乳酸ナトリウムに富む有機相の内部循環の流れ（２６）と、乳酸ナトリウムに乏しい有機相の内部循環の流れ（２７）とを生成することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記二次蒸発（４０２）により、乳酸ナトリウム沈殿の流れ（３３）を生成し得ることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記操作（３０２、３０４、４０２）に供する流れを予熱するために熱交換器（３０１、３０３、４０１及び４０３）を用いてエネルギーを再利用しながら行われることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記熱交換器（３０３）は、前記逆抽出（３０６）で用いる前記水の流れ（２４）を加熱することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
更に、原料の流れ（３５）と苛性ソーダの流れ（３６）を発酵槽に加えるバッチ発酵（５０１）を行うことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
更に、原料の流れ（３５）と苛性ソーダの流れ（３６）を発酵槽に加える連続発酵（５０１）を行うことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記原料供給の流れ（３５）は、牛乳を発酵させた発酵培養液からなり、５０〜８０ｇ／Ｌの乳酸ナトリウムと、３〜５ｇ／Ｌの細胞及び繊維と、１０〜５０ｇ／Ｌの多糖類と、１〜５ｇ／Ｌのタンパク質及びビタミン類と、１００〜５００ｐｐｍの二価カチオンとを含むことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記乳酸ナトリウムの濃度は、好ましくは６０〜７０ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記多糖類の濃度は、好ましくは１０〜３０ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記湿泥の流れ（２）と、前記精密濾過の廃液の流れ（６）と、前記限外濾過の廃液の流れ（８）と、前記従来の電気透析で生成された苛性アルカリ溶液の流れ（１１）と、前記バイポーラ電気透析（２０３）の副生成物として生成された希釈乳酸ナトリウムの流れ（１４）と、前記液液抽出（３０５）で抽出し尽くされた希釈乳酸の流れ（２３）と、前記二次蒸発（４０２）で得られた乳酸ナトリウム沈殿の流れ（３３）とを再循環させて発酵（５０１）に供することを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリ乳酸の製造を目的として、乳酸ナトリウムを含む発酵液から高純度の乳酸を得る方法の分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
生分解性高分子の製造において、乳酸（２−ヒドロキシプロピオン酸）の使用が世界的に増加している。この背景には、医療分野（例えば人工器官）及び医薬品分野（例えば放出制御製剤）における最新の用途に加え、環境保護の観点から、鉱物由来のプラスチックを用いる代わりに植物基質由来の乳酸（ポリ乳酸）を基にした生分解性高分子材料の使用が強く望まれていることがある。環境に配慮した方法を用いてポリ乳酸を製造するには、天然原料に含まれる混入物を全て除去し、乳酸の単離及び濃縮を行うことができる複雑なプロセスが必要である。
【０００３】
発酵培地で生成された乳酸の再生、精製及び濃縮に関する課題を解決することを目的とした先行技術に記載される主な方法を以下に示す。各発明で採用された手法によって技術内容が大きく異なるため、各特許文献の基礎となる技術によって区分けする。
【０００４】
一般的に、上記技術は全て、再生、精製又は濃縮に関する課題を別々に解決することに着目したものであるが、これらはそれぞれ、繊維、殻及びその他の難除去性不純物を含む発酵液から高純度の乳酸を生産する上で非効率的であることが実証されている。
【０００５】
膜透過法
特許文献１は、果汁やその他の水溶液に存在する有機酸（乳酸等）の除去を目的として、アニオン膜及びカチオン膜を用いる電気透析法を開示している。
【０００６】
特許文献２は、乳酸を連続的に除去することを目的として、電気透析法と組み合わせた連続発酵法を開示している。しかしながら、分離工程や前濾過工程が含まれるため、発酵液の各種成分が高分子膜の表面に付着する。これは、電力消費量の著しい増加を意味する。
【０００７】
Ｂｏｙａｖａｌら（非特許文献１）は、３つの単位操作：発酵による乳酸塩の生成、限外濾過による細胞及び細胞片の除去、並びに、電気透析による乳酸の濃縮・精製、からなる方法を提案している。しかし、前濾過を行わないため、限外濾過膜の透過性が経時的に著しく減少し、限外濾過モジュールを頻繁に化学洗浄する必要がある。
【０００８】
特許文献３は、以下の発酵方法を開示している。この方法では、発酵生成物を限外濾過し、残渣を発酵槽に戻し、乳酸アンモニウム溶液である透過液を逆浸透により濃縮する。次いで、濃縮乳酸アンモニウムを電気透析に供して乳酸を回収し、精製する。電気透析中に水酸化アンモニウムが形成するが、これを発酵工程に戻してｐＨを調整できる。問題点としては、乳酸アンモニウム濃縮液には未反応の糖、ビタミン類、タンパク質及びその他の混入物も含まれ、これが電気透析効率の低下の一因となり、その結果、生成物が熱的に不安定になることが考えられる。
【０００９】
特許文献４は、一連の膜分離（限外濾過、ナノ濾過及び逆浸透）を行って乳酸アンモニウム溶液を濃縮してから乳酸に変換する方法を開示している。上記方法の問題点として、回収効率が低いこと（約５４％）に加えて、乳酸アンモニウムを乳酸に変換する際にイオン交換樹脂を用いる（つまり、樹脂の使用量が多く、後で再生操作が必要となる）ことが考えられる。
【００１０】
特許文献５は、わずか３つの単位操作：精密濾過、限外濾過及び電気透析を発酵過程中、連続的に行うことにより、乳酸の精製のための全工程を簡素化することを目的としている。上記文献が着目しているのは、実験室規模の従来の電気透析法である。
【００１１】
上記文献を補完するため、特許文献６は、産業用途に近い方法を提案しており、媒体の酸性度の制御に用いるアルカリ溶液の必要量を減らし、且つ、プロセス損失を低減するために、残留乳酸塩を発酵槽に戻すことが可能であることを明らかにしている。
【００１２】
特許文献７は、乳酸を発酵（アンモニアでｐＨ調整）、精製及び再生する方法を開示している。この方法は、発酵工程とそれに続く精密濾過及び限外濾過工程を含み、この濾過工程により、細胞、細胞片及び巨大分子を除去する。透過液をイオン交換樹脂（キレート樹脂）に通液して、二価カチオンを一価カチオン（ナトリウム等）に置換する。これにより、後続の電気透析工程の膜に損傷を与え得る不溶性塩の形成が回避される。その後、二価カチオンを含まない透過液を従来の電気透析に供して酸を再生した後、バイポーラ電気透析で酸を濃縮する。この方法の問題点として、イオン交換カラムの再生に用いられる化学物質の消費量が多いこと、再生を行う度に、イオン交換カラムに保持される（残留する）分に相当する生成物損失があること、更に、再生用溶液中の混入物を適切に監視する必要があることが考えられる。また、上記の操作を行っても、メイラード化合物の形成によって生成物を着色させたり、熱的に不安定にしたりする有機混入物を除去できる保証はない。
【００１３】
特許文献８は、限外濾過、ナノ濾過、逆浸透及び電気透析を含む膜分離工程を用いる方法を開示している。この方法では、発酵液を限外濾過して高分子量物質を残渣として残留させる。その後、透過液を酸性化してｐＨを３．９未満にする。酸性化された溶液をナノ濾過及び／又は逆浸透による単離工程に供する。この単離工程は、二価イオン、タンパク質、その他の栄養素及び有機アニオン（例えば乳酸塩アニオン）を残渣として残留させるよう促進し、電荷を持たない分子（例えば乳酸ナトリウム）を透過させる。その後、バイポーラ電気透析を用いて乳酸溶液を濃縮することも考えられる。ナノ濾過及び／又は逆浸透の使用は従来の電気透析法の代替法である。
【００１４】
イオン交換法
特許文献９は特許文献６を補完するものであり、電気透析工程後に行われる２工程からなるイオン交換工程を含む。強酸性イオン交換樹脂を用いて、従来の電気透析では除去されなかったナトリウムカチオンを除去し、弱塩基性イオン交換樹脂を用いて硫酸アニオンを除去する。
【００１５】
特許文献１０は、強酸性イオン交換樹脂をアンモニウム及び／又はアミン溶液と接触させて改質してＮａ＋カチオンに対する選択性を高め、それにより、乳酸ナトリウム溶液の乳酸再生プロセスの効率を高めることを提案している。
【００１６】
抽出法
特許文献１１は、先ず有機溶媒抽出を行い、その後に二次的な温水抽出を行うことによって有機酸水溶液を回収する方法を提案している。なお、この方法は、有機酸が遊離している溶液にのみ適用可能である。
【００１７】
特許文献１２は、乳酸を含む溶液から一連の液液抽出操作により乳酸を精製及び回収する方法を提案している。先ず、乳酸塩と乳酸を含む水溶液に錯体形成剤（少なくとも１つの大環状オクトールからなる）を添加して、オクトール−乳酸を生成する。その後、この水相を、飽和ハロゲン化シクロアルカンと、アルキル化及び／又はハロゲン化芳香族炭化水素と、石油エーテルとを含む有機溶液を用いた液液抽出に供して、有機相を分離した後、水又はメタノールを用いた液液抽出に供する。問題点としては、錯体形成反応に時間がかかること（約８時間）、高価な錯化剤が必要であること、更に、芳香族有機溶媒の使用に伴う危険性がある（操作の際に一連の困難が生じることを意味する）ことが考えられる。
【００１８】
Ｂ．Ｂａｒ及びＪ．Ｌ．Ｇｅｉｎｅｒ（非特許文献２）、Ｍａｌｍａｒｙら（非特許文献３）、Ｈａｒｔｌ及びＭａｒｒ（非特許文献４）、Ｓａｎ−Ｍａｒｉｎ及びＣｈｅｒｙａｎ（非特許文献５）などによる研究において、溶質の濃度が低い場合であってもカルボン酸と錯体を形成することができるため高い選択性を維持できる弱塩基性の長鎖トリアルキルアミンを用いて水溶液に含まれる乳酸の抽出を行う場合の分離効果が立証された。
【００１９】
特許文献１３は、発酵後の希釈液から有機酸を精製することができる方法を提案している。上記希釈液を３級アミンの炭酸塩（例えばトリブチルアミン又はトリシクロヘキシルメチルアミン）で処理すると、炭酸カルシウム沈殿とトリアルキルアンモニウム有機塩が生じる。その後、有機塩溶液を単離し、溶媒抽出により濃縮した後、蒸留及び加熱を行って、乳酸と３級アミンを生成する。問題点としては、３級アミン等の特定の化学物質にコストがかかること、さらに、不純物を確実に除去するための有機酸の後処理が行われていないことが考えられる。
【００２０】
特許文献１４は、チーズ乳清の発酵液から乳酸塩を連続除去する方法を提案している。発酵工程中、精密濾過及び限外濾過により細胞が分離及び再循環され、透過液は精製工程に進む。透過液を酸性化してから、炭素数２４の３級トリアルキルアミン溶液（非水混和性）及び有機溶媒を用いた液液抽出に供する。そして、有機相を分離した後、固体アルカリ及び固体アルカリ土類を水酸化アンモニウム水溶液に懸濁した懸濁液を用いた液液抽出に供する。これにより、乳酸塩及び乳酸の除去を促進する。該文献では、濃縮工程だけでなく、乳酸の単離についてさえ検討していない。
【００２１】
特許文献１５では、二酸化炭素雰囲気下の抽出において、乳酸に対する結合性が強いトリアルキルアミン溶液（例えばトリ−ｎ−オクチルアミン及びトリ−ｎ−ドデシルアミン）を抽出相として用いている。重炭酸ナトリウム結晶が形成され、水相から分離される。重炭酸塩を炭酸塩に変換し、発酵工程に戻してｐＨの中和に用いる。使用するアルキルアミンの種類は、結合性が、乳酸塩溶液から乳酸を抽出できる程度に高く、且つ、乳酸を水に移せる程度に低いものを選択すべきである。また、上記アルキルアミン類は粘性を有するため、ケロシン及び／又はオクタノールに添加した状態で添加すべきである。乳酸は水との接触によって有機相から除去される。ケロシン又はオクタノールを使用する場合、水で洗浄する前にそれらの溶媒を除去する工程を行う必要がある。
【００２２】
特許文献１６は、希釈された乳酸（約３％）の流れから水を回収する際に２級又は３級アミン（例えばＴＥＡ又はＤＥＭＡ）を用いることで、１５％の濃縮乳酸の流れを生成する方法を提案している。有機相の水の回収を促進するには一連の接触物が必要である。
【００２３】
特許文献１７では、酸性化、除塩、活性炭濾過、一次抽出、二次抽出、蒸発及び真空蒸留の各工程からなる、乳酸を精製するための一連の単位操作を組み合わせている。
【００２４】
特許文献１８は、３級アルキルアミンを用いた乳酸抽出方法の改良法を提案している。この改良法では、上記アミン溶液と共に硫酸を使用することに加え、この硫酸を用いて酸性化する予備工程も行う。
【００２５】
特許文献１９は、アミン及び／又は特定のアルコールを用いた液液抽出に基づく乳酸生産法をいくつか記載している。溶媒の除去が、蒸留塔を用いて上部生成物又は下部生成物（採用する方法によって異なる）に対して行われる。
【００２６】
特許文献２０は、一連の液液抽出操作により、乳酸及び乳酸塩の溶液から乳酸を回収することを開示している。第一の液液抽出塔は、乳酸及び乳酸塩の流れとトリアルキルアミンの流れとの間で質量交換を促進して、一次ラフィネートの流れと飽和トリアルキルアミンの流れを生成する。飽和トリアルキルアミンの流れが、純水を用いた液液抽出塔に通液されることで、純粋な乳酸の流れと「活性」トリアルキルアミンの流れが生成される。第三の液液抽出塔は、一次ラフィネートの流れと「活性」トリアルキルアミンの流れとの接触を促進して、二次ラフィネートの流れと回収したトリアルキルアミンの流れ（この流れを第一の抽出操作に戻してもよい）を生成する。
【００２７】
蒸発法
特許文献２１は、蒸発により乳酸を濃縮する方法を詳述しており、最終生成物の変色を最小限に抑えるために、圧力（真空）及び温度のどちらか一方の操作条件を最適化することを明らかにしている。
【００２８】
特許文献２２は、結晶化を伴う真空蒸留法を開示している。この方法により、濃度８０％の乳酸溶液を濃度９９％にまで濃縮できるが、蒸発及び結晶化を組み合わせたことによりエネルギー消費量が大きいという点で、この提案された方法は著しく不利である。
【００２９】
特許文献２３は、乳酸及び乳酸ナトリウムの溶液の酸性化を提案している。その後、蒸発結晶化が行われ、乳酸ナトリウムが結晶化されて、乳酸が溶液中に保持される。しかしながら、この提案された方法が成功するか否かは、純溶液（糖類、タンパク質及びビタミン類を含まない溶液）を供給できるかどうかにより決まることがわかる。純溶液でない場合、最終生成物が混入物により汚染されたり、生成物が着色したりする。
【００３０】
代替法
特許文献２４は、エタノール産業の二次的な流れからクロマトグラフ分離によって乳酸を分離し、この生成物を再利用することを提案している。しかしながら、上記方法は主に乳酸の大規模生産を目的としたものであるためコストが高く、そのため、この技術の適用は著しく限られている。
【００３１】
特許文献２５は、先ず乳酸の蒸発を促進してから、回転蒸留（分子蒸留ともいう）を行って、純度の高い乳酸の流れを生成する濃縮方法を提案している。
【００３２】
上記技術が、液の浄化、再生、精製及び濃縮によって発酵培養液から乳酸を得る方法であって、そのプロセスにおける流れを再循環させることでエネルギー効率を管理しながら実施され、最終生成物として純度の高い濃縮乳酸が得られることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３３】
【特許文献１】米国特許第４，１１０，１７５号明細書
【特許文献２】欧州特許第２３００２１号明細書
【特許文献３】米国特許第５，００２，８８１号明細書
【特許文献４】米国特許第５，５０３，７５０号明細書
【特許文献５】米国特許第４，８８２，２７７号明細書
【特許文献６】米国特許第４，８８５，２４７号明細書
【特許文献７】米国特許第６，３１９，３８２号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００４／０３３５７３号明細書
【特許文献９】欧州特許第０３９３８１８号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，５７１，６５７号明細書
【特許文献１１】米国特許第４，２７５，２３４号明細書
【特許文献１２】ブラジル特許第８９０６６５１号明細書
【特許文献１３】米国特許第４，４４４，８８１号明細書
【特許文献１４】米国特許第４，７７１，００１号明細書
【特許文献１５】米国特許第５，５１０，５２６号明細書
【特許文献１６】米国特許第６，４７８，９６５号明細書
【特許文献１７】米国特許第６，５０９，１７９号明細書
【特許文献１８】米国特許第７，０２６，１４５号明細書
【特許文献１９】米国特許出願公開第２００４／２１００８８号明細書
【特許文献２０】米国特許第７，０１９，１７０号明細書
【特許文献２１】米国特許第６，４８９，５０８号明細書
【特許文献２２】国際公開第００／５６６９３号
【特許文献２３】米国特許第６，３８４，２７６号明細書
【特許文献２４】米国特許第５，１７７，００８号明細書
【特許文献２５】中国特許第１０１２３４９６０号明細書
【非特許文献】
【００３４】
【非特許文献１】Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．９，ｎ．５，ｐｐ．２０７〜２１２，１９８７
【非特許文献２】Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｐｒｏｇｒｅｓｓ，ｖｏｌ．３，ｎ．１０９，１９８７
【非特許文献３】Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．，ｎ．７５，ｐｐ．１１６９〜１１７３，２０００
【非特許文献４】Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｎ．２８，ｐｐ．８０５〜８１９，１９９３
【非特許文献５】Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．，ｎ．６５，ｐｐ．２８１〜２８５，１９９６
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００３５】
広義において、本発明は、発酵培養液から高純度の乳酸を高い全収率で生産することを目的とし、一連の単位操作からなり、副生成物の再利用に用いる複数の再循環の流れと中間生成物の流れを含む方法を提供する。
【００３６】
上記操作は以下の工程を含む。
（ａ）乳酸ナトリウムを含む発酵液を遠心分離、精密濾過及び接線流（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）限外濾過により浄化し、活性炭濾過により仕上げて、浄化済み乳酸ナトリウム溶液を得る工程、
（ｂ）工程（ａ）で得られた上記溶液を従来の電気透析（ＥＤＣ）及びバイポーラ電気透析に供して再生する工程、
（ｃ）得られた溶液を樹脂を用いてイオン交換して、８０〜２００ｇ／Ｌの乳酸と１０〜２０％の乳酸ナトリウムを含む流れを得る工程、
（ｄ）工程（ｃ）で得られた乳酸を蒸発により精製して、不純物含量１〜５％の乳酸の流れを生成し、この得られた濃縮乳酸を活性炭と接触させて無色の濃縮乳酸を得て、この無色濃縮乳酸を有機アルコール又はアルコール−アミン溶液で必ず抽出してから、水で洗浄して不純物を除去し、本工程の終了時に、不純物含量０．０１〜３％の５〜１０ｇ／Ｌの精製済み乳酸を得る工程、並びに、
（ｅ）乳酸の蒸発精製により、濃縮及び精製済み８０〜９０％乳酸を得る工程。
【００３７】
中間生成物の流れの熱エネルギーの再利用操作により、エネルギー効率が確保される。
【００３８】
従って、本発明は、浄化、再生、精製及び濃縮の各工程により高純度の濃縮乳酸を得る方法であって、上記乳酸が、乳酸ナトリウムと発酵基質に存在する複数の混入物を含む発酵液から得られる方法を提供する。
【００３９】
また、本発明に係る高純度の濃縮乳酸を得る方法において、上記各工程は相乗的に組み合わせられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の方法として一連の主な単位操作を簡略化して示したブロック図であり、主生成物と中間生成物の流れのみを示す。
【図２】本発明の方法のフローチャートを示しており、高純度の濃縮乳酸を生産する方法の単位操作及び主要な流れを副生成物の再循環の流れとともに説明する。
【図３】エネルギー統合を考慮して、本発明に係る方法のフローチャートを示し、高純度の濃縮乳酸を生産する方法の単位操作及び主要な流れを説明する。
【図４】エネルギー統合及び質量統合（副生成物の再循環の流れとの統合）を考慮して、本発明に係る方法のフローチャートを示し、高純度の濃縮乳酸を生産する方法の単位操作及び主要な流れを説明する。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明は、乳酸ナトリウムと発酵基質に存在する複数の混入物を含む発酵液から乳酸を浄化、再生、精製及び濃縮する各工程によって乳酸を得る方法を記載する。
【００４２】
上記方法はエネルギー効率を考慮したものである。そのため、いくつかのエネルギー再利用用交換器を考慮しているが、先行技術文献で提案されている結晶化工程及び洗浄工程は用いない。
【００４３】
また、本発明者らは、特定の溶媒を用いる先行文献とは異なり、市場で容易に入手できる低コストの化学物質の使用を考慮した。
【００４４】
乳酸は発酵法により生産され、通常、糖液及びタンパク質（例えば、乳タンパク質濃縮液から得られた乳タンパク質透過液の形態の乳タンパク質）を含む増殖培地で発酵を行う。発酵は、好ましくは１又は複数のプロテアーゼ酵素を発酵槽に添加することにより行われ、その結果、乳酸を生成する細菌培養による発酵と同時に、加水分解タンパク質が連続的に生成される。乳酸を生成する細菌培養としては、例えば国際公開第９８／２８４３３号に記載されるものが挙げられる。
【００４５】
本発明は、浄化、再生、精製及び濃縮の４工程に分類できる複数の技術を組み合わせたものである。
【００４６】
本発明の方法は、連続的に行われる。また、本発明の方法はバッチ操作も可能である。
【００４７】
本発明の方法により、不純物含量０．０１〜３％の８０〜９０％乳酸水溶液を得ることができる。
【００４８】
本発明の方法は、上記工程を相乗的及び連続的に組み合わせることにより、高いエネルギー効率で高純度の濃縮生成物を得ることができる。
【００４９】
浄化工程
本工程に対する原料は、乳製品の発酵過程で得られる発酵液に由来するものであり、５０〜８０ｇ／Ｌの乳酸ナトリウム（より具体的には６０〜７０ｇ／Ｌ）、３〜５ｇ／Ｌの細胞集団（発酵過程に関与する微生物由来のもの、例えばＬａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃａｓｅｉ）及び繊維（発酵で使われる原料由来のもの、例えばキャッサバ繊維であるＭａｎｉｈｏｔ  ｅｓｃｕｌｅｎｔａ）、１０〜５０ｇ／Ｌの多糖類（より具体的には１０ｇ／Ｌ〜３０ｇ／Ｌ）、１〜５ｇ／Ｌのタンパク質及びビタミン類、並びに、１００〜５００ｐｐｍの二価カチオン（Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋及びＳｒ２＋）を含む水溶液で構成される。
【００５０】
本工程では、先ず、発酵培養液を遠心分離して、繊維やその他の浮遊固形物の除去を促進し、これにより、予備浄化済み発酵液の正味の流れと、繊維及び細胞物質からなる湿泥とを生成する。この操作は、植物（より具体的には繊維状植物）由来の培養液を用いる発酵液を処理する際に不可欠な操作である。
【００５１】
実際、条件がより厳しい他の濾過操作（例えば精密濾過）の上流で遠心分離を行うことにより、逆洗の頻度を減らし、透過液の流量を増やすことができる。
【００５２】
この遠心分離で得られた湿泥（５〜２５％の発酵液を含む）にはまだ発酵液が染み込んでいる。本浄化工程において乳酸ナトリウムの損失を低減するためには、この発酵液を上記パルプから取り除く必要がある。この際、デカンタ型遠心分離機を用いれば、残留発酵液の含有量が０．５〜２．５％の乾燥パルプを形成できる。この乾燥パルプは、本工程の副生成物として商品化でき、その利用可能性の事前分析によれば、堆肥や動物飼料として使用することができる。
【００５３】
その後、予備浄化済み発酵液を孔径５０μｍ（好ましくは３０μｍ）の高分子膜を用いた接線流精密濾過に供し、残留繊維及び細胞の分離を促進する。精密濾過機に留まった発酵液の流れを遠心分離機の入口に戻し、精密濾過された流れは次の濾過工程に進める。
【００５４】
精密濾過された発酵液を、空孔率３０〜７０ｋＤａの高分子膜を用いた接線流限外濾過に供し、巨大分子及び細胞片の分離を促進する。限外濾過機に留まった発酵液の流れを遠心分離機の入口に戻し、限外濾過された発酵液の流れは次の濾過工程に進める。
【００５５】
所望により、限外濾過された発酵液の流れをナノ濾過工程に供して、濾液に存在する二価カチオンの濃度を下げることも可能である。この場合、種々の膜を用いることができ、例えば、空孔率１〜３０ｋＤａの高分子膜が挙げられる。
【００５６】
限外濾過及び／又はナノ濾過（追加する場合）で得られた発酵液を活性炭層で濾過する。これにより、水溶液を着色させる有機化合物を除去することができる。原料がかなり着色している場合は、濾過層に通す前に、粉末活性炭を用いて接触時間１０分〜６０分、２００ｒｐｍで振とうすることもできる。その結果、浄化済み無色乳酸ナトリウム水溶液が得られる。
【００５７】
再生工程
活性炭層に通した乳酸ナトリウムの流れは、電気透析（ＥＤＣ）工程に進み、そこで、乳酸ナトリウムが精製及び濃縮される。ＥＤＣでは、対になった陽電荷を帯びた膜（アニオン膜）と負電荷を帯びた膜（カチオン膜）の間に電位差を印加する。カチオン膜とアニオン膜の間（セル）に、上記乳酸ナトリウム水溶液（５０〜８０ｇ／Ｌ）と１〜１０ｇ／Ｌ乳酸ナトリウム希釈液を交互に投入する。上記液は、アニオン膜を介して陽極に向かって移動する乳酸塩アニオンを受け取り、負電荷を帯びた側はナトリウムカチオンを受け取る。この工程の終了時には、上記乳酸ナトリウム水溶液は回収し尽くされ、この流れには非イオン性多糖類、タンパク質及びビタミン類が残留する。この流れは、遠心分離及び／又は発酵工程に戻される。本工程の収率は、操作条件（流量、圧力、流れ、ＤＤＰ、ｐＨ、濃度等）に応じて、回収率７０〜９０％の範囲である。乳酸ナトリウム希釈液は、全残留不純物量が１〜１０％、二価カチオン量（Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋及びＳｒ２＋）が５０〜２００ｐｐｍとなるまで、最大２０倍まで濃縮することができる。
【００５８】
乳酸ナトリウムは、バイポーラ電気透析により乳酸に変換される。バイポーラ電気透析の操作原理は、バイポーラ膜（陽電荷及び負電荷）を各セル（１つのカチオン膜及び１つのアニオン膜）に加える以外は、ＥＤＣと同様である。バイポーラ膜は、該膜上に堆積する多価カチオンに対する感度が高いため、再生効率が低下してしまう。バイポーラ電気透析の前に、乳酸溶液から多価カチオンを１０ｐｐｍ以下までキレート樹脂フィルタで取り除く。バイポーラ電気透析終了時には、乳酸濃度８０〜２００ｇ／Ｌ、全不純物濃度１〜５％、及び、乳酸ナトリウム濃度１０〜２０％の溶液が得られる。乳酸に含まれる全ての乳酸ナトリウムを再生するため、最終精製を強イオン交換樹脂カラムを用いて行う。次に、再生された生成物は、残留不純物を除去する精製工程に進める。
【００５９】
精製工程
不純物含量１〜５％の乳酸溶液を蒸発塔に送り、４０〜６０質量％に濃縮する。生成物を着色させる有機化合物が存在すると本蒸発工程で濃縮されるため、着色を完全に除去するための活性炭濾過工程を新たに要する。濃縮乳酸（４００〜６００ｇ／Ｌ）の無色の流れを液液抽出の第１カラムに導入し、そこで、炭素数４〜１２の直鎖及び／若しくは分岐鎖アルコール（例えば、ブタノール、ペンタノール、オクタノール、デカノール、ドデカノール等）から選択される中分子量のアルコール、高分子量の３級アミン、又は、上記アルコールと３級アミン（例えばトリオクチルアミン）の混合物と接触させる。乳酸に富むアルコールの流れは第２カラムに向かい、そこで脱塩水で洗浄され、閉鎖循環下、第１カラムに戻る。サイクルの終了時には、５〜２０ｇ／Ｌの乳酸を含む水性の流れと回収し尽くされた流れとが得られ、後者は廃棄されるか又は発酵工程で再利用される。全不純物量０．０１〜３％の５〜２０ｇ／Ｌ無色乳酸水溶液は濃縮工程に向かう。
【００６０】
濃縮工程
大気圧下、物質温度１００〜１５０℃及び上部温度１００℃の簡単な蒸発工程により、精製及び再生済み乳酸水溶液を濃縮する。この蒸発工程の終了時には、不純物濃度０．０１〜３％の８０〜９０％無色乳酸水溶液が得られる。
【００６１】
蒸発工程を加速させる代替法として、蒸発システムを真空にする方法が挙げられる。
【００６２】
最終生成物の最終精製は、炭フィルタ「カーボンブロック」に通液することで行うことができる。
【００６３】
本発明の方法の他の態様を図に示す。しかしながら、これらの図について本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更及び改変が可能であることは当業者にとって明らかである。
【００６４】
添付の図面は工程のフローチャートに対応しており、単位操作について、浄化工程には１００、再生工程には２００、精製工程には３００、濃縮工程には４００、発酵工程には５００の番号を付し、物質の流れには１〜３８の番号を付した。実線は液体状の流れ又は固体状の流れを示し、点線は水蒸気の流れを示す。
【００６５】
図１に、単位操作の基本的な順序を主要な流れと共に示す。各単位操作は以下の通りである。遠心分離（１０１）、遠心デカンテーション（１０２）、精密濾過（１０３）、限外濾過（１０４）、活性炭層による一次濾過（１０５）、従来の電気透析（２０１）、キレート樹脂層によるイオン交換カラム（２０２）、バイポーラ電気透析（２０３）、イオン交換カラム（２０４）、一次真空蒸発（３０２）、活性炭層による二次濾過（３０４）、水相から有機相への液液抽出（３０５）、有機相から水相への逆抽出（３０６）、及び、二次常圧蒸発（４０２）。
【００６６】
発酵液（１）を（１０１）で遠心分離して、上清液の流れ（予備浄化済み発酵液（５）と呼ぶ）と、繊維及び細胞物質で構成される高密度の流れ（湿泥（２）と呼ぶ）とを生成する。
【００６７】
その後、デカンタ型遠心分離機（１０２）で湿泥（２）を脱水して、乾燥パルプの流れ（３）を生成する。
【００６８】
予備浄化済み発酵液（５）を精密濾過（１０３）に供し、精密濾過液の流れ（７）を生成する。この流れを限外濾過（１０４）に供して、限外濾過液の流れ（９）を生成する。限外濾過液（９）は、その後、活性炭層で濾過（１０５）されて、浄化済み無色乳酸ナトリウム水溶液（１０）を得る。あるいは、限外濾過液の流れ（９）をナノ濾過（図示せず）に供して、濾液に存在する二価カチオンの濃度を低下させる。
【００６９】
乳酸ナトリウム水溶液（１０）を従来の電気透析（２０１）に供して、乳酸ナトリウム濃縮液（１２）を得る。その後、乳酸ナトリウム濃縮液（１２）をキレート樹脂を用いたイオン交換（２０２）に供して、二価カチオンを含まない安定した乳酸ナトリウム濃縮液（１３）を得る。
【００７０】
安定した乳酸ナトリウム濃縮液（１３）をバイポーラ電気透析（２０３）に供して、乳酸の再生を促進し、予備再生済み乳酸の流れ（１５）を生成する。その後、予備再生済み乳酸の流れ（１５）を強酸性樹脂層によるイオン交換（２０４）に供して、再生済み乳酸の流れ（１６）を生成する。
【００７１】
再生済み乳酸の流れ（１６）を一次真空蒸発（３０２）により濃縮して、濃縮再生済み乳酸の流れ（１９）を生成する。その後、濃縮再生済み乳酸の流れ（１９）を活性炭層で濾過（３０４）して、無色乳酸の流れ（２２）を生成する。この無色乳酸の流れ（２２）を一連の液液抽出操作、すなわち、水相から有機相への抽出（３０５）の後、脱塩水の流れ（２４）との接触による有機相から水相への抽出（３０６）に供して、不純物含有乳酸の流れ（２３）と高純度の乳酸希釈液（２８）を得る。
【００７２】
高純度の乳酸希釈液（２８）を二次蒸発（４０２）により濃縮して、高純度の濃縮乳酸の流れ（３０）を生成する。
【００７３】
更に図２に、副生成物、中間生成物及び原料を含むプロセス中の流れについて詳細を示す。
【００７４】
精密濾過による濃縮液の流れ（６）、限外濾過による濃縮液の流れ（８）及びデカンタ型遠心分離機による上清の流れ（４）を戻して遠心分離（１０１）に供する。
【００７５】
電気透析（２０１）により、希釈乳酸ナトリウムの流れ（１１）を副生成物として生成する。
【００７６】
バイポーラ電気透析（２０３）により、本方法の原料として使用可能な濃縮水酸化ナトリウムの流れ（１４）を生成する。
【００７７】
蒸発（４０２及び３０２）により、プロセスユーティリティとして利用可能な水蒸気の流れ（３７及び３１）を生成する。
【００７８】
活性炭媒体（１０５及び３０４）による濾過により、活性炭層の再生中に、断続的に廃液の流れ（２１）を生成する。
【００７９】
液液抽出（３０５及び３０６）には、乳酸ナトリウムに富む有機相の内部循環の流れ（２６）と、乳酸ナトリウムに乏しい有機相の内部循環の流れ（２７）が存在する。
【００８０】
プロセスを通して乳酸ナトリウムが完全に再生されていなければ、混入物の種類によっては、二次蒸発（４０２）により乳酸ナトリウム沈殿の流れ（３３）が生成される場合がある。
【００８１】
図３は、操作（３０２、３０４及び４０２）に供する流れを予熱するために熱交換器（３０１、３０３、４０１及び４０３）を用いてエネルギーを再利用できる構成を組み込んだものである。熱交換器（３０３）によって、水分蒸発と流れ（１６）及び（２８）の濃縮においてエネルギーを節約できるだけでなく、脱塩水の流れ（２４）を加熱することもでき、逆抽出（３０６）の性能の向上が保証される。
【００８２】
図４は、乳酸の再生、精製及び濃縮のプロセスを発酵プロセスと一体化できる構成を組み込んだものである。
【００８３】
図４は発酵操作（５０１）を含み、この操作は、連続バッチとして又は連続的に行うことができる。
【００８４】
流れ（３５）は、発酵（５０１）に供される細胞、基質及びその他の栄養素に相当する。
【００８５】
流れ（３６）は、発酵（５０１）ＰＨを制御するために連続的に添加される苛性ソーダ溶液に相当する。
【００８６】
湿泥の流れ（２）を再循環させて発酵（５０１）に供する。
【００８７】
精密濾過及び限外濾過の廃液の流れ（６及び８）も再循環させて発酵（５０１）に供する。
【００８８】
乳酸の中和を促進するために、従来の電気透析で生成された苛性アルカリ溶液の流れ（１１）も再循環させて発酵（５０１）に供する。
【００８９】
バイポーラ電気透析（２０３）の副生成物として生成された希釈乳酸ナトリウムの流れ（１４）と、液液抽出（３０５）で抽出し尽くされた希釈乳酸の流れ（２３）と、二次蒸発（４０２）で得られた乳酸ナトリウム沈殿の流れ（３３）とを再循環させて発酵（５０１）に供する。
【実施例】
【００９０】
以下の実施例により本発明を説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００９１】
実施例１
本実施例において、浄化工程に関する規模、試験及び物質収支を説明する。
【００９２】
乳酸発酵により得られた発酵液において２５０ｋｇ／ｈの乳酸ナトリウム（７０ｇ／Ｌ）を処理できる規模のプロセスでは、発酵液の組成に応じて２つの異なるシナリオを検討した。シナリオ１は、５ｇ／ＬのＬａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃａｓｅｉの菌体及びキャッサバ（Ｍａｎｉｈｏｔ  ｅｓｃｕｌｅｎｔａ）繊維と、５ｇ／Ｌのビタミン類及びタンパクと、３０ｇ／Ｌの発酵過程で消費されなかった多糖類とからなる液体を対象とする。シナリオ２は、３ｇ／ＬのＬａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃａｓｅｉの菌体及びキャッサバ（Ｍａｎｉｈｏｔ  ｅｓｃｕｌｅｎｔａ）繊維と、１ｇ／Ｌのビタミン類及びタンパク質と、１０ｇ／Ｌの発酵過程で消費されなかった多糖類とからなる液体を対象とする。
【００９３】
乳酸ナトリウムを浄化するために、遠心分離機（供給液量：４０ｍ３／ｈ、濃縮液量：４ｍ３／ｈ）、デカンタ型遠心分離機（処理量：０．５ｍ３／ｈ、濃縮液量：０．０５ｍ３／ｈ）、精密濾過システム（処理量：４ｍ３／ｈ）、限外濾過システム（処理量：３．５ｍ３／ｈ）及び活性炭層フィルタ（濾過能力：３．５ｍ３／ｈ）を用いた。
【００９４】
精密濾過システムに関しては、パイロット規模の試験によれば、精密濾過液自体を送り返すことを特徴とする所定のタイミングの逆洗（１５分〜６０分の頻度）を行ってこのシステムを操作しなければならない。試験によれば、精密濾過モジュールの最適な計画パラメータは以下の通りである。透過液流量と供給液流量の比率：約０．１５、透過率：１．０×１０−４Ｌ／（ｈ・ｍ２・Ｐａ）（１０．０Ｌ／（ｈ・ｍ２・ｂａｒ））、膜間差圧（供給液と透過液の圧力差）：１．０×１０５Ｐａ（１．０ｂａｒ）。この操作に必要な膜面積は約４００ｍ２であり、これは、５０ｍ２の中空繊維モジュールの８個分に相当する。ここでの給液ポンプの流量は３５ｍ３／ｈである。
【００９５】
限外濾過システムに関しては、パイロット規模の試験によれば、限外濾過モジュールの最適な計画パラメータは以下の通りである。透過液流量と供給液流量の比率：約０．５０、透過率：１．５×１０−４Ｌ／（ｈ・ｍ２・Ｐａ）（１５．０Ｌ／（ｈ・ｍ２・ｂａｒ））、膜間差圧（供給液と透過液の圧力差）：１．５×１０５Ｐａ（１．５ｂａｒ）。この操作に必要な膜面積は約１５０ｍ２であり、これは、２５ｍ２の高密度な平膜の６個分に相当する。ここでの給液ポンプの流量は８ｍ３／ｈである。
【００９６】
活性炭層フィルタに関しては、パイロット規模の試験によれば、最適な計画パラメータは以下の通りである。溶液が炭と接触する滞留時間：４時間、炭充填密度：約８００ｋｇ／ｍ３。よって、３．５ｍ３／ｈの乳酸ナトリウム水溶液を処理するために、作業容量１７５Ｌの容器と質量１４０ｋｇの炭を用いた。また、システム操作３時間〜６時間毎に１２０〜１５０℃の水蒸気を用いて炭を再生する必要があった。
【００９７】
パイロット規模の試験により、上記２つのシナリオの浄化工程における物質収支を、限外濾過廃液の除去率が２５％の場合（添付の表１及び２）及び限外濾過廃液の除去率が１０％の場合（添付の表３及び４）を考慮して、求めることができた。ここで強調すべき重要なことは、操作が連続的に行われ、限外濾過廃液の再循環によって混入物が濃縮されるため、この再循環に関わる流れにおいて上記廃棄物の濃度が上昇しないように該流れを部分的に除去することが必要となるという点である。
【００９８】
添付の表１〜４を参照すると、浄化工程における乳酸ナトリウムの質量収率は、シナリオ１及びシナリオ２において、除去率２５％の場合には約８０％、除去率１０％の場合には約９０％であることが分かる。
【００９９】
実施例２
本実施例において、濃縮工程に関する規模、試験及び物質収支を説明する。
【０１００】
乳酸濃度１５ｇ／Ｌの精製及び再生済み乳酸水溶液をもとに２５０ｋｇ／ｈの乳酸ナトリウムをエネルギーを再利用しないで濃縮できる規模のプロセスでは、濃縮工程の物質収支を記載した添付の表５に示されるように、熱交換容量が約１２ＭＷの常圧蒸発器を用いて、１７ｋｇ／ｈの不溶性不純物を分離するためのシステムの場合には水蒸気を１時間当たり１６．３トン除去する必要がある。この表から、乳酸約１ｋｇ当たり１７２ＭＪの消費量が推定される。
【０１０１】
一方、エネルギーの再利用を行う規模のプロセスは、添付の表６に示されるように、約１．３ＭＷの熱交換容量の熱交換器を備え、常圧蒸発器で生成された水蒸気を高温流体として用いて、再生及び精製済み乳酸水溶液を２５℃から９０℃に予熱する。この表から、乳酸約１ｋｇ当たり約１５３ＭＪの消費量が推定される。
【０１０２】
実施例３
本実施例において、精製工程における一次蒸発に関する規模、試験及び物質収支を説明する。
【０１０３】
乳酸濃度１２５ｇ／Ｌの精製及び再生済み乳酸水溶液をもとに２５０ｋｇ／ｈの乳酸ナトリウムをエネルギーを再利用しないで濃縮できる規模のプロセスでは、精製工程の一次蒸発における物質収支を記載した添付の表７に示されるように、熱交換容量が約１．０ＭＷの真空蒸発器（２．５×１０４Ｐａ、２５０ｍｂａｒ）を用いて、１時間当たり０．６トンの水蒸気を除去する必要がある。この表から、乳酸約１ｋｇ当たり約１５．２ＭＪの消費量が推定される。
【０１０４】
一方、エネルギーの再利用を行う規模のプロセスは、添付の表８に示されるように、約１．０ＭＷの熱交換容量の熱交換器を備え、常圧蒸発器で生成された１２０℃の水蒸気を高温流体として用いて、再生済み乳酸希釈液を２５℃から８０℃に予熱及び蒸発する。
【０１０５】
このようにして、濃縮工程で生成された高温流体のみを用いて一次蒸発を促進できる。
【０１０６】
実施例４
本実施例において、精製工程の液液抽出に関する規模、試験及び物質収支を説明する。
【０１０７】
濃縮乳酸水溶液（５００ｇ／Ｌ）をもとに２５０ｋｇ／ｈの乳酸を精製できる規模のプロセスでは、従来型の液液抽出第１カラムを用いて５００Ｌ／ｈの乳酸濃縮液を１．０ｍ３／ｈのオクタノールと接触させ、液液逆抽出第２カラムを用いて１．０ｍ３／ｈのオクタノールを１．０ｍ３／ｈの脱塩水と接触させる。その結果、濃度１５μｇ／Ｌ及び流量１．０ｍ３／ｈの精製乳酸希釈液の水性の流れが回収される。
【０１０８】
上記水性の流れは、抽出カラムの下部に流入し、アルコール系の流れは上部に流入する。これは、オクタノールの密度（０．８ｇ／ｍＬ）が水の密度（１．０μｇ／ｍＬ）よりも低いからである。
【０１０９】
従来型の第１カラムは理論段数が２０段で、直径が１．５メートルである。また、アルコール相の出口にデカンタを備え、水溶液の抵抗を抑制する。第１カラムのオクタノールは加圧下にあり、デカンタから第２カラムの底部へとあふれ出る。
【０１１０】
従来型の第２カラムは、第１カラムと同じ特徴を有し、デカンタから出た抽出し尽くされたオクタノールは第１カラムに回収される。従って、オクタノールは閉鎖循環下に保持される。
【０１１１】
パイロット規模の試験において、上記システムの最初の通液による乳酸の回収率は７０％であった。なお、残り３０％の乳酸も蒸発システムで更に濃縮し、新たな液液抽出に再度供することができ、その結果、プロセス損失を防ぐことができる。
【０１１２】
実施例５
本実施例において、再生工程おける従来の電気透析に関する規模、試験及び物質収支を説明する。
【０１１３】
７０ｇ／Ｌの乳酸ナトリウム希釈液から２５０ｋｇ／ｈの乳酸ナトリウムを濃縮できる規模のプロセスでは、処理能力３．６ｍ３／ｈの従来の電気透析（ＥＤＣ）モジュール（スタック）を用いた。流れ効率が８０％、流れ密度が１１０Ａ／ｍ２、電圧が１５５Ｖであることを考慮すると、１７５ｍ２の膜面積が必要である。
【０１１４】
上記プロセスでは、６．５ｍ３／ｈの乳酸ナトリウム溶液（５ｇ／Ｌ）から約８０％の収率が得られ、副生成物として、多糖類、タンパク質及びビタミン類を含む６．５ｍ３／ｈの乳酸ナトリウムに乏しい水溶液（１４ｇ／Ｌ）が得られた。電解質により２％硫酸溶液３ｍ３／ｈが消費された。生成物は、流量３．５ｍ３／ｈの乳酸溶液（濃度１２５ｇ／Ｌ）に相当する。
【０１１５】
実施例６
本実施例において、再生工程におけるバイポーラ電気透析に関する規模、試験及び物質収支を説明する。
【０１１６】
１２５ｇ／Ｌの乳酸ナトリウム溶液から２００ｋｇ／ｈの乳酸ナトリウムを再生できる規模のプロセスでは、処理能力３．０ｍ３／ｈのバイポーラ電気透析（ＥＤＢＭ）モジュール（スタック）を用いた。流れ効率が７０％、流れ密度が６００Ａ／ｍ２、平均電流が２．５Ａ、電圧が１６５Ｖであることを考慮すると、８５ｍ２の膜面積が必要である。
【０１１７】
上記方法では、供給された乳酸ナトリウムに対して乳酸の収率は約９０％であった。生成物は、流量３．０ｍ３／ｈの乳酸溶液（乳酸濃度１１２．５ｇ／Ｌ、乳酸ナトリウム濃度１２．５ｇ／Ｌ）に相当する。
【０１１８】
本発明は乳酸に関して記載されてはいるが、その他多くのカルボン酸に対しても同様の方法を行うことが可能なことは当業者には明らかである。そのような酸としては、ギ酸、酢酸、酪酸、プロピオン酸、吉草酸、イソ吉草酸、カプロン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、グリコール酸、グリシン酸、アクリル酸、酒石酸、フマル酸、安息香酸、マレイン酸、フタル酸、サリチル酸等が挙げられる。
【０１１９】
【表１】
2013537541.tif 000003
【０１２０】
【表２】
2013537541.tif 000004
【０１２１】
【表３】
2013537541.tif 000005
【０１２２】
【表４】
2013537541.tif 000006
【０１２３】
【表５】
2013537541.tif 000007
【０１２４】
【表６】
2013537541.tif 000008
【０１２５】
【表７】
2013537541.tif 000009
【０１２６】
【表８】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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