(57)【要約】【課題】乳酸及び／又は乳酸塩と水とを含有する乳酸原料を用いて、効率的に酵素により乳酸エステルを生産するための酵素反応系及びその酵素反応系を用いた乳酸エステルの生産方法を提供する。【解決手段】乳酸エステルの生産方法において、乳酸及び／又は乳酸塩、乳酸のエステル化反応を触媒する酵素、当該酵素反応系において飽和量を超える水、前記乳酸エステルを得るためのＣ1〜Ｃ6のアルコール、及び水と２層分離系を構成し、前記乳酸を得るためのアルコールと異なるアルコールであってＣ4〜Ｃ10の２級及び３級アルコールから選択される１種あるいは２種以上である非水溶媒、を含有する含水酵素反応系を用いて前記乳酸エステルを生産するようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乳酸エステルの生産方法であって、
以下の成分：
乳酸及び／又は乳酸塩、
乳酸のエステル化反応を触媒する酵素、
当該酵素反応系において飽和量を超える水、
前記乳酸エステルを得るためのＣ1〜Ｃ6のアルコール、及び
水と２層分離系を構成する非水溶媒であって、水と当該非水溶媒との間において当該非水溶媒に対して乳酸が有する第１の分配率が１８％以上であり、水と当該非水溶媒との間において当該非水溶媒に対して前記乳酸エステルが有する第２の分配率が５０％を超える非水溶媒、
を含有する酵素反応系を用いて前記乳酸エステルを生産する工程を備える、方法。
【請求項２】
前記第１の分配率が２０％以上である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第２の分配率が７５％以上である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記非水溶媒は、前記乳酸エステルを得るためのアルコールと異なるアルコールであってＣ1〜Ｃ10の２級及び３級アルコールから選択される１種あるいは２種以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記非水溶媒は、前記乳酸エステルを得るためのアルコールと異なるアルコールであって、Ｃ4〜Ｃ6の２級及び３級アルコールから選択される１種あるいは２種以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記非水溶媒は、２−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、及び３−メチル−２−ブタノールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記乳酸を得るためのアルコールは、Ｃ2〜Ｃ4のアルコールである、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
反応初期において、前記水は前記非水溶媒に対して体積比で１０％以上の割合で前記酵素反応系に含まれる、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記酵素反応系における、乳酸及び／又は乳酸塩と水として乳酸発酵液を用いる、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記酵素が前記非水溶媒あるいは前記非水溶媒と前記水との界面に分配されている、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記生産工程には、前記酵素反応系から乳酸エステルを含む非水溶媒を採取する工程と、採取した非水溶媒から乳酸エステルを分離する工程と、乳酸エステル分離後の非水溶媒を回収し、前記酵素反応系に供給する工程、とを含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記酵素は、リパーゼあるいはエステラーゼである、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
乳酸エステルの生産方法であって、
以下の成分：
乳酸及び／又は乳酸塩、
乳酸のエステル化反応を触媒する酵素、
当該酵素反応系において飽和量を超える水、
前記乳酸エステルを得るためのＣ1〜Ｃ6のアルコール、及び
水と２層分離系を構成し、前記乳酸を得るためのアルコールと異なるアルコールであってＣ4〜Ｃ10の２級及び３級アルコールから選択される１種あるいは２種以上である非水溶媒、
を含有する酵素反応系を用いて前記乳酸エステルを生産する工程を備える、方法。
【請求項１４】
前記非水溶媒は、Ｃ4〜Ｃ6の２級及び３級アルコールから選択される１種あるいは２種以上である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記非水溶媒は、２−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、及び３−メチル−２−ブタノールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記乳酸を得るためのアルコールは、Ｃ2〜Ｃ4のアルコールである、請求項１３〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
乳酸エステルの生産方法であって、
以下の成分：
乳酸及び／又は乳酸塩、
当該酵素反応系において飽和量を超える水、
前記乳酸エステルを得るためのアルコール、
水と２層分離系を構成し、水と当該非水溶媒との間において当該非水溶媒に対して乳酸が有する第１の分配率が１８％を超え、水と当該非水溶媒との間における当該非水溶媒に対して前記乳酸エステルが有する第２の分配率が５０％を超える非水溶媒、及び
乳酸のエステル化反応を触媒し、前記非水溶媒あるいは前記非水溶媒と前記水との界面に分配される酵素、
とを含有する酵素反応系を用いて前記乳酸エステルを製造する工程を備える、方法。
【請求項１８】
前記非水溶媒は、Ｃ4〜Ｃ6の２級及び３級アルコールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記酵素はリパーゼあるいはエステラーゼである、請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記酵素は担体に固定化されている、請求項１７〜１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記酵素はメソポーラス多孔材料あるいは有機基を導入したメソポーラス多孔材料である担体に固定化されている、請求項１７〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
乳酸エステルの生産方法であって、
含水乳酸原料に対して、水と２層分離系を構成し、水と当該非水溶媒との間において当該非水溶媒に対して乳酸が有する第１の分配率が１８％を超え、水と当該非水溶媒との間において当該非水溶媒に対して前記乳酸エステルが有する分配率が５０％を超える非水溶媒を用いて、当該非水溶媒中に乳酸を抽出する工程と、
抽出された乳酸を含む前記非水溶媒と、前記乳酸エステルを得るためのＣ1〜Ｃ6のアルコールと、乳酸のエステル化を触媒する酵素、とを含有する酵素反応系を用いて前記乳酸エステルを生産する工程、
とを備える、方法。
【請求項２３】
前記抽出工程には、乳酸を含む非水溶媒を採取する工程と、採取した非水溶媒から乳酸を分離する工程と、乳酸分離後の非水溶媒を回収し、前記含水乳酸原料に供給する工程、とを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記非水溶媒は、前記乳酸エステルを得るためのアルコールと異なるアルコールであってＣ4〜Ｃ10の２級及び３級アルコールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である、請求項２２又は２３記載の方法。
【請求項２５】
前記非水溶媒は、前記乳酸エステルを得るためのアルコールと異なるアルコールであって、Ｃ4〜Ｃ6の２級及び３級アルコールから選択される１種あるいは２種以上である、請求項２２又は２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記非水溶媒は、２−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、及び３−メチル−２−ブタノールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である、請求項２２又は２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記乳酸エステルを得るためのアルコールは、Ｃ2〜Ｃ4のアルコールである、請求項２２〜２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
乳酸エステルの生産方法であって、
以下の成分：
乳酸、
乳酸のエステル化反応を触媒する酵素、
前記乳酸エステルを得るためのＣ1〜Ｃ6のアルコール、及び
水と２層分離系を構成し、前記乳酸エステルを得るためのアルコールと異なるアルコールであってＣ4〜Ｃ10の２級及び３級アルコールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である非水溶媒、
を含有する酵素反応系を用いて前記乳酸エステルを生産する工程、
を備える方法。
【請求項２９】
前記非水溶媒は、Ｃ4〜Ｃ6の２級及び３級アルコールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
前記非水溶媒は、２−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、３−メチル−２−ブタノールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である、請求項２８記載の方法。
【請求項３１】
乳酸の抽出方法であって、
含水乳酸原料に対して、水と２層分離系を構成しＣ4〜Ｃ10の２級及び３級アルコールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である非水溶媒を用いて、当該非水溶媒中に乳酸を抽出する工程、を備える方法。
【請求項３２】
乳酸エステルの製造装置であって、
乳酸及び／又は乳酸塩を含む水と非水溶媒と乳酸をエステル化する反応を触媒する酵素とを収容し、酵素による乳酸のエステル化反応を実施する反応槽と、
前記反応槽中の非水溶媒を採取する手段と、
採取された非水溶媒から乳酸エステルを分離する手段と、
乳酸エステル分離後の非水溶媒を前記反応槽に供給する手段、
とを備える、装置。
【請求項３３】
前記分離手段は蒸留装置である請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記反応槽内部上方側には、担体に固定化された前記酵素を収容する酵素ユニットを備える、請求項３２又は３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記非水溶媒採取手段、前記乳酸エステル分離手段及び前記非水溶媒供給手段は前記反応槽に付随して備えられる非水溶媒循環ループを構成する、請求項３２〜３４のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、乳酸エステル及びポリ乳酸の生産技術に関し、詳しくは、乳酸原料として乳酸発酵液などの希薄な乳酸含有液を用いて乳酸エステルを効率的に生産する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリ乳酸は、乳酸からの直接脱水縮合、乳酸エステルからの脱アルコール縮合、あるいはラクチドの開環重合によって製造されている。
乳酸エステルは、ポリ乳酸合成のための重要な中間体とされ、各種の製造技術が開示されている。
【０００３】
乳酸等から化学合成を経て乳酸エステルを得る方法としては、以下の技術がある（特許文献１〜特許文献５）。例えば、乳酸アンモニウムから化学プロセスで乳酸ブチルを合成するとともにアンモニアを回収する方法がある（特許文献１）。この方法では、乳酸アンモニウム含む発酵液にエステル化のための炭素数４〜５のアルコールを直接添加して加熱によりエステル化と脱水とアンモニアの回収とを行うことを特徴としている。
また、ラクトアミドとギ酸エステルの反応で乳酸エステルを製造する方法が開示されている（特許文献２）。この方法では、乳酸エステルを効率的に分離するために、乳酸エステルより低沸成分を一定条件で蒸留回収することを特徴としている。
さらに、青酸とアセトアルデヒドとからラクトニトリルを得、水和により得られたラクトアミドとギ酸エステルとから乳酸エステルとホルムアミドとを製造することも知られている（特許文献３）。
また、乳酸ニトリルを原料として用い、乳酸ニトリルに水及びリン酸と反応させ、その反応生成物にアルコールを添加してエステル化反応を行わせることも知られている（特許文献４）。
乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウムとアルコールとを反応させ乳酸エステルを合成し、この乳酸エステルを重縮合してポリ乳酸を合成し、このポリ乳酸を解重合等することが記載されている（特許文献５）。
【０００４】
一方、乳酸を原料として酵素による反応プロセスにより乳酸エステルを得られることは知られているが、特にこれを工業的に実施するプロセスとしては開示されていない。なお、酵素を用いた一般的なエステル製造方法としては、以下の技術がある（特許文献６及び７）。
１つは、リパーゼの存在下、脂肪酸と一級テルペンアルコールとを反応させエステルを製造するに当たり、臨界温度以上及び臨界及び圧力以上の二酸化炭素の雰囲気中で行うことを特徴とする脂肪酸と一級テルペンアルコールとのエステル製造方法である（特許文献６）。他の１つは、脂肪族のＣ２〜Ｃ４モノカルボン酸と多価アルコールからジャガイモの脂質アシルヒドラーゼによるエステルを製造する方法である（特許文献７）。
【０００５】
さらに、非水溶媒を利用した酵素によるエステル化については、ヘキサン−水の二層系を利用した酪酸のｎ−ブタノールによるエステル化が知られている（非特許文献１）。この反応系は、基本的に５％含水系である。また、乳酸とＣ３〜Ｃ１０のアルコールとをヘキサン中でリパーゼによりエステル化する記載がある（非特許文献２）。なお、この反応系は、水は有機溶媒を飽和する程度にしか含まれていない微水系である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３１１８８６号公報
【特許文献２】
特開平１０−１３９７３１号公報
【特許文献３】
特開平７−２３３１２２号公報
【特許文献４】
特開平５−１４００３９号公報
【特許文献５】
特開２００２−３００８９８
【特許文献６】
特許３２８９０５８号
【特許文献７】
特許第３１８６７７４号
【非特許文献１】
Mats From et al. Biotechnol.Lett. Vol 19, No.4, p.315-317 (1997)
【非特許文献２】
F. Borzeix et al. Enzyme Microbiol Tech. Vol. 14, p.791-797 (1992)
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記化学合成プロセスを経る場合においては、エステル化反応液からのエステルの分離は、いずれも反応液をそのまま蒸留することによるのがほとんどであり、膜ろ過法も用いうるとのみ記載されているに過ぎない。
また、酵素による反応プロセスを開示する文献では、単に合成プロセスについてのみ記載されており、特に分離精製手段や工程については記載されていない。
【０００８】
一方、乳酸発酵液など希薄な乳酸含有液を原料として特に問題となるのは、エステル生成反応及び反応生成物であるエステルの分離の効率化である。すなわち、希薄な乳酸溶液を原料として用いねばならない場合において、エステル合成反応を効率化するには、予め原料溶液を濃縮し基質の濃度を向上させておくか、あるいは、反応系から高温で水を脱水しながら反応を行う必要がある。
すなわち、化学合成プロセス及び酵素プロセスのいずれによっても、希薄な乳酸溶液の場合、反応前、反応中、反応後のいずれかにおける大量の水の除去が必要となる。特に、酵素プロセスによる場合は、エステル生成反応の逆反応であるエステル加水分解反応のため反応系からの脱水は重要である。
【０００９】
しかしながら、既に記載したように、従来技術においては、脱水をはじめとしてエステル分離のための手法は加熱による蒸留のみが主体であった。例えば、特許文献１は、乳酸発酵液を用いる化学合成プロセスによるものであるが、エステル化反応では、常圧下１００℃以上に加熱して、反応と水分除去とを同時に行っている。また、同様に特許文献５も乳酸発酵液を用いる化学合成プロセスによるものであるが、特に限定されていないものの１２０℃以上の水分除去工程を実施している。
かかる脱水工程は、乳酸発酵液などの希薄な基質溶液の場合には莫大なエネルギーコストが必要となり、工業的には現実的ではない。
特に、最終的にポリ乳酸の合成を目的とする場合、かかる濃縮や蒸留プロセスを備えた工業的プロセスは現実的ではなかった。
以上のことから、結局のところ、希薄な基質溶液を用いる場合の問題点は解決されていはいない。
【００１０】
一方、非水系溶媒を用いる上記非特許文献１は、乳酸エステルについて記載されているわけではなく、いずれもヘキサンが最適な非水溶媒として使用されているに留まっている。さらに、非特許文献１は水とヘキサンとの２層系を採用しているが、水層の割合が５％にしか過ぎないし、水量が増加するとエステル化の効率が低下することが記載されている。非特許文献２は飽和水量以下しか水を含まない微水系である。
したがって、希薄な乳酸発酵液などの乳酸原料に対して非水溶媒を用いて酵素による加水分解反応を行うことについては開示されていない。
【００１１】
そこで、本発明では、乳酸及び／又は乳酸塩と水とを含有する乳酸原料を用いて、効率的に酵素により乳酸エステルを生産するための酵素反応系及びその酵素反応系を用いた乳酸エステルの生産方法を提供することをその目的とする。
また、本発明では、特定非水溶媒を用いた乳酸の抽出技術及び乳酸エステルの生産技術を提供することを、別の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、乳酸あるいは乳酸アンモニウムなどの乳酸塩（以下、乳酸等という場合がある。）と水とを含む乳酸原料を酵素を用いてエステル化する際、水に起因する問題点（脱水及び濃縮）を回避するべく、非水溶媒を用いた反応系に着目した。さらに、反応系溶媒として、基質である乳酸の水と非水溶媒間の分配率、及び生成物であるエステルの水と非水溶媒間の分配率に着目し、一定以上の分配率を達成する非水溶媒によれば、エステル化反応を効率的にかつエステルの分離を容易に実現できることを見出した。また、本発明者らは、上記非水溶媒によれば、含水乳酸原料から乳酸を抽出し、さらに、そのままエステル化反応にも利用できることを見出した。
本発明者らが見出したこれらの知見により、以下の手段が提供される。
【００１３】
（１）乳酸エステルの生産方法であって、
以下の成分：
乳酸及び／又は乳酸塩、
乳酸のエステル化反応を触媒する酵素、
当該酵素反応系において飽和量を超える水、
前記乳酸エステルを得るためのＣ1〜Ｃ6のアルコール、及び
水と２層分離系を構成する非水溶媒であって、水と当該非水溶媒との間において当該非水溶媒に対して乳酸が有する第１の分配率が１８％以上であり、水と当該非水溶媒との間において当該非水溶媒に対して前記乳酸エステルが有する第２の分配率が５０％を超える非水溶媒、
を含有する酵素反応系を用いて前記乳酸エステルを生産する工程を備える、方法。
（２）前記第１の分配率が２０％以上である、（１）記載の方法。
（３）前記第２の分配率が７５％以上である、（１）又は（２）に記載の方法。
（４）前記非水溶媒は、前記乳酸エステルを得るためのアルコールと異なるアルコールであってＣ1〜Ｃ10の２級及び３級アルコールから選択される１種あるいは２種以上である、（１）〜（３）のいずれかに記載の方法。
（５）前記非水溶媒は、前記乳酸エステルを得るためのアルコールと異なるアルコールであって、Ｃ4〜Ｃ6の２級及び３級アルコールから選択される１種あるいは２種以上である、（１）〜（３）のいずれかに記載の方法。
（６）前記非水溶媒は、２−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、及び３−メチル−２−ブタノールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である、（１）〜（３）のいずれかに記載の方法。
（７）前記乳酸を得るためのアルコールは、Ｃ2〜Ｃ4のアルコールである、（１）〜（６）のいずれかに記載の方法。
（８）反応初期において、前記水は前記非水溶媒に対して体積比で１０％以上の割合で前記酵素反応系に含まれる、（１）〜（７）のいずれかに記載の方法。
（９）前記酵素反応系における、乳酸及び／又は乳酸塩と水として乳酸発酵液を用いる、（１）〜（８）のいずれかに記載の方法。
（１０）前記酵素が前記非水溶媒あるいは前記非水溶媒と前記水との界面に分配されている、（１）〜（９）のいずれかに記載の方法。
（１１）前記生産工程には、前記酵素反応系から乳酸エステルを含む非水溶媒を採取する工程と、採取した非水溶媒から乳酸エステルを分離する工程と、乳酸エステル分離後の非水溶媒を回収し、前記酵素反応系に供給する工程、とを含む、（１）〜（１０）のいずれかに記載の方法。
（１２）前記酵素は、リパーゼあるいはエステラーゼである、（１）〜（１１）のいずれかに記載の方法。
（１３）乳酸エステルの生産方法であって、
以下の成分：
乳酸及び／又は乳酸塩、
乳酸のエステル化反応を触媒する酵素、
当該酵素反応系において飽和量を超える水、
前記乳酸エステルを得るためのＣ1〜Ｃ6のアルコール、及び
水と２層分離系を構成し、前記乳酸を得るためのアルコールと異なるアルコールであってＣ4〜Ｃ10の２級及び３級アルコールから選択される１種あるいは２種以上である非水溶媒、
を含有する酵素反応系を用いて前記乳酸エステルを生産する工程を備える、方法。
（１４）前記非水溶媒は、Ｃ4〜Ｃ6の２級及び３級アルコールから選択される１種あるいは２種以上である、（１３）に記載の方法。
（１５）前記非水溶媒は、２−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、及び３−メチル−２−ブタノールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である、（１３）に記載の方法。
（１６）前記乳酸を得るためのアルコールは、Ｃ2〜Ｃ4のアルコールである、（１３）〜（１５）のいずれかに記載の方法。
（１７）乳酸エステルの生産方法であって、
以下の成分：
乳酸及び／又は乳酸塩、
当該酵素反応系において飽和量を超える水、
前記乳酸エステルを得るためのアルコール、
水と２層分離系を構成し、水と当該非水溶媒との間において当該非水溶媒に対して乳酸が有する第１の分配率が１８％を超え、水と当該非水溶媒との間における当該非水溶媒に対して前記乳酸エステルが有する第２の分配率が５０％を超える非水溶媒、及び
乳酸のエステル化反応を触媒し、前記非水溶媒あるいは前記非水溶媒と前記水との界面に分配される酵素、
とを含有する酵素反応系を用いて前記乳酸エステルを製造する工程を備える、方法。
（１８）前記非水溶媒は、Ｃ4〜Ｃ6の２級及び３級アルコールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である、（１７）に記載の方法。
（１９）前記酵素はリパーゼあるいはエステラーゼである、（１７）又は（１８）に記載の方法。
（２０）前記酵素は担体に固定化されている、（１７）〜（１９）のいずれかに記載の方法。
（２１）前記酵素はメソポーラス多孔材料あるいは有機基を導入したメソポーラス多孔材料である担体に固定化されている、（１７）〜（１９）のいずれかに記載の方法。
（２２）乳酸エステルの生産方法であって、
含水乳酸原料に対して、水と２層分離系を構成し、水と当該非水溶媒との間において当該非水溶媒に対して乳酸が有する第１の分配率が１８％を超え、水と当該非水溶媒との間において当該非水溶媒に対して前記乳酸エステルが有する分配率が５０％を超える非水溶媒を用いて、当該非水溶媒中に乳酸を抽出する工程と、
抽出された乳酸を含む前記非水溶媒と、前記乳酸エステルを得るためのＣ1〜Ｃ6のアルコールと、乳酸のエステル化を触媒する酵素、とを含有する酵素反応系を用いて前記乳酸エステルを生産する工程、
とを備える、方法。
（２３）前記抽出工程には、乳酸を含む非水溶媒を採取する工程と、採取した非水溶媒から乳酸を分離する工程と、乳酸分離後の非水溶媒を回収し、前記含水乳酸原料に供給する工程、とを含む、（２２）に記載の方法。
（２４）前記非水溶媒は、前記乳酸エステルを得るためのアルコールと異なるアルコールであってＣ4〜Ｃ10の２級及び３級アルコールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である、（２２）又は（２３）に記載の方法。
（２５）前記非水溶媒は、前記乳酸エステルを得るためのアルコールと異なるアルコールであって、Ｃ4〜Ｃ6の２級及び３級アルコールから選択される１種あるいは２種以上である、（２２）又は（２３）に記載の方法。
（２６）前記非水溶媒は、２−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、及び３−メチル−２−ブタノールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である、（２２）又は（２３）に記載の方法。
（２７）前記乳酸エステルを得るためのアルコールは、Ｃ2〜Ｃ4のアルコールである、（２２）〜（２６）のいずれかに記載の方法。
（２８）乳酸エステルの生産方法であって、
以下の成分：
乳酸、
乳酸のエステル化反応を触媒する酵素、
前記乳酸エステルを得るためのＣ1〜Ｃ6のアルコール、及び
水と２層分離系を構成し、前記乳酸エステルを得るためのアルコールと異なるアルコールであってＣ4〜Ｃ10の２級及び３級アルコールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である非水溶媒、
を含有する酵素反応系を用いて前記乳酸エステルを生産する工程、
を備える方法。
（２９）前記非水溶媒は、Ｃ4〜Ｃ6の２級及び３級アルコールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である、（２８）に記載の方法。
（３０）前記非水溶媒は、２−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、３−メチル−２−ブタノールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である、（２８）記載の方法。
（３１）乳酸の抽出方法であって、
含水乳酸原料に対して、水と２層分離系を構成しＣ4〜Ｃ10の２級及び３級アルコールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である非水溶媒を用いて、当該非水溶媒中に乳酸を抽出する工程、を備える方法。
（３２）乳酸エステルの製造装置であって、
乳酸及び／又は乳酸塩を含む水と非水溶媒と乳酸をエステル化する反応を触媒する酵素とを収容し、酵素による乳酸のエステル化反応を実施する反応槽と、
前記反応槽中の非水溶媒を採取する手段と、
採取された非水溶媒から乳酸エステルを分離する手段と、
乳酸エステル分離後の非水溶媒を前記反応槽に供給する手段、
とを備える、装置。
（３３）前記分離手段は蒸留装置である（３２）に記載の装置。
（３４）前記反応槽内部上方側には、担体に固定化された前記酵素を収容する酵素ユニットを備える、（３２）又は（３３）に記載の装置。
（３５）前記非水溶媒採取手段、前記乳酸エステル分離手段及び前記非水溶媒供給手段は前記反応槽に付随して備えられる非水溶媒循環ループを構成する、（３２）〜（３４）のいずれかに記載の装置。
【００１４】
これらの発明においては、いずれも、その酵素反応系あるいは抽出系において、いずれも一定の非水溶媒を使用する。
すなわち、
水と２層分離系を構成し、水と当該非水溶媒との間において当該非水溶媒に対して乳酸が有する第１の分配率が１８％を超え、水と当該非水溶媒との間において当該非水溶媒に対して前記乳酸エステルが有する分配率が５０％を超える非水溶媒、あるいは、
水と２層分離系を構成し、エステル化のためのアルコールと異なるアルコールであって炭素数４〜１０（Ｃ4〜Ｃ10）の２級及び３級アルコールからなる群から選択される１種あるいは２種以上である非水溶媒を用いることを特徴としている。
いずれかの非水溶媒を用いることにより、飽和量を超える水の存在下であっても、水に起因する悪影響をできるだけ抑制して、効率的に、エステル化反応を実施しかつエステルを分離できる。すなわち、これらの溶媒によれば、少なくとも部分的には基質である乳酸を本非水溶媒側に分配されており、水層側あるいは本非水溶媒側のいずれで酵素反応が進行したとしても、反応により生成したエステルは高い分配率を有する本非水溶媒に保持される。水層で酵素反応が進行しても、エステルは非水溶媒側に移行しやすく、非水溶媒層で反応が進行すれば、水層側に加水分解反応により生成した水は速やかに移行する。このような２層間における基質と生成物の分配により、エステル化反応の促進と分離とを両立させることができるようになる。この結果、酵素反応と同時に非水溶媒側へ乳酸エステルを濃縮することができる。
特に、希薄な乳酸濃度の発酵液を含む含水乳酸原料の酵素反応においては、かかる基質自体が、水との間で一定以上の分配率を有する非水溶媒を用いることにより、一層効果的に、乳酸濃度や水の影響を抑制して酵素反応と分離とを実現できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明は、乳酸の酵素によるエステル化に際し、酵素反応系の反応媒体として、
水と２層分離系を構成し、水と当該非水溶媒との間において当該非水溶媒に対して乳酸が有する第１の分配率が１８％を超え、水と当該非水溶媒との間において当該非水溶媒に対して前記乳酸エステルが有する分配率が５０％を超える非水溶媒、あるいは、水と２層分離系を構成し、エステル化のためのアルコールと異なるアルコールであって炭素数４〜１０の２級又は３級アルコールから選択される１種あるいは２種以上である非水溶媒（以下、これらの非水溶媒を本非水溶媒ともいう。）を用いることを特徴としている。
また、本発明は、これらの溶媒を乳酸含有液から乳酸を抽出する抽出媒体として使用することも包含している。
以下、本発明の各種実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、適宜図面を参照するが、これらの図面に示される形態は本発明の一実施形態を例示したものであり、本発明を当該図示内容に限定する趣旨ではない。
【００１６】
（乳酸エステルの生産方法）
本発明の生産方法は、本非水溶媒を含む酵素反応系を用いて乳酸エステルを発酵生産する方法である。
図１及び図２には、本発明の酵素反応系の異なる形態を例示している。また、図３〜図５には、本生産方法を含むの各種形態のフローを示し、図７には本発明の乳酸の製造装置を例示する。
【００１７】
（乳酸）
本酵素反応系を構成する乳酸及び／又は乳酸塩は、特に、限定しないでＬ体又はＤ体の光学活性体及びラセミ体（ＤＬ体）の乳酸及び／又はその塩を用いることができる。
本発明において使用する乳酸は、必要に応じて、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸、ＤＬ−乳酸を選択すればよい。最終的にポリ乳酸を得る場合には、Ｌ体，Ｄ体、及びＤＬ体のいずれであってもよく、これらを適宜組み合わせて用いることもできる。
【００１８】
乳酸は、化学合成によっても、また、発酵生産等によっても得ることができる。化学合成による場合には一般に光学不活性なラセミ体として得られる。合成により得られたラセミ体はその後、光学分割により、光学活性体とすることができる。
発酵により生産される乳酸は、使用する微生物を選択することにより、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸及びラセミ体を、必要に応じて調製することができる。光学活性なＬ−乳酸及びＤ−乳酸を得る場合には、乳酸発酵液を用いることが好ましい。なお、乳酸発酵液は、そのまま、あるいは必要に応じて適宜、遠心分離、活性炭処理、溶媒抽出、電気透析、膜ろ過などにより微生物やその他の夾雑物を除去して用いることができる。なお、乳酸発酵液は、従来公知の乳酸発酵菌から必要に応じた菌を選択して用いて得ることができる。例えば、ラクトバチルス属（Lactobacillus）、ストレプトコッカス属（Streptococcus）、ロイコノストック属などから必要に応じて選択する。
【００１９】
乳酸は乳酸塩であってもよい。乳酸発酵液を用いる場合、アンモニアなどにより中和されアンモニウム塩を含む乳酸発酵液を用いることができる。塩の種類は特に限定しないが、アンモニアなどの有機塩基であることが好ましい。
また、本発明によれば、酵素反応と同時に乳酸エステルが分離濃縮される。したがって、希薄な乳酸発酵液をそのまま用いることができる。しかしながら、必要に応じて濃縮した液を用いることもできる。
【００２０】
なお、本発明において含水乳酸原料という場合、乳酸及び／又はその塩と水とを含有する。多くの場合、水分を多く含み乳酸及び／又はその塩の溶液となっている。典型的には、乳酸発酵液が該当する。
【００２１】
（乳酸エステルを得るための炭素数１〜６のアルコール）
本酵素反応系の他方の基質は炭素数１〜６のアルコールである。好ましくは、アルキルアルコールである。アルキル基は直鎖の他分枝鎖アルキル基であってもよいが、エステル化反応性を向上させる観点からは直鎖アルキル基であることが好ましい。
かかるアルキル基は、好ましくは炭素数が２〜４の直鎖アルキル基である。より好ましくは、エチル基あるいはｎ−ブチル基である。
以上のようなアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基を挙げることができる。
【００２２】
当該アルコールは、１価のアルコールであることが好ましいがポリオールも用いることができる。また、第１級アルコールであることが好ましい。第２級あるいは第３級アルコールの場合、立体障害によりエステル化されにくくなるからである。
以上のことから、好ましいアルコールとしては、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、ｎ−ブチルアルコール、ｎ−アミルアルコール、ｎ−ヘキシルアルコールを好ましいアルコールとすることができ、より好ましくは、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、であり、さらに好ましくは、エチルアルコール、ｎ−ブチルアルコールである。
【００２３】
（乳酸のエステル化反応を触媒する酵素）
エステル化のための酵素は、本発明のエステル化反応を触媒する酵素であれば用いることができる。したがって、かかる反応を触媒できる限り、各種エステラーゼを用いることができる他、特に、リパーゼを用いることができる。好ましくはリパーゼを用い、リパーゼのみであってもよい。
【００２４】
リパーゼは、脂肪酸のグリセリンエステルの加水分解に関与する酵素であり、エステラーゼの一種である。リパーゼは、動植物に広く分布し、特に、動物の膵液中に多量に存在する。基質特性の異なるものが各種存在し、生物の種類によって最適ｐＨ、最適温度、基質特性などが異なることが知られている。本発明では、例えば、植物リパーゼ、動物リパーゼ、微生物リパーゼ及び酵母リパーゼを用いることができる。特に、酵母リパーゼあるいは微生物リパーゼを用いることが好ましい。
なお、ＤＬ−乳酸に対して酵素によるエステル化を実施すると、選択的に一方の光学異性体のみをエステル化するしてエステル化時に光学分割することも可能である。
【００２５】
リパーゼとしては、例えば、ムコール属（Mucor）、アスペルギルス属（Aspergillus）、リゾプス属（Rhizopus）、シュードモナス属（Pseudomonas）、カンジダ属（Candida）、フミコーラ属（Humicola）、サーモマイセス属（Thermomyces）及びペニシリウム属（Penicillium）に由来するリパーゼを用いることができる。
【００２６】
本発明においては、有機溶媒に可溶化したリパーゼを使用することができる。可溶化には、界面活性剤、ポリエチレングリコールなどの有機溶媒可溶性物質を有機溶媒と緩衝液などの水性媒体の存在下混合し、有機溶媒を留去し、洗浄、乾燥等することによって得ることができる。かかる可溶化酵素は、本非水溶媒を用いた酵素反応に適している。
【００２７】
さらに、本発明においては、固定化担体に固定化して用いることができる。固定化酵素を用いる場合、従来公知の各種担体を用いることができる。例えば、イオン交換樹脂、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアクリレート、シリケート、シリカ、セラミックス、ガラス等からなる粒状担体である。これらの担体は、多くの場合疎水性である。
本発明の酵素を固定化するための担体は、好ましくは、前記非水溶媒に親和性が高い、すなわち、疎水性である担体を用いることが好ましい。酵素反応を非水溶媒側で促進することにより、反応生成物であるエステルの非水溶媒側への移行を促進させるためである。
【００２８】
かかる固定化酵素に用いる担体として好ましいものとして、上記した他、均一な細孔を有する多孔性材料を用いることができる。例えば、好ましい多孔材料とは、出願人が既に出願した特願平４−２００２５５号（特開平６−２４８６７号公報）の明細書に記載されている。なお、この明細書に記載の全内容は、引用により本明細書中に開示されるものとする。
酵素は、かかる細孔内に固定されており、その固定に寄与するのは、van der waals力、イオン結合、水素結合、疎水結合、共有結合等である。かかる多孔性材料及び酵素との複合化は、出願人らが既に開発し出願した特願平１１−２７７０２号（特開２０００−１３９４５９）及び特願２０００−２８９７７５（特開２００２−９５４７１）の明細書に記載されている。なお、これらの明細書に記載の全内容は、引用により本明細書中に開示されるものとする。
【００２９】
かかる多孔性材料は、中心細孔直径が２ｎｍ以上３０ｎｍ以下（好ましくは１０ｎｍ以下）のメソポーラス多孔材料であることが好ましい。また、中心細孔直径に対して半値幅が６０％以下である細孔分布を有することが好ましい。なお、細孔及びその配列は、球状ミセル、シリンダー状ミセル、層状ミセルの配列構造に対応するヘキサゴナル、キュービック構造を有している。
【００３０】
また、当該多孔質材料は、無機材料として、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ3等の金属酸化物やＳｉＯ2−ＭＯ2/n（ＭはＡｌなどの金属）で示される金属複酸化物を用いられる。その他、ＳｉＯ2組成の多孔体材料を得る場合、カネマイトの様な層状シリケート、Ｓｉ（ＯＲ）4、シリカゲル、水ガラス、珪酸ソーダ等をそれぞれ用いて、界面活性剤の存在下、界面活性剤の形成するミセル周囲にこれらの無機材料を集合させ、材料を重合させ、界面活性剤／無機複合体を得、これを加熱焼成や有機溶媒による抽出等を行って当該複合体から界面活性剤を除去することにより、前記ミセル形状に基づく細孔構造を有する多孔質材料を得ることができる。なお、酵素を固定化する観点から細孔内壁の表面特性を考慮するとカネマイトのような層状シリケートを介して得られる多孔質材料を用いることが好ましい。
【００３１】
さらに、このような多孔質材料は、有機官能基を排除する趣旨ではなく、必要に応じて有機官能基を備えさせることができる。有機官能基を細孔内壁に発現させることにより、アンカー効果により酵素を安定して細孔内に固定することができる。
有機官能基は、多孔質材料を構成する無機材料に有機官能基を含有する有機−無機複合材料を用い、既に述べたのと同様の手法で重合させることにより、多孔質材料に導入することがができる。有機官能基としては、炭化水素基（例えば、エチレン基、プロピレン基等のアルキレン基）、水酸基、アミノ基、ピリジン基、ウレア基、ウレタン基、カルボン酸基、フェノール基、アゾ基、ヒドロキシル基、シラン誘導体、アミノアルキレン基などの官能基を結合させた無機材料を用いることができる。
【００３２】
かかる多孔質材料への酵素の固定は、多孔質材料と酵素とを適当な媒体下で混和等することによって達成することができる。多孔質材料と酵素との接触により両者の相互作用により細孔内に保持される。
【００３３】
特に疎水性の担体に固定化した場合、発酵工程において固定化酵素を本非水溶媒側に容易に分配させることができる。また、分配時においても固定化酵素による酵素活性を有効に発現させることができる。なお、当該固定化酵素を、反応槽内において、非水溶媒の存在確率が高い領域に液体が流通可能な固定化酵素ユニット等として保持させることもできる。
【００３４】
（非水溶媒）
本発明の酵素反応系において用いることのできる本非水溶媒は、第１に、水と２層分離系を構成する非水溶媒である。また、第２に、水と当該非水溶媒との間において当該非水溶媒に対して乳酸が有する第１の分配率が１８％を超え、水と当該非水溶媒との間において当該非水溶媒に対して前記乳酸エステルが有する分配率が５０％を超える非水溶媒である。
ここで、水と２層分離系を構成するとは、単に飽和水量を超える水と当該非水溶媒とを混和しても、その後２層に分離することを意味している。本発明において非水溶媒に乳酸エステルを蓄積させ、当該非水溶媒を採取することで乳酸エステルを酵素反応系から分離回収することを１つの目的とする。したがって、かかる目的が達成できる範囲で２層分離系を構成できればよく、互いに部分的に相溶していることを妨げるものではない。特に水との関係で水層に対して上層側に位置されるかあるいは下層側に位置されるかは特に問わない。
【００３５】
この非水溶媒は、水と２層分離系を構成すること以外は、水と当該非水溶媒との間において当該非水溶媒に対して乳酸及び乳酸エステルが有する分配率によって規定されている。ここで、分配率とは、体積で同量の水と非水溶媒とを十分に混合した上で、試料（乳酸あるいは乳酸エステル）を添加し、十分に攪拌混合した後、１６時間静置して放置し、水層と非水溶媒層とのそれぞれに含まれる試料の全量を測定し、測定により得られた全体の試料量に対するそれぞれの層に分配された試料の割合（重量％）を分配率というものとする。したがって、第１の分配率は前記試料が乳酸であり、第２の分配率は前記試料が乳酸エステルである。
【００３６】
水や非水溶媒の量、試料量、攪拌方法や時間、温度などの攪拌条件、静置時間や静置温度等の各種測定条件は、各種設定することができる。両試料間においてこれらの測定条件を同一とすることにより得られた第１の分配率と第２の分配率であれば本非水溶媒を選択する指標として用いることができる。好ましくは、酵素反応条件を考慮して測定条件を設定し、当該条件を用いて本非水溶媒を選択する。
【００３７】
乳酸とそのＣ1〜Ｃ2のアルキルエステルについて適用できる測定条件として以下の条件範囲を挙げることができる。水及び非水溶媒量としてそれぞれ同量で５０〜５００ｍｌ、試料量としてそれぞれ同量で１００ｍｇ〜１０ｇ、攪拌条件として１分間に１２０回以上の振とう攪拌程度の激しい攪拌レベルで１０〜６０分、温度２０〜７０℃、静置条件として、約２５℃、１〜２４時間の範囲で測定しようとする乳酸と乳酸エステルの種類及び非水溶媒の種類に応じて選択することができる。
さらに、例えば、乳酸と乳酸エチルあるいは乳酸ブチルとについての、水と、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、トルエン、１−ブタノール、２−ブタノール、３−メチル−２−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール等の非水溶媒間における第１の分配率と第２の分配率とを得る場合には、次の条件を採用することができる。すなわち、水及び非水溶媒をそれぞれ５０ｍｌ、乳酸若しくは乳酸エステルを１ｇ、攪拌条件として３７℃で１分間に１２０回の振とうを１時間行い、２４時間室温で静置するという条件を採用することができる。
【００３８】
本非水溶媒は、第１の分配率が１８％を超えることが好ましい。１８％未満であると、酵素反応が実質的に水層側で行われることになり、水の存在によってエステル合成の逆反応であるエステルの加水分解反応性が高くなってしまい、有効に酵素反応を実現できなくなるからである。より好ましくは、２０％以上であり、さらに好ましくは、２３％以上である。第１の分配率が高ければ、非水溶媒側において効率的に酵素反応を進めることができる。第１の分配率の上限は特に限定しないが、第２の分配率よりも低くすることができる。
【００３９】
また、第２の分配率は、５０％を超えることが好ましい。５０％以下であると、２層分離系における酵素反応が加水分解側へ進行しやすくなり、また、非水溶媒層への乳酸エステルの分離蓄積が有効に行われなくなる傾向がある。より好ましくは、７５％以上であり、さらに好ましくは、８５％以上である。７５％以上であると２層分離系における非水溶媒側への乳酸エステルの分離蓄積を効果的に実現できる。なお、第２の分配率は、第１の分配率を超えていることが好ましい。
【００４０】
水と２層分離系を構成し、特定の第１の分配率と第２の分配率とを有する非水溶媒は、アルコール、エステル、芳香族系溶剤、脂肪族環系溶剤、エーテル、ケトン等の各種溶媒であって水と２層分離系を構成する溶媒を選択し、次いで、乳酸と得ようとする乳酸エステルについての第１の分配率と第２の分配率とを測定することによって選択することができる。
本非水溶媒としてのアルコールは、得ようとする乳酸エステルのためのアルコールに替わり乳酸をエステル化したり目的物として生成した乳酸エステルとエステル交換反応したりしないような（あるいはこれらの反応が抑制されている）アルコールであることが好ましい。なお、アルコールは、得ようとする乳酸エステルの沸点から一定以上高い沸点を有するものを容易に選択できる点において好ましい。
したがって、アルコールとしては、２級あるいは３級のアルコールであることが好ましく、１価あるいは２価以上の多価アルコールでもよいが、好ましくは、１価のアルコールである。また、沸点等の観点から、Ｃ4〜Ｃ10のアルコールであることが好ましい。なかでも、Ｃ4〜Ｃ6アルコールであることが好ましい。
【００４１】
エステルは、酢酸エチル、ピルビン酸エチルとすることができ、エーテルはジエチルエーテル、ジイロプロピルエーテルとすることができる。
したがって、かかる非水溶媒としては、アルコールとして採用する場合、２級又は３級アルコールとすることが好ましい。これらのアルコールは、エステル化用アルコールに比較して立体障害性等からエステル化あるいはエステル交換反応を生じにくいからである。また、Ｃ4〜Ｃ10のアルコールとすることが好ましい。なお、当該アルコールは、１価のアルコールであることが好ましい。
【００４２】
非水溶媒は、例えば、１−ブタノール、２−ブタノール、３−メチル−２−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、酢酸エチル、ピルビン酸エチル、ジイソプロピルエーテル等をはじめとするＣ4〜Ｃ10の２級又は３級アルコールから選択する１種あるいは２種以上とすることができる。なかでも、１−ブタノール、２−ブタノール、３−メチル−２−ブタノール、２−メチル−２−ブタノールを好ましいものとして挙げることができる。これらはいずれも、少なくとも乳酸とそのエチルエステル、及び乳酸とそのブチルエステルにおいて上記特性を充足しているということができる。一方、かかる特性を充足しない非水溶媒を参考までに例示すると、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン及びトルエンを挙げることができる。
【００４３】
一方、本発明においては、非水溶媒を、水と２層分離系を構成するアルコールとし、上記したエステル化やエステル交換を回避又は抑制する観点から、Ｃ4〜Ｃ10の２級又は３級アルコールから選択される１種あるいは２種以上とすることができる。得られる本発明の乳酸エステルの範囲からすると、水とこれらのアルコールとの間においては、これらアルコール側への乳酸エステルの分配率が高いであろうことが理解される。これらのアルコールとしては、２−ブタノール、ｔ−ブタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、３−メチル−２−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、２−ヘキサノール、３−へキサノール、１，１−ジメチル−１−ブタノール、２−メチル−２−ペンタノール等などを選択することができる。蒸留による当該非水溶媒の分離等を考慮すると、好ましくは、Ｃ4〜Ｃ6の２級あるいは３級アルコールであり、より好ましくは、Ｃ4〜Ｃ5の２級あるいは３級アルコールである。かかるアルコールとして、２−ブタノール、ｔ−ブタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、３−メチル−２−ブタノール、２−メチル−２−ブタノールから選択される１種あるいは２種以上とすることができる。より好ましくは、２−ブタノール、３−メチル−２−ブタノール、２−メチル−２−ブタノールである。
【００４４】
（水）
本発明の酵素反応系には、水を含める必要はないが、水を含んでいても本非水溶媒を用いることにより、効率的にエステル化を行い、乳酸エステルを非水溶媒側に分離・蓄積させ、結果として本非水溶媒側に濃縮することができる。したがって、図１及び図２に示すように、飽和水量以上の水を含む酵素反応系（図１）と水を含まない酵素反応系（図２）とをそれぞれ構成することができる。図１に示される、反応に先だって水を飽和水量を超えて含む酵素反応系は、その乳酸（あるいは乳酸と水）資源として、乳酸発酵液などの含水乳酸原料を用いる場合に適している。また、水は非水溶媒に対して体積で１０％以上含まれていてもよい。好ましくは６０％以下であり、より好ましくは５０％以下である。
図２に示す、酵素反応に先だっては水を含まない（但し、飽和水量以下の水を含む場合もある。また、酵素反応の進行に伴い、水が生成する）酵素反応系は、例えば、予め乳酸発酵液などの含水乳酸原料に対して、本非水溶媒を利用して乳酸を抽出した場合の非水溶媒を用いる場合に適している。
【００４５】
（乳酸エステルの生産工程）
次に、本非水溶媒を含む酵素反応系を用いて酵素による乳酸エステル生産工程について図１〜図５を参照しながら説明する。
飽和水量を超える水を含む酵素反応系（以下、含水酵素反応系ともいう。）を用いて乳酸エステルを生産するには、反応条件を付与する。エステル化の反応条件は、使用する酵素によっても異なるが、例えば、１０〜９０℃、好ましくは、２０℃〜７０℃、より好ましくは、２０℃〜５０℃とすることができる。エネルギーコストを低減する観点等からは、特に加熱等することなく実施することが好ましい。また、水層におけるｐＨは、２．０〜９．０とすることができる。
【００４６】
当該含水酵素反応系において乳酸発酵液を用いる場合には、乳酸はアンモニウム塩等の乳酸塩の形態が含まれることが多い。この場合、乳酸塩は非水溶媒に溶解しにくく、また、酵素反応性が相対的に低いことがある。例えば、リパーゼの至適ｐＨであっても、十分な酵素反応性を得られない場合がある。このような場合、反応系のｐＨを酸性（例えば、ｐＨ２．５〜４．０程度）とし、乳酸と乳酸塩との平衡状態を形成し、乳酸がエステル化により非水溶媒側へ移行することにより、平衡が塩から乳酸側へと傾かせ、乳酸のエステル化反応を促進することができる。また、反応系に、別途金属イオンなどのプラスイオンとの無機塩（例えば、硫酸塩など）を添加することで平衡を乳酸側へずらすことも可能である。なお、無機塩は、酵素反応を阻害しない範囲内の種類と添加量にて使用することができる。
【００４７】
酵素反応にあたっては、酵素と基質との接触を促進させるため、酵素反応系を混合又は攪拌することが好ましい。このための手段は特に限定しないが、ガスの供給、振とう、回転翼等による機械的攪拌、反応系液体の噴流循環などの各種手段を採用することができる。
【００４８】
含水酵素反応系において酵素反応を進行させることにより、乳酸エステルが系内において生成され、非水溶媒側へ分離され、蓄積される。一旦生成した乳酸エステルは、水と分離されるため、加水分解されにくく有効に分離蓄積される。
酵素を、疎水性担体に固定化した固定化酵素は、特に酵素ユニット等など反応系において酵素を拘束する手段を用いない限り、多くは水層と非水溶媒層との界面に存在し、非水溶媒に可溶化された酵素を用いた場合には、酵素は、非水溶媒側に存在する。酵素反応系が混合された場合においても、これらの酵素を用いる場合には、非水溶媒側で酵素反応が進行しやすい状態となる。したがって、水層側に存在する酵素を用いるより酵素反応を促進することができる。
【００４９】
また、乳酸エステル生産工程に対して、乳酸エステルの分離を伴う非水溶媒の循環工程を付随させることもできる。すなわち、図３に示すように、酵素反応系の非水溶媒の少なくとも一部を採取し、蒸留等の分離手段により乳酸エステルと非水溶媒とを分離し、分離した非水溶媒を酵素反応系に供給（返流）する一連の工程を実施することができる。かかる一連の工程は、酵素反応に対して連続的にあるいは間欠的に行うことができる。酵素反応系における非水溶媒側の乳酸エステル濃度増大を抑制することで、酵素反応を促進すると同時に加水分解を抑制し、非水溶媒側への分離蓄積を促進できる。分離工程において乳酸エステルは分離あるいは濃縮され、例えば、ポリ乳酸の製造工程などの有用な原料等となる。分離工程を実施することで、酵素反応系において非水溶媒の体積が減少する場合には、新たな非水溶媒を供給することが好ましい。
【００５０】
また、採取した非水溶媒の分離工程を実施後、非水溶媒をそのまま酵素反応系に返流せず、貯留槽などの貯留手段に回収し、別途利用することもできる。この場合に、酵素反応系に非水溶媒を補給するべく、新たな非水溶媒、あるいは貯留手段に貯留しておいた非水溶媒を生産工程に供給することが好ましい。
【００５１】
次に、図２に示す非水酵素反応系を用いる乳酸エステルの生産工程について図２、図４及び図５を参照しながら説明する。
非水酵素反応系を構築する場合、乳酸発酵液などの乳酸含有溶液に対して本非水溶媒で抽出工程を実施し、この抽出工程によって得られた乳酸を含む非水溶媒を用いることが好ましい（図４参照）。本非水溶媒による乳酸抽出液を用いると非水酵素反応系を容易に構築できる。
この抽出工程においても、本非水溶媒は水と２層分離系を構成するため、水層の乳酸発酵液においては、乳酸は乳酸塩の形態で含まれていることが多いため、この抽出工程に際しては、既に述べたようなｐＨ調整あるいは無機塩の添加により乳酸と乳酸塩との平衡を乳酸側にずらした状態を形成することが好ましい。
非水酵素反応系においては、酵素が本非水溶媒に親和性のある状態で含まれていることで反応が促進される。したがって、疎水性担体に固定化された固定化酵素や本非水溶媒に可溶化された酵素を用いることが好ましい。
【００５２】
非水酵素反応系に付与する酵素反応条件は、含水酵素反応系に付与するものと同等とすることができる。なお、乳酸塩の形態では実効ある酵素反応性が得られない。したがって、乳酸塩の存在を前提とするｐＨ調整あるいは無機塩の添加については排除することができるが、非水酵素反応系においてｐＨ調整等の必要性を一切排除するものではない。酵素反応の進行に伴って水が生成し、水層が影響する場合には、水層のｐＨ等が考慮される場合もありうる。
なお、酵素反応に伴って生成する水を系外に除去することにより酵素反応を促進し収率を高めることができる。このためには、例えば、酵素反応を阻害しない範囲で脱水材を添加することができる。脱水材としては、モレキュラーシーブ（商品名）などの合成フッ石の他各種セラミックスなどの水吸着能のある多孔質材料や粘土鉱物などを使用することができる。また、浸透気化膜などを用いて脱水を行うことも可能である。
【００５３】
また、この乳酸抽出工程に対して、乳酸の分離を伴う非水溶媒の循環工程を付随させることもできる。すなわち、図５に示すように、酵素反応系の非水溶媒の少なくとも一部を採取し、蒸留等の分離手段により乳酸と非水溶媒とを分離し、分離した非水溶媒を抽出工程に供給（返流）する一連の工程を実施することができる。かかる一連の工程は、抽出工程に対して連続的にあるいは間欠的に行うことができる。抽出工程における非水溶媒側の乳酸濃度増大を抑制することで、乳酸の非水溶媒側への抽出を促進できる。分離工程において分離あるいは濃縮された乳酸は、酵素による乳酸エステルの製造工程の酵素反応系に供給することができる。なお、乳酸分離工程を実施することで、酵素反応系において非水溶媒の体積が減少する場合には、新たな非水溶媒を供給することが好ましい。
【００５４】
このように乳酸の抽出工程と酵素による乳酸エステルの生産工程を通じて、本水溶媒は抽出溶媒であると同時に反応媒体としても機能している。本非水溶媒によれば、乳酸発酵液などの希薄な含水乳酸原料に対する有用な抽出溶媒として有用である。また、同時に酵素反応により乳酸エステルの生成分離を有効に行いうる媒体として有用である。
【００５５】
したがって、図６に示すように、本非水溶媒は、乳酸発酵液などの含水乳酸原料から乳酸を抽出する方法それ自体にも有用である。この抽出方法は、既に説明した酵素による乳酸エステルの生産方法に有用な乳酸を提供するのみならず、乳酸水溶液から乳酸を得る方法としても有用である。なお、非水溶媒中に得られた乳酸を、直接、オリゴマー製造工程及びラクチド合成工程を経てポリ乳酸を製造することも可能である。
【００５６】
いずれの酵素反応系においても、本非水溶媒中に乳酸エステルを得ることができ、この非水溶媒から乳酸エステルを分離回収することができる。分離回収手段は特に限定しないが、乳酸エステルと本非水溶媒との分離は、通常の蒸留技術により回分式あるいは連続式で容易に実施することができる。例えば、そのまま減圧下に蒸留することもできる。また、付随して膜ろ過等を実施することもできる。
【００５７】
このようにして得られた乳酸エステルは、各種用途に用いられる。たとえば、乳酸エチルは、半導体の洗浄等に利用することができる。
得られた乳酸エステルを用いてポリ乳酸を製造しようとする場合、そのままあるいはエステル交換反応などを経てオリゴマー製造工程に供給することができる。あるいは、この乳酸エステルを加水分解してフリーの乳酸とし、その後、オリゴマー製造工程に供給することもできる。オリゴマー製造工程後は、ラクチド製造工程を経てポリ乳酸を得ることができる。
したがって、本発明によれば、上記した各種態様の乳酸エステル生産工程を含むポリ乳酸生産方法も包含される。
【００５８】
（装置）
次に、本発明の乳酸エステルの生産方法に使用するのに適した装置について図７を参照しながら説明する。
本装置２は、図３に示す乳酸エステルの生産工程を実施するのに適した装置である。本装置２は、反応槽４と、当該反応槽４から非水溶媒を採取する手段１２と、採取した非水溶媒から乳酸エステルを分離する手段１６と、乳酸エステル分離後の非水溶媒を反応槽４へ供給する手段２２とを備えている。
反応槽４は、特に限定しないで各種態様の槽形態を採用することができる。反応槽４は、好ましくは、槽内の反応を促進させるための混合あるいは攪拌手段を備えている。このための手段は特に限定しないが、ガスの供給、振とう、回転翼等による機械的攪拌、反応系液体の噴流循環などの各種手段を採用することができる。また、後述するように非水溶媒の循環を利用して反応槽４内に循環流を創出することも可能である。
【００５９】
本装置２は、槽内の非水溶媒の少なくとも一部を採取する採取手段１２を備えている。この採取手段１２は、反応工程後、反応工程において酵素反応系の混合又は攪拌を一時停止させた時点で非水溶媒を採取する構成とすることもできるが、反応工程を実施中においても非水溶媒を採取できるようになっていることが好ましい。多くの場合上層側が非水溶媒層であるため、非水溶媒を吸引したり、オーバーフローさせたり、くみ出し等するように反応槽４に対して構成された部材あるいは部分となっている。
非水溶媒採取時に酵素が非水溶媒に混入しないよう、非水溶媒採取部位が酵素が存在される部位と区画されていることが好ましい。通水可能であると同時に酵素（固定化酵素）が通過しない程度のメッシュサイズを有する区画材などを用いて、反応槽４内を区画することもできる。なお、反応槽４内を区画するのに替えて、あるいは区画に併せて、酵素あるいは担体に固定化された固定化酵素を収容する酵素ユニットを反応槽４内に収容することもできる。さらに、非水溶媒を採取手段１２から分離手段１６に至る搬送経路のいずれかの箇所に、非水溶媒と同時に採取されてしまった酵素等をろ過するフィルター部を設けることにより、分離手段側への酵素の供給を回避することもできる。
【００６０】
採取手段１２により採取された非水溶媒は、適当な搬送手段により、分離手段１６へと搬送されることが好ましい。非水溶媒の搬送手段は、例えば、必要に応じてバルブやポンプ等を備える管路によって構成することができる。
【００６１】
分離手段１６は、非水溶媒中の乳酸エステルを分離又は濃縮する手段である。分離手段１６は、特に限定しないが、通常の回分式あるいは連続式の蒸留装置とすることができる。乳酸エステルの沸点は高く非水溶媒を蒸留し、乳酸エステルを残留させることにより両者を相互に分離し、乳酸エステルを濃縮し、非水溶媒を回収することができる。効率的に分離するには、減圧蒸留装置であることが好ましい。
【００６２】
装置２には、分離手段１６の底部などに残留する乳酸エステルを回収し、貯留する手段を備えることもできる。貯留手段の形態は特に問わないが、得られた乳酸エステルを用いてポリ乳酸製造工程を実施する場合に、回収あるいは貯留した乳酸エステルを、エステル交換工程やオリゴマー製造工程へと供給するための搬送用管路やポンプなどを備える搬送手段を備えることもできる。
また、本装置２には、回収した乳酸エステルを精製するための蒸留装置などの乳酸エステルの精製手段を備えることもできる。
【００６３】
装置２には、蒸留され液化された非水溶媒を、反応槽４へ供給する手段２２を備えている。分離手段１６から供給手段２２へと蒸留した非水溶媒を搬送する搬送手段を備えることもできる。搬送手段は、必要に応じてバルブやポンプを備えた管路とすることができる。
なお、回収された非水溶媒を貯留しておく貯留手段を備えることもできる。この貯留手段に付随して非水溶媒供給手段２２への搬送手段を備えることもできる。
以上のことから、本装置２においては、非水溶媒の採取手段１２と、非水溶媒搬送手段と、分離手段１６と非水溶媒供給手段２２とを備え、非水溶媒を反応槽４に対して循環供給する循環ループを構成することができる。
【００６４】
さらに、本装置２には、反応槽４内の酵素反応系（水層）のｐＨを検出するためのｐＨ検出手段とｐＨ調整のための酸あるいはアルカリを添加するためのｐＨ調整剤の供給手段を備えることが好ましい。さらに、ｐＨ検出手段により検知されたｐＨ値とあらかじめ設定したｐＨ値とから、酵素反応系に添加すべきｐＨ調整剤の量を算出し、自動的に反応槽４に供給する制御システムも備えることができる。
【００６５】
反応槽４と、非水溶媒の採取手段１２と、分離する手段１６と、乳酸エステル分離後の非水溶媒を反応槽４へ供給する手段２２を備える本装置２によれば、特に、乳酸エステル含有液（典型的には乳酸発酵液）と本非水溶媒とを含む酵素反応系を構成し、酵素による乳酸エステル生産を継続しつつ、非水溶媒の一部を採取し、乳酸エステルを分離し、回収した非水溶媒を酵素反応系に返流する、連続反応を実施するのに適している。かかる連続反応によれば、乳酸エステルを生産するエネルギーコストを低減しつつ一挙に濃縮された乳酸エステルを得ることができる。特に乳酸発酵液などの希薄な乳酸含有液から乳酸エステルを生成分離するのに用いる装置として適している。
【００６６】
なお、当該装置は、乳酸発酵液などの乳酸含有液からの乳酸の抽出にも適している。反応槽４に、乳酸含有液と本非水溶媒と収容するものとし、分離手段１６を乳酸を残留させ本非水溶媒を蒸留する装置等とすることにより、乳酸抽出装置としても利用することができる。
【００６７】
本発明の乳酸エステルの生産方法及び製造装置は各種の乳酸エステルを製造するのに適しているが、好ましくは、Ｌ体、Ｄ体、ＤＬ体のそれぞれの乳酸のエチルエステル、プロピルエステル、ｎ−ブチルエステルの製造に適しており、乳酸のエチル、プロピル、及びｎ−ブチルエステルの生産に特に適している。より好ましくは、乳酸エチル及び乳酸ｎ−ブチルの生産に適している。
【００６８】
【実施例】
以下、本発明を実施例を挙げて具体的に説明するが、以下の実施例は本発明を説明するものであって本発明を限定する趣旨ではない。
（実施例１）
Ｌ−乳酸エステルの非水溶媒と水との２層分離系における分配率
以下の表に示す１００ｍｌの非水溶媒と同量の蒸留水とにＬ−乳酸エチル及びＬ−乳酸ｎ−ブチル各１００ｍｇを添加し、分液ロートを用いて６０分間攪拌した後、２５℃〜３５℃に２４時間放置した。水層と分離した非水溶媒層に含まれる各Ｌ−乳酸エステル量をガスクロマトグラフィー（ＧＣ）により分析し、非水溶媒層に含まれるエステル量を算出した。分配率は、添加したエステル重量に対する非水溶媒層中のエステル重量の割合（％）とした。表１に用いた非水溶媒と、非水溶媒層に対するＬ−乳酸エチルとＬ−乳酸ｎ−ブチルの分配率を示す。併せて、非水溶媒の沸点も示す。
【表１】
2004208501.tif 000003
【００６９】
表１に示すように、Ｌ−乳酸ｎ−ブチルは、トルエン、２級アルコール及び３級アルコールに対して高い分配率を示した。直鎖炭化水素に対しては、鎖長が長くなるにつれて分配率が低下した。これに対して、Ｌ−乳酸エチルは、異なる傾向を示した。すなわち、トルエンと直鎖炭化水素に対して有効な分配率を呈しない一方、アルコールに対して全般的に高い分配率（約８０〜１００％）を示した。
一方、エステル化のための溶媒であることを考慮すると、１級アルコールを用いることは困難であり、２級あるいは３級アルコールを使用することが好ましいと考えられる。
したがって、Ｌ−乳酸ｎ−ブチルについては、トルエン、２−ブタノール、３−メチル−ブタノール、２−メチル−２−ブタノールが反応溶媒として使用できる可能性が見出された。
一方、Ｌ−乳酸エチルについては、２−ブタノール、３−メチル−２−ブタノール、２−メチル−２−ブタノールを反応溶媒として使用できる可能性が見出された。
【００７０】
（実施例２）
Ｌ−乳酸の非水溶媒と水との２層分離系における分配率
以下の表に示す１００ｍｌの非水溶媒と同量の蒸留水とにＬ−乳酸各１００ｍｇを添加し、分液ロートを用いて６０分間攪拌した後、２５℃〜３５℃に２４時間放置した。水層と分離した非水溶媒層に含まれるＬ−乳酸量を乳酸センサー（王子計測機器株式会社製ＢＦ−４）により分析し、非水溶媒層に含まれる乳酸量を算出した。分配率は、添加した乳酸重量に対する非水溶媒層中の乳酸重量の割合（％）とした。表２に、用いた非水溶媒と、非水溶媒層に対するＬ−乳酸の分配率を示す。
【表２】
2004208501.tif 000004
【００７１】
表２に示すように、Ｌ−乳酸は、直鎖炭化水素及び芳香族炭化水素に対してはｎ−ヘキサンの１７％である以外、非水溶媒側への分配を検出することができなかった。これに対して、１−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、３−メチル−２−ブタノールには、約２５％〜３３％の分配率を示した。
また、酢酸エチル、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテルについては約２０〜３０％の分配率であった。
Ｌ−乳酸含有溶液に対して非水溶媒を添加して２層分離系で酵素によるエステル化を行う場合、生成物であるL-乳酸エステルの他、基質であるＬ−乳酸の非水溶媒側への分配率を考慮し、以下の実施例で用いる非水溶媒を２−メチル−２−ブタノール及び３−メチル−２−ブタノールとした。
【００７２】
（実施例３）
Ｌ−乳酸エステルの酵素合成：基質がＬ−乳酸である場合
３−メチル−２−ブタノール１０ｍｌと水１０ｍｌ中に基質としてＬ−乳酸及び１−ブタノールあるいはエタノールをそれぞれ０．５Ｍとなるように加え、酵素として、固定化リパーゼ（ノボザイム リパーゼ４３５）２０ｍｇを加えて２種類の酵素反応系を構築した。各酵素反応系を、２４時間３７℃でＢブラウン社製振とう培養器で振とうしつつ反応させてエステルを生産した。非水溶媒層を採取しＧＣにてＬ−乳酸ｎ−ブチルあるいはＬ−乳酸エチルをそれぞれ定量分析した。各エステルへの変換効率（基質重量に対するエステルの生成重量の割合）は、Ｌ−乳酸ｎ−ブチルで８．９％であり、Ｌ−乳酸エチルは５．５％であった。酵素反応系を静置した状態にあっては、固定化酵素は水層と非水溶媒層との界面に存在していた。なお、本酵素反応系の水層のｐＨは２．３であった。
【００７３】
（実施例４）
Ｌ−乳酸エステルの酵素合成：基質がＬ−乳酸塩である場合
２−メチル−２−ブタノール１０ｍｌと水１０ｍｌ中に基質としてＬ−乳酸アンモニウム及びエタノールをそれぞれ０．５Ｍとなるように加え、酵素として、固定化リパーゼ（ノボザイム リパーゼ４３５）２０ｍｇを加えて酵素反応系を構築した。この酵素反応系を、水層のｐＨを３．８に保ちつつ、Ｂブラウン社製振とう培養器で２４時間３７℃にて振とうしつつ反応させエステルを生産した。非水溶媒層を採取しＧＣにてＬ−乳酸エチルをそれぞれ定量分析した。エステルへの変換効率は、４．０％であった。なお、本酵素反応系においてｐＨを調整しない場合、水層のｐＨは約５．８であり、同様の条件でエステルを生産すると、変換効率はわずかに０．２％であった。これらの酵素反応系で使用したリパーゼの至適ｐＨが７付近であることから、たとえ、酵素の至適ｐＨ付近であっても、乳酸塩の場合には、エステル化反応が抑制されることがわかった。したがって、乳酸塩による酵素反応系の場合には、ｐＨを２．５〜４．０に維持して乳酸と乳酸塩との平衡状態を形成することが反応促進に有効であることがわかった。
【００７４】
（実施例５）
Ｌ−乳酸エステルの酵素合成：非水溶媒可溶化酵素を用いた場合
３−メチル−２−ブタノール１０ｍｌと水１０ｍｌ中に基質としてＬ−乳酸及びエタノールをそれぞれ０．５Ｍとなるように加え、酵素として、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）修飾リパーゼ（名糖産業 リパーゼ０Ｆ）２０ｍｇを加えて酵素反応系を構築した。酵素反応系を、水層のｐＨを４に保ちつつ、Ｂブラウン社製振とう培養器で２４時間３７℃で振とうしつつ反応させてエステルを生産した。なお、この修飾リパーゼは、３−メチル−２−ブタノールに可溶性であった。反応終了後、非水溶媒層を採取しＧＣにてＬ−乳酸エチルをそれぞれ定量分析した。酵素反応系におけるＬ−乳酸エチルへの変換効率は、１６．９％であった。
この結果から、非水溶媒に可溶性である酵素を用いることにより、乳酸エステルの生産効率が向上されることがわかった。
【００７５】
（実施例６）
連続反応装置を用いた乳酸エステルの酵素合成
３−メチル−２−ブタノール１００ｍｌと水１００ｍｌ中に基質としてＬ−乳酸及びエタノールをそれぞれ０．５Ｍとなるように加え、酵素として、メソポーラスシリカ多孔体材料（平均細孔径約７．１ｎｍ、層状シリケートとしてカネマイトを用いて界面活性剤の存在下重合させた上、界面活性剤を除去することにより得られた層状シリカ多孔体）に固定化したリパーゼ（名糖産業株式会社製リパーゼ０Ｆ）２００ｍｇを用いて酵素反応系を構築した。なお、この酵素反応系は、それぞれ図７に例示される連続反応装置の反応槽４（容量３００ｍｌ）中に形成した。固定化酵素は、６０メッシュの金属篩いで作製したケース中に収容することにより反応槽の上層側に保持するようにした。各酵素反応系を、水層のｐＨを３．８に保ちつつ、３７℃で反応させてエステルを生産した。なお、酵素反応系は反応槽に備えられる攪拌手段であるマグネティックスターラーによって攪拌しながら反応させ、反応開始後、乳酸エステルを含む非水溶媒層を２ｍｌ／分で連続的にサンプリングし、別容器に導入して非水溶媒である３−メチル−２−ブタノールのみを蒸留し、当該別容器に乳酸エステルを濃縮し、蒸留したアルコールを反応槽に連続して返流することを４８時間継続した。各酵素反応系について、最終的に得られたＬ−乳酸エチルへの変換効率は８６％であった。
この結果から、酵素反応工程における非水溶媒層の採取及び乳酸エステルの分離は、高効率な乳酸エステル生産に有効であることがわかった。
【００７６】
（実施例７）
非水酵素反応系における乳酸エステルの酵素合成
３−メチル−２−ブタノールを非水溶媒として用い、基質としてＬ−乳酸及びエタノールをそれぞれ１Ｍ及び４Ｍとなるように添加し、酵素として固定化リパーゼ（ノボザイム リパーゼ４３５）１０ｍｇを加えて非水酵素反応系を構築した。この酵素反応系を、２４時間３７℃にてＢブラウン社製振とう培養器で振とうしつつ反応させてエステルを生産した。非水溶媒層を採取しＧＣにてＬ−乳酸エチルを定量分析した。エステルへの変換効率は、３９．７％であった。
【００７７】
（実施例８）
非水酵素反応系における乳酸エステルの酵素合成
２−メチル−２−ブタノールを非水溶媒として用い、基質としてＬ−乳酸及びエタノールをそれぞれ１Ｍ及び４Ｍとなるように添加し、酵素として固定化リパーゼ（ノボザイム リパーゼ４３５）１０ｍｇを加えて非水酵素反応系を構築した。この酵素反応系を、２４時間５０℃にてＢブラウン社製振とう培養器で振とうしつつ反応させてエステルを生産した。非水溶媒層を採取しＧＣにてＬ−乳酸エチルを定量分析した。エステルへの変換効率は、５５．９％であった。
【００７８】
（実施例９）
非水酵素反応系における乳酸エステルの酵素合成
２−メチル−２−ブタノールを非水溶媒として用い、基質としてＬ−乳酸及びエタノールをそれぞれ１Ｍ及び４Ｍとなるように添加し、酵素として固定化リパーゼ（ノボザイム リパーゼ４３５）１０ｍｇを加えて非水酵素反応系を構築した。この酵素反応系を、４５時間５０℃にてＢブラウン社製振とう培養器で振とうしつつ反応させてエステルを生産した。非水溶媒層を採取しＧＣにてＬ−乳酸エチルを定量分析した。エステルへの変換効率は、７２．８％であった。
【００７９】
（実施例１０）
非水酵素反応系における乳酸エステルの酵素合成
２−メチル−２−ブタノールを非水溶媒として用い、基質としてＬ−乳酸及びエタノールをそれぞれ１Ｍ及び４Ｍとなるように添加し、酵素として固定化リパーゼ（ノボザイム リパーゼ４３５）１０ｍｇを加えて非水酵素反応系を構築した。この酵素反応系を、脱水剤としてモレキュラーシーブ３Ａを添加し４５時間５０℃にてＢブラウン社製振とう培養器で振とうしつつ反応させてエステルを生産した。非水溶媒層を採取しＧＣにてＬ−乳酸エチルを定量分析した。エステルへの変換効率は、９４．５％であった。
【００８０】
実施例７〜１０の結果を通じて、当該非水酵素反応系によれば、少なくとも３７℃〜５０℃において２４時間〜４５時間の範囲で反応温度が高いほど、反応時間が長いほどエステルへの変換効率が向上することがわかった。また、脱水剤を添加することで変換効率が顕著に向上することも明らかであった。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、含水乳酸原料を用いて酵素により乳酸エステルを生産するのに適した技術を提供することができる。
また、本発明によれば、特定非水溶媒を用いた乳酸の抽出技術及び乳酸エステルの生産技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】含水酵素反応系と当該酵素反応系による乳酸エステルの生産工程を示す図である。
【図２】非水酵素反応系と当該酵素反応系による乳酸エステルの生産工程を示す図である。
【図３】酵素による乳酸エステル生産工程に付随させることのできる非水溶媒循環工程を示す図である。
【図４】乳酸発酵液に対して非水溶媒による乳酸抽出工程を実施し、次いで、酵素による乳酸エステルの生産工程を実施することを示す図である。
【図５】非水溶媒による乳酸抽出工程に付随させることのできる非水溶媒循環工程を示す図である。
【図６】乳酸発酵液に対して非水溶媒抽出工程を実施することを示す図である。
【図７】含水酵素反応系に適用可能な連続反応装置の概略を示す図である。
【符号の説明】
２  装置
４  反応槽
１２  非水溶媒採取手段
１６  分離手段
２２  非水溶媒供給手段
【図１】
2004208501.tif 000005
【図２】
2004208501.tif 000006
【図３】
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【図４】
2004208501.tif 000008
【図５】
2004208501.tif 000009
【図６】
2004208501.tif 000010
【図７】
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