(57)【要約】  乳酸を晶析して精製乳酸結晶を回収し、母液を晶析工程に循環させるにあたり、乳酸含有溶液を蒸留して蒸気側から回収した乳酸を晶析工程の供給液とすることで、晶析工程の循環系内に乳酸の多量体が蓄積することなく、高収率かつ安定的に乳酸結晶を製造でき、得られた乳酸を原料とすることで、優れた物性値を有するポリ乳酸が得られる【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乳酸含有溶液を蒸留し、蒸気側から乳酸を回収する工程（工程Ａ）、工程Ａで得られた乳酸を晶析する工程（工程Ｂ）、工程Ｂで得られた乳酸スラリーを乳酸結晶と母液に固液分離する工程（工程Ｃ）および工程Ｃで得られた母液を工程Ｂに循環する工程（工程Ｄ）を含む、乳酸の製造方法。
【請求項２】
乳酸含有溶液が微生物発酵由来である、請求項１に記載の乳酸の製造方法。
【請求項３】
工程Ｂの晶析が冷却結晶化、蒸発結晶化または断熱結晶化である、請求項１または２に記載の乳酸の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の乳酸の製造方法により乳酸を製造する工程および該工程で得られる乳酸を原料としてポリ乳酸を製造する工程（工程Ｅ）を含む、ポリ乳酸の製造方法。
【請求項５】
前記工程（Ｅ）が乳酸を直接脱水縮合する工程である、請求項４に記載のポリ乳酸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物発酵由来の乳酸含有溶液から高純度の乳酸を高収率で単離精製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
乳酸は、食品用、医薬用などといった用途の他に、プラスチックのモノマー原料として工業的用途にまで広く適用され、需要が増加している。２−ヒドロキシプロピオン酸、即ち乳酸は、微生物による発酵により生産されることが知られており、微生物はグルコースに代表される炭水化物を含有する基質を乳酸に変換する。乳酸は、カルボニルα位の炭素に結合している置換基の立体配座により、（Ｌ）−体および（Ｄ）−体の光学異性体に分類される。微生物発酵によれば、微生物を適宜選択することにより（Ｌ）−体または（Ｄ）−体の乳酸を選択的に、または（Ｌ）−体及び（Ｄ）−体の混合体（ラセミ体）の乳酸を生産することができる。【０００３】
一般に、微生物発酵による乳酸の生産は培養液中にアルカリ性物質（例えば、水酸化カルシウム）を添加することで微生物発酵に最適なｐＨに保持されながら行われる。微生物発酵により生産された酸性物質である乳酸の多くは、アルカリ性物質が添加されることで、培養液中では乳酸塩（例えば、乳酸カルシウム）として存在している。乳酸をプラスチックのモノマーとして使用する場合、一般的に発酵終了後の培養液に酸性物質（例えば、硫酸）を添加することで得られるフリー体の乳酸が好ましく用いられる。ただし、微生物発酵により得られる乳酸発酵液中には、目的物である乳酸の他、有機酸とその塩、タンパク質、アミノ酸に加え、グリセロールなどの非イオン性の化合物が不純物として含まれており、乳酸をプラスチックのモノマーとして使用する場合、乳酸とこれらの不純物を分離する必要がある。【０００４】
微生物発酵により得られる乳酸発酵液由来の乳酸含有溶液から種々の不純物を除去して乳酸を回収する方法として、乳酸を晶析する方法が知られている。晶析は乳酸を結晶として析出させることで化学純度に加えて光学純度を高める方法であり、発酵由来の不純物の多くは液体成分（母液）に分配される。通常、母液中には不純物とともに多くの乳酸が残存しているため、乳酸発酵液から産業規模で乳酸を製造する際には、母液を前段のいずれかの工程にリサイクルして精製収率を向上させる必要がある。乳酸の晶析による精製として、例えば特許文献１には、乳酸含有溶液を希釈、加水分解後に晶析することで収率向上する方法が開示されている。また、特許文献２には、乳酸含有溶液を蒸留後、晶析して高品質の乳酸を回収する方法が開示されている。しかしながら、これらの特許文献には、晶析母液をリサイクルする工程についての具体的な記載はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１８９３１０号公報
【特許文献２】特表２００２−５４００９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、乳酸含有溶液から乳酸を晶析することによって回収し、さらに母液を晶析工程にリサイクルして高収率で乳酸を回収するに際して、リサイクル系内に乳酸の多量体や不純物が蓄積することで晶析収率が低下する課題があることを見出した。【０００７】
そこで本発明は、乳酸含有溶液から乳酸を晶析によって回収し、かつ母液のリサイクル系内での乳酸多量体や不純物の蓄積を抑制して、高純度の乳酸を高効率かつ安定的に製造する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、乳酸を晶析して精製乳酸結晶を回収し、母液を晶析工程に循環させるにあたり、該晶析工程への供給液として乳酸含有溶液を蒸留して蒸気側から回収した乳酸を用いることで、晶析工程の循環系内に乳酸の多量体が蓄積することなく高収率で安定的に乳酸結晶を製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。【０００９】
すなわち、本発明は次の（１）〜（３）から構成される。
（１）乳酸含有溶液を蒸留し、蒸気側から乳酸を回収する工程（工程Ａ）、工程Ａで得られた乳酸を晶析する工程（工程Ｂ）、工程Ｂで得られた乳酸スラリーを乳酸結晶と母液に固液分離する工程（工程Ｃ）および工程Ｃで得られた母液を工程Ｂに循環する工程（工程Ｄ）を含む、乳酸の製造方法。
（２）乳酸含有溶液が微生物発酵由来である、（１）に記載の乳酸の製造方法。
（３）工程Ｂの晶析が冷却結晶化、蒸発結晶化または断熱結晶化である、（１）または（２）に記載の乳酸の製造方法。
（４）（１）から（３）のいずれかに記載の乳酸の製造方法により乳酸を製造する工程および該工程で得られる乳酸を原料としてポリ乳酸を製造する工程（工程Ｅ）を含む、ポリ乳酸の製造方法。
（５）前記工程（Ｅ）が乳酸を直接脱水縮合する工程である、（４）に記載のポリ乳酸の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、乳酸含有溶液から高収率で高純度の乳酸を安定的に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一つの実施の形態を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の乳酸の製造方法は、乳酸含有溶液を蒸留し、蒸気側から乳酸を回収する工程（工程Ａ）、工程Ａで得られた乳酸を晶析する工程（工程Ｂ）、工程Ｂで得られた乳酸スラリーを乳酸結晶と母液に固液分離する工程（工程Ｃ）、工程Ｃで得られた母液を工程Ｂに循環する工程（工程Ｄ）を含むことを特徴としている。以下、本発明をより詳細に説明する。
【００１３】
本発明で使用する乳酸含有溶液はフリー体の乳酸（以下、フリー乳酸という。）を主成分とすること以外は特に制限はないが、微生物発酵由来であることが好ましい。微生物発酵由来の乳酸含有溶液としては、発酵培養液そのものであっても、発酵培養液から複数の精製工程を経たものであってもよい。
【００１４】
乳酸含有溶液が微生物発酵由来である場合、微生物発酵培養時のｐＨ調整のためにアルカリ性物質が添加されると、乳酸含有溶液中の主成分が乳酸塩（具体的には、乳酸リチウム、乳酸ナトリウム、乳酸カリウム、乳酸カルシウム、乳酸マグネシウム、乳酸アルミニウムまたは乳酸アンモニウムあるいはこれらの混合物）となることがあるが、その場合、前処理として、乳酸含有溶液中の乳酸塩をフリー乳酸に変換する。乳酸塩からフリー乳酸を得る方法としては、乳酸塩含有溶液に酸性物質を添加する方法を採用できる。酸性物質は特に限定はなく、硫酸、塩酸、炭酸、リン酸、硝酸などを用いることができるが、難溶性塩を形成させることでフリー乳酸と塩が容易に分離できるという観点から硫酸を用いることが好ましい。
【００１５】
乳酸塩を主成分とする溶液に酸性物質を添加してフリー乳酸含有溶液に変換するとともに、乳酸塩の陽イオン成分を難溶性塩として除去する場合、乳酸塩含有溶液に酸性物質を添加し、該溶液中の陽イオン成分を難溶性塩として沈殿、濾別等により固液分離することで、乳酸塩由来の陽イオンが除去されたフリーの乳酸含有溶液を得ることができる。難溶性塩の固液分離の方法に特に限定はなく、定性濾紙による濾過や遠心分離など、当業者にとって公知の方法を適用できる。なお、乳酸発酵が低ｐＨ（例えば、乳酸のｐＫａ以下など）にて実施された乳酸発酵培養液を使用するなど、乳酸発酵培養液中に多くのフリー乳酸を含む場合は、乳酸発酵培養液をそのまま工程Ａに供することができる。
【００１６】
工程Ａでは、乳酸含有溶液を蒸留する工程に供する。本発明者は、該蒸留工程（工程Ａ）で除去できる不純物の中には、乳酸のオリゴマー化（多量体化）を促進する不純物が含まれており、該不純物を蒸留工程で除去することで後段の晶析工程（工程Ｂ）および母液循環工程（工程Ｄ）での乳酸オリゴマーの蓄積を抑制して、安定な運転と高収率での乳酸結晶回収が可能となることを見出した。乳酸を揮発させるために加熱を要する蒸留工程（工程Ａ）による乳酸の精製は、これまで乳酸のオリゴマー化の要因のひとつであると考えられていたが（例えば、特表２００１−５０６２７４号公報の６頁を参照のこと。）、本発明ではあえて乳酸のオリゴマー化のリスクのある蒸留工程（工程Ａ）によって得られる乳酸を後段の晶析工程（工程Ｂ）に供することによって、本願明細書の実施例で示されるように蒸留工程（工程Ａ）を採用しない場合と比較して母液循環工程（工程Ｄ）での乳酸オリゴマーの蓄積が抑制されるという予想外の効果が得られる。
【００１７】
工程Ａの蒸留では、乳酸含有溶液を蒸留し、蒸気側から乳酸を回収すると同時に、高沸点または不揮発性の不純物を溶液として蒸留残渣として除去する。蒸留工程に供する乳酸含有溶液の乳酸濃度に特に制限はないが、溶液中の乳酸濃度が低すぎると蒸留設備が大きくなり、濃度が高すぎると過度なオリゴマー化の影響で蒸留収率が低下する場合があるため、４０〜９５重量％、より好ましくは６０〜９０重量％であれば好適に蒸留を行うことができる。また、蒸留工程は、１Ｐａ以上大気圧（常圧、約１０１ｋＰａ）以下の減圧下で行われる。１０Ｐａ以上３０ｋＰａ以下の減圧下で行えば、蒸留温度を低減できることからより好ましい。減圧下で行う場合の蒸留温度は、２０℃以上２００℃以下で行われるが、１８０℃を超える温度で蒸留を行った場合、不純物の影響により、乳酸がラセミ化する場合があるため、５０℃以上１８０℃以下、より好ましくは６０℃以上１５０℃以下であれば、好適に乳酸の蒸留を行うことができる。なお、上記蒸留工程は回分式（バッチ）であっても連続式であっても本発明に適用できる。
【００１８】
乳酸は構造上、脱水条件（加熱、減圧）によりオリゴマー化しやすいため、可能な限り滞留時間を低減させることが好ましい。したがって、蒸留装置として、落下フィルム蒸発装置、拭き取りフィルム蒸発装置などの薄膜蒸発装置を用いることで短時間の蒸留を達成できるため、乳酸の回収率を向上できることから好ましい。また、蒸留装置で気化した乳酸は、凝縮器（コンデンサー）によって冷却回収される。蒸気相には、乳酸とともに水や低沸点成分も含まれるため、１段目の凝縮器で乳酸、および場合によっては任意の割合の水を凝縮させる分縮を行い、２段目の凝縮器で残りの水や低沸点成分を凝縮させる全縮を行うなど、複数のコンデンサーを用いてもよい。
【００１９】
なお、工程Ａに供する乳酸含有溶液の濃度が低い場合には、工程Ａの前段で乳酸を濃縮しておくことが好ましい。乳酸含有溶液の濃縮方法としては、当業者に公知の一般的な方法でよく、例えば、逆浸透膜を用いる方法や、エバポレーターによる加熱濃縮（蒸発法）などが適用でき、これらの手法を組み合わせてもよい。
【００２０】
逆浸透膜とは、ＲＯ膜とも呼ばれるものであり、二価のイオンのみならず一価のイオンの阻止率が高い性質を利用して、海水の淡水化や半導体を洗浄する超純水を必要とする電子産業分野で大量に使用される膜である。
【００２１】
逆浸透膜を用いる方法は、乳酸含有溶液を逆浸透膜に通じて濾過することで膜の透過側に水を透過させ、乳酸を膜の非透過側に保持することで濃縮する方法である。本発明で好ましく使用される逆浸透膜としては、酢酸セルロール系のポリマーを機能層とした複合膜（以下、酢酸セルロース系の逆浸透膜ともいう）またはポリアミドを機能層とした複合膜（以下、ポリアミド系の逆浸透膜ともいう）が挙げられる。ここで、酢酸セルロース系のポリマーとしては、酢酸セルロース、二酢酸セルロース、三酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酪酸セルロース等のセルロースの有機酸エステルの単独もしくはこれらの混合物並びに混合エステルを用いたものが挙げられる。ポリアミドとしては、脂肪族および／または芳香族のジアミンをモノマーとする線状ポリマーまたは架橋ポリマーが挙げられる。膜形態としては、平膜型、スパイラル型、中空糸型など適宜の形態のものが使用できる。
【００２２】
本発明で使用される逆浸透膜の具体例としては、例えば、東レ株式会社製ポリアミド系逆浸透膜モジュールであるＳＵ−７１０、ＳＵ−７２０、ＳＵ−７２０Ｆ、ＳＵ−７１０Ｌ、ＳＵ−７２０Ｌ、ＳＵ−７２０ＬＦ、ＳＵ−７２０Ｒ、ＳＵ−７１０Ｐ、ＳＵ−７２０Ｐ、ＳＵ−８１０、ＳＵ−８２０、ＳＵ−８２０Ｌ、ＳＵ−８２０ＦＡ、ＴＭ８００、ＴＭ８００Ｃ、ＴＭ８００Ａ、ＴＭ８００Ｈ、ＴＭ８００Ｅ、ＴＭ８００Ｌ、同社酢酸セルロース系逆浸透膜ＳＣ−Ｌ１００Ｒ、ＳＣ−Ｌ２００Ｒ、ＳＣ−１１００、ＳＣ−１２００、ＳＣ−２１００、ＳＣ−２２００、ＳＣ−３１００、ＳＣ−３２００、ＳＣ−８１００、ＳＣ−８２００、日東電工株式会社製ＮＴＲ−７５９ＨＲ、ＮＴＲ−７２９ＨＦ、ＮＴＲ−７０ＳＷＣ、ＥＳ１０−Ｄ、ＥＳ２０−Ｄ、ＥＳ２０−Ｕ、ＥＳ１５−Ｄ、ＥＳ１５−Ｕ、ＬＦ１０−Ｄ、アルファラバル製ＲＯ９８ｐＨｔ、ＲＯ９９、ＨＲ９８ＰＰ、ＣＥ４０４０Ｃ−３０Ｄ、ＧＥ製“ＧＥＳｅｐａ”、Ｆｉｌｍｔｅｃ製ＢＷ３０−４０４０、ＴＷ３０−４０４０、ＸＬＥ−４０４０、ＬＰ−４０４０、ＬＥ−４０４０、ＳＷ３０−４０４０、ＳＷ３０ＨＲＬＥ−４０４０などが挙げられる。
【００２３】
本発明において、逆浸透膜による濃縮は圧力をかけて行うが、その濾過圧は、１ＭＰａより低ければ膜透過速度が低下し、８ＭＰａより高ければ膜の損傷に影響を与えるため、１ＭＰａ以上８ＭＰａ以下の範囲であることが好ましい。また、濾過圧が１ＭＰａ以上７ＭＰａ以下の範囲であれば、膜透過流束が高いことから、乳酸含有溶液を効率的に濃縮することができる。膜の損傷に影響を与える可能性が少ないことから最も好ましくは、２ＭＰａ以上６ＭＰａ以下の範囲である。低濃度の乳酸含有溶液においては、逆浸透膜を用いる方法が低コストであるため特に好ましい。
【００２４】
エバポレーターによる濃縮においては、乳酸含有溶液を加熱および／または減圧条件下で処理して水および低沸点成分を蒸気側に除去することで、溶液中の乳酸濃度を高めることができる。なお、乳酸を高温で長時間処理した場合、乳酸がオリゴマー化して後段の蒸留工程での収率が低下する可能性があるため、可能な限り温度および滞留時間を低減することが好ましいが、薄膜蒸発装置を用いて減圧下で乳酸含有溶液を処理することで、加熱温度および滞留時間をいずれも低減できることから好ましく採用される。
【００２５】
また、逆浸透膜による濃縮とエバポレーターによる濃縮を併用することは、投入エネルギーと乳酸オリゴマーの生成を低減できることから特に好ましい。
【００２６】
本発明では、工程Ａで得られた乳酸含有溶液中の乳酸を晶析する工程（工程Ｂ）に供する。工程Ｂにおける乳酸の晶析方法に特に制限はなく、通常用いられる方法で行うことができる。例えば、乳酸含有溶液を冷却することで乳酸を過飽和状態とする方法（冷却結晶化）、溶媒（水）を蒸発させることで乳酸を過飽和状態とする方法（蒸発結晶化）、溶媒（水）を蒸発させて乳酸溶液を冷却しつつ濃縮することで過飽和状態とする方法（断熱結晶化）などが挙げられる。上記結晶化方法の中でも、冷却に投入するエネルギーを削減できることから、断熱結晶化が好ましく適用できる。なお、上記結晶化に際して、種晶を添加してもよい。また、上記結晶化は回分式（バッチ）であっても連続式であっても本発明に適用できるが、産業規模の乳酸製造にあたっては連続的な結晶化、すなわち、連続的な乳酸含有溶液の供給と連続的な乳酸スラリーの抜き取りを行う方法が好ましい。
【００２７】
本発明では、工程Ｂで得られる乳酸結晶を含む溶液（乳酸スラリー）を、乳酸結晶と母液に固液分離する工程（工程Ｃ）に供する。乳酸結晶と残存液体成分（母液）の分離には公知の固液分離方法を適用できる。例えば、傾斜法、遠心分離、または定性濾紙を用いた吸引濾過等によって乳酸結晶を回収することができる。
【００２８】
工程Ｃで得られた乳酸結晶は高純度であり、ポリ乳酸の原料などの高い純度が求められる用途に適用可能であるが、さらに高純度の結晶を得るために、結晶に付着した母液を洗浄液によって洗浄してもよい。洗浄液としては、生成した乳酸結晶が溶解して結晶回収率が低下することを防止するため、乳酸を溶解しない貧溶媒を用いることが好ましい。このような貧溶媒に特に制限はないが、乳酸濃度８０〜１００重量％程度の乳酸水溶液を用いることが好ましく、本発明で得られた乳酸結晶の一部を水に溶解させて上記濃度の水溶液を調製し、洗浄液として用いることがより好ましい。
【００２９】
本発明では、工程Ｃで結晶を回収した後の母液を工程Ｂに循環する工程（工程Ｄ）に供することを特徴としている。一般的に、乳酸は水溶液中で単量体（モノマー）と、単量体が脱水縮合した多量体（オリゴマー）が平衡状態にあり、特に高濃度の乳酸水溶液中では水分が少ないことから、多量体を形成しやすい傾向にある。本発明者らは、乳酸の晶析においては、乳酸の水への溶解度が高いことから、晶析工程への供給液、および晶析母液中の乳酸濃度が高濃度となり、母液を継続的に晶析工程にリサイクルする際にオリゴマーが蓄積して晶析収率が低下する課題が生じることを見出した。本発明は、蒸留工程（工程Ａ）で得た乳酸含有溶液を晶析工程（工程Ｂ）に供することで、工程Ｄの母液中のオリゴマー蓄積を抑制できるところに特徴がある。
【００３０】
工程Ｄにおいて母液を工程Ｂに循環させる方法としては、母液を工程Ｂの晶析槽に直接戻してもよく、蒸留工程（工程Ａ）と晶析槽とを連結している配管に繋いで合流させてもよい。なお、リサイクル系内に発酵由来の不純物が過剰に蓄積することを抑制する目的で、工程Ｄにおいて母液の一部を系外に排出してもよい。
【００３１】
次に、図１に示した概念図を用いて本発明における乳酸製造について説明する。図１は本発明の代表的な一つの実施の形態を示すものであり、本発明の範囲内で適宜変形可能であることは当業者に容易に理解できるものである。
【００３２】
本発明において、微生物発酵由来の乳酸含有溶液は最初に蒸留装置１に供給される。真空ポンプによって減圧状態に維持された該蒸留装置によって蒸気となった乳酸は、蒸留分縮器２で任意の割合の水とともに凝縮され、蒸留分縮液受槽３に送られる。上記分縮器で凝縮されなかった水や低沸点成分は、蒸留全縮器４にて凝縮され、蒸留全縮液受槽５に送られる。続いて、上記蒸留工程（工程Ａ）で回収された乳酸は蒸留分縮液受槽３から、攪拌機を備えた晶析槽６に供給される。晶析槽内は真空ポンプによって減圧され、水を蒸発して乳酸を濃縮させることで乳酸結晶を析出させる（断熱冷却、工程Ｂ）。蒸発した水は晶析槽凝縮器７で凝縮され、晶析凝縮液受槽８に送られる。乳酸結晶を含有するスラリーは、晶析槽から晶析スラリー遠心分離機９に移送され、固液分離される（工程Ｃ）。固体成分である乳酸結晶は製品として取り出され、液体成分である母液は晶析母液受槽１０に送られる。母液は晶析母液受槽１０から晶析槽６にリサイクルすることでトータルの収率を向上することができる（工程Ｄ）。
【００３３】
さらに本発明は、前述の乳酸製造工程で得られた乳酸を原料としてポリ乳酸を製造する工程（工程Ｅ）を含むポリ乳酸の製造方法に関する。
【００３４】
ポリ乳酸とは、Ｌ−乳酸単位またはＤ−乳酸単位のホモポリマーや、ポリ−Ｌ−乳酸単位からなるセグメントとポリ−Ｄ−乳酸単位からなるセグメントにより構成されるポリ乳酸ブロック共重合体や、乳酸以外の他のモノマーとの共重合体を含む。共重合体である場合、乳酸以外の他のモノマー単位としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘプタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、ノナンジオール、デカンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、ビスフェノールＡ、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールおよびポリテトラメチレングリコールなどのグリコール化合物、シュウ酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、ドデカンジオン酸、マロン酸、グルタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ビス（ｐ−カルボキシフェニル）メタン、アントラセンジカルボン酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、ナトリウムスルホイソフタル酸、テトラブチルホスホニウムイソフタル酸などのジカルボン酸、グリコール酸、ヒドロキシプロピオン酸、ヒドロキシ酪酸、ヒドロキシ吉相酸、ヒドロキシカプロン酸、ヒドロキシ安息香酸などのヒドロキシカルボン酸、カプロラクトン、バレロラクトン、プロピオラクトン、ウンデカラクトン、１，５−オキセパン−２−オンなどのラクトン類を挙げることができる。上記他の共重合成分の共重合量は、全単量体成分に対し、０〜３０モル％であることが好ましく、０〜１０モル％であることが好ましい。
【００３５】
工程Ｅとしては一般のポリ乳酸の製造方法を利用することができる。具体的には、乳酸を原料として、一旦、環状２量体であるラクチドを生成せしめ、その後、開環重合を行う２段階のラクチド法と、当該原料を溶媒中で直接脱水重縮合を行う一段階の直接重合法などが知られており、いずれの製法を利用してもよい。直接重合法を用いる場合、原料の乳酸が高純度であることが必要とされるが、本発明の乳酸であれば、直接重合法に十分適用可能である。また、直接重合法を行う溶媒としては、重合に影響を及ぼさなければ特に制限は無く、水や有機溶媒を用いることができる。有機溶媒の場合、例えば、芳香族炭化水素類が挙げられる。芳香族炭化水素類としては、例えば、トルエン、キシレン、ナフタレン、クロロベンゼン、ジフェニルエーテルなどが挙げられる。
【００３６】
直接重合法によりポリ乳酸を製造する場合、縮合反応で生成する水を系外に排出することにより、重合を促進することができる。系外に排出する方法としては、減圧条件下で重合を行うことが好ましく、具体的には、７ｋＰａ以下、より好ましくは１．５ｋＰａ以下である。
【００３７】
また、重合反応に触媒を用いることにより、重合時間を短縮することができる。触媒としては、例えば、錫、亜鉛、鉛、チタン、ビスマス、ジルコニウム、ゲルマニウム、アンチモン、アルミニウムなどの金属及びその誘導体が挙げられる。誘導体としては、金属アルコキシド、カルボン酸塩、炭酸塩、酸化物、ハロゲン化物が好ましい。具体的には、塩化錫、オクチル酸錫、塩化亜鉛、酸化鉛、炭酸鉛、塩化チタン、アルコキシチタン、酸化ゲルマニウム、酸化ジルコニウムなどが挙げられ、これらの中でも錫化合物が好ましく、酢酸錫またはオクチル酸錫がより好ましい。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【００３９】
本実施例における乳酸の濃度や乳酸結晶の特性値は、以下の測定法によって求めた。【００４０】
Ａ．乳酸濃度
各工程における乳酸濃度は、高速液体クロマトグラフィー（株式会社島津製作所製）により以下の条件で測定した。
カラム：Ｓｈｉｍ−Ｐａｃｋ  ＳＰＲ−Ｈ（株式会社島津製作所製）
移動相：５ｍＭ  ｐ−トルエンスルホン酸（流速０．８ｍＬ／ｍｉｎ）
反応液：５ｍＭ  ｐ−トルエンスルホン酸、２０ｍＭ  ビストリス、０．１ｍＭ  ＥＤＴＡ・２Ｎａ（流速０．８ｍＬ／ｍｉｎ）
検出方法：電気伝導度
温度：４５℃。【００４１】
Ｂ．晶析収率
晶析工程への供給液（蒸留工程からの供給溶液と晶析母液の混合液）中の乳酸量と晶析工程で得た結晶中の乳酸量から、（式１）によって算出した。【００４２】
晶析収率＝１００×（結晶中の乳酸量）／（晶析工程への供給液中の乳酸量）・・・（式１）。【００４３】
Ｃ．母液中の乳酸オリゴマー
晶析母液中の乳酸オリゴマー量は、オリゴマーに占める割合の大きな２量体（ダイマー）をオリゴマー量と仮定し、高速液体クロマトグラフィー（株式会社島津製作所製）を用いて、乳酸単量体と２量体（ダイマー）とのピーク面積比（式２）によって算出した。
母液中の乳酸オリゴマー＝２量体のピーク面積／単量体のピーク面積・・・（式２）。【００４４】
なお、乳酸単量体および２量体は、以下の条件でＨＰＬＣ法により分析した。
カラム：Ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ  Ｓｙｎｅｒｇｉ  ４ｕ  Ｈｙｄｒｏ−ＲＰ  ８０Ａ（Ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ株式会社製）
移動相：Ａ液アセトニトリル、Ｂ液０．１％リン酸水溶液（グラジエント条件：０−５分（Ａ液９５％、Ｂ液５％一定）、５−２０分（Ａ液９５％→８０％、Ｂ液５％→２０％）、２０−４０分（Ａ液８０％→３０．５％、Ｂ液２０→６９．５％）、４０−４２分（Ａ液３０．５％→１％、Ｂ液６９．５％→９９％）、４２−４５分（Ａ液１％、Ｂ液９９％一定）、４５−４８分（Ａ液１％→９５％、Ｂ液９９％→５％））、流速１ｍＬ／ｍｉｎ
検出方法：ＵＶ２１０ｎｍ
温度：４０℃
溶出時間：乳酸単量体（３．４−４．０分）、乳酸２量体（８．５−１０．０分）。【００４５】
Ｄ．乳酸結晶の着色度（ＡＰＨＡ）
乳酸結晶に純水を添加して９０重量％乳酸水溶液とした後、比色計（日本電色工業株式会社製）を用いてＡＰＨＡ単位色数として分析した。【００４６】
参考例１  バッチ発酵による乳酸の製造
微生物を用いた乳酸発酵はＷＯ２０１２／１４７９０３号の実施例４（ｐＨ３）に従って行った。得られたＤ−乳酸発酵液（Ｄ−乳酸濃度４０ｇ／Ｌ）は精密濾過膜（“マイクローザ”、旭化成株式会社製）で菌体を濾過し、以下の実施例で使用した。【００４７】
実施例１  乳酸発酵培養液を原料とした乳酸の製造例
（乳酸含有溶液の蒸留）
参考例１で得られた乳酸発酵培養液をロータリーエバポレーター（東京理化器械株式会社製）を用いて、減圧下（５０ｈＰａ）で水を蒸発させて濃縮し、５０重量％乳酸含有溶液を得た。続いて、上記濃縮した乳酸含有溶液１０００ｇを５６．２５ｇ／ｈの速度で連続的に蒸留装置に供給し、６００ｈＰａ、１５０℃で減圧蒸留した。１段目の凝縮器（分縮）を４５℃、２段目の凝縮器（全縮）を２℃に設定して、１段目の凝縮器から凝縮した９２重量％乳酸含有溶液４６２ｇを得た。以後、この９２重量％乳酸含有溶液を晶析工程への供給液として使用した。【００４８】
（乳酸の晶析）
晶析母液のリサイクルを含めた連続運転のシミュレーション実験として、以下の（１）〜（３）の操作を行った。
（１）蒸留回収した９２重量％乳酸含有溶液１５４ｇに種晶０．８ｇを添加した後、２５℃で２時間静置することで乳酸を晶析した。
（２）乳酸結晶を含むスラリーを定性濾紙Ｎｏ．４（アドバンテック製）を用いて固液分離した後、結晶をさらにＶＩＶＡＳＰＩＮ２０（０．２ｕｍ、ザルトリウス株式会社製）を用いて１３，０００ｒｐｍ、２５℃で２０分間遠心濾過することで乳酸結晶を得た。定性濾紙、遠心濾過で得た母液をリサイクルに使用した。
（３）（２）の母液と蒸留回収した９２重量％乳酸含有溶液を混合して９１重量％乳酸含有溶液とし、該乳酸含有溶液１重量部に対して０．００５重量部の種晶を添加した後、２５℃で２時間静置することで乳酸を晶析した。【００４９】
第１サイクルは（１）および（２）、第２サイクル以降は（３）および（２）を繰り返し行い、各サイクルにおける母液中の乳酸オリゴマー、晶析収率、乳酸結晶の着色度を評価した。結果を表１に示す。【００５０】
比較例１  蒸留をしない乳酸の製造例
参考例１で得られた乳酸発酵培養液１２．５Ｌをロータリーエバポレーター（東京理化器械株式会社製）を用いて、減圧下（５０ｈＰａ）で水を蒸発させて濃縮し、９２重量％乳酸含有溶液（以下、濃縮乳酸含有溶液という）を得た。以後、この９２重量％濃縮乳酸含有溶液を晶析工程への供給液として使用した。【００５１】
（乳酸の晶析）
晶析母液のリサイクルを含めた連続運転のシミュレーション実験として、以下の操作を行った。
（１）濃縮した９２重量％乳酸含有溶液１５４ｇに種晶０．８ｇを添加した後、２５℃で２時間静置することで乳酸を晶析した。
（２）乳酸結晶を含むスラリーを定性濾紙Ｎｏ．４（アドバンテック製）を用いて固液分離した後、結晶をさらにＶＩＶＡＳＰＩＮ２０（０．２ｕｍ、ザルトリウス株式会社製）を用いて１３，０００ｒｐｍ、２５℃で２０分間遠心濾過することで乳酸結晶を得た。定性濾紙、遠心濾過で得た母液をリサイクルに使用した。
（３）（２）の母液とロータリーエバポレーターで濃縮した９２重量％乳酸含有溶液を混合して９１重量％乳酸含有溶液とし、該乳酸含有溶液１重量部に対して０．００５重量部の種晶を添加した後、２５℃で２時間静置することで乳酸を晶析した。【００５２】
第１サイクルは（１）および（２）、第２サイクル以降は（３）および（２）を繰り返し行い、各サイクルにおける母液中のオリゴマー、晶析収率、乳酸結晶の着色度を評価した。結果を表１に示す。【００５３】
【表１】
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【００５４】
表１に示したように、晶析リサイクル系の供給液として蒸留工程で回収した乳酸を用いることで、母液中の乳酸オリゴマーの蓄積を抑制し、着色度の低い高品質の乳酸結晶を安定した収率で製造可能であることが示された。【００５５】
（実施例２、３）乳酸の重合試験、ポリ乳酸の物性評価
実施例１第１サイクル（実施例２）、実施例１第６サイクル（実施例３）で得られた各々の乳酸結晶２５ｇに純水を添加して９０重量％乳酸水溶液とした後、撹拌装置のついた反応容器中で８００Ｐａ、１６０℃、３．５時間加熱し、オリゴマーを得た。次いで、酢酸錫（II）（関東化学製）０．０２ｇ、メタンスルホン酸（和光純薬製）０．０６ｇをオリゴマーに添加し、５００Ｐａ、１８０℃、７時間加熱し、プレポリマーを得た。次いで、プレポリマーをオーブンで１２０℃、２時間加熱して結晶化した。得られたプレポリマーを、ハンマー粉砕機を用いて粉砕し、ふるいにかけて平均粒子径０．１ｍｍの大きさの粉体を得た。固相重合工程では、２５ｇのプレポリマーを取り、油回転ポンプを接続したオーブンに導入して、加熱減圧処理を行った。圧力は５０Ｐａ、加熱温度は１４０℃１０時間、１５０℃１０時間、１６０℃２０時間とした。得られたポリ乳酸は参考例３と同様の条件でＧＰＣ（東ソー製）による重量平均分子量分析、ＤＳＣ（エスアイアイ・テクノロジー製）による融点分析、ＴＧ（エスアイアイ・テクノロジー製）による熱重量減少率分析を行った。【００５６】
（ポリ乳酸の重量平均分子量分析）
重合したポリ乳酸の重量平均分子量（Ｍｗ）は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定した標準ポリメチルメタクリレート換算の重量平均分子量の値である。ＧＰＣ測定は、ＧＰＣシステムとしてＨＬＣ８３２０ＧＰＣ（東ソー製）を用い、カラムにＴＳＫ−ＧＥＬ ＳｕｐｅｒＨＭ−Ｍ（東ソー製）を直列に２本接続したものを使用し、示差屈折計によって検出した。測定条件は、流速０．３５ｍＬ／分とし、溶媒にヘキサフルオロイソプロパノールを用い、試料濃度１ｍｇ／ｍＬの溶液０．０２ｍＬ注入した。【００５７】
（ポリ乳酸の融点分析）
重合したポリ乳酸の融点は、示差走査型熱量計ＤＳＣ７０２０（エスアイアイ・ナノテクノロジー製）により測定した値であり、測定条件は、試料１０ｍｇ、窒素雰囲気下、昇温速度２０℃／分で行った。【００５８】
（ポリ乳酸の熱重量減少率分析）
重合したポリ乳酸の熱重量減少率は、示差熱熱重量同時測定装置ＴＧ／ＤＴＡ７２００（エスアイアイ・ナノテクノロジー製）を用いて測定した。測定条件は、試料１０ｍｇ、窒素雰囲気下、２００℃一定、加熱時間２０分とした。結果を表２に示す。【００５９】
（比較例２、３）
比較例１第１サイクル（比較例２）、比較例１第６サイクル（比較例３）で得られた各々の乳酸結晶２５ｇに純水を添加して９０重量％乳酸水溶液とした。実施例２〜３と同等の条件で直接重合した。その結果、比較例１第６サイクルで得られた乳酸結晶は、不純物が多く、重合することが出来なかった。【００６０】
【表２】
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【００６１】
表２に示したように、晶析リサイクル系の供給液として蒸留工程で回収した乳酸を用いることで、高品質の乳酸結晶、如いては高品質のポリ乳酸を安定的に製造可能であることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の乳酸は、本発明の乳酸は、食品、医薬品のほか、プラスチックであるポリ乳酸のモノマー原料として好適に用いられる。
【符号の説明】
【００６３】
１  蒸留装置
２  蒸留分縮器
３  蒸留分縮液受槽
４  蒸留全縮器
５  蒸留全縮液受槽
６  晶析槽
７  晶析槽凝縮器
８  晶析凝縮液受槽
９  晶析スラリー遠心分離機
１０  晶析母液受槽
【図１】
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【国際調査報告】
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