(57)【要約】【課題】  本発明は、乳酸の直接脱水縮合反応によって熱安定性、機械的強度および色相の物性バランスの優れたポリ乳酸を製造するのに適した乳酸を提供することを課題とする。【解決手段】  ９０％乳酸水溶液中において、不純物としてメタノールを７０ｐｐｍ以下、ピルビン酸を２００ｐｐｍ以下、フルフラールを１５ｐｐｍ以下、５−ヒドロキシメチルフルフラールを１５ｐｐｍ以下、乳酸メチルを６００ｐｐｍ以下、酢酸を５００ｐｐｍ以下、２−ヒドロキシ酪酸を５００ｐｐｍ以下および化学式（１）で表される化合物を０．３ｐｐｍ未満含有し、かつ光学純度が９０％ｅ．ｅ．以上である、乳酸。【化１】2012012322.tif 000011【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
９０％乳酸水溶液中において、不純物としてメタノールを７０ｐｐｍ以下、ピルビン酸を２００ｐｐｍ以下、フルフラールを１５ｐｐｍ以下、５−ヒドロキシメチルフルフラールを１５ｐｐｍ以下、乳酸メチルを６００ｐｐｍ以下、酢酸を５００ｐｐｍ以下、２−ヒドロキシ酪酸を５００ｐｐｍ以下および化学式（１）で表される化合物を０．３ｐｐｍ未満含有し、かつ光学純度が９０％ｅ．ｅ．以上である、乳酸。
【化１】
2012012322.tif 000010
【請求項２】
請求項１に記載の乳酸を原料にして得られる、ポリ乳酸。
【請求項３】
請求項１に記載の乳酸を原料にして直接脱水重縮合反応により得られる、ポリ乳酸。
【請求項４】
微生物の発酵培養により培養液中に生産された乳酸を分離することによる乳酸の製造方法であって、該培養液中の乳酸を乳酸塩として晶析する工程Ａ、工程Ａで得られた乳酸塩に酸性物質を添加してフリーの乳酸含有溶液を得る工程Ｂ、工程Ｂで得られた乳酸含有溶液をイオン交換処理する工程Ｃ、工程Ｃで得られた乳酸含有をナノ濾過膜に通じて濾過する工程Ｄおよび工程Ｄで得られた乳酸含有溶液を１Ｐａ以上大気圧以下の圧力下において２５℃以上２００℃以下で蒸留して乳酸を回収する工程Ｅを含む、乳酸の製造方法。
【請求項５】
前記工程Ｃが少なくとも陰イオン処理工程を含む、請求項４に記載の乳酸の製造方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の乳酸の製造方法により得られる乳酸を直接脱水重縮合反応により重合することを特徴とする、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、微生物の発酵培養により培養液中に生産された乳酸を分離することによる乳酸の製造方法および該乳酸の製造方法により得られた乳酸を原料とするポリ乳酸の製造方法、ならびに該製造方法により得られる乳酸およびポリ乳酸に関する。
【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、生分解性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として存在している。この場合、フリーの乳酸は、発酵終了後、培養液に酸性物質を添加することで得られる。具体的には、培養液中に添加するアルカリ性物質の例の１つとして水酸化カルシウムが用いられるが、この場合、微生物発酵により生産された乳酸は培養液中では乳酸カルシウムとして存在している。その後、培養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、フリーの乳酸含有溶液を得ることができるが、カルシウム塩（例えば、硫酸カルシウム）が副生する。
【０００４】
フリーの乳酸含有溶液から高純度の乳酸を回収する方法としては、フリーの乳酸含有溶液をナノ濾過膜に通じて濾過し、得られる濾液を蒸留する方法（特許文献１）や、フリーの乳酸含有溶液をイオン交換処理し、処理液を蒸留する方法が知られている（特許文献２）。しかしながら、特許文献１および２に開示される乳酸の製造方法により得られる高純度乳酸が直接脱水重縮合によるポリ乳酸の製造に適した乳酸であるかどうかについてはこれまでに知られていない。
【０００５】
また、特許文献３〜６には、乳酸の直接脱水重縮合により高分子量のポリ乳酸を得る場合、乳酸に含まれる特定の不純物が特定量以下である必要性について開示されているが、それら不純物がポリ乳酸の加工性に重要な因子であるポリ乳酸の熱安定性、機械的強度、色相に及ぼす影響については開示されておらず、直接脱水重縮合によりポリ乳酸を製造するのに適した乳酸の性状についてはこれまでに知られていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００９／００４９２２
【特許文献２】特表２００１−５０６２７４号公報
【特許文献３】特開平６−２７９５７７号公報
【特許文献４】特開平７−１３３３４４号公報
【特許文献５】特開平８−１８８６４２号公報
【特許文献６】特開平９−３１１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、乳酸の直接脱水縮合反応によって熱安定性、機械的強度および色相の物性バランスの優れたポリ乳酸を製造するのに適した乳酸、およびその製造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】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、直接脱水重縮合反応によって熱安定性、機械的強度および色相の物性バランス、特に色相の優れたポリ乳酸を製造するのに適した乳酸の物性値と該乳酸の製造方法を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、次の（１）〜（６）から構成される。
【００１０】
（１）９０％乳酸水溶液中において、不純物としてメタノールを７０ｐｐｍ以下、ピルビン酸を２００ｐｐｍ以下、フルフラールを１５ｐｐｍ以下、５−ヒドロキシメチルフルフラールを１５ｐｐｍ以下、乳酸メチルを６００ｐｐｍ以下、酢酸を５００ｐｐｍ以下、２−ヒドロキシ酪酸を５００ｐｐｍ以下および化学式（１）で表される化合物を０．３ｐｐｍ未満含有し、かつ光学純度が９０％ｅ．ｅ．以上である、乳酸。
【００１１】
【化１】
2012012322.tif 000002
【００１２】
（２）（１）に記載の乳酸を原料にして得られる、ポリ乳酸。
【００１３】
（３）（１）に記載の乳酸を原料にして直接脱水重縮合反応により得られる、ポリ乳酸。
【００１４】
（４）微生物の発酵培養により培養液中に生産された乳酸を分離することによる乳酸の製造方法であって、該培養液中の乳酸を乳酸塩として晶析する工程Ａ、工程Ａで得られた乳酸塩に酸性物質を添加してフリーの乳酸含有溶液を得る工程Ｂ、工程Ｂで得られた乳酸含有溶液をイオン交換処理する工程Ｃ、工程Ｃで得られた乳酸含有をナノ濾過膜に通じて濾過する工程Ｄおよび工程Ｄで得られた乳酸含有溶液を１Ｐａ以上大気圧以下の圧力下において２５℃以上２００℃以下で蒸留して乳酸を回収する工程Ｅを含む、乳酸の製造方法。
【００１５】
（５）前記工程Ｃが少なくとも陰イオン処理工程を含む、（４）に記載の乳酸の製造方法。
【００１６】
（６）（４）または（５）に記載の乳酸の製造方法により得られる乳酸を直接脱水重縮合反応により重合することを特徴とする、ポリ乳酸の製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、熱安定性、機械的強度、色相の物性バランスの優れたポリ乳酸が得られ、該ポリ乳酸は汎用プラスチックとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明で用いたナノ濾過膜分離装置の一つの実施の形態を示す概要図である。
【図２】本発明で用いたナノ濾過膜分離装置のナノ濾過膜が装着されたセル断面図の一つの実施の形態を示す概要図である。
【図３】比較例１で得られた乳酸水溶液を高速液体クロマトグラフィーで分析した結果を示す図である。
【図４】比較例１で得られた乳酸水溶液を高速液体クロマトグラフィー分析した際の、溶出時間２３．２分の成分の吸収スペクトル解析結果を示す図である。
【図５】化学式（１）で表される化合物の１Ｈ−ＮＭＲ分析結果の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明をより詳細に説明する。
【００２０】
[高純度乳酸の製造]
本発明の乳酸の製造方法は、微生物の発酵培養により培養液中に生産された乳酸を分離することによる乳酸の製造方法であって、該培養液中の乳酸を乳酸塩として晶析する工程Ａ、工程Ａで得られた乳酸塩に酸性物質を添加してフリーの乳酸とする工程Ｂ、工程Ｂで得られた乳酸含有溶液をイオン交換樹脂に通じる工程Ｃ、工程Ｃで得られた乳酸含有溶液をナノ濾過膜に通じて濾過する工程Ｄ、および工程Ｄで得られた乳酸含有溶液を１Ｐａ以上大気圧以下の圧力下において２５℃以上２００℃以下で蒸留して乳酸を回収する工程Ｅを含むものである。
【００２１】
微生物の乳酸発酵培養に使用する発酵原料としては、培養する微生物の生育を促し、目的とする発酵生産物である乳酸を良好に生産させうるものであればよく、炭素源、窒素源、無機塩類、及び必要に応じてアミノ酸、ビタミンなどの有機微量栄養素を適宜含有する通常の液体培地が良い。炭素源としては、グルコース、シュークロース、フラクトース、ガラクトース、ラクトース等の糖類、これら糖類を含有する澱粉糖化液、甘藷糖蜜、甜菜糖蜜、ハイテストモラセス、更には酢酸等の有機酸、エタノールなどのアルコール類、グリセリンなども使用される。窒素源としてはアンモニアガス、アンモニア水、アンモニウム塩類、尿素、硝酸塩類、その他補助的に使用される有機窒素源、例えば油粕類、大豆加水分解液、カゼイン分解物、その他のアミノ酸、ビタミン類、コーンスティープリカー、酵母または酵母エキス、肉エキス、ペプトン等のペプチド類、各種発酵菌体およびその加水分解物などが使用される。無機塩類としてはリン酸塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、鉄塩、マンガン塩等を適宜添加することができる。本発明に使用する微生物が生育のために特定の栄養素（例えば、アミノ酸など）を必要とする場合には、その栄養物をそれ自体もしくはそれを含有する天然物として添加する。また、消泡剤も必要に応じて使用してもよい。本発明において、培養液とは、発酵原料に微生物または培養細胞が増殖した結果得られる液のことを言う。培養液に追加する発酵原料の組成は、目的とする乳酸の生産性が高くなるように、培養開始時の発酵原料組成から適宜変更しても良い。
【００２２】
微生物の乳酸発酵培養は、培養初期にＢａｔｃｈ培養またはＦｅｄ−Ｂａｔｃｈ培養を行って微生物濃度を高くした後に、連続培養（引き抜き）を開始しても良いし、高濃度の菌体をシードし、培養開始とともに連続培養を行っても良い。適当な時期から原料培養液の供給及び培養物の引き抜きを行うことが可能である。原料培養液供給と培養物の引き抜きの開始時期は必ずしも同じである必要はない。また、原料培養液の供給と培養物の引き抜きは連続的であってもよいし、間欠的であってもよい。原料培養液には上記に示したような菌体増殖に必要な栄養素を添加し、菌体増殖が連続的に行われるようにすればよい。培養液中の微生物または培養細胞の濃度は、培養液の環境が微生物または培養細胞の増殖にとって不適切となって死滅する比率が高くならない範囲で、高い状態で維持することが効率よい生産性を得るのに好ましく、一例として、乾燥重量として５ｇ／Ｌ以上に維持することで良好な生産効率が得られる。
【００２３】
発酵生産能力のあるフレッシュな菌体を増殖させつつ行う連続培養操作は、通常、単一の発酵槽で行うのが、培養管理上好ましい。しかしながら、菌体を増殖しつつ生産物を生成する連続培養法であれば、発酵槽の数は問わない。発酵槽の容量が小さい等の理由から、複数の発酵槽を用いることもあり得る。この場合、複数の発酵槽を配管で並列または直列に接続して連続培養を行っても発酵生産物の高生産性は得られる。
【００２４】
本発明で使用される微生物については特に制限はないが、光学純度が９０％ｅ．ｅ．以上、好ましくは９５％ｅ．ｅ．以上、より好ましくは９９％ｅ．ｅ．以上、さらに好ましくは９９．９ｅ．ｅ．％以上の乳酸を製造する場合、所望の光学純度の乳酸を製造しうる微生物を選択すればよい。微生物種としては、例えば、発酵工業においてよく使用されるパン酵母などの酵母、乳酸菌、大腸菌、コリネ型細菌などのバクテリア、糸状菌、放線菌などが挙げられ、また、動物細胞、昆虫細胞等の培養細胞であってもよい。そして、光学純度が９０％ｅ．ｅ．以上の微生物は、自然環境から単離されたものや、突然変異や遺伝子組換え等の当業者に公知の手法によって一部性質が改変されたものの中から、当業者に公知の手法によりスクリーニングすることにより取得することができる。
【００２５】
微生物による乳酸発酵培養においては、培養時のｐＨ調整のためにアルカリ性物質が添加されることが好ましい。アルカリ性物質を添加しながら乳酸発酵培養をした場合、培養液中の乳酸は乳酸塩として存在することになる。添加されるアルカリ性物質の具体例としては、後述の乳酸塩の晶析工程で添加されうるアルカリ性物質が挙げられる。また、乳酸塩の具体例としては、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が挙げられるが、乳酸塩が乳酸カルシウムまたは乳酸マグネシウムである場合、後述の晶析工程Ａにおける乳酸塩の回収率が高くなるため、好ましい。
【００２６】
本発明では、最初に微生物の発酵培養により培養液中に生産された乳酸を乳酸塩として晶析する（工程Ａ）。培養液を晶析工程に供することで、培養液中に含まれる発酵原料由来の糖、タンパク質など多くの不純物をあらかじめ低減することができ、後段の工程における不純物除去効率をさらに高めることができる。
【００２７】
乳酸塩として晶析するためには、晶析操作の前に培養液に含まれる乳酸を乳酸塩に変換する必要がある。乳酸を乳酸塩に変換する方法としては、培養液にアルカリ性物質を添加する方法が挙げられる。また、前述の通り培養時のｐＨ調整の際にアルカリ性物質を添加することで、そのまま晶析工程に供することができる乳酸塩を含む培養液が得られる。乳酸を乳酸塩に変換するために添加されるアルカリ性物質としては特に限定されないが、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酢酸カルシウム、酢酸マグネシウムまたはアンモニアが好ましく用いられ、その結果として培養液には、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が形成される。そして、本発明では培養液に含まれる乳酸塩が乳酸カルシウムまたは乳酸マグネシウムである場合において晶析操作における乳酸塩の回収率が高いことから、培養時に添加されるアルカリ性物質としては、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酢酸カルシウムまたは酢酸マグネシウムがより好ましく用いられ、水酸化カルシウムまたは水酸化マグネシウムがさらに好ましく用いられる。
【００２８】
晶析工程に供される培養液に含まれる乳酸塩濃度は特に限定されないが、１０〜３０重量％が好ましい。１０重量％以上であれば晶析による回収率が高いが、３０重量％を越えると、晶析槽内部を均一に撹拌できないなど、操作性に問題が生じる可能性があるためである。
【００２９】
晶析温度は、培養液の乳酸塩濃度に依存するが、３０℃以下で行うことが好ましい。また、乳酸塩回収率を上げるためには、より低温で晶析を行えばよいが、低温過ぎると多量の冷却エネルギーを必要とするため、１０〜３０℃で晶析を行うことがより好ましい。
【００３０】
晶析した乳酸塩は固液分離により回収できる。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。また、固液分離後の母液は、乳酸塩を含んだ培養液と混合し、再度晶析工程に供することができ、乳酸塩の回収率を向上することができる。さらに、回収した乳酸塩は純水または高純度の飽和乳酸塩含有溶液で洗浄してもよいが、洗浄による乳酸塩の損失を抑制するという観点から、飽和乳酸塩含有溶液で洗浄することが好ましい。
【００３１】
なお、晶析工程に供する前に、培養液に含まれる乳酸塩をエバポレーターや逆浸透膜に代表される濃縮装置を用いて濃縮することが好ましい。培養液を濃縮することで、溶液中の乳酸塩の濃度を高めることができ、晶析工程における乳酸塩の回収効率を高めることができる。特に、逆浸透膜による濃縮は培養液を低エネルギーで濃縮することができるため、乳酸塩晶析のコストを低減化できることから好ましい。ここでいう逆浸透膜とは、被処理水の浸透圧以上の圧力差を駆動力にイオンや低分子量分子を濾別できる濾過膜である。
【００３２】
乳酸塩の濃縮のための逆浸透膜の膜素材としては、一般に市販されている酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子素材を使用することができるが、該１種類の素材で構成される膜に限定されず、複数の膜素材を含む膜であってもよい。またその膜構造は、膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜や、非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い機能層を有する複合膜のどちらでもよい。
【００３３】
乳酸塩の濃縮に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。また、とりわけポリアミド系の逆浸透膜は乳酸塩の回収率が高いことから、本発明においてはポリアミド系の逆浸透膜がより好ましく用いられる。
【００３４】
逆浸透膜の膜形態としては、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。
【００３５】
逆浸透膜の具体例としては、東レ株式会社製のポリアミド系逆浸透膜ＵＴＣ−７０、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、ＳＵ−６１０、ＳＵ−６２０、ＴＭ８００、ＴＭ８００Ｃ、ＴＭ８００Ａ、ＴＭ８００Ｈ、ＴＭ８００Ｅ、ＴＭ８００Ｌ、東レ株式会社製の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のＮＴＲ−７５９ＨＲ、ＮＴＲ−７２９ＨＦ、ＮＴＲ−７０ＳＷＣ、ＥＳ１０−Ｄ、ＥＳ２０−Ｄ、ＥＳ２０−Ｕ、ＥＳ１５−Ｄ、ＥＳ１５−Ｕ、ＬＦ１０−Ｄ、アルファラバル製のＲＯ９８ｐＨｔ、ＲＯ９９、ＨＲ９８ＰＰ、ＣＥ４０４０Ｃ−３０Ｄ、ＮＦ９９、ＮＦ９９ＨＦ、ＧＥ製のＧＥ  Ｓｅｐａ、ＯＳＭＯ  ＢＥＶ  ＮＦ  Ｓｅｒｉｅｓ、ＨＬ    Ｓｅｒｉｅｓ、Ｄｕｒａｓｌｉｃｋ  Ｓｅｒｉｅｓ、ＭＵＮＩ  ＮＦ  Ｓｅｒｉｅｓ、ＣＫ  Ｓｅｒｉｅｓ、ＤＫ  Ｓｅｒｉｅｓ、Ｓｅａｓｏｆｔ  Ｓｅｒｉｅｓ、Ｄｕｒａｔｈｅｒｍ  ＨＷＳ  Ｓｅｒｉｅｓ、ＫＯＣＨ製のＳｅｌＲＯ  Ｓｅｒｉｅｓ、Ｆｉｌｍｔｅｃ製のＢＷ３０−４０４０、ＴＷ３０−４０４０、ＸＬＥ−４０４０、ＬＰ−４０４０、ＬＥ−４０４０、ＳＷ３０−４０４０、ＳＷ３０ＨＲＬＥ−４０４０、ＮＦ４５、ＮＦ９０、ＮＦ２００、ＮＦ４００などが挙げられる。
【００３６】
乳酸塩を含んだ培養液を逆浸透膜に通じる際は、培養液の温度を３０〜６０℃、好ましくは３５〜５５℃に調整することが好ましい。逆浸透膜による濃縮は、通常、固形分が析出しない濃度まで濃縮できるが、乳酸塩の飽和溶解度は、温度が高くなるほど大きくなるため、乳酸塩を含んだ培養液の温度が３０℃以上であれば、乳酸塩を析出させずに高濃度の濃縮液を調整することができる。一方、逆浸透膜に通じる操作温度が６０℃を越えると、逆浸透膜の構造変化により次第に透水性が低下し、長期間の逆浸透膜濾過運転に問題が生じる。
【００３７】
乳酸塩を含んだ培養液を逆浸透膜に通じる際の操作圧力は、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、１〜８ＭＰａの範囲であることが好ましい。また、濾過圧が１〜７ＭＰａ以下の範囲であれば、膜透過流束が高いことから、水を効率的に透過させることができ、膜の損傷に影響を与える可能性が少ないことからより好ましく、２〜６ＭＰａ以下の範囲であることがさらに好ましい。
【００３８】
次に、工程Ａで得られた乳酸塩に酸性物質を添加して、フリーの乳酸含有溶液を得る（工程Ｂ）。工程Ｂでは、工程Ａで得られた乳酸塩から乳酸塩含有溶液を調整し、該乳酸含有溶液に酸性物質を添加する。その場合、乳酸塩含有溶液の乳酸塩濃度は特に限定はないが、濃度が低すぎると、後段の工程で多量の濃縮エネルギーを必要とし、逆に濃度が高すぎると攪拌操作に問題を生じる可能性があることから、５〜３０重量％であることが好ましい。
【００３９】
工程Ｂで添加す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、後述の難溶性塩を形成する観点から硫酸を用いることが好ましい。
【００４０】
工程Ｂでは、乳酸塩含有溶液に酸性物質を添加してフリーの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ことが好ましい。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、難溶性塩を難溶性硫酸カルシウムとして沈殿、濾別する場合、乳酸塩水溶液に添加する酸性物質の当量が陽イオン成分の当量を超えると、後段のイオン交換工程にかかる負荷が大きくなり、イオン交換樹脂再生の頻度が高くなるため、酸性物質の添加量は陽イオン成分の当量以下であることが好ましい。
【００４１】
次に、工程Ｂで得られたフリーの乳酸含有溶液をイオン交換処理する（工程Ｃ）。フリーの乳酸含有溶液をイオン交換処理することで、フリーの乳酸含有溶液にわずかに溶存した乳酸塩の陽イオン成分由来の難溶性塩を除去することができるため、後段の工程Ｄでナノ濾過膜の原水側に濃縮された難溶性塩が飽和溶解度を超えて析出し、膜のファウリング（目詰まり）を起こすことを抑制できる。また、フリーの乳酸含有溶液にわずかに溶存した難溶性塩は、後段の工程Ｅ（蒸留工程）での乳酸のラセミ化やオリゴマー化を促進する触媒としても働き、蒸留収率を低減するおそれがあるため、イオン交換処理によりそれを防ぐことができる。
【００４２】
イオン交換処理は、陰イオン交換処理または陽イオン交換処理の単独処理であっても、陰イオン交換処理および陽イオン交換処理の併用処理であってもよい。なお、これらイオン交換処理の中でも、陰イオン交換処理は、フリーの乳酸含有溶液にわずかに溶存した難溶性塩の陰イオン成分を低減できる他、乳酸発酵培養時の副生産物であって乳酸よりも酸性度の高い有機酸、例えばピルビン酸を吸着除去することが可能である。ピルビン酸はポリ乳酸の色相を低下させるため、ポリ乳酸の品質を大きく損なうおそれがある。したがって、工程Ｃにおいては、少なくとも陰イオン交換処理することが好ましく、陰イオン交換処理および陽イオン交換処理の併用処理であることがより好ましい。なお、陰イオン交換処理および陽イオン交換処理の併用処理である場合、その順序は特に限定されない。
【００４３】
イオン交換処理は、イオン交換樹脂による処理であることが好ましく、その場合、イオン交換樹脂は、強酸性陽イオン交換樹脂または強塩基性陰イオン交換樹脂がより好ましい。これらイオン交換樹脂としては、一般に公知のものが使用でき、具体例として、“アンバーライト”（登録商標）（ダウ・ケミカル社製）、“ダイヤイオン”（登録商標）（三菱化学株式会社製）などが挙げられる。また、これらのイオン交換樹脂はいわゆるゲル型でもポーラス型の樹脂のいずれでも使用できる。なお、フリーの乳酸含有溶液を通じる前に、陽イオン交換樹脂は酸型（Ｈ型）、陰イオン交換樹脂は塩基型（ＯＨ型）または乳酸型に調製することで、効率的に無機塩、ピルビン酸などの不純物を除去することができる。また、フリーの乳酸含有溶液をイオン交換樹脂と接触させる方法としては、バッチ方式（攪拌槽式）およびカラム方式（固定床流通方式）のいずれの方式も採用することができるが、操作性が良いことから、カラム方式が好ましい。なお、イオン交換樹脂カラムによるイオン交換処理の場合の乳酸含有溶液の流速は特に制限はないが、通常、イオン交換樹脂の単位体積当たりの空間速度（ＳＶ）が０．１〜２０ｈｒ−１となるようにすればよい。また、イオン交換樹脂カラムと乳酸含有溶液の接触温度は特に限定はなく、常温で好適に使用できる。
【００４４】
次いで、工程Ｃで得た乳酸含有溶液をナノ濾過膜に通じて濾過する（工程Ｄ）。ナノ濾過膜とは、ナノフィルター（ナノフィルトレーション膜、ＮＦ膜）とも呼ばれるものであり、「一価のイオンは透過し、二価のイオンを阻止する膜」と一般に定義される膜である。数ナノメートル程度の微小空隙を有していると考えられる膜で、主として、水中の微小粒子や分子、イオン、塩類等を阻止するために用いられる。また、「ナノ濾過膜に通じて濾過する」とは、工程Ｃで得られた乳酸含有溶液をナノ濾過膜に通じて濾過し、溶存している無機塩、中性物質であるアルコールや糖類、タンパク質などを非透過側に除去または阻止または濾別し、乳酸含有溶液を濾液として透過させることを意味する。ここで、無機塩には、乳酸含有溶液中に含まれる無機塩のいずれの形態のものも含まれ、すなわち、乳酸含有溶液中において溶解しているもの、工程Ｃで除去しきれずに溶液中に析出もしくは沈殿して含まれているもののいずれも含まれる。これに加えて、ナノ濾過膜は糖類を阻止する機能を持つことから、乳酸含有溶液をナノ濾過膜に通じて濾過することで、乳酸発酵培養液由来の残糖を除去する効果も兼ね備えている。前工程Ｃ（イオン交換処理工程）では、中性の糖類はイオン交換樹脂で吸着除去することが困難である。糖を含有した乳酸含有溶液を加熱すると、着色成分を生じ、乳酸の品質が低下するため、加熱工程である蒸留工程Ｅの前段として本工程Ｄで残糖を除去することは最終的な乳酸の品質向上において効果的である。
【００４５】
ナノ濾過膜に供する乳酸含有溶液のｐＨは、２．０以上４．５以下であることが好ましい。ナノ濾過膜は、溶液中にイオン化している物質の方が、イオン化していない物質に比べて非透過側に除去または阻止しやすいことが知られていることから、乳酸含有溶液のｐＨを４．５以下とすることで、乳酸が培養液中で解離して乳酸イオンとして存在している割合を少なくし、乳酸が透過しやすくなる。また、ｐＨが２．０未満である場合、ナノ濾過膜の損傷に影響するおそれがある。さらに、乳酸のｐＫａが３．８６であることから、ｐＨを３．８６以下とする場合、乳酸イオンと水素イオンに解離していない乳酸の方が培養溶液中に多く含まれるため、効率的に乳酸をナノ濾過膜に透過することができることから、より好ましい。
【００４６】
本発明で使用されるナノ濾過膜の素材には、酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子素材を使用することができるが、前記１種類の素材で構成される膜に限定されず、複数の膜素材を含む膜であってもよい。またその膜構造は、膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜や、非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い機能層を有する複合膜のどちらでもよい。複合膜としては、例えば、特開昭６２−２０１６０６号公報に記載の、ポリスルホンを膜素材とする支持膜にポリアミドの機能層からなるナノフィルターを構成させた複合膜を用いることができる。
【００４７】
これらの中でも高耐圧性と高透水性、高溶質除去性能を兼ね備え、優れたポテンシャルを有する、ポリアミドを機能層とした複合膜が好ましい。また、操作圧力に対する耐久性と、高い透水性、阻止性能を維持できるためには、ポリアミドを機能層とし、それを多孔質膜や不織布からなる支持体で保持する構造のものが適している。
【００４８】
ポリアミドを機能層とするナノ濾過膜（以下、ポリアミド系ナノ濾過膜、という。）において、ポリアミドを構成する単量体の好ましいカルボン酸成分としては、例えば、トリメシン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、トリメリット酸、ピロメット酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルカルボン酸、ピリジンカルボン酸などの芳香族カルボン酸が挙げられるが、製膜溶媒に対する溶解性を考慮すると、トリメシン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、およびこれらの混合物がより好ましい。
【００４９】
前記ポリアミドを構成する単量体の好ましいアミン成分としては、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、ベンジジン、メチレンビスジアニリン、４，４’−ジアミノビフェニルエーテル、ジアニシジン、３，３’，４−トリアミノビフェニルエーテル、３，３’，４，４’−テトラアミノビフェニルエーテル、３，３’−ジオキシベンジジン、１，８−ナフタレンジアミン、ｍ（ｐ）−モノメチルフェニレンジアミン、３，３’−モノメチルアミノ−４，４’−ジアミノビフェニルエーテル、４，Ｎ，Ｎ’−（４−アミノベンゾイル）−ｐ（ｍ）−フェニレンジアミン−２，２’−ビス（４−アミノフェニルベンゾイミダゾール）、２，２’−ビス（４−アミノフェニルベンゾオキサゾール）、２，２’−ビス（４−アミノフェニルベンゾチアゾール）等の芳香環を有する一級ジアミン、ピペラジン、ピペリジンまたはこれらの誘導体等の二級ジアミンが挙げられ、中でもピペラジンまたはピペリジンを単量体として含む架橋ポリアミドを機能層とするナノ濾過膜は耐圧性、耐久性の他に、耐熱性、耐薬品性を有していることから好ましく用いられる。より好ましくは前記架橋ピペラジンポリアミドまたは架橋ピペリジンポリアミドを主成分とし、かつ、化学式（２）で示される構成成分を含有するポリアミドであり、さらに好ましくは架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ、化学式（２）で示される構成成分を含有するポリアミドである。また、化学式（２）中、ｎ＝３のものが好ましく用いられる。架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ化学式（２）で示される構成成分を含有するポリアミドを機能層とするナノ濾過膜としては、例えば、特開昭６２−２０１６０６号公報に記載のものが挙げられ、具体例として、架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ、化学式（２）中、ｎ＝３のものを構成成分として含有するポリアミドを機能層とする、東レ株式会社製の架橋ピペラジンポリアミド系ナノ濾過膜のＵＴＣ６０が挙げられる。
【００５０】
【化２】
2012012322.tif 000003
【００５１】
（式中、Ｒは−Ｈまたは−ＣＨ３、ｎは０から３までの整数を表す。）。
【００５２】
ナノ濾過膜は一般にスパイラル型の膜エレメントとして使用されるが、本発明で用いるナノ濾過膜も、スパイラル型の膜エレメントとして好ましく使用される。好ましいナノ濾過膜エレメントの具体例としては、酢酸セルロース系ナノ濾過膜エレメントの“ＧＥｓｅｐａ”（商標）（ＧＥ  Ｏｓｍｏｎｉｃｓ社製）、ポリアミド系ナノ濾過膜エレメントのＮＦ９９またはＮＦ９９ＨＦ（アルファラバル社製）、架橋ピペラジンポリアミド系ナノ濾過膜のＮＦ−４５、ＮＦ−９０、ＮＦ−２００またはＮＦ−４００（フィルムテック社製）、あるいは架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ前記化学式（２）で示される構成成分を含有するポリアミドを機能層とする東レ株式会社製のＵＴＣ６０を含む同社製ナノ濾過膜エレメントＳＵ−２１０、ＳＵ−２２０、ＳＵ−６００またはＳＵ−６１０が挙げられ、より好ましくはポリアミド系ナノ濾過膜エレメントのＮＦ９９またはＮＦ９９ＨＦ（アルファラバル社製）、架橋ピペラジンポリアミド系ナノ濾過膜エレメントのＮＦ−４５、ＮＦ−９０、ＮＦ−２００またはＮＦ−４００（フィルムテック社製）、あるいは架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ前記化学式（２）で示される構成成分を含有するポリアミドを機能層とする、東レ株式会社製のＵＴＣ６０を含む同社製ナノ濾過膜モジュールＳＵ−２１０、ＳＵ−２２０、ＳＵ−６００またはＳＵ−６１０であり、さらに好ましくは架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ前記化学式（２）で示される構成成分を含有するポリアミドを機能層とする、東レ株式会社製のＵＴＣ６０を含む同社製ナノ濾過膜モジュールＳＵ−２１０、ＳＵ−２２０、ＳＵ−６００またはＳＵ−６１０である。
【００５３】
ナノ濾過膜による濾過は圧力をかけてもよく、その濾過圧は、０．１ＭＰａ以上８ＭＰａ以下の範囲が好ましい。濾過圧が０．１ＭＰａ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おそれがある。また、濾過圧が０．５ＭＰａ以上７ＭＰａ以下で用いれば、膜透過流束が高いことから、乳酸含有溶液を効率的に透過させることができ、膜の損傷に影響を与える可能性が少ないことからより好ましく、１ＭＰａ以上６ＭＰａ以下で用いることが特に好ましい。
【００５４】
ナノ濾過膜に通じて濾過する乳酸含有溶液の乳酸濃度は特に限定されないが、高濃度であれば、透過液中に含まれる乳酸の濃度も高いため、濃縮する時間を短縮することができることからコスト削減に好適である。
【００５５】
ナノ濾過膜に通じて濾過することによって乳酸含有溶液から不純物を分離する際の、乳酸のナノ濾過膜透過率（乳酸透過率）は、高速液体クロマトグラフィーにより、原水（工程Ｃで得られる乳酸含有溶液）の乳酸濃度（原水乳酸濃度）および透過液の乳酸濃度（透過液乳酸濃度）を測定することで、式１によって算出することができる。
【００５６】
乳酸透過率（％）＝（透過液乳酸濃度／原水乳酸濃度）×１００・・・（式１）。
【００５７】
また、同様の方法により、乳酸含有溶液中の糖類のナノ濾過膜透過率（糖透過率）を算出して評価することができる。糖透過率は、高速液体クロマトグラフィーにより、原水（工程Ｃで得られる乳酸含有溶液）の糖濃度（原水糖濃度）および透過液の糖濃度（透過液糖濃度）を測定することで、式２によって算出することができる。
【００５８】
糖透過率（％）＝（透過液糖濃度／原水糖濃度）×１００・・・（式２）。
【００５９】
工程Ｄで得られる乳酸含有溶液を蒸留することで高純度の乳酸が得られる（工程Ｅ）。蒸留工程に供する乳酸含有溶液の乳酸濃度に特に限定はなく、工程Ｄで得られる乳酸含有溶液をそのまま蒸留してもよく、後述の濃縮工程に供してから蒸留を行ってもよい。ただし、溶液中の乳酸濃度が低すぎると蒸留設備が大きくなり、濃度が高すぎるとオリゴマー化して収率が低下するおそれがあるため、５０〜９５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℃以上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おそれがあるため、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、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。
【００６０】
蒸留工程に供する前に、工程Ｄで得られる乳酸含有溶液を、一旦エバポレーターに代表される濃縮や、逆浸透膜による濃縮により乳酸濃度を高める工程に供してもよいが、濃縮エネルギー削減という観点から、逆浸透膜による濃縮工程が好ましく採用できる。ここでいう逆浸透膜とは、前述の培養液濃縮に使用する逆浸透膜と同等のものを好適に使用できる。本発明の工程Ｃおよび工程Ｄで２価のイオンを大部分除去できているため、逆浸透膜面でのスケールの生成もなく安定した膜濃縮が行える。
【００６１】
[高純度乳酸]
前記乳酸の製造方法により得られる本発明の乳酸の第１の特徴は、９０％乳酸水溶液中において、不純物としてメタノールを７０ｐｐｍ以下、好ましくは６５ｐｐｍ以下、より好ましくは５０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは３０ｐｐｍ以下で含有していることである。９０％乳酸水溶液中におけるメタノール含有量は、ガスクロマトグラフ法（ＧＣ）によって測定することができる。９０％乳酸水溶液中におけるメタノールの含有量が７０ｐｐｍを越えるような乳酸である場合、該乳酸を直接脱水重縮合して得られるポリ乳酸の重量平均分子量が低く、機械的強度が劣るため、好ましくない。
【００６２】
本発明の乳酸の第２の特徴は、９０％乳酸水溶液での不純物として、ピルビン酸を２００ｐｐｍ以下、好ましくは１００ｐｐｍ以下で含有していることである。９０％乳酸水溶液中におけるピルビン酸含有量は、高速液体クロマトグラフ法（ＨＰＬＣ）によって測定することができる。９０％乳酸水溶液中におけるピルビン酸の含有量が２００ｐｐｍを越えるような乳酸は、該乳酸を重合したポリ乳酸の色相において好ましくない。ポリ乳酸の色相は着色度によって評価することができ、着色度を示す指標として、ＡＰＨＡ単位色数を用いることができる。なお、ＡＰＨＡ単位色数（ハーゼン単位色数）は、ＪＩＳＫ００７１−１（１９９８年１０月２０日制定）の測定法に従って求められる値である。
【００６３】
本発明の乳酸の第３の特徴は、９０％乳酸水溶液での不純物として、フルフラールを１５ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下、より好ましくは５ｐｐｍ以下で含有していることである。９０％乳酸水溶液中におけるフルフラール含有量は高速液体クロマトグラフ法（ＨＰＬＣ）によって測定することができる。９０％乳酸水溶液中におけるフルフラールの含有量が１０ｐｐｍを越えるような乳酸は、該乳酸を重合したポリ乳酸の色相および熱安定性において好ましくない。なお、ポリ乳酸の熱安定性は、熱重量減少率によって評価することができる。
【００６４】
本発明の乳酸の第４の特徴は、９０％乳酸水溶液での不純物として、５−ヒドロキシメチルフルフラールを１５ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下、より好ましくは５ｐｐｍ以下で含有していることである。９０％乳酸水溶液中における５−ヒドロキシメチルフルフラール含有量は高速液体クロマトグラフ法（ＨＰＬＣ）によって測定することができる。９０％乳酸水溶液中における５−ヒドロキシメチルフルフラールの含有量が１０ｐｐｍを越えるような乳酸を重合して得られるポリ乳酸は色相および熱安定性において好ましくない。
【００６５】
本発明の乳酸の第５の特徴は、９０％乳酸水溶液での不純物として、乳酸メチルを６００ｐｐｍ以下、好ましくは４００ｐｐｍ以下、より好ましくは１００ｐｐｍ以下で含有していることである。９０％乳酸水溶液中における乳酸メチル含有量はガスクロマトグラフ法（ＧＣ）によって測定することができる。９０％乳酸水溶液中における乳酸メチルの含有量が６００ｐｐｍを越えるような乳酸である場合、該乳酸を重合して得られるポリ乳酸の重量平均分子量が低く、機械的強度が劣るため、好ましくない。
【００６６】
本発明の乳酸の第６の特徴は、９０％乳酸水溶液での不純物として、酢酸を５００ｐｐｍ以下、好ましくは４００ｐｐｍ以下、より好ましくは３００ｐｐｍ以下で含有していることである。９０％乳酸水溶液中における酢酸含有量は高速液体クロマトグラフ法（ＨＰＬＣ）によって測定することができる。９０％乳酸水溶液中における酢酸の含有量が５００ｐｐｍを越えるような乳酸を重合して得られるポリ乳酸は熱安定性において好ましくない。
【００６７】
本発明の乳酸の第７の特徴は、９０％乳酸水溶液での不純物として、２−ヒドロキシ酪酸を５００ｐｐｍ以下、好ましくは３００ｐｐｍ以下、より好ましくは２００ｐｐｍ以下で含有することである。９０％乳酸水溶液中における２−ヒドロキシ酪酸含有量は高速液体クロマトグラフ法（ＨＰＬＣ）によって測定することができる。９０％乳酸水溶液中における２−ヒドロキシ酪酸の含有量が５００ｐｐｍを越えるような乳酸を重合して得られるポリ乳酸は熱安定性において好ましくない。
【００６８】
本発明の乳酸の第８の特徴は、９０％乳酸水溶液での不純物として、前記化学式（１）で表される化合物（以下、化合物（１）という。）を０．３ｐｐｍ未満、好ましくは検出限界以下で含有することである。９０％乳酸水溶液中における前記化合物（１）含有量は高速液体クロマトグラフ法（ＨＰＬＣ）によって測定することができる。９０％乳酸水溶液中における前記化合物（１）の含有量が０．３ｐｐｍ以上であるような乳酸を重合して得られるポリ乳酸は色相に劣り、重量平均分子量が低く、機械的強度に劣るため、好ましくない。
【００６９】
本発明の乳酸の製造方法によれば、（Ｌ）−体または（Ｄ）−体の乳酸のどちらか一方のみ、または（Ｌ）−体及び（Ｄ）−体の混合体の乳酸を含有するいずれの培養液からでも、不純物含有量の極めて少ない乳酸を得ることができる。ただし、高分子量体として十分な機械的強度と融点を有するポリ乳酸を得るためには、精製乳酸の光学純度として少なくとも９０％ｅ．ｅ．以上を必要とし、より好ましくは９５％ｅ．ｅ．以上、さらに好ましくは９９％ｅ．ｅ．以上、最も好ましくは９９．９％ｅ．ｅ．以上である。
【００７０】
［ポリ乳酸］
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％であることがより好ましい。
【００７１】
前記ポリ乳酸の製造方法は特に限定されず、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反応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。
【００７２】
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。
【００７３】
重合反応は、上記触媒の存在下、触媒種によっても異なるが通常１００〜２００℃の温度で行うことができる。また、重合反応に伴って生成する水を除くために、重合反応は減圧条件下で行われることが望ましく、好ましくは７ｋＰａ以下、より好ましくは１．５ｋＰａ以下である。
【００７４】
重合反応時には水酸基またはアミノ基を分子内に２個以上含有する化合物を重合開始剤として用いてもよい。ここで、重合開始剤として用いる水酸基またはアミノ基を分子内に２個以上含有する化合物としては、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、ヘキサンジオール、オクタンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、ソルビトール、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（ヒドロキシプロピルメタクリレート）などの多価アルコール、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、ジエチレントリアミン、メラミンなどの多価アミンなどが挙げられ、なかでも、多価アルコールがより好ましい。
【００７５】
前記重合開始剤の添加量は、特に限定されるものではないが、使用する原料（Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸、Ｌ，Ｌ−ラクチドまたはＤ，Ｄ−ラクチド）１００重量部に対して０．００１〜５重量部が好ましく、０．０１〜３重量部がより好ましい。
【００７６】
直接重合法によりポリ乳酸を製造する場合、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。また、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。
【００７７】
本発明の乳酸を原料とするポリ乳酸は、重量平均分子量が１７０，０００以上、かつ、窒素雰囲気下、２００℃一定、加熱時間２０分での熱重量減少率において、６．５％以下、かつ、ＡＰＨＡ単位色数が１５以下であることを特徴としている。重量平均分子量が１７００００以上、好ましくは２００，０００以上であれば、機械的強度が優れ、熱重量減少率が６．５％以下、好ましくは６．０％以下であれば、熱安定性に優れ、ＡＰＨＡ１５以下、好ましくは１０以下であれば、色相に優れることから、繊維、フィルム、成型品など、多岐用途に適する。
【実施例】
【００７８】
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。
【００７９】
参考例１  乳酸生産能力を持つ酵母株の作製
乳酸生産能力を持つ酵母株を下記のように造成した。具体的には、ヒト由来Ｌ−ＬＤＨ遺伝子を酵母ゲノム上のＰＤＣ１プロモーターの下流に連結することでＬ−乳酸生産能力を持つ酵母株を造成した。ポリメラーゼ・チェーン・リアクション（ＰＣＲ）には、“Ｌａ−Ｔａｑ”（宝酒造株式会社製）、あるいは“ＫＯＤ−Ｐｌｕｓ−ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ”（東洋紡株式会社製）を用い、付属の取扱説明に従って行った。
【００８０】
ヒト乳ガン株化細胞（ＭＣＦ−７）を培養回収後、“ＴＯＲＩＺＯＬ  Ｒｅａｇｅｎｔ”（インビトロジェン社製）を用いてｔｏｔａｌ  ＲＮＡを抽出し、得られたｔｏｔａｌ  ＲＮＡを鋳型として“ＳｕｐｅｒＳｃｒｉｐｔ  Ｃｈｏｉｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍ”（インビトロジェン社製）を用いた逆転写反応によりｃＤＮＡの合成を行った。これらの操作の詳細は、それぞれ付属のプロトコールに従った。得られたｃＤＮＡを続くＰＣＲの増幅鋳型とした。
【００８１】
上記操作で得られたｃＤＮＡを増幅鋳型とし、配列番号１および配列番号２で表されるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとした“ＫＯＤ−Ｐｌｕｓ−ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ”によるＰＣＲによりＬ−ＬＤＨ遺伝子のクローニングを行った。各ＰＣＲ増幅断片を精製し末端を“Ｔ４  Ｐｏｌｙｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  Ｋｉｎａｓｅ”（宝酒造株式会社製）によりリン酸化後、ｐＵＣ１１８ベクター（制限酵素ＨｉｎｃＩＩで切断し、切断面を脱リン酸化処理したもの）にライゲーションした。ライゲーションは、“ＤＮＡ  Ｌｉｇａｔｉｏｎ  Ｋｉｔ  Ｖｅｒ．２”（宝酒造株式会社製）を用いて行った。ライゲーションプラスミド産物で大腸菌ＤＨ５αを形質転換し、プラスミドＤＮＡを回収することによりヒト由来Ｌ−ＬＤＨ遺伝子（アクセッションナンバー；ＡＹ００９１０８、配列番号３）がサブクローニングされたプラスミドを得た。得られたＬ−ＬＤＨ遺伝子が挿入されたｐＵＣ１１８プラスミドを制限酵素ＸｈｏＩおよびＮｏｔＩで消化し、得られた各ＤＮＡ断片を酵母発現用ベクターｐＴＲＳ１１のＸｈｏＩ／ＮｏｔＩ切断部位に挿入した。このようにしてヒト由来Ｌ−ＬＤＨ遺伝子発現プラスミドｐＬ−ＬＤＨ５を得た。
【００８２】
ヒト由来Ｌ−ＬＤＨ遺伝子を含むプラスミドｐＬ−ＬＤＨ５を増幅鋳型とし、配列番号４および配列番号５で表されるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとしたＰＣＲにより１．３ｋｂのヒト由来Ｌ−ＬＤＨ遺伝子、及びサッカロミセス・セレビセ由来のＴＤＨ３遺伝子のターミネーター配列含むＤＮＡ断片を増幅した。また、プラスミドｐＲＳ４２４を増幅鋳型として、配列番号６および配列番号７で表されるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとしたＰＣＲにより１．２ｋｂのサッカロミセス・セレビセ由来のＴＲＰ１遺伝子を含むＤＮＡ断片を増幅した。それぞれのＤＮＡ断片を１．５％アガロースゲル電気泳動により分離、常法に従い精製した。ここで得られた１．３ｋｂ断片、１．２ｋｂ断片を混合したものを増幅鋳型とし、配列番号４および配列番号７で表されるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとしたＰＣＲ法によって得られた産物を１．５％アガロースゲル電気泳動して、ヒト由来ＬＤＨ遺伝子及びＴＲＰ１遺伝子が連結された２．５ｋｂのＤＮＡ断片を常法に従い調製した。この２．５ｋｂのＤＮＡ断片で出芽酵母ＮＢＲＣ１０５０５株を常法に従いトリプトファン非要求性に形質転換した。
【００８３】
得られた形質転換細胞がヒト由来Ｌ−ＬＤＨ遺伝子を酵母ゲノム上のＰＤＣ１プロモーターの下流に連結されている細胞であることの確認は、下記のように行った。まず、形質転換細胞のゲノムＤＮＡを常法に従って調製し、これを増幅鋳型とした配列番号８および配列番号９で表されるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとしたＰＣＲにより０．７ｋｂの増幅ＤＮＡ断片が得られることで確認した。また、形質転換細胞が乳酸生産能力を持つかどうかは、ＳＣ培地（ＭＥＴＨＯＤＳ  ＩＮ  ＹＥＡＳＴ  ＧＥＮＥＴＩＣＳ  ２０００  ＥＤＩＴＩＯＮ、ＣＳＨＬ  ＰＲＥＳＳ）で形質転換細胞を培養した培養上澄に乳酸が含まれていることを下記に示す条件でＨＰＬＣ法により乳酸量を測定することで確認した。
【００８４】
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℃。
【００８５】
また、Ｌ−乳酸の光学純度測定は以下の条件でＨＰＬＣ法により測定した。
【００８６】
カラム：ＴＳＫ−ｇｅｌ  Ｅｎａｎｔｉｏ  Ｌ１（東ソー株式会社製）、移動相 ：１ｍＭ 硫酸銅水溶液、流速：１．０ｍｌ／ｍｉｎ、検出方法 ：ＵＶ２５４ｎｍ、温度 ：３０℃。
【００８７】
また、Ｌ−乳酸の光学純度は式３で計算した。ここで、ＬはＬ−乳酸の濃度、ＤはＤ−乳酸の濃度を表す。
【００８８】
光学純度（％ｅ．ｅ．）＝１００×（Ｌ−Ｄ）／（Ｌ＋Ｄ）・・・（式３）。
【００８９】
ＨＰＬＣ分析の結果、４ｇ／ＬのＬ−乳酸が検出され、Ｄ−乳酸は検出限界以下であった。以上の検討により、この形質転換体がＬ−乳酸生産能力を持つことを確認した。得られた形質転換細胞を酵母ＳＷ−１株として、続く実施例に用いた。
【００９０】
参考例２  バッチ発酵によるＬ−乳酸の製造
微生物を用いた発酵形態として最も典型的なバッチ発酵を行い、その乳酸生産性を評価した。表１に示す乳酸発酵培地を用い、バッチ発酵試験を行った。該培地は高圧蒸気滅菌（１２１℃、１５分）して用いた。微生物として参考例１で造成した酵母ＳＷ−１株を用い、生産物である乳酸の濃度の評価には、参考例１に示したＨＰＬＣを用いて評価し、グルコース濃度の測定には“グルコーステストワコーＣ”（和光純薬工業株式会社製）を用いた。参考例２の運転条件を以下に示す。
【００９１】
反応槽容量（乳酸発酵培地量）：２（Ｌ）、  温度調整：３０（℃）、反応槽通気量：０．２（Ｌ／ｍｉｎ）、反応槽攪拌速度：４００（ｒｐｍ）、ｐＨ調整：１Ｎ  水酸化カルシウムによりｐＨ５に調整。
【００９２】
まず、ＳＷ−１株を試験管で５ｍｌの乳酸発酵培地で一晩振とう培養した（前々培養）。前々培養液を新鮮な乳酸発酵培地１００ｍｌに植菌し５００ｍｌ容坂口フラスコで２４時間振とう培養した（前培養）。温度調整、ｐＨ調整を行い、発酵培養を行った。この時の菌体増殖量は、６００ｎｍでの吸光度で１５であった。回分発酵の結果を表２に示す。参考例２で得られた乳酸発酵液（乳酸濃度３０ｇ／Ｌ、光学純度９９％ｅ．ｅ．）を以下の実施例で精製した。
【００９３】
【表１】
2012012322.tif 000004
【００９４】
【表２】
2012012322.tif 000005
【００９５】
比較例１  乳酸の製造例
（乳酸塩の晶析）
図１に示す、膜濾過装置の原水槽１に参考例２で得られた培養液４０Ｌを注入した。図１の符号２に逆浸透膜として、スパイラル型４インチエレメント“ＴＭ−８１０”（東レ株式会社製、膜面積７ｍ２）をセットし、原水槽１の温度を４５℃に調整し、操作圧力５ＭＰａで乳酸カルシウムが析出するまで透過液４および、濃縮液を原水槽１から回収した。その後、濃縮液を、２０℃に保温したガラス製容器に移し、２０℃、２００ｒｐｍで２時間撹拌して晶析を行った。２時間後、乳酸カルシウムスラリーを遠心分離機で固液分離し、ウエット結晶を得た。乳酸カルシウム回収率を式４の方法で算出した。
【００９６】
乳酸カルシウム回収率（％）＝１００×ウエット結晶中の乳酸カルシウム量（ｇ）／逆浸透膜濃縮後乳酸カルシウム量（ｇ）・・・（式４）。
【００９７】
その結果、乳酸カルシウムの回収量（ウェット結晶中の乳酸カルシウム量）は８２３ｇ、回収率は６０％、光学純度は９９．９％ｅ．ｅ．であった。
【００９８】
（酸性物質添加によるフリー乳酸の取得）
上記で得られた乳酸カルシウムを純水７．６Ｌに溶解させ、１０重量％の乳酸カルシウム水溶液とした。次いで、前記水溶液を攪拌しながら濃硫酸（和光純薬株式会社製）をｐＨ２．５になるまで滴下し、析出した硫酸カルシウムを定性濾紙Ｎｏ．２（アドバンテック製）を用いて濾別し、濾液を回収した。
【００９９】
（ナノ濾過膜による濾過）
上記濾液として回収した乳酸水溶液をナノ濾過膜モジュールＳＵ−６１０（東レ株式会社製）を用いて、操作圧力２．０ＭＰａで濾過し、不純物を除去した。ナノ濾過膜処理前後の乳酸水溶液に含まれる硫酸イオン、カルシウムイオンの濃度をイオンクロマトグラフィー（ＤＩＯＮＥＸ製）により以下の条件で分析した。
【０１００】
陰イオン；カラム（ＡＳ４Ａ−ＳＣ（ＤＩＯＮＥＸ製））、溶離液（１．８ｍＭ炭酸ナトリウム／１．７ｍＭ炭酸水素ナトリウム）、温度（３５℃）。
【０１０１】
陽イオン；カラム（ＣＳ１２Ａ（ＤＩＯＮＥＸ製））、溶離液（２０ｍＭメタンスルホン酸）、温度（３５℃）。
【０１０２】
また、グルコース濃度を参考例１と同様に“グルコーステストワコーＣ”（和光純薬工業株式会社製）を用いて測定し、乳酸およびピルビン酸濃度を参考例１と同様の条件で高速液体クロマトグラフィー（株式会社島津製作所製）を用いて測定した。分析結果を表４に示す。
【０１０３】
（乳酸水溶液の濃縮・蒸留）
上記ナノ濾過膜透過液を逆浸透膜モジュールＳＵ−８１０（東レ株式会社製）を用いて濃縮し、さらに、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、８０％水溶液を得た。次いで、１３３Ｐａ、１３０℃で減圧蒸留を行い、乳酸２８６ｇを得た。
【０１０４】
（乳酸中の不純物分析）
上記で得られた乳酸に純水を添加して９０％水溶液とし、含まれる不純物をＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィー）またはＧＣ（ガスクロマトグラフィー）により下記の条件で分析した。分析結果を表５に示す。
【０１０５】
ＨＰＬＣ法による、酢酸、ピルビン酸、２−ヒドロキシ酪酸の分析
カラム：Ｓｈｉｍ−Ｐａｃｋ  ＳＰＲ−Ｈ（島津製作所製）、移動相：５ｍＭｐ−トルエンスルホン酸（流速０．８ｍＬ／ｍｉｎ）、反応液：５ｍＭｐ−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℃。
【０１０６】
ＨＰＬＣ法による、フルフラール、５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）の分析
カラム：Ｓｙｎｅｒｇｉｅ  ＨｙｄｒｏＲＰ（Ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ製）、移動相：５％アセトニトリル水溶液（流速１．０ｍＬ／ｍｉｎ）、検出方法：ＵＶ（２８３ｎｍ）、温度：４０℃。
【０１０７】
ＧＣ法による、メタノール、乳酸メチルの分析
カラム：ＤＢ−５（０．２５ｍｍ×３０ｍ、Ｊ＆Ｗ製）、カラム温度：５０℃から２５０℃（８℃／分）、注入口温度：２５０℃、キャリアガス：ヘリウム、キャリア圧：６５ｋＰａ。
【０１０８】
（乳酸の着色度分析）
上記９０％乳酸水溶液の着色度を比色計（日本電色工業株式会社製）によりＡＰＨＡ単位色数として分析した。
【０１０９】
（新規不純物の同定）
上記で得られた乳酸に水を添加して９０％乳酸水溶液とし、不純物測定を行ったところ、既知不純物（酢酸、ピルビン酸、２−ヒドロキシ酪酸、フルフラール、ＨＭＦ、メタノール、乳酸メチル）以外に未知の着色性不純物が存在することがわかったため、該着色性不純物の単離同定を行った。まず、ＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィー）を下記条件で運転し、溶出時間２２．７分〜２３．５分の未知不純物を分取した。
【０１１０】
カラム：Ｉｎｅｒｔｓｉｌ  ＯＤＳ−３  分取カラム（ＧＬ  Ｓｃｉｅｎｃｅ製）、移動相：水（０．０８%トリフルオロ酢酸含有）（Ａ液）、アセトニトリル（０．０８％  トリフルオロ酢酸含有）（Ｂ液）、グラジエント条件：５％  Ｂ液（０〜５分）、５〜２０％  Ｂ液（５〜２０分）、２０〜７０％  Ｂ液（２０〜４０分）、７０〜９９％  Ｂ液（４０〜４２分）、９９〜５％  Ｂ液（４２〜４５分）、流速：４．０ｍＬ／分、検出方法：ＰＤＡ（フォトダイオードアレイ）、温度：４０℃。
【０１１１】
上記ＨＰＬＣによる分析では、ＰＤＡ検出器により、多波長での解析が可能である。この解析のうち、波長３５０ｎｍにおける解析結果を図３に、溶出時間２３．２分の成分における、波長２００〜５００ｎｍの吸収スペクトルの解析結果を図４に示す。図３より、測定波長３５０ｎｍでは、６．４〜８．０分の乳酸の弱いピークの他、２２．７〜２３．５分に分取した未知不純物の強いピークが検出された。また、図４より、分取した未知不純物のピークは約３５０ｎｍを極大吸収波長とし、可視領域にも吸収を持つ、着色性の不純物であることがわかった。
【０１１２】
次いで、分取した未知不純物をＬＣ−ＭＳ（アジレント・テクノロジー株式会社製）によって下記条件で分析した。
【０１１３】
カラム：ＸＤＢ−Ｃ１８（アジレント・テクノロジー株式会社製）、移動相：水（０．１％  ギ酸含有）（Ａ液）、アセトニトリル（０．１％  ギ酸含有）（Ｂ液）、グラジエント：１％Ｂ液（０〜１分）、１〜８０％  Ｂ液（１〜３．５分）、８０〜１％  Ｂ液（３．５〜５分）、流速：０．５ｍＬ／分、検出方法：３７５ｎｍ、温度：４０℃。
【０１１４】
ＬＣ−ＭＳ分析の結果、１９７の正イオンピーク、１９５の負イオンピークが検出されたことから、前記未知不純物の分子量は１９６であることがわかった。
【０１１５】
さらに、１Ｈ−ＮＭＲ（日本電子株式会社製）により、重水を溶媒として分析し、構造を決定した（周波数：４００ＭＨｚ）。１Ｈ−ＮＭＲ測定によるＮＭＲスペクトル（図５）および前述の分子量測定結果より、未知不純物が前記化合物（１）であることが同定された。
【０１１６】
なお、着色度（ＡＰＨＡ４）の９０％乳酸水溶液に、濃度が１ｐｐｍとなるように化合物（１）を添加して、再度着色度を測定した結果、ＡＰＨＡ値が１４まで増大したことから、化合物（１）は着色性不純物として乳酸の品質を大きく低下させることがわかった。
【０１１７】
（乳酸中の新規不純物（化合物（１））の分析）
乳酸に純水を添加して９０％水溶液とし、含まれる新規不純物をＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィー）により下記の条件で分析した。分析結果を表５に示す。
【０１１８】
カラム：Ｓｙｎｅｒｇｉｅ  ＨｙｄｒｏＲＰ（Ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ製）、移動相：５％アセトニトリル水溶液（流速１．０ｍＬ／ｍｉｎ）、検出方法：ＵＶ（２８３ｎｍ）、温度：４０℃。
【０１１９】
比較例２  乳酸の製造例
乳酸カルシウムの晶析工程を行わなかった以外は比較例１と同様の手順で乳酸を製造した。
【０１２０】
（酸性物質添加によるフリー乳酸の取得）
参考例２で得られた培養液４０Ｌに、溶液のｐＨが２．５となるまで濃硫酸（和光純薬製）を添加後、硫酸カルシウムを濾別し、フリーの乳酸を得た。
【０１２１】
（ナノ濾過膜による濾過）
上記乳酸水溶液を比較例１と同様の条件でナノ濾過膜モジュールＳＵ−６１０（東レ株式会社製）で濾過したところ、運転の途中で硫酸カルシウムの析出が見られた。ナノ濾過膜処理前後の乳酸水溶液の透過液に含まれる硫酸イオン、カルシウムイオンの濃度を比較例１と同様の条件でイオンクロマトグラフィー（ＤＩＯＮＥＸ製）により測定し、グルコース濃度を参考例１と同様に“グルコーステストワコーＣ”（和光純薬工業株式会社製）用いて測定し、乳酸およびピルビン酸の濃度を参考例１と同様の条件で高速液体クロマトグラフィー（株式会社島津製作所製）を用いて測定した。分析結果を表４に示す。
【０１２２】
（乳酸水溶液の濃縮・蒸留）
次に、上記ナノ濾過膜透過液を比較例１と同様の条件で水を蒸発させて濃縮し、８０％乳酸水溶液を得た。次いで、１３３Ｐａ、１３０℃で減圧蒸留を行い、乳酸２２３ｇを得た。
【０１２３】
（乳酸中の不純物分析）
上記で得られた、乳酸に純水を添加して９０％水溶液とし、含まれる不純物をＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィー）またはＧＣ（ガスクロマトグラフィー）により比較例１と同様の条件で分析した。分析結果を表５に示す。
【０１２４】
（乳酸の着色度分析）
比較例１と同様の条件で分析した。分析結果を表５に示す。
【０１２５】
実施例１  乳酸の製造例
（乳酸塩の晶析）
参考例２で得られた培養液４０Ｌを２バッチ（実施例１−１、実施例１−２）準備し、それぞれについて比較例１と同様の条件で乳酸カルシウムを晶析した。その結果、実施例１−１および実施例１−２とも乳酸カルシウムの回収量（ウェット結晶中の乳酸カルシウム量）は８４６ｇ、回収率は６２％、光学純度は９９．９％ｅ．ｅ．であった。
【０１２６】
（酸性物質添加によるフリー乳酸の取得）
上記で得られた乳酸カルシウムを純水７．６Ｌに溶解させ、１０重量％の乳酸カルシウム水溶液とした。次いで、前記水溶液を攪拌しながら濃硫酸（和光純薬株式会社製）をｐＨ２．５になるまで滴下し、析出した硫酸カルシウムを定性濾紙Ｎｏ．２（アドバンテック製）を用いて濾別し、濾液を回収した。
【０１２７】
（イオン交換処理による無機塩、ピルビン酸の除去）
上記乳酸水溶液を、あらかじめ乳酸型に調製した強塩基性陰イオン交換樹脂“ダイヤイオン”（登録商標）ＳＡ１０Ａ（三菱化学株式会社製）２００ｍＬを充填したカラムに２ＳＶ／ｈの速度で供給し、次いで、その流出液を、あらかじめＨ型に調製した強酸性陽イオン交換樹脂“ダイヤイオン”（登録商標）ＳＫ１Ｂ（三菱化学株式会社製）３００ｍＬを充填したカラムに２ＳＶ／ｈで供給し、流出液を回収した。
【０１２８】
実施例１−２のイオン交換処理前後の乳酸水溶液中の硫酸イオン、カルシウムイオンの濃度を比較例１と同様にイオンクロマトグラフィー（ＤＩＯＮＥＸ製）により測定し、グルコース濃度を、参考例１と同様に“グルコーステストワコーＣ”（和光純薬工業株式会社製）を用いて測定し、乳酸およびピルビン酸濃度を参考例１と同様の条件で高速液体クロマトグラフィー（株式会社島津製作所製）を用いて測定した。分析結果は表３に示す通りであり、イオン交換処理により、無機塩およびピルビン酸を効率的に除去できることがわかった。
【０１２９】
【表３】
2012012322.tif 000006
【０１３０】
（ナノ濾過膜による濾過）
上記イオン交換処理した乳酸水溶液を比較例１と同様の条件でナノ濾過膜に通じて濾過し、不純物を除去した。実施例１−２のナノ濾過膜処理前後の乳酸水溶液に含まれる硫酸イオン、カルシウムイオンの濃度を上記と同様の条件でイオンクロマトグラフィー（ＤＩＯＮＥＸ製）により測定し、グルコース濃度を参考例１と同様に“グルコーステストワコーＣ”（和光純薬工業株式会社製）を用いて測定し、乳酸およびピルビン酸の濃度を参考例１と同様の条件で高速液体クロマトグラフィー（株式会社島津製作所製）により測定した。分析結果は表４に示す通りであり、ナノ濾過膜による濾過により無機塩およびグルコースを高効率で除去できることが示された。
【０１３１】
【表４】
2012012322.tif 000007
【０１３２】
（乳酸水溶液の濃縮・蒸留）
次に、上記ナノ濾過膜透過液を比較例１と同様の条件で水を蒸発させて濃縮し、８０％乳酸水溶液を得た。次いで、１３３Ｐａ、１３０℃で減圧蒸留を行い、実施例１−１および実施例１−２とも乳酸３１４ｇを得た。
【０１３３】
（乳酸中の不純物分析）
上記で得られた、乳酸に純水を添加して９０％水溶液とし、含まれる不純物をＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィー）またはＧＣ（ガスクロマトグラフィー）により比較例１と同様の条件で分析した。分析結果を表５に示す。その結果、実施例１−１では全ての分析項目において０ｐｐｍ（検出限界以下）あった。また、実施例１−１および実施例１−２では、無機塩およびピルビン酸のいずれも効率的に除去されている一方、比較例１および２ではピルビン酸の除去が不十分であった。
【０１３４】
（乳酸の着色度分析）
比較例１と同様の条件で分析した。分析結果を表５に示す。
【０１３５】
【表５】
2012012322.tif 000008
【０１３６】
以上の実施例及び比較例の結果から、工程Ａ（晶析）および工程Ｃ（イオン交換処理）に供することで、ポリ乳酸の品質に影響を与える不純物含有量を低減させ、着色も少ない、高品質な乳酸を取得できることが分かった。
【０１３７】
実施例２  乳酸の重合試験、ポリ乳酸の物性評価
実施例１−１および実施例１−２で得られた９０％乳酸水溶液を重合し、ポリ乳酸の物性を分析した（実施例２−１、実施例２−２）。
【０１３８】
実施例１−１、および実施例１−２で得られた乳酸１５０ｇを、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）（関東化学株式会社製）０．１２ｇ、メタンスルホン酸（和光純薬工業株式会社製）０．３３ｇ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、１５０ｇ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以下の条件でＧＰＣ（東ソー株式会社製）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。
【０１３９】
（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（東ソー株式会社製）を用い、カラムにＴＳＫ−ＧＥＬ  ＳｕｐｅｒＨＭ−Ｍ（東ソー株式会社製）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。
【０１４０】
（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。
【０１４１】
（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。
【０１４２】
（ポリ乳酸の着色度分析）
重合したポリ乳酸０．５ｇを、クロロホルム９．５ｇに完全に溶解させ、着色度を比色計（日本電色工業株式会社製）によりＡＰＨＡ単位色数として分析した。
【０１４３】
乳酸の直接重合により得られたポリ乳酸は、実施例２−１では重量平均分子量２１３０００、融点１６９℃、熱重量減少率５．１％、着色度ＡＰＨＡ５、実施例２−２では重量平均分子量２０１０００、融点１６８℃、熱重量減少率５．３％、着色度ＡＰＨＡ６であった。
【０１４４】
比較例３  乳酸の重合試験、ポリ乳酸の物性評価
比較例１で得られた９０％乳酸水溶液１５０ｇを用いた他は、実施例１と同様にポリ乳酸を重合、分析した。
【０１４５】
比較例４  乳酸の重合試験、ポリ乳酸の物性評価
比較例２で得られた９０％乳酸水溶液１５０ｇを用いた他は、実施例１と同様にポリ乳酸を重合、分析した。
【０１４６】
比較例５  乳酸の重合試験、ポリ乳酸の物性評価
実施例１−２で得られた９０％乳酸水溶液の不純物のうち、メタノール１００ｐｐｍになるように成分を添加・調整した乳酸水溶液１５０ｇを用いた他は、実施例１と同様にポリ乳酸を重合、分析した。
【０１４７】
比較例６  乳酸の重合試験、ポリ乳酸の物性評価
実施例１−２で得られた９０％乳酸水溶液の不純物のうち、ピルビン酸３００ｐｐｍになるように成分を添加・調整した乳酸水溶液１５０ｇを用いた他は、実施例１と同様にポリ乳酸を重合、分析した。
【０１４８】
比較例７  乳酸の重合試験、ポリ乳酸の物性評価
実施例１−２で得られた９０％乳酸水溶液の不純物のうち、フルフラール２５ｐｐｍになるように成分を添加・調整した乳酸水溶液１５０ｇを用いた他は、実施例１と同様にポリ乳酸を重合、分析した。
【０１４９】
比較例８  乳酸の重合試験、ポリ乳酸の物性評価
実施例１−２で得られた９０％乳酸水溶液の不純物のうち、５−ヒドロキシメチルフルフラール２５ｐｐｍになるように成分を添加・調整した乳酸水溶液１５０ｇを用いた他は、実施例１と同様にポリ乳酸を重合、分析した。
【０１５０】
比較例９  乳酸の重合試験、ポリ乳酸の物性評価
実施例１−２で得られた９０％乳酸水溶液の不純物のうち、乳酸メチル６５０ｐｐｍになるように成分を添加・調整した乳酸水溶液１５０ｇを用いた他は、実施例１と同様にポリ乳酸を重合、分析した。
【０１５１】
比較例１０  乳酸の重合試験、ポリ乳酸の物性評価
実施例１−２で得られた９０％乳酸水溶液の不純物のうち、酢酸７００ｐｐｍになるように成分を添加・調整した乳酸水溶液１５０ｇを用いた他は、実施例１と同様にポリ乳酸を重合、分析した。
【０１５２】
比較例１１  乳酸の重合試験、ポリ乳酸の物性評価
実施例１−２で得られた９０％乳酸水溶液の不純物のうち、２−ヒドロキシ酪酸７５０ｐｐｍになるように成分を添加・調整した乳酸水溶液１５０ｇを用いた他は、実施例１と同様にポリ乳酸を重合、分析した。
【０１５３】
比較例１２  乳酸の重合試験、ポリ乳酸の物性評価
実施例１−２で得られた９０％乳酸水溶液の不純物のうち、化合物（１）３ｐｐｍになるように成分を添加・調整した乳酸水溶液１５０ｇを用いた他は、実施例１と同様にポリ乳酸を重合、分析した。
【０１５４】
実施例２−１、実施例２−２、および比較例３〜１２で得られたポリ乳酸の重量平均分子量、融点、重量減少率、着色度ＡＰＨＡを表６に示す。
【０１５５】
【表６】
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【０１５６】
表６に示すように、実施例２−１、実施例２−２においては、重量平均分子量、融点、熱重量減少率、着色度すべての項目について高度な物性を持つポリ乳酸が得られた。しかしながら、比較例５、および９では、重量平均分子量が小さいため機械的強度が低く、比較例３、４、および６、１２では、重量平均分子量が小さいため機械的強度が低い上、着色度が高かった。また、比較例７、８では、熱重量減少率が高く、着色度が高かった。比較例１０〜１１では、熱重量減少率が高かった。以上の結果から、乳酸中の不純物として規定量以下であれば、重量平均分子量、融点が高く、重量減少率、着色度の低いポリ乳酸が得られることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明の乳酸は、食品、医薬品のほか、生分解性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。また、本発明の乳酸を原料とするポリ乳酸は、熱安定性、機械的強度、色相の物性バランスの優れており、汎用プラスチックとして各種産業用途に使用することができる。
【符号の説明】
【０１５８】
１  原水槽
２  ナノ濾過膜または逆浸透膜が装着されたセル
３  高圧ポンプ
４  膜透過液の流れ
５  膜濃縮液の流れ
６  高圧ポンプにより送液された培養液の流れ
７  ナノ濾過膜
８  支持板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【配列表】
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