(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
(1) 六単糖を含む培地でヘテロ乳酸発酵を行う微生物をアンモニアでｐＨをコントロールしながら培養し、乳酸アンモニウム及びエタノールを生成させ、
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すると共に、アンモニアを回収し、
(2) 前記乳酸エステルをモノブチル錫以外の触媒の存在下重縮合し、重量平均分子量１５，０００未満のポリ乳酸（乳酸プレポリマー）を合成し、
(3) 前記ポリ乳酸を解重合してラクチドを生成させる、ラクチドの製造方法。
【請求項２】
(1) 六単糖を含む培地でヘテロ乳酸発酵を行う微生物をアンモニアでｐＨをコントロールしながら培養し、乳酸アンモニウム及びエタノールを生成させ、
乳酸アンモニウムと炭素数４又は５のアルコール以外のアルコールとを反応させ、乳酸エステルを合成すると共に、アンモニアを回収し、
(2) 前記乳酸エステルをモノブチル錫以外の触媒の存在下重縮合し、重量平均分子量１５，０００未満のポリ乳酸（乳酸プレポリマー）を合成し、
(3) 前記ポリ乳酸を解重合してラクチドを生成させる、ラクチドの製造方法。
【請求項３】
前記工程(2) において、乳酸エステルを重縮合して乳酸プレポリマーを得ると共に、生じるアルコールを回収する、請求項１又は２に記載のラクチドの製造方法。
【請求項４】
(1) 五単糖を含む培地でヘテロ乳酸発酵を行う微生物をアンモニアでｐＨをコントロールしながら培養し、乳酸アンモニウム及び酢酸アンモニウムを生成させ、
乳酸アンモニウム及び酢酸アンモニウムとエタノールとを反応させ、乳酸エチル及び酢酸エチルを合成すると共に、アンモニアを回収し、さらに、
酢酸エチルを蒸留により除去し、
(2) 前記乳酸エステル（乳酸エチル）をモノブチル錫以外の触媒の存在下重縮合し、重量平均分子量１５，０００未満のポリ乳酸（乳酸プレポリマー）を得ると共に、生じるエタノールを回収し、
(3) 前記ポリ乳酸を解重合してラクチドを生成させる、ラクチドの製造方法。
【請求項５】
(1) 五単糖及び六単糖を含む培地でヘテロ乳酸発酵を行う微生物をアンモニアでｐＨをコントロールしながら培養し、乳酸アンモニウム、エタノール及び酢酸アンモニウムを生成させ、
乳酸アンモニウム及び酢酸アンモニウムとエタノールとを反応させ、乳酸エチル及び酢酸エチルを合成すると共に、アンモニアを回収し、さらに、
酢酸エチルを蒸留により除去し、
(2) 前記乳酸エステル（乳酸エチル）をモノブチル錫以外の触媒の存在下重縮合し、重量平均分子量１５，０００未満のポリ乳酸（乳酸プレポリマー）を得ると共に、生じるエタノールを回収し、
(3) 前記ポリ乳酸を解重合してラクチドを生成させる、ラクチドの製造方法。
【請求項６】
前記工程(2) において、乳酸エステル及び／又はその重縮合物であるポリ乳酸（乳酸プレポリマー）を還流させながら重縮合を行う、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載のラクチドの製造方法。
【請求項７】
前記工程(2) において、乳酸エステルを重縮合する工程において、反応器の温度を逐次上昇させる、請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載のラクチドの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載のラクチドの製造方法で得られたラクチドを開環重合させてポリ乳酸を得る、ポリ乳酸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発酵乳酸を原料とするラクチドの製造方法及びポリ乳酸の製造方法、乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウムからラクチドを製造する方法及びポリ乳酸を製造する方法に関する。
【０００２】
乳酸には、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸、及びＬ−乳酸とＤ−乳酸の混合物が含まれる。ラクチドは乳酸の環状二量体であり、ポリ乳酸の製造原料として特に有用なものである。ポリ乳酸とは、乳酸を構成モノマーの主体とする重合体であり、単独重合体のみならず、他のモノマーとの共重合体も含む。ポリ乳酸は、バイオマスを原料とした生分解性プラスチックとして有用である。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、ポリ乳酸の製造は、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行われている。
【０００４】
乳酸エステルからのポリ乳酸の製造に関するものとして、例えば、米国特許  USP 2,534,255 号明細書には、ヒドロキシカルボン酸エステルからエステル化触媒の存在下で、ヒドロキシポリエステルを生成する方法が開示されている。
【０００５】
特開平７−１７３２６４号公報には、乳酸エステルを縮合し、重量平均分子量１５，０００以上のポリ乳酸を製造する方法が開示されている。当該重合物からラクチドを合成することは、記載されていない。重量平均分子量１５，０００以上のポリ乳酸とするのは多大な時間が必要である。
【０００６】
日本国特許３０２４９０７号公報には、乳酸エステルから、回分式反応器内で生成するアルコールを除去しながら重縮合させ、得られたオリゴマーをスクリュー式押出機内で生成するアルコールを除去しながら更に重縮合させて、ポリ乳酸を製造する方法が開示されている。当該重合物からラクチドを合成することは、記載されていない。
【０００７】
特開平１０−３６３６６号公報には、合成乳酸（ＤＬ−乳酸）から乳酸エステルを合成し、これを脱アルコールして乳酸オリゴマーを合成し、続いてラクチドを合成する方法が開示されている。
【０００８】
特開平１１−２０９３７０号公報には、乳酸エステルをモノブチル錫化合物の存在下で脱アルコールし、ポリ乳酸又はポリ乳酸とラクチドとを含む組成物とし、次に前記組成物をモノブチル錫化合物の存在下で加熱し、ラクチドを製造する方法が開示されている。
【０００９】
また、乳酸アンモニウムがアルコールにより直接エステル化されることは以前から知られている (INDUSTRIAL AND ENGINEERING CHEMISTRY  VOL. 44, NO.9, 2189-2191, Sept. 1957) 。
【００１０】
特開平６−３１１８８６号公報には、発酵によって生成した乳酸アンモニウムに、ブタノール又はペンタノールを添加し、反応後期に鉱酸を加え反応をさらに進行させ、アンモニアを回収すると共に、乳酸エステルを回収する方法が開示されている。
【００１１】
また、日本国特許２８３０８９６号公報には、乳酸を原料としてオリゴマー化し、該オリゴマーを還流させながら、重合度の高い乳酸オリゴマーを合成し、該重合度の高いオリゴマーからラクチドを製造する方法が開示されている。乳酸エステルを用いて、モノマー及びオリゴマーを還流させながら、重縮合させる方法の開示はない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このように、発酵乳酸からの乳酸エステルを原料として、乳酸オリゴマーを合成し、乳酸オリゴマーの解重合によりラクチドを製造する方法、及び発酵乳酸からの乳酸エステルを原料として、乳酸オリゴマーを合成し、乳酸オリゴマーの解重合によりラクチドを製造し、このラクチドからポリ乳酸を製造する方法は知られていない。
【００１３】
また、乳酸発酵からの乳酸エステルの合成において、アンモニアで中和しながらヘテロ型乳酸発酵で乳酸とエタノールを生成し、この乳酸をエステル化することは知られていない。ヘテロ乳酸菌は、グルコースから乳酸とエタノールを生成し、キシロースから乳酸と酢酸を生成する。
【００１４】
従来、乳酸の製造は、六単糖（グルコース）やシュークロース（グルコースとフルクトースより構成される）を乳酸発酵させ、炭酸カルシウムで中和し、濃縮し乳酸カルシウムを沈殿させ、これを硫酸で遊離させ粗乳酸として、さらにメタノール又はエタノールとのエステルに変換し、蒸留後エステルを加水分解し乳酸を得ていた。この方法では、大量の硫酸カルシウムが副産物として生成するという問題があった。
【００１５】
そこで、乳酸発酵中アンモニア水又はアンモニアで中和し、乳酸アンモニウムを得て、アルコールとの乳酸エステルにして蒸留し、アンモニアを回収し、乳酸エステルを加水分解する方法が開発されている。
【００１６】
従来、バイオマスからポリ乳酸を製造するための一貫したプロセスはなかった。一貫したプロセスを完成することにより、ポリ乳酸製造のコストダウンが図れる。すなわち、従来は乳酸の製造とポリ乳酸の製造とが別々に考えられていたため、無駄な工程が多かった。具体的に無駄な工程とは、乳酸エステルを乳酸に加水分解する工程である。また、乳酸エステルからポリ乳酸を合成することによって、反応器の耐食性が緩和され、設備投資の上でも大きく貢献できる。乳酸は腐食性があり、特に１４０℃を越えると濃縮やラクチドの合成などを行うには、チタンやタンタル、ガラスライニングの反応器や配管が必要であった。しかし、乳酸エステルを用いると反応器に耐食性の材料を使う必要がなく、大幅な設備のコストダウンが図れる。
【００１７】
特に木質系のバイオマスの利用は現在世界的に問題となっている。日本では古紙、建築廃材、間伐材、稲わら等の廃棄物処理の問題がある。海外では直接人間の食料とならない木質を発酵原料として使用するという潮流がある。
【００１８】
木質系バイオマスにはセルロース、ヘミセルロースが含まれており、これを糖化する方法としては、硫酸法、高圧熱水法、酵素法が実用段階にある。糖化により得られる糖は六単糖及び五単糖であり、六単糖はグルコース、五単糖はキシロースが主体である。
【００１９】
１モルのグルコースはホモ型の乳酸発酵により２モルの乳酸になり、炭素の無駄がない。さらに、乳酸菌の中にはキシロース３モルから乳酸５モルを生成する菌株もある。また、１モルのグルコースはヘテロ型の乳酸発酵により１モルの乳酸と１モルのエタノールになる（この場合は１モルの炭酸ガスが発生する）。すなわち、グルコースは乳酸エステルを合成するのに非常に好適な原料である。
【００２０】
一方、ヘテロ型の乳酸発酵によると１モルのキシロースから１モルの乳酸と１モルの酢酸が生成する。そこで、本発明では、ヘテロ乳酸発酵をアンモニアで中和しながら行い、生成した乳酸と酢酸のアルコール（エタノール）エステルを合成し、発酵液から酢酸エステル及び乳酸エステルとして取り出す。
【００２１】
乳酸アンモニウムとエタノールとを反応させ乳酸エチルを製造する場合、収率が低く、エタノールの常圧での沸点が７８℃と低いことから反応が遅いという問題があった。
【００２２】
ブタノールなどの疎水性アルコールと乳酸アンモニウムとを反応させて乳酸エステルを製造する場合、分離器により水を除去しても、収率が５０％程度と低いという問題があった。
【００２３】
本発明の目的は、乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウムからラクチドを一貫的に製造する方法、及び乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウムからポリ乳酸を一貫的に製造する方法を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明には、以下の発明が含まれる。
［１］  (1) 六単糖を含む培地でヘテロ乳酸発酵を行う微生物をアンモニアでｐＨをコントロールしながら培養し、乳酸アンモニウム及びエタノールを生成させ、
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すると共に、アンモニアを回収し、
(2) 前記乳酸エステルをモノブチル錫以外の触媒の存在下重縮合し、重量平均分子量１５，０００未満のポリ乳酸（乳酸プレポリマー）を合成し、
(3) 前記ポリ乳酸を解重合してラクチドを生成させる、ラクチドの製造方法。
【００２５】
［２］  (1) 六単糖を含む培地でヘテロ乳酸発酵を行う微生物をアンモニアでｐＨをコントロールしながら培養し、乳酸アンモニウム及びエタノールを生成させ、
乳酸アンモニウムと炭素数４又は５のアルコール以外のアルコールとを反応させ、乳酸エステルを合成すると共に、アンモニアを回収し、
(2) 前記乳酸エステルをモノブチル錫以外の触媒の存在下重縮合し、重量平均分子量１５，０００未満のポリ乳酸（乳酸プレポリマー）を合成し、
(3) 前記ポリ乳酸を解重合してラクチドを生成させる、ラクチドの製造方法。
【００２８】
前記工程(1) において、乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウム水溶液と、水と二層に分離する炭素数４以上のアルコールとを還流させながら反応器中で反応させ、
凝縮した水及びアルコールの少なくとも一部を分離器に溜め、前記分離器に溜められた下層の水の少なくとも一部を排出し新たな水を分離器に加えると共に、上層のアルコールの少なくとも一部を反応器中に戻し、この一連の操作を繰り返し、
乳酸エステルを合成すると共に、アンモニアを回収してもよい。
【００２９】
前記工程(1) において、乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウム水溶液と、水と二層に分離する炭素数４以上のアルコールとを還流させながら反応器中で反応させ、逐次アルコールの一部又は全部を留出させると共に、新しいアルコールを反応器中に加え、乳酸エステルを合成すると共に、アンモニアを回収してもよい。
【００３０】
［３］  前記工程(2) において、乳酸エステルを重縮合して乳酸プレポリマーを得ると共に、生じるアルコールを回収する、上記［１］又は［２］に記載のラクチドの製造方法。
【００３１】
［４］  (1) 五単糖を含む培地でヘテロ乳酸発酵を行う微生物をアンモニアでｐＨをコントロールしながら培養し、乳酸アンモニウム及び酢酸アンモニウムを生成させ、
乳酸アンモニウム及び酢酸アンモニウムとエタノールとを反応させ、乳酸エチル及び酢酸エチルを合成すると共に、アンモニアを回収し、さらに、
酢酸エチルを蒸留により除去し、
(2) 前記乳酸エステル（乳酸エチル）をモノブチル錫以外の触媒の存在下重縮合し、重量平均分子量１５，０００未満のポリ乳酸（乳酸プレポリマー）を得ると共に、生じるエタノールを回収し、
(3) 前記ポリ乳酸を解重合してラクチドを生成させる、ラクチドの製造方法。
【００３２】
［５］  (1) 五単糖及び六単糖を含む培地でヘテロ乳酸発酵を行う微生物をアンモニアでｐＨをコントロールしながら培養し、乳酸アンモニウム、エタノール及び酢酸アンモニウムを生成させ、
乳酸アンモニウム及び酢酸アンモニウムとエタノールとを反応させ、乳酸エチル及び酢酸エチルを合成すると共に、アンモニアを回収し、さらに、
酢酸エチルを蒸留により除去し、
(2) 前記乳酸エステル（乳酸エチル）をモノブチル錫以外の触媒の存在下重縮合し、重量平均分子量１５，０００未満のポリ乳酸（乳酸プレポリマー）を得ると共に、生じるエタノールを回収し、
(3) 前記ポリ乳酸を解重合してラクチドを生成させる、ラクチドの製造方法。
【００３３】
［６］  前記工程(2) において、乳酸エステル及び／又はその重縮合物であるポリ乳酸（乳酸プレポリマー）を還流させながら重縮合を行う、上記［１］〜［５］のうちのいずれかに記載のラクチドの製造方法。
【００３４】
［７］  前記工程(2) において、乳酸エステルを重縮合する工程において、反応器の温度を逐次上昇させる、上記［１］〜［６］のうちのいずれかに記載のラクチドの製造方法。
【００３８】
［８］  上記［１］〜［７］のうちのいずれかに記載のラクチドの製造方法で得られたラクチドを開環重合させてポリ乳酸を得る、ポリ乳酸の製造方法。
【００３９】
前記工程(1) において、乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウムと、エタノールとを加圧条件下で反応させてもよい。
【００４０】
前記工程(1) において、乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウムと、エタノールとを反応させ、反応終了後、エタノールと乳酸エチルとをそれぞれ留出させ、
残った乳酸アンモニウム溶液に新たにエタノールを加えるか、又は、残った乳酸アンモニウム溶液に新たにエタノールと乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウムとを加え、再度乳酸アンモニウムとエタノールとを反応させ、この反応操作を繰り返し、乳酸エチルを合成する共に、アンモニアを回収してもよい。
【００４３】
乳酸アンモニウムとエタノールとを反応させてエステルを生成させる場合、例えば乳酸アンモニウムに対して５倍モルから２０倍モルのエタノールを加え、平衡をエステル側に傾ける方法が考えられる。
【００４４】
さらに、エタノールと生成した乳酸エチルを留去した後、反応器に残った未反応の乳酸アンモニウムに、新たな乳酸発酵液とエタノールとを加え反応させることにより、乳酸エチルの回収率を上げることができる。
【００４５】
この反応は、エタノールの沸点が７８℃と低いことから、加圧してエタノールの蒸気圧を上昇させ、反応温度を上げることによって、反応速度を上げることができる。この場合においても、脱離したアンモニアは圧力コントロールバルブから系外に取り出す。加圧の方法としては、エタノール自体の蒸気圧で上げる方法、窒素など不活性ガスで加圧する方法が良い。
【００４６】
乳酸アンモニウムとブタノールとを還流させながら反応させる方法では、反応器から蒸気化後に凝縮して分離器中に分離された水にアンモニアが飽和すると、上層のブタノール中にアンモニアが蓄積し反応が遅くなる。すなわち、分離器中の下層の水は、上層のブタノール中に存在するアンモニアを水側に抽出し、反応器中に戻るブタノール中に存在するアンモニア量を減らせる役目を果たしていると考えられる。従って、分離器中に溜まった下層の水を新たな水に置き換えることによって、この新たな水に上層のブタノール中のアンモニアを抽出し、アンモニア含量の低減されたブタノールを反応器中に戻すことにより、反応がさらに進行する。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照し説明する。図１は、本発明のラクチド製造方法又はポリ乳酸製造方法の工程の概略を示す図である。図２は、六単糖ヘテロ乳酸発酵を行う場合の本発明のラクチド製造方法又はポリ乳酸製造方法の工程の概略を示す図である。図３は、五単糖ヘテロ乳酸発酵を行う場合の本発明のラクチド製造方法又はポリ乳酸製造方法の工程の概略を示す図である。
【００４８】
（１）発酵乳酸のエステル化・脱アンモニア工程
本発明のラクチド製造方法又はポリ乳酸製造方法においては、発酵乳酸を用いる。乳酸には、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の光学異性体があるが、本発明においては、どちらの異性体のアンモニウム塩又は混合物を用いても良い。用いたアンモニウム塩のＬ／Ｄ比に応じて、得られるラクチドのＬ−ラクチド／メソ−ラクチド／Ｄ−ラクチドの比率が決定され、また、得られるポリ乳酸中のＬ−乳酸単位／Ｄ−乳酸単位の比率が決定される。Ｌ−乳酸単位又はＤ−乳酸単位のみを含むポリ乳酸は、結晶化し高融点が得られる。
【００４９】
グルコースなどの六単糖はヘテロ乳酸発酵により、１モルのグルコースから１モルの乳酸と１モルのエタノールになり、１モルの炭酸ガスが発生する。ヘテロ乳酸発酵をアンモニアで中和しながら行い、生成した乳酸アンモニウムをアルコール（エタノール）でエステル化し、乳酸エステル（エチル）とする。エステル化の際に生じるアンモニアを回収する。未反応アルコール（エタノール）を留去し、乳酸エステル（エチル）の精製を行う。
【００５０】
キシロースなどの五単糖はヘテロ乳酸発酵により、１モルのキシロースから１モルの乳酸と１モルの酢酸が生成する。ヘテロ乳酸発酵をアンモニアで中和しながら行い、乳酸アンモニウムと酢酸アンモニウムを生成させる。乳酸アンモニウムと酢酸アンモニウムをエタノールでエステル化し、乳酸エチル、酢酸エチルとする。エステル化の際に生じるアンモニアを回収する。未反応エタノールを留去し、蒸留により乳酸エチルの精製を行うと共に、酢酸エチルを除去・回収する。酢酸エチルは溶剤として有用である。
【００５１】
木質系バイオマスにはセルロース、ヘミセルロースが含まれており、糖化により六単糖及び五単糖が得られる。このように通常、木質を糖化した物にはグルコースなどの六単糖とキシロースなどの五単糖が混じっている。これをクロマト分離などによって精製し、六単糖又は五単糖を出発物として上述のようにヘテロ乳酸発酵を行ってもよい。あるいは、六単糖及び五単糖の混合物として、そのまま利用できればさらによい。
【００５２】
そこで、六単糖及び五単糖を含む混合物をヘテロ乳酸発酵を行ってもよい。ヘテロ乳酸発酵をアンモニアで中和しながら行い、六単糖からは乳酸アンモニウムとエタノールを生成させ、五単糖から乳酸アンモニウムと酢酸アンモニウムを生成させる。乳酸アンモニウムと酢酸アンモニウムをエタノール（発酵で得られるエタノールが十分な量でなければさらに加える）でエステル化し、乳酸エチル、酢酸エチルとする。エステル化の際に生じるアンモニアを回収する。未反応エタノールを留去し、蒸留により乳酸エチルの精製を行うと共に、酢酸エチルを除去・回収する。
【００５３】
上記のいずれの場合にも、乳酸アンモニウムのエステル化に際しては、乳酸アンモニウムに対して１〜３倍モルのアルコールを添加することが好ましい。また、特にエタノールを用いたエステル化の場合、加圧することにより、反応温度を上げることも好ましい。反応温度を上げることによって、反応速度を上げることができる。さらに、乳酸アンモニウムに対して０．１〜３倍モルの水と触媒量の硫酸などの強酸を加えてもよい。
【００５４】
ホモ型乳酸発酵を行う微生物としては、ラクトバチルス属( Lactobacillus ) の一部、ストレプトコッカス属( Streptococcus ) 、リゾプス属、バチルス属等が挙げられる。ヘテロ型乳酸発酵を行う微生物としては、ロイコノストック属、ラクトバチルス属( Lactobacillus ) の一部が挙げられる。用いる微生物の菌株によって、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸、ラセミ体ＤＬ−乳酸が得られるので、ポリ乳酸の使用目的によって菌株を選べば良い。
【００５５】
本方法においては、アンモニア水で中和された乳酸発酵液をそのまま原料として用いても良いし、遠心分離による微生物除去、活性炭処理、溶媒抽出、電気透析、膜濾過など従来公知の方法により前処理を行っても良い。
【００５６】
（２）乳酸エステルの重縮合・脱アルコール工程
得られた乳酸エステルを、１３０〜２２０℃に加熱し、圧力を常圧から５ｍｍＨｇ程度の減圧として、重縮合させ、重量平均分子量１５，０００未満、好ましくは重量平均分子量約１０００〜３５００の乳酸オリゴマー（乳酸プレポリマー）とする。モノマー及び重縮合により生じた乳酸オリゴマーを還流させ、アルコール（エタノール）を反応系外に除去・回収する。
【００５７】
また、重縮合では段階に別けて徐々に昇温することも好ましい。例えば、第１段１３５±３℃、第２段１５０±３℃、第３段１６０±３℃とすることが好ましい（実施例２）。重縮合工程はさらに多段階に行ってもよく、あるいは連続的に徐々に昇温を行ってもよい。例えば、第１段１３５±３℃、第２段１５０±３℃、第３段１６０±３℃、第４段１８０±３℃、第５段２００±３℃というような多段階の昇温も好ましい（実施例３）。また、加圧することにより、反応温度を上げることも好ましい。また、重合触媒を加えても良い。このような条件により、重量平均分子量約１０００〜３５００の乳酸オリゴマーが得られ、ラクチドとの沸点の差異が大きくなり、分離が容易となる。
【００５８】
（３）乳酸オリゴマーの解重合・分子内エステル化工程
得られた乳酸オリゴマーを解重合して分子内エステル化（環状二量化）させラクチドを生成させる。解重合は、乳酸オリゴマーをモノブチル錫以外の解重合触媒の存在下、処理すべき乳酸オリゴマーの溶融温度以上の温度に加熱すると共に、前記温度におけるラクチドの蒸気圧以下の圧力に減圧して、生成したラクチドを留去することによる。通常、５〜５０ｍｍＨｇの減圧下、１９０〜２００℃とすることが好ましい。高真空度の装置を用いることによりラクチドの収率が向上する。
【００５９】
重合触媒又は解重合触媒としては、周期律表ＩＡ族、IIＡ族、IIＢ族、IVＡ族、IVＢ族、ＶＡ族及びＶIIＡ族からなる群から選ばれる少なくとも一種の金属または金属化合物からなる触媒を用いることができる。
【００６０】
ＩＡ族に属するものとしては、例えば、アルカリ金属の水酸化物（例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等）、アルカリ金属と弱酸の塩（例えば、乳酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、オクチル酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、乳酸カリウム、酢酸カリウム、炭酸カリウム、オクチル酸カリウム等）、アルカリ金属のアルコキシド（例えば、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムエトキシド等）等が挙げられる。
【００６１】
IIＡ族に属するものとしては、例えば、有機酸のカルシウム塩（例えば、酢酸カルシウム等）が挙げられる。
【００６２】
IIＢ族に属するものとしては、例えば、有機酸の亜鉛塩（例えば、酢酸亜鉛等）が挙げられる。
【００６３】
IVＡ族に属するものとしては、例えば、モノブチル錫以外の有機スズ系の触媒（例えば、乳酸スズ、酒石酸スズ、ジカプリル酸スズ、ジラウリル酸スズ、ジパルミチン酸スズ、ジステアリン酸スズ、ジオレイン酸スズ、α−ナフエト酸スズ、β−ナフエト酸スズ、オクチル酸スズ等）の他、粉末スズ等が挙げられる。
【００６４】
IVＢ族に属するものとしては、例えば、テトラプロピルチタネート等のチタン系化合物、ジルコニウムイソプロポキシド等のジルコニウム系化合物等が挙げられる。
【００６５】
ＶＡ族に属するものとしては、例えば、三酸化アンチモン等のアンチモン系化合物等が挙げられる。
【００６６】
ＶIIＡ族に属するものとしては、例えば、有機酸のマンガン塩（例えば、酢酸マンガン等）が挙げられる。
【００６７】
これらはいずれも従来公知のポリ乳酸の重合用触媒であるが、これらの中でも、スズまたはスズ化合物からなる触媒が活性の点から特に好ましい。
【００６８】
本発明において、上記触媒は、処理すべき乳酸オリゴマーの１０-4〜１．０重量％の量で用いることが好ましい。より好ましい量は、０．００１〜０．０１重量％の量である。
【００６９】
（４）ラクチドの開環重合工程
得られたラクチドを公知の方法により開環重合させ、ポリ乳酸又はポリ乳酸共重合体を製造することができる。例えば、ラクチドをオクチル酸スズ触媒存在下、１６０〜１８０℃で重合させる。重量平均分子量が１０万〜１００万（ＧＰＣ、ポリスチレン換算）程度の高分子量ポリ乳酸が得られる。
【００７０】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
▲１▼エステル化・脱アンモニア工程
撹拌機、冷却管、温度計を備えた容積１０００ｍｌのフラスコに発酵法により製造したＬ−乳酸アンモニウム水溶液（６８％）４７２ｇとエタノール５００ｇを仕込み、反応液の温度を９０〜１００℃に保ちエタノールを３時間還流させ、エステル化した。このとき発生して冷却管で捕集されないアンモニウムを冷却管の先に設けた氷水を入れた洗気瓶にて回収した。アンモニアの回収率は９８％であった。
【００７１】
▲２▼未反応エタノール除去工程
▲１▼で得られた反応液温度を８０℃に保ち、未反応のエタノール３６０ｇを留去（回収）した。続いて、反応液温度を１２０℃に上昇させ、反応液中の水分１５０ｇを留去した。
【００７２】
▲３▼乳酸エチル精製工程
▲２▼で得られた反応液を５０ｍｍＨｇに減圧し、液温度を７０〜１００℃に保ち、単蒸留して精製Ｌ−乳酸エチル３５１ｇ（収率９９．２％）を得た。
【００７３】
▲４▼乳酸エチル重縮合工程
▲３▼で得られた精製Ｌ−乳酸エチル２３６ｇとオクチル酸スズ１．１８ｇを撹拌機、冷却管、温度計、窒素導入管を備えた容積５００ｍｌのフラスコに仕込み、液温を１６０℃に保ち、窒素気流下圧力を常圧から徐々に減圧し５時間かけて２００ｍｍＨｇにし、Ｌ−乳酸エチルの重縮合によって生じたエタノール９１ｇを留出させた。ＧＰＣで測定したところ得られた重縮合物は重量平均分子量３０００であった。
【００７４】
▲５▼ラクチド生成工程
▲４▼で得られた反応液を圧力５ｍｍＨｇ、液温２００℃に保ち、蒸留を行い本留分としてＬＬ−ラクチド１４２．９５ｇ（収率９９．３％、純度９９．８％）を得た。
【００７５】
▲６▼重合工程
▲５▼で得られたラクチド１０ｇとオクチル酸スズ０．２５ｇをねじ口試験管に仕込み、窒素置換した後、密栓し、１８０℃で２０分間重合を行った。得られたポリ乳酸は重量平均分子量が２５０，０００（ＧＰＣ、ポリスチレン換算）であった。
【００７６】
［実施例２］
▲１▼エステル化・脱アンモニア工程、▲２▼未反応エタノール除去工程、▲３▼乳酸エチル精製工程を、実施例１と全く同様に行った。
【００７７】
▲４▼乳酸エチル重縮合工程
▲３▼で得られた精製Ｌ−乳酸エチル２３６ｇを撹拌機、還流管、温度計を備えた容積５００ｍｌのフラスコに仕込み、液温を１３５℃から１６０℃に段階的に上昇させ、圧力を常圧から徐々に減圧し３時間かけて５ｍｍＨｇにした。この間にＬ−乳酸エチル及びＬ−乳酸エチルの重縮合により生成したＬ−乳酸オリゴマーをフラスコ内に還流させ、また生じたエタノールを系外に取り出すために還流管の冷却水温度を段階的に１０℃から６０℃に上昇させた。このとき生じたエタノール９１ｇは還流管の先に設けたコールドトラップに捕集した。ＧＰＣで測定したところ得られた重縮合物は重量平均分子量２８００であった。
【００７８】
▲５▼ラクチド生成工程
▲４▼で得られた反応液（Ｌ−乳酸オリゴマー）にオクチル酸スズ１．２ｇを添加し、圧力５ｍｍＨｇ、液温２００℃に保ち、蒸留を行い本留分としてＬＬ−ラクチド１４２．９５ｇ（収率９９．３％、純度９９．８％）を得た。
【００７９】
▲６▼重合工程
▲５▼で得られたラクチド１０ｇとオクチル酸スズ０．２５ｇをねじ口試験管に仕込み、窒素置換した後、密栓し、１８０℃で２０分間重合を行った。得られたポリ乳酸は重量平均分子量が２５０，０００（ＧＰＣ、ポリスチレン換算）であった。
【００８０】
［実施例３］
▲１▼エステル化・脱アンモニア工程、▲２▼未反応エタノール除去工程、▲３▼乳酸エチル精製工程を、実施例１と全く同様に行った。
【００８１】
▲４▼乳酸エチル重縮合工程
▲３▼で得られた精製Ｌ−乳酸エチル（光学純度９９．７％）２３６ｇを撹拌機、還流管、温度計を備えた容積５００ｍｌのフラスコに仕込み、常圧で液温を１３５℃から２２０℃に段階的に上昇させ、この間にＬ−乳酸エチル及びＬ−乳酸エチルの重縮合により生成したＬ−乳酸オリゴマーをフラスコ内に還流させ、また生じたエタノールを系外に取り出すために還流管の冷却水温度を８５℃に設定した。
次いで、圧力を常圧から徐々に減圧し３時間かけて５ｍｍＨｇにした。この間にＬ−乳酸エチルの重縮合により生成したＬ−乳酸オリゴマーをフラスコ内に還流させ、また生じたエタノールを系外に取り出すために還流管の冷却水温度を段階的に１０℃から６０℃に上昇させた。このとき生じたエタノール９１ｇは還流管の先に設けたコールドトラップに捕集した。ＧＰＣで測定したところ得られた重縮合物は重量平均分子量２８００であった。
この重縮合物の一部をサンプリングし、水酸化ナトリウムで加水分解した。加水分解により得られた乳酸のＬ−乳酸の光学純度は９９．５％であり、重縮合工程において光学純度の低下は見られなかった。
【００８２】
▲５▼ラクチド生成工程
▲４▼で得られた反応液（Ｌ−乳酸オリゴマー）にオクチル酸スズ１．２ｇを添加し、圧力５ｍｍＨｇ、液温２００℃に保ち、蒸留を行い本留分としてＬＬ−ラクチド１４２．９５ｇ（収率９９．３％、純度９９．８％）を得た。
【００８３】
▲６▼重合工程
▲５▼で得られたラクチド１０ｇとオクチル酸スズ０．２５ｇをねじ口試験管に仕込み、窒素置換した後、密栓し、１８０℃で２０分間重合を行った。得られたポリ乳酸は重量平均分子量が２５０，０００（ＧＰＣ、ポリスチレン換算）であった。
【００８４】
［実施例４］
グルコース５００ｇ、酵母エキス１００ｇ、ポリペプトン１００ｇを含む培地５Ｌをオートクレーブで滅菌し、ストレプトコッカス・フェーカリスを植菌した。３７℃で培養を行い、６Ｎのアンモニア水でｐＨ７．０にコントロールした。約１５時間で培養を終え、培養液を濃縮し、１０００ｇのエタノールを添加し、温度を９０〜１００℃に保ちエタノールを３時間還流させた。このとき発生して冷却管で捕集されないアンモニウムを冷却管の先に設けた氷水を入れた洗気瓶にて回収した。アンモニアの回収率は９８％であった。得られた反応液を８０℃に保ち、未反応のエタノール７５０ｇを留去（回収）した。続いて、反応液を１２０℃に上昇させ反応液中の水分１２０ｇを留去した。
【００８５】
得られた反応液を５０ｍｍＨｇに減圧し、液温度を７０〜１００℃に保ち、単蒸留して精製Ｌ−乳酸エチル６５０ｇを得た。
【００８６】
得られた精製Ｌ−乳酸エチル６５０ｇとオクチル酸スズ３．３ｇを撹拌機、冷却管、温度計、窒素導入管を備えた容積１０００ｍｌのフラスコに仕込み、液温を１６０℃に保ち、窒素気流下圧力を常圧から徐々に減圧し５時間かけて２００ｍｍＨｇにし、Ｌ−乳酸エチルの重縮合によって生じたエタノール２５０ｇを留出させた。ＧＰＣで測定したところ得られた重縮合物は重量平均分子量３２００であった。
【００８７】
得られた反応液を圧力５ｍｍＨｇ、液温２００℃に保ち、蒸留を行い本留分としてＬＬ−ラクチド３９３ｇを得た。
【００８８】
得られたＬＬ−ラクチド１０ｇとオクチル酸スズ０．２５ｇをねじ口試験管に仕込み、窒素置換した後、密栓し、１８０℃で２０分間重合を行った。得られたポリ乳酸は重量平均分子量が２００，０００（ＧＰＣ、ポリスチレン換算）であった。
【００８９】
［実施例５］
木質由来のキシロース４００ｇ、酵母エキス８０ｇ、ポリペプトン８０ｇを含む培地４Ｌをオートクレーブで滅菌し、ロイコノストック属を植菌した。３７℃で培養を行い、６Ｎのアンモニア水でｐＨ７．０にコントロールした。約２５時間で培養を終え、培養液を濃縮し、５００ｇのエタノールを添加し、温度を９０〜１００℃に保ちエタノールを３時間還流させた。このとき発生して冷却管で捕集されないアンモニウムを冷却管の先に設けた氷水を入れた洗気瓶にて回収した。アンモニアの回収率は９８％であった。得られた反応液を８０℃に保ち、未反応のエタノール２５０ｇを留去した。続いて、反応液を１２０℃に上昇させ反応液中の水分７５ｇを留去した。
【００９０】
得られた反応液を５０ｍｍＨｇに減圧し、液温度を７０〜１００℃に保ち、単蒸留して精製Ｌ−乳酸エチル３１０ｇと酢酸エチル２３０ｇを得た。
【００９１】
得られた精製Ｌ−乳酸エチル３１０ｇとオクチル酸スズ１．５ｇを撹拌機、冷却管、温度計、窒素導入管を備えた容積１０００ｍｌのフラスコに仕込み、液温を１６０℃に保ち、窒素気流下圧力を常圧から徐々に減圧し５時間かけて２００ｍｍＨｇにし、Ｌ−乳酸エチルの重縮合によって生じたエタノール１２０ｇを留出させた。（１２０ｇの新たなエタノールが得られた。）ＧＰＣで測定したところ得られた重縮合物は重量平均分子量２９００であった。
【００９２】
得られた反応液を圧力４ｍｍＨｇ、液温２１０℃に保ち、蒸留を行い本留分としてＬＬ−ラクチド２８３ｇを得た。
【００９３】
得られたＬＬ−ラクチド１０ｇとオクチル酸スズ０．２５ｇをねじ口試験管に仕込み、窒素置換した後、密栓し、１８０℃で２０分間重合を行った。得られたポリ乳酸は重量平均分子量が１９０，０００（ＧＰＣ、ポリスチレン換算）であった。
【００９４】
［実施例６］
木質由来のキシロース５０ｇ、グルコース３５０ｇ，酵母エキス８０ｇ、ポリペプトン８０ｇを含む培地４Ｌをオートクレーブで滅菌し、ロイコノストック属を植菌した。３７℃で培養を行い、６Ｎのアンモニア水でｐＨ７．０にコントロールした。約３０時間で培養を終え、培養液を濃縮し、４００ｇのエタノールを添加し温度を９０〜１００℃に保ちエタノールを３時間還流させた。このとき発生して冷却管で捕集されないアンモニウムを冷却管の先に設けた氷水を入れた洗気瓶にて回収した。アンモニアの回収率は９７％であった。得られた反応液を８０℃に保ち、未反応のエタノール４２６ｇを留去した。続いて、反応液を１２０℃に上昇させ反応液中の水分６０ｇを留去した。
【００９５】
得られた反応液を５０ｍｍＨｇに減圧し、液温度を７０〜１００℃に保ち、単蒸留して精製Ｌ−乳酸エチル２６０ｇ、酢酸エチル２０ｇ、エタノール４２６ｇを得た。
【００９６】
得られた精製Ｌ−乳酸エチル２６０ｇとオクチル酸スズ１．３ｇを撹拌機、冷却管、温度計、窒素導入管を備えた容積１０００ｍｌのフラスコに仕込み、液温を１６０℃に保ち、窒素気流下圧力を常圧から徐々に減圧し５時間かけて２００ｍｍＨｇにし、Ｌ−乳酸エチルの重縮合によって生じたエタノール１００ｇを留出させた。ＧＰＣで測定したところ得られた重縮合物は重量平均分子量２５００であった。
【００９７】
得られた反応液を圧力５ｍｍＨｇ、液温２００℃に保ち、蒸留を行い本留分としてＬＬ−ラクチド３１４ｇを得た。
【００９８】
得られたＬＬ−ラクチド１０ｇとオクチル酸スズ０．２５ｇをねじ口試験管に仕込み、窒素置換した後、密栓し、１８０℃で２０分間重合を行った。得られたポリ乳酸は重量平均分子量が２２０，０００（ＧＰＣ、ポリスチレン換算）であった。
【００９９】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施することができる。そのため、前述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変更は、すべて本発明の範囲内のものである。
なお、［実施例１］、［実施例２］、［実施例３］、及び［実施例４］は参考例である。
【０１００】
【発明の効果】
本発明によれば、乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウムからラクチドを一貫的に製造する方法、及び乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウムからポリ乳酸を一貫的に製造する方法が提供される。
【０１０１】
本方法では、発酵乳酸からの乳酸アンモニウムをそのままエステル化するので、従来法のように乳酸塩を乳酸のフリー体に変換する操作が不要である。そのため、ラクチド製造やポリ乳酸製造における工程が削減され、より安価にラクチド及びポリ乳酸を製造することができる。
【０１０２】
また、本方法では中性の乳酸アンモニウムを原料として用いるので、反応容器や各種配管にチタン製やガラス製等の耐酸性のものが必要ではなくなった。従って、乳酸フリー体を原料としていたために耐食性の反応容器や各種配管を必要としていた従来法に比べ、製造設備の投資が少なくて済み経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のラクチド製造方法又はポリ乳酸製造方法の工程の概略を示す図である。
【図２】  六単糖ヘテロ乳酸発酵を行う場合の本発明のラクチド製造方法又はポリ乳酸製造方法の工程の概略を示す図である。
【図３】  五単糖ヘテロ乳酸発酵を行う場合の本発明のラクチド製造方法又はポリ乳酸製造方法の工程の概略を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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