(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコールと乳酸塩とのエステル化物の製造方法において、アルコールと乳酸塩とを含む反応液をエステル化率が６０〜９０％となるまでエステル化させる工程、該反応液に含まれる乳酸エステルと前記アルコールとを留去する工程、および得られた蒸留残分にアルコールを添加して再度エステル化を行う工程とを含み、
前記アルコールが炭素数４〜６のアルコールである、乳酸エステルの製造方法。
【請求項２】
前記反応液は、アルコールと乳酸塩水溶液とを含む、請求項１記載の乳酸エステルの製造方法。
【請求項３】
前記乳酸塩水溶液が、アンモニア中和乳酸発酵液であることを特徴とする、請求項２記載の乳酸エステルの製造方法。
【請求項４】
前記蒸留残分に添加するアルコール量が、前記蒸留残分に含まれる乳酸の０．３〜１００モル倍である、請求項１〜３のいずれかに記載の乳酸エステルの製造方法。
【請求項５】
生成した乳酸エステルと共に前記反応液に含まれるアンモニアを回収することを特徴とする、請求項３または４に記載の乳酸エステルの製造方法。
【請求項６】
乳酸アミド生成率が０〜６．０％の範囲でエステル化することを特徴とする、光学純度９５〜１００％ｅｅである、請求項３〜５のいずれか１項に記載の乳酸エステルの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の方法で製造した乳酸エステルを加水分解することを特徴とする、乳酸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収率に優れる乳酸エステルの製造方法に関し、特に乳酸または乳酸塩を含む乳酸発酵液を用いて効率的に乳酸エステルを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
乳酸は食品添加物として清酒、清涼飲料、漬物、醤油、製パンまたはビールなどの製造に使用され、また、工業用として皮革、繊維、プラスチック、医薬品または農薬などの製造に使用される有用な化合物である。最近では、乳酸の誘導体または合成中間体である乳酸エチルや乳酸ブチルなどのエステル類が、安全性の高い溶剤や洗浄剤として、その用途が広がっている。特に、医薬、農薬の原料として利用される場合には、高い光学活性を持つ高純度の乳酸やそのエステル体が必要とされ、乳酸発酵による生産が行なわれている。【０００３】
このような乳酸エステルの製造方法として乳酸発酵液を使用し、乳酸菌の発酵の進行に伴いｐＨが低下するのをアンモニアなどで中和しつつ発酵を行い、得られた乳酸塩を硫酸酸性にして乳酸に変換し、イソプロピルアルコールなどの溶媒で抽出する方法が開示されている。抽出した乳酸はメタノールを用いてエステル化している（特開昭５８−５６６９０号公報）。【０００４】
また、乳酸をエステル化すると共にエステル化物を含むガス混合物を部分凝縮し、引き続き真空蒸留によって乳酸エステルを濃縮し、かつ濃縮した粗製乳酸エステルに二度目の蒸留を実施する方法もある（特開昭５８−１８９１３８号公報）。該方法は、乳酸水溶液を用いてエステル化物を製造すると、エステル化物が水の存在で容易に分解する点に鑑みて、エステル化物に再度のエステル化反応を行うというものである。【０００５】
また、乳酸発酵時の培地のｐＨ調整をアンモニアによって行い、該発酵により得られる乳酸アンモニウムを含む乳酸発酵液に炭素数４または５のアルコールを添加し、加熱してエステル化し、対応する乳酸エステルを製造する方法もある（特開平６−３１１８８６号公報）。特開平６−３１１８８６号公報では、エステル化反応によって得られる溶液にエステル化促進剤として鉱酸を添加し、酸性下に加熱および脱水を行い、該乳酸と該アルコールのエステル化を促進および完了させている。なお、炭素数４または５のアルコールを使用したのは、該アルコールをエステル化原料として使用すると共に、共沸脱水剤として作用させるためである。得られたエステル化反応液は水をほとんど含まず、余剰のアルコール、該アルコールの乳酸エステル、アンモニアの鉱酸塩、乳酸菌などの微生物、その他の不純物を含み、アンモニウム塩、高分子の不純物または乳酸菌などがスラリーとして存在しているため、回分式または連続式の蒸留工程を行って、乳酸エステルおよびアルコールを分離している。
【発明の開示】
【０００６】
乳酸エステルは、それ自体としてまたは加水分解して乳酸として使用される。用途も食品添加物、工業用、医薬品、農薬等と多岐にわたり、更に重合体であるポリ乳酸も生分解性ポリマーとして期待される化合物である。このため、乳酸エステルの収率および製造効率の向上は極めて重要な問題である。また、乳酸は光学活性な化合物であるため、光学活性の高い乳酸エステルの製造方法の開発も強く嘱望されている。
【０００７】
このような状況下、本発明は、乳酸エステルの更なる効率的な製造方法を提供するものである。
【０００８】
本発明者らは、乳酸エステルの製造方法について詳細に検討した結果、乳酸または乳酸塩とアルコールとを含む反応液をエステル化し、エステル化率６０〜９０％のところで一旦中断し、含まれる乳酸エステルとアルコールとを分離し、残液にアルコールを添加して再度エステル化を行ったところ、第一回のエステル化と第二回のエステル化とによって得られた乳酸エステルの合計は、エステル化率９０％を超えて単回で乳酸エステルを得た場合よりも収率が高く、しかもアミド化物などの副生成物量が極めて低減し純度が向上することを見出し、本発明を完成させた。本発明は、連続式でもバッチ式でも行うことができ、エステル化時間を短縮させ、光学純度を向上させることもできる。
【０００９】
更に、エステル化条件を検討したところ、アンモニア中和乳酸発酵液を乳酸原料とした場合に、乳酸アミド生成率が０〜６．０％となるように加熱すると、簡便に光学純度が高く、収率高く乳酸エステルを製造できることも判明した。
【００１０】
すなわち本発明は、アルコールと乳酸および／または乳酸塩とのエステル化物の製造方法において、アルコールと乳酸および／または乳酸塩とを含む反応液をエステル化率が６０〜９０％となるまでエステル化させる工程、該反応液に含まれる乳酸エステルを分留する工程、および蒸留残分にアルコールを添加して再度エステル化を行う工程とを含む、乳酸エステルの製造方法を提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、アンモニア中和乳酸発酵液とアルコールとを、乳酸アミド生成率が０〜６．０％の範囲でエステル化することを特徴とする、光学純度９５〜１００％ｅｅの乳酸エステルの製造方法である。
【００１２】
本発明によれば、簡便な方法で収率高く乳酸エステルを製造することができる。しかも、エステル化条件が温和であるため、エネルギー効率に優れる。また、本発明によれば、温和なエステル化条件で反応させるため、光学純度の高い乳酸エステルを得ることができる。
【００１３】
本発明は、乳酸発酵液を原料物質とすることができるため、乳酸発酵によって乳酸を得た後にエステル化物を製造する場合に特に効率よく操作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１図は、本発明の乳酸エステルを連続式で製造する装置を示す図である。
【図２】第２図は、本発明の乳酸エステルをバッチ式で製造する装置を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の第一は、アルコールと乳酸および／または乳酸塩とのエステル化物の製造方法において、アルコールと乳酸および／または乳酸塩とを含む反応液をエステル化率が６０〜９０％となるまでエステル化させる工程、該反応液に含まれる乳酸エステルを分留する工程、および蒸留残分にアルコールを添加して再度エステル化を行う工程とを含む、乳酸エステルの製造方法である。【００１６】
本発明で使用する乳酸はいずれの方法で製造されたものであってもよく、乳酸二分子が結合したラクチドを加水分解して製造したものや、化学合成によるもの、または乳酸発酵菌による生物学的製造方法によって作成されたものなど、いずれの方法で得たものも使用することができる。乳酸発酵菌によって製造されたものを使用すると、光学活性に優れる乳酸エステルを得られるため、特に好ましい。【００１７】
乳酸塩としては、エステル化に際して塩が乳酸から離脱しエステル化に支障のないものであればいずれであってもよい。このような乳酸塩としては、カルシウムイオン、アンモニウムイオン、アミン類との塩が例示できる。乳酸塩を含めたのは、中和などの乳酸製造工程の処理によって最終製品が乳酸塩となる場合を考慮したからである。【００１８】
本発明では、乳酸や乳酸塩（以下、単に乳酸(塩)とも称する。）は、水溶液で供給することができる。このような乳酸（塩）水溶液を使用する場合には、乳酸換算で３０〜８５質量％、より好ましくは４５〜７５質量％、特に好ましくは５０〜７０質量％の乳酸(塩)を含有していることが好ましい。なお、乳酸の含有量が上記範囲にない場合には、乳酸や乳酸塩を濃縮し、または上記濃度になるように希釈したものを乳酸（塩）水溶液として使用してもよい。本発明では、このような乳酸（塩）水溶液として乳酸発酵液を使用することができる。なお、該乳酸発酵液は、乳酸発酵菌によって生物学的に乳酸を製造する際の乳酸を含む発酵液である。乳酸発酵の進行によってｐＨが低下するためアルカリ物質の添加によって中和しつつ発酵を進行させることが一般的であるが、このようなアルカリ物質としてアンモニアを使用したものが好ましい。本発明においては、このような乳酸発酵液を「アンモニア中和乳酸発酵液」と称する。アンモニア中和の場合にはエステル化と同時に遊離するアンモニアも分留によって回収できる。このようなアンモニア中和乳酸発酵液としては、例えば、特開昭５８−５６６９０号公報、特開平６−３１１８８６号公報記載の方法で調製することができる。【００１９】
エステル化に使用するアルコールとしては、炭素数４〜６のアルコールが特に好ましく使用される。このようなアルコールとしては、例えば、ｎ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｔ−ブチルアルコール、ｎ−アミルアルコール、ｓｅｃ−アミルアルコール、ｔ−アミルアルコール、イソアミルアルコール、ｓｅｃ−イソアミルアルコール、活性アミルアルコール、ジエチルカルビノール、ｔ−ブチルカルビノール、ｎ−ペンチルアルコールなどを用いることができ、より好ましくは、ｎ−ブチルアルコールである。ｎ−ブチルアルコールは水と共沸するため、この共沸組成物を適当に冷却捕集した後にｎ−ブチルアルコールと水とを２相分離させると、エステル化反応系へのｎ−ブチルアルコールの再使用が可能になり、経済的だからである。なお、炭素数が６を越えるアルコールの場合には、エステル化によるアンモニアの遊離は可能であるが、生成する乳酸エステルが高沸点のため、後の乳酸エステルの蒸留による精製が困難となる場合がある。特に炭素数が１〜３のアルコールでは、水との相分離が不十分であるために効率のよい運転ができない場合がある。【００２０】
本発明では、乳酸（塩）水溶液と該アルコールとの混合比は、反応効率などを考慮して乳酸（塩）に対して０．３〜１００モル倍とすることが好ましく、より好ましくは１〜１０モル倍、特に好ましくは３〜６モル倍である。０．３モル倍を下回ると乳酸２量体が多くなり反応が進まない場合がある。その一方、１００モル倍を超えると反応液をエステル化温度に上昇するまでに長時間を必要とし、その後の温度制御も困難となる場合がある。以下、本発明の実施態様の一例として、図１に示す連続式乳酸エステル製造装置を使用し、アンモニア中和乳酸発酵液とｎ−ブタノールとを使用して乳酸エステルを製造する場合を説明する。【００２１】
図１に示す装置１０１は、第一反応器１０３、薄膜蒸留器１０４、第二反応器１０５および薄膜蒸留器１０６がそれぞれ配管１０８、１０９および１１０で連結されている。【００２２】
まず該第一反応器１０３に、配管１０７からアンモニア中和乳酸発酵液を、配管１１６からｎ−ブタノールを添加して反応液とし、該第一反応器１０３中に備えられた撹拌翼による撹拌下に加熱しエステル化の反応を行う。第一反応器１０３の上部に配設された蒸留塔１１４には更に上部に冷却器１１７が配管１１８で連結され、ｎ−ブタノールや、ｎ−ブタノールとの共沸組成物、乳酸エステルは冷却器１１７で捕集され、該冷却器１１７の下方の二液相分離缶１１９で水相とブタノール相に分離される。上相成分のｎ−ブタノール（乳酸エステルと少量の水を含む）は配管１２２を通じて蒸留塔１１４上部に還流され、下相成分の水（少量のｎ−ブタノールおよびアンモニアを含む）は随時配管１２１を通じて抜き出され水回収槽に回収される。なお、蒸留塔１１４を通過したアンモニアガスの多くは、冷却器１１７で捕集され、残りのアンモニアは配管１２０を経て氷冷水式のアンモニア吸収器によって捕集される。【００２３】
エステル化条件としては、使用するアルコールの種類などによっても変わるが、蒸留塔塔頂部圧力としては、常圧であればよい。反応温度としては、使用するアルコールによっても異なるが、通常１００〜１７０℃、好ましくは１２０〜１３０℃の範囲で行うことが好ましい。該温度が１００℃未満では、工業的に満足な程度の反応速度が得られない場合がある。また、該温度が１７０℃を越える場合には、乳酸が一部ラセミ化したり、アルコール２分子よりなる対応したエーテルを生じるなどの現象が現れる場合がある。【００２４】
なお、乳酸アンモニウムとｎ−ブタノールとのエステル化では、温度１００〜１７０℃、より好ましくは１１０〜１５０℃、特に好ましくは１２０〜１３０℃である。この範囲で乳酸アンモニウムの反応率が高く、かつ乳酸エステル収率も高い。この際、アンモニア中和乳酸発酵液のみを加熱し、これにアルコールを添加しつつ反応させることが好ましい。このようにアルコールを後添加すると反応時間を短縮することができる。例えば、沸点１１７．７℃のｎ−ブタノールを乳酸アンモニウムの３モル倍仕込む場合で例示すると、ｎ−ブタノールと水との共沸点である９２．３℃以上に達した後に脱水化やエステル化反応の進行に伴って温度が上昇するため、エステル化が平衡状態になってエステル化温度が一定になるのに長持間を要する。しかしながら、アンモニア中和乳酸発酵液のみを加熱すると、塩の効果によって濃縮に伴って水の沸点を越えて１０７℃程度に達するため、短時間で液温を上昇させることができるのである。したがって、その後にアルコールを添加すれば、迅速に目的の反応温度に制御しつつエステル化反応時間を短縮して乳酸エステルを製造することができる。【００２５】
本発明では、上記エステル化は、反応器１０３内の乳酸のエステル化率が６０〜９０％、好ましくは６５〜９０％、特に好ましくは７０〜９０％となるように調製し、次工程に移行させる。エステル化率が９０％を超えると高温状態が長持間となるため、光学活性が低下する場合もある。一方、エステル化率が６０％を下回ると生産性が低く不利である。【００２６】
エステル化率が６０〜９０％の反応液は、配管１０８を通じて薄膜蒸留器１０４に供給され、ここで乳酸エステルおよびアルコールを塔頂から留出させる。二度目のエステル化に先立ち反応液から乳酸エステルを分離するのは、光学活性の低下を防止し、かつエステル化反応速度を向上させるためである。【００２７】
蒸留塔塔頂部圧力は、精留する乳酸エステルの種類によって適宜選択すればよいが、一般には、０．６７〜１３．３３ｋＰａであることが好ましく、特に好ましくは１．３３〜２．６７ｋＰａである。１３ｋＰａを上回ると乳酸エステル、アルコールおよび水の留出が十分でない。一方、０．６７ｋＰａを下回っても蒸留効果に対する影響は少ない。乳酸ブチルの場合には、塔頂圧力０．６７〜１３ｋＰａで、塔頂温度６１〜１２５℃となる。ここに留出した乳酸ブチルを第一乳酸エステル（Ａ）とする。【００２８】
蒸留残分を、配管１０９を介して第二反応器１０５に導入し、再度エステル化を行う。生成した乳酸エステルに対する熱処理を回避するとともに、蒸留残分にさらにアルコールを添加して反応させることにより、効果的に乳酸アミドを分解して乳酸エステルの収率を上げ、全体的に光学純度を保つことができるからである。【００２９】
該残部には、乳酸発酵液由来の糖、澱粉、タール状物質、オリゴ乳酸、糖乳酸エステル、乳酸アミド、ラクチド、乳酸ポリマー、乳酸（塩）、水、アルコール、乳酸エステルなどが含まれている。これに配管１１６’を介してｎ−ブタノールを供給する。前記蒸留残分に添加するアルコール量は、前記蒸留残分に含まれる乳酸量を基準に換算する。乳酸や乳酸塩はアルコールとの反応によって乳酸エステルを生成するが、乳酸アミド、ラクチドやオリゴ乳酸、乳酸ポリマーなども乳酸に分解し、乳酸エステルとなる。本願では、蒸留残分に添加するアルコール量の換算においては、乳酸に変換可能な化合物も、含まれる乳酸を一単位に換算して算出するものとする。例えば、乳酸１モルと乳酸３分子が重合したオリゴ乳酸の場合は、乳酸４モルとなる。好適には、蒸留残分に含まれる乳酸に対して、０．３〜１００モル倍、より好ましくは０．５〜８０モル倍のアルコールを添加する。０．３モル倍を下回るとエステル化反応が遅くなり、一方、１００モル倍を超えるとエステル化効率が下がる場合がある。【００３０】
第二反応器１０５での反応条件としては、使用するアルコールの種類などによっても変わるが、１００〜１５０℃、より好ましくは１２０〜１５０℃である。【００３１】
エステル化の進行に伴い副生水が発生し、該副生水の蒸留にともなって、アルコールも共沸して留出してくるが、該アルコールと水を分離して該アルコールを第二反応器へ還流することが望ましい。これにより該アルコールを有効に再利用することができ、経済的にも優れたものとなる。【００３２】
なお、本発明では、エステル化反応時には、反応液に鉱酸を添加して酸性下に加熱し、該乳酸と該アルコールのエステル化を促進させてもよい。エステル化反応では、乳酸の一部が自己縮合する場合があり、乳酸エステルの生成率低下の原因となる。そこで、生成する乳酸の０．００５〜０．８モル倍、好ましくは０．０１〜０．２モル倍の鉱酸を添加して酸触媒とする。酸触媒の添加によってラクチド、オリゴ乳酸、乳酸ポリマーが加水分解して乳酸となり、乳酸エステルの収率を向上させる。この際、減圧下に加熱脱水を行なうと、温度を低下させることができ、エーテルの生成などの副反応を抑制できる。なお、酸触媒としての鉱酸の添加量の上限は特に制限されるものではないが、一般には、生成する乳酸の０．２倍当量以下の鉱酸で充分である。なお、酸触媒として用いる鉱酸としては、硫酸がある。このような鉱酸の添加は、第一反応器および第二反応器のいずれに添加することもできるが、本発明では、第二反応器以降に添加することが好ましい。第一反応器では、エステル化率を６０〜９０％に制限するため、鉱酸の添加意義が少ないからである。なお、第二反応器に鉱酸を添加する場合には、例えば配管１２５を通じて添加すればよい。該第二反応器１０５中に備えられた撹拌翼による撹拌下に１２０〜１３０℃の範囲で加熱を続けるとエステル化が促進される。なお、この加熱反応により生じる水とｎ−ブタノールの共沸組成物は、該第二反応器１０５の上方の蒸留塔１２３を経て該蒸留塔１２３塔頂の上方の冷却器１２６で捕集され、該冷却器１２６の下方の二液相分離缶１２８で水相とブタノール相に分離される。上相成分のｎ−ブタノール（少量の水を含む）は配管１３１を通じて蒸留塔１２３上部に還流され、下相成分の水（少量のｎ−ブタノールを含む）は随時配管１３２を通じて抜き出され水回収槽に回収される。また極微量のアンモニアガスは、排気筒１３０より処理装置に行き、処理される。【００３３】
第二反応器のエステル化率は特に制限はなく、第二反応器に導入された乳酸の４０〜９５％であることが好ましく、より好ましくは５０〜８０％である。【００３４】
最後に、上記第二反応器１０５内の反応液を、配管１１０を通じて薄膜蒸留装置１０６に送り込む。該装置１０６内を１００〜１５０℃で１．３３〜６．６６ｋＰａで該反応液を平衡状態に保って液相と気相に分離し、液相成分の酸性硫安など他の残分は配管１３４を通じて残渣回収槽に回収し、気相成分の乳酸ブチルおよびｎ−ブタノールは配管１３３を通じて乳酸ブチル回収塔に捕集する。ここで得られた乳酸ブチルを、第二乳酸エステル（Ｂ）とする。【００３５】
本発明の乳酸エステルの製造方法によれば、前記第一乳酸エステル(Ａ)と、第二乳酸エステル（Ｂ）とを合一して得た乳酸エステルは、アミド化物などの副生成物の生成率が、例えば０〜６．０％と少なく、収率が高く、かつ光学活性も高い。【００３６】
なお、図１は連続装置を使用する態様であったが、各工程をバッチ式で行ってもよい。また、図１に示す方法では、乳酸エステルを含む反応液から乳酸エステルを分取する装置を必要とするが、前記反応液をエステル化率が６０〜９０％となるまでエステル化させる工程に次いで、同じ反応器を使用して該反応液に含まれる乳酸エステルを分留する工程を行ってもよい。【００３７】
また、前記反応液をエステル化率が６０〜９０％となるまでエステル化させる工程と該反応液に含まれる乳酸エステルとアルコールとを留去する工程とを、同時に行ってもよい。この方法によれば、同じ原料を使用して、より簡便な装置で乳酸エステルを製造することができる。このような方法を図２を参照して説明する。【００３８】
まず、反応器２０３にアンモニア中和乳酸溶液（乳酸含有量３０〜８５質量％）およびｎ−ブタノール３〜７倍モルとを加えて反応液とし、該反応器２０３に備えられた撹拌翼によって撹拌下に加熱反応させる。反応温度は、エステル化反応に際しては温度１００〜１７０℃、より好ましくは１２０〜１３０℃、圧力４０．００〜１０１．３０ｋＰａ、より好ましくは９３．３３〜１０１．３０ｋＰａとする。水と共沸するｎ−ブタノール、エステル化反応用アルコール、乳酸エステルは、反応器２０３の上方に位置する蒸留塔２０４塔頂の上方の冷却器２０６で捕集され、冷却器２０６の下方の二相分離器２０７で水相とブタノール相に分離され、上相成分のブタノール（乳酸エステルおよび少量の水を含む）は配管２１０を通じて蒸留塔２０４の塔頂に還流され、下相成分の水（少量のｎ−ブタノールを含む）は随時配管２１１を通じて抜き出され、水回収槽に回収される。捕集されなかったアンモニアガスは、配管２０９より放出され、アンモニア回収装置を用いて回収を行うことができる。その後、反応液のエステル化率が最終的に６０〜９０％となった段階で、反応液温度を１００〜１７０℃、より好ましくは１３０〜１５０℃になるように反応装置を１．３３〜１３．３３ｋＰａに減圧させる。これにより反応液に含まれる乳酸エステルとアルコールとを反応液から分留することができる。温度上昇と共に配管２１０に設けたコック２１０’を閉じ、二相分離器２０７の上相の還流を止めれば、乳酸エステルやアルコールが蒸留塔２０４から冷却器２０６に達し、冷却後に二相分離器２０７に導入される。乳酸エステルは配管２１１を経て回収することができる。なお、この分留操作の際にもエステル化反応は進行している。【００３９】
次いで、反応器２０３に残る蒸留残分に含まれる乳酸の１〜１０モル倍、より好ましくは２〜５モル倍のアルコールを添加し、再度エステル化を行う。なお、添加するアルコール量は、上記と同様に乳酸に変換可能な化合物も、含まれる乳酸を一単位に換算して算出するものとする。反応温度１００〜１７０℃、より好ましくは１２０〜１５０℃、圧力４０．００〜１０１．３ｋＰａ、より好ましくは９３．３３〜１０１．３０ｋＰａで反応させる。第二回目のエステル化は、第一回目のエステル化と同様に行うことができる。ただし、エステル化率は６０〜９０％に限定されない。第二回目のエステル化では、第一の発明と同様に、乳酸エステルを配管２１１から回収してもよく、乳酸エステルを分離せず反応液中に含めたままにしてもよい。反応液から固形分を濾過して除き得た濾液には、乳酸エステルとアルコールとが含まれている。第一のエステル化で得た乳酸エステルと第二回目のエステル化で得た乳酸エステルとを合一し、蒸留すれば、乳酸エステルを精製することができる。本発明の乳酸エステルの製造方法によれば、エステル化反応時間が同じであっても光学活性を高値に維持したままアミド生成率を低減させることができる。また、エステル化時間を短縮させることや、アミド生成率を低減させること、および光学活性および収率を向上させることもできる。【００４０】
本発明の第二は、アンモニア中和乳酸発酵液とアルコールとを、乳酸アミド生成率が０〜６．０％の範囲でエステル化することを特徴とする、光学純度９５〜１００％ｅｅの乳酸エステルの製造方法である。アンモニア中和乳酸発酵液を乳酸原料としてエステル化すると、乳酸は、乳酸アンモニウム塩として存在するため、乳酸アンモニウム塩からアンモニアを離脱させ、次いでエステル化させる必要がある。この脱アンモニア率が低いとエステル化率が向上しない。また、乳酸とアンモニアとが反応して乳酸アミドなどのアミド化物が発生する。本発明では、脱アンモニア率とエステル化率との間に正相関があること、およびアミド生成率と脱アンモニア率との間に逆相関関係があることを見出し、エステル化に際してアミド生成率を所定範囲に限定すると、脱アンモニア率およびエステル化率に優れ、光学純度９５〜１００％ｅｅの乳酸エステルが製造できることを見出した。【００４１】
本発明においては、アンモニア中和乳酸溶液とアルコールとのエステル化において、アミド生成率は０〜６．０％であることが好ましく、より好ましくは０〜５．０％である。６．０％を上回ると収率が低下したり、または光学活性が低下する場合がある。【００４２】
このような乳酸アミド生成率を０〜６．０％の範囲に制御してエステル化する方法としては、例えば、上記第一の乳酸エステルの製造方法がある。この際、エステル化率に制限はないが、上記第一の乳酸エステルの製造方法と同様に、エステル化率６０〜９０％で一旦中断し、生成した乳酸エステルを分離した後に未反応の乳酸にアルコールを添加して再度エステル化を行う方法であれば、エステル化のための加熱時間を短縮することができ、しかも高純度の乳酸エステルを得られる点で好適である。【００４３】
なお、上記第一および第二の方法において、蒸留残分にさらにアルコールを添加して反応させることにより、乳酸アミドを分解させ、最終的なアミド生成率を低下させることもできる。【００４４】
第二の発明によれば、ラセミ化を抑制し、光学活性９５〜１００％ｅｅ、より好ましくは９８〜１００％ｅｅの乳酸エステルを製造することができる。【００４５】
本発明の第三は、上記いずれかに記載の方法で製造した乳酸エステルを加水分解することを特徴とする、乳酸の製造方法である。本発明の乳酸の製造方法は、上述の乳酸エステルの製造方法によって得られた乳酸エステルを通常は酸触媒を用いて加水分解することにより成されるものである。これにより、乳酸エステルを構成しているアルコールを除去することができ、高度に精製された乳酸を得ることができるものである。上記酸触媒としては、例えば、イオン交換樹脂、鉱酸などを用いることができる。なお、上記のごとく、本発明の乳酸エステルの製造方法によれば、光学活性が高いため、これを加水分解して得た乳酸も光学活性を高く維持することができる。【００４６】
実施例
次に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらの実施例は何ら本発明を制限するものではない。なお、以下の実施例での発酵液中の乳酸の定量はすべて高速液体クロマトグラフィー（紫外線吸収検出器）により行った。同様に反応液中の乳酸ブチルの分析はガスクロマトグラフィーでおこない、アンモニアの分析は滴定でおこなった。【００４７】
（比較例１）
図２に示すエステル反応器２０３中に乳酸７０質量％のアンモニア中和乳酸発酵液の濃縮液５００ｇ、およびｎ−ブタノール１４４０ｇ（乳酸に対して５．０倍モル）を加えて反応液とし、該反応器２０３中に備えられた撹拌翼による撹拌下に加熱反応させた。この際の加熱温度（オイルバス２０２のオイル浴温度）は、１４０〜１７０℃の範囲とした。加熱により、水と共沸するｎ−ブタノールは、反応器２０３の上方に位置する蒸留塔２０４塔頂の上方の冷却器２０６で捕集され、冷却器２０６の下方の二相分離器２０７で水相とブタノール相に分離され、上相成分のブタノール（少量の水を含む）は配管２１０を通じて蒸留塔２０４の塔頂に還流され、下相成分の水（少量のｎ−ブタノールを含む）は随時配管２１１を通じて抜き出され、水回収槽に回収された。また蒸発したアンモニアガスは、その多くが冷却器２０６で生じる凝縮液に溶解し、残りはアンモニア吸収器（硫酸酸性の冷水）を用いて捕集した。【００４８】
反応器２０３内の反応液温度は１２３〜１２８℃で概ね一定であった。この状態を維持してエステル化を１８時間継続したところ、反応液中の乳酸のエステル化率は８５％となった。以下、表１に各実施例および比較例の反応条件、エステル化率、脱アンモニア率、アミド生成率、光学純度を示す。【００４９】
（実施例１）
エステル化時間を８時間とした以外は、比較例１と同様に操作し、乳酸のエステル化率が６９％の反応液を得た。次いで、該反応液に含まれる乳酸エステルとアルコールとを温度１３０〜１５０℃、圧力１．３３〜１０１．３０ｋＰａで液温１５０℃、圧力１．３３ｋＰａとなるまで分留した。反応器内の蒸留残分は１５６ｇであった。【００５０】
該蒸留残分にアルコール１５６ｇを添加し、温度１２５〜１３５℃、大気圧下でエステル化を１０時間行った。実施例１で得た乳酸エステルの最終エステル化率は９４％であった。なお、この際の蒸留残分に添加したアルコール量は、蒸留残分に含まれる乳酸の１．８モル倍である。【００５１】
（実施例２）
エステル化時間を１２時間とした以外は、比較例１と同様に操作し、乳酸のエステル化率が８０％の反応液を得た。次いで、該反応液に含まれる乳酸エステルとアルコールとを温度１３０〜１５０℃、圧力１．３３〜１０１．３０ｋＰａで液温１５０℃、圧力１．３３ｋＰａの条件で留去した。反応器内の蒸留残分は１１４ｇであった。【００５２】
該蒸留残分にアルコール１１４ｇを添加し、温度１２５〜１３５℃、大気圧下でエステル化を６時間行った。実施例２で得た乳酸エステルの最終エステル化率は９２％であった。なお、この際の蒸留残分に添加したアルコール量は、蒸留残分に含まれる乳酸の２．０モル倍である。
【００５３】
（比較例２）
エステル化時間を３２時間とした以外は、比較例１と同様に操作し、乳酸のエステル化率が９３％の反応液を得た。【００５４】
（実施例３）
エステル化時間を２４時間とした以外は、比較例１と同様に操作し、乳酸のエステル化率が９０％の反応液を得た。次いで、該反応液に含まれる乳酸エステルとアルコールとを温度１３０〜１５０℃、圧力１．３３〜１０１．３０ｋＰａで液温１５０℃、圧力１．３３ｋＰａの条件で留去した。反応器内の蒸留残分は７６ｇであった。【００５５】
該蒸留残分にアルコール７６ｇを添加し、温度１２５〜１３５℃、大気圧下でエステル化を８時間行った。実施例３で得た乳酸エステルの最終エステル化率は９５％であった。なお、この際の蒸留残分に添加したアルコール量は、蒸留残分に含まれる乳酸の１．６モル倍である。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
(結果)
（１）  実施例１および実施例２は、比較例１と同じく第一エステル化と第二エステル化の時間を合計した全エステル化時間が１８時間であるが、第二エステル化を実施しない比較例１では、実施例１，２に比べてアミド生成率が高く、かつ脱アンモニア率が低い。これは、実施例１，２ではエステル化に際して脱アンモニア工程が速やかに進行し、かつ発生したアンモニアが系外に分離されたこと、およびアミドの分解が比較例１よりも効率的に進行したためと考えられる。また、比較例１と比較して実施例１，２ではエステル化率が向上しており、収率が向上している。また、光学活性も比較例１より向上している。【００５８】
（２）  実施例３は、比較例２と同じく第一エステル化と第二エステル化の時間を合計した全エステル化時間が３２時間であるが、第二エステル化を実施しない比較例２では、実施例３に比べてアミド生成率が高く、かつ脱アンモニア率が低い。また、比較例２と実施例２とを比較すると、脱アンモニア率、エステル化率、アミド生成率が同程度の数値であるが、光学純度が明らかに低下している。【００５９】
（３）実施例３と比較例２とは、エステル化時間３２時間で同じであるが、実施例３はエステル化率９０％までエステル化を進めた上で第二エステル化を実施した例であり、脱アンモニア率やエステル化率は比較例２より高い。しかし、実施例３のこれらの値は実施例１と同程度である。このことは、エステル化率９０％までエステル化させた後に第二エステル化を行うよりも、エステル化率６０〜９０％で一旦停止し、乳酸エステルを分離した後に第二エステル化を行うほうが、特にラセミ化を効率的に抑制できることを示すものである。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明によれば、簡便な装置によって短時間で収率高く乳酸エステルを製造することができ、得られた乳酸エステルは光学純度も高く、産業上有用である。
【図１】
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【図２】
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