乳酸及聚乳酸的制造方法
【专利说明】
[0001] 本申请是国际申请号为PCT/JP2009/071572、国际申请日为2009年12月25日的 PCT国际申请进入中国阶段后国家申请号为200980152863. 8、发明名称为"乳酸及聚乳酸 的制造方法"的申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明设及乳酸的制造方法、W利用所述乳酸的制造方法得到的乳酸为原料的聚 乳酸制造方法、W及分别通过运些方法得到的乳酸及聚乳酸，其中所述乳酸的制造方法中 通过对培养具有乳酸生产能力的微生物而得到的发酵液中所生产的乳酸进行分离来制造 乳酸。
【背景技术】
[0003] 对于乳酸而言，除了食品用、医药用等用途W外，其作为聚乳酸（其为生物降解塑 料）用单体原料而广泛适用于工业用途，且其需求不断增加。已知乳酸是通过利用微生物 的发酵而生产的，微生物将含有W葡萄糖为代表的碳水化合物的基质转换为乳酸。
[0004] 为了得到作为聚乳酸原料的乳酸，根据其需要量，要求生产率高的乳酸制造方法。 为了提高乳酸的生产率，除了需要微生物发酵中的产糖率高W外，还需要每单位时间、每单 位体积的乳酸生产速度快，专利文献1中公开了一种通过利用多孔膜的培养装置来提高生 产速度的方法。
[0005] 可W利用对交醋（其为乳酸的环状二聚体）进行开环聚合的方法或对原料乳酸进 行直接聚合的方法来制造聚乳酸。交醋法是运样的方法：使乳酸暂时低聚物化，然后使其 解聚，并分离生成的交醋，在催化剂的存在下进行开环聚合；交醋法的聚合工艺繁杂且需要 极多的人力和开支。另外，通过该工艺中的交醋分离操作，可W除去原料乳酸中的杂质，因 此，原料乳酸可W利用品质较低的乳酸，但由于原料乳酸中的无机离子等杂质的原因，会导 致目标交醋的收率降低，因此，要求原料乳酸的杂质少。另一方面，直接聚合法（直聚法） 为在催化剂存在下将原料乳酸进行直接脱水缩聚的方法，与交醋法相比，可W期待直接聚 合法能够简化工艺，但作为原料乳酸，需要采用预先除去阻碍聚合的杂质的高品质乳酸。因 此，乳酸的精制效率对交醋及聚乳酸的生产率的提高产生影响。
[0006] 由于利用微生物发酵来进行的乳酸生产可W在通过向培养液中添加碱性物质而 使微生物发酵保持在最佳抑的同时进行，因此，作为向培养液中添加的碱性物质的例子 之一，可W使用氨氧化巧，此时，利用微生物发酵生产的乳酸在培养液中W乳酸巧的形式存 在。然后，通过向培养完成后的培养液中添加酸性物质（例如，硫酸），可W得到游离的乳酸 溶液，但会导致生成作为杂质的巧盐副产物（例如，硫酸巧）。
[0007] 作为除去生成的巧盐副产物并分离乳酸的方法，在诸如硫酸巧之类的巧盐为难溶 性且沉淀的情况下，可采用利用定性滤纸等进行过滤除去的方法，但会导致溶解在溶液中 的微量的巧盐无法除去而残留在含有乳酸的溶液中。因此，存在如下问题：在（例如）其后 的精制工序中对该含有乳酸的滤液进行浓缩操作时，在含有游离的乳酸的溶液中巧盐或巧 盐W外的溶解性无机盐会再次析出（沉淀）。而且，已知的是，在没有充分除去无机离子的 状态下直接利用蒸馈等操作加热含有乳酸的溶液时，会因无机离子的影响而使乳酸发生外 消旋化及低聚物化。
[0008] 作为从含有乳酸的溶液中除去微量的无机离子成分的方法，公开了使用离子交换 树脂的方法（例如，参照专利文献2)。但是，为了保持离子交换树脂的离子交换性能，需要 定期对离子交换树脂进行再生。另外，离子交换树脂的再生存在如下问题：使用大量的氨氧 化钢水溶液及盐酸水溶液来进行，伴随着再生，排出大量的废液，废液处理需要巨额成本。 而且，反复进行离子交换树脂的再生时，除了离子交换树脂的再生率降低W外，还存在离子 交换性能降低、无机盐的除去率降低之类的问题。
[0009] 另外，还已知有利用使用了电透析装置的双极膜从含有乳酸的溶液中除去微量的 巧成分等无机离子成分的方法（例如，参照专利文献3)。但是，对于在该方法中所使用的双 极膜而言，除了价格昂贵W外，还存在巧盐等无机盐的除去效率不一定高之类的问题。
[0010] 另外，公开了一种使用纳米滤膜从含有乳酸的溶液中除去无机盐的方法（例如， 参照专利文献4~6)，但没有公开利用蒸馈回收乳酸的工序、蒸馈对乳酸的收率造成的影 响，也没有公开所得到的乳酸是否可应用于在工业水平下的利用直聚法的聚乳酸的制造 中。
[0011] 另外，专利文献7~10虽然公开了在利用乳酸的直接脱水缩聚而得到高分子量的 聚乳酸时，需要使特定的杂质为特定量W下，但没有公开杂质对热稳定性、机械强度、色调 的影响，它们是聚乳酸的加工性中的重要因素。
[001引[现有技术文献]
[0013] [专利文献]
[0014] [专利文献 l]W02007/097260
[0015] [专利文献2]日本特表2001-506274号公报
[0016] [专利文献3]日本特开2005-270025号公报
[0017] [专利文献 4]US5503750
[0018] [专利文献 5]US5681728
[0019] [专利文献 6] US2004/0033573
[0020] [专利文献7]日本特开平6-279577号公报
[0021] [专利文献引日本特开平7-133344号公报
[0022] [专利文献9]日本特开平8-188642号公报 [002引[专利文献10]日本特开平9-31170号公报
【发明内容】
[0024] 本发明要解决的技术问题
[00巧]本发明中的技术问题之一在于，提供乳酸的制造方法、W及使用了该乳酸的交醋 及聚乳酸的制造方法，所述乳酸的制造方法的生产率高并且可W适用于工业水平下的利用 直聚法的聚乳酸的制造，而且所述乳酸的制造方法可W W高收率合成交醋。本发明进一步 提供其中特定的杂质为特定量W下的乳酸、W及W所述乳酸为原料而得到的交醋及聚乳 酸，W解决获得具有优异的热稳定性、机械强度、色调的聚乳酸的技术问题。
[002引解决问题的手段
[0027] 为了解决上述技术问题，本发明人进行了潜屯、研究，结果发现，通过在利用多孔膜 的连续培养装置中培养具有乳酸生产能力的微生物，可W在透过液中W高收率且高生产速 度得到乳酸，进一步通过将所得到的透过液供给至纳滤工序及蒸馈工序，得到可应用于直 聚法、并且可W高收率进行交醋的合成的乳酸。另外发现，如果W其中特定的杂质为特定量 W下的乳酸为聚乳酸的原料，则可W W高收率得到色调优异的交醋、W及具有优异的热稳 定性、机械强度、色调的聚乳酸，从而完成本发明。
[0028]旨P，本发明由W下的（1)~（15)构成。
[002引 （1) 一种乳酸的制造方法，其包括下述工序（A)~似：
[0030] (A)连续发酵工序，其中，使用平均微孔径大于或等于0.0 l ym而小于1 ym的多孔 膜并在膜间压力差为0. 1至20kPa的范围内对具有乳酸发酵能力的微生物的发酵培养液进 行过滤处理，在回收透过液的同时将未透过的液体保持在培养液中或进行回流，且在培养 液中追加发酵原料；
[003。度）过滤工序，其中将工序（A)中所得到的透过液通过纳滤膜进行过滤；
[003引 似乳酸回收工序，其中将工序做中所得到的透过液在压力大于或等于IPa而小 于或等于大气压、且溫度大于或等于25°C而小于或等于200°C的条件下进行蒸馈W回收乳 酸。
[003引 似如（1)所述的乳酸的制造方法，其特征在于，将所述工序（A)中得到的透过液 的抑调节为大于或等于2而小于或等于4. 5,并供给至所述工序度）。
[0034]做如（1)或似所述的乳酸的制造方法，其特征在于，所述工序（A)为在巧盐存 在下的连续发酵工序，并且将工序值）之后所得到的含有乳酸的溶液供给至所述工序度)， 其中在所述工序值）中，将所述工序（A)中所得到的透过液中的巧成分W难溶性硫酸盐的 形式除去。
[00对 （4)如（1)~做中任一项所述的乳酸的制造方法，其中，在操作压力为0. 5MPa、 原水溫度为25°C、原水浓度为1000 ppm的条件下，所述纳滤膜的硫酸儀透过率与巧樣酸透 过率之比大于或等于3。
[003引 妨如（1)~（4)中任一项所述的乳酸的制造方法，其中，在操作压力0. 5MPa、原 水溫度为25°C、原水浓度为1000 ppm的条件下，所述纳滤膜的硫酸儀透过率为1. 5% W下。
[0037] (6)如（1)~妨中任一项所述的乳酸的制造方法，其特征在于，所述纳滤膜的膜 原料含有聚酷胺。
[0038] (7)如（6)所述的乳酸的制造方法，其特征在于，所述聚酷胺W交联赃嗦聚酷胺为 主成分、且含有化学式1所示的构成成分。
[0039][化学式1]
[0040]
[00川（式中，R表示-H或-邸3, n表示0至3的整数。）
[004引 做一种交醋的制造方法，其特征在于，W利用（1)~（7)中任一项所述的乳酸制 造方法而得到的乳酸为原料。
[0043] (9) -种聚乳酸的制造方法，其特征在于，对利用（8)所述的交醋制造方法而得到 的交醋进行聚合。
[0044] (10) -种聚乳酸的制造方法，其特征在于，通过直接脱水缩聚反应对利用（1)~ (7)中任一项所述的乳酸制造方法而得到的乳酸进行聚合。
[004引 （11) 一种乳酸，其中，作为90%乳酸水溶液中的杂质，含有：7化pm W下的甲醇、 SOOppm W下的丙酬酸、15卵m W下的慷醒、15卵m W下的5-径甲基慷醒、eOOppm W下的乳酸 甲醋、500卵m W下的乙酸、化及500卵m W下的2-径基下酸。
[0046] (12)如（11)所述的乳酸，其光学纯度为90% W上。
[0047] (13) -种交醋，其W (11)或（12)所述的乳酸为原料而得到。
[004引 （14) 一种聚乳酸，其是使用（11)或所述的乳酸、或（蝴所述的交醋作为原 料而得到的。
[0049] (15) -种聚乳酸，其是使用（11)或（12)所述的乳酸作为原料、通过直接脱水缩聚 反应而得到的。
[0050] 发明效果
[0051] 根据本发明，可WW简便的操作制造高品质的乳酸，可W提高聚乳酸（其为生物 降解性的通用塑料）的生产率。另外，如果W其中特定的杂质为特定量W下的乳酸作为聚 乳酸的原料，则可W得到具有优异的热稳定性、机械强度、色调的聚乳酸。
[0052] 附图简要说明
[0053][图1]是示出本发明所使用的连续培养装置的一个实施方案的概略示意图。
[0054][图2]是示出在本发明的实施例1中进行的连续培养的乳酸蓄积浓度、乳酸生产 速度的图。
[0055][图3]是示出本发明中使用的纳滤膜分离装置的一个实施方案的概要图。
[0056][图4]是本发明中使用的纳滤膜分离装置的安装有纳滤膜的单元剖面图的一个 实施方案的概要图。 具体实施方案
[0057] W下对本发明进行更详细地说明。
[005引[乳酸的制造方法]
[0059] 本发明的乳酸制造方法包括下述工序（A)~（C):
[0060] (A)连续发酵工序，其中，使用平均微孔径大于或等于0.0 l ym而小于1 ym的多孔 膜并在膜间压力差为0. 1至20kPa的范围内对具有乳酸发酵能力的微生物的发酵培养液进 行过滤处理，在回收透过液的同时将未透过的液体保持在培养液中或进行回流，且在培养 液中追加发酵原料；
[006。 做过滤工序，其中将工序（A)中所得到的透过液通过纳滤膜进行过滤；
[006引 似乳酸回收工序，其中将工序做中所得到的溶液在压力大于或等于IPa而小 于或等于大气压、且溫度大于或等于25°C而小于或等于200°C的条件下进行蒸馈W回收乳 酸。
[0063] 对在工序（A)中使用的具有乳酸发酵能力的微生物进行说明。对具有乳酸发酵能 力的微生物没有特别限定，只要是可W生产乳酸的微生物即可，优选可W使用乳酸菌或人 为地赋予或增强乳酸发酵能力后的微生物。
[0064] 本文中，所谓乳酸菌可W被定义为运样的原核微生物，相对于所消耗的葡萄 糖，该原核微生物能够产生W产糖率计为50% W上的乳酸。作为优选的乳酸菌，可W列 举（例如）属于乳杆菌属（Genus Lactobacillus)、片球菌属（Genus Pediococ州S)、 嗜盐四链球菌属（Genus Tetragenococ州S)、肉杆菌属（Genus Carnobacterium)、漫游 球菌属（Genus Vagococcus)、明串珠球菌属（Genus Leuconostoc)、酒球菌属（Genus Oenococ州S)、阿托波氏菌属（Genus Atopobium)、链球菌属（Genus Str巧tococ州S)、肠 球菌属（Genus Elnterococ州S)、乳球菌属（Genus Lactococ州S)、芽抱乳杆菌属（Genus Sporolactobacillus)及芽胞杆菌属（Genus Bacillus)的乳酸菌。在运些乳酸菌中，可W 通过选择乳酸的产糖率高的乳酸菌来优选地用于乳酸的生产。进而，可W通过选择k乳酸 或D-乳酸的产糖率高的乳酸菌来优选地用于光学纯度高的乳酸的生产。
[00财作为k乳酸的产糖率高的乳酸菌，可W列举（例如）山梨乳杆菌化actobacillus yamanashiensis)、动物乳杆菌（Xactobacillus animalis)、敏捷乳杆菌（Xactobacillus agilis)、鸟乳杆菌（Xactobacillus aviaries)、干酪乳杆菌（Xactobacillus casei)、德 式乳杆菌（Xactobacillus de化ruekii)、副干酪乳杆菌（Xactobacillus paracasei)、鼠 李糖乳杆菌（Xactobacillus rhamnosus)、瘤胃乳杆菌（Xactobacillus ruminis)、唾液乳 杆菌（Xactobacillus salivarius)、沙氏乳杆菌（Xactobacillus sha巧eae)、糊精片球菌 (Pediococ州S dextrinicus)及乳酸乳球菌（Xactococ州S Iactis)等，可W选择运些乳酸 菌用于k乳酸的生产。
[006引作为D-乳酸的产糖率高的乳酸菌，可W列举（例如）芽抱乳杆菌 (Sporolactobacillus laebolacticus)、菊糖芽抱乳杆菌（Sporolactobacillus inulinus)、保加利亚乳杆菌（Xactobacillus bulgari州S)、干酪乳杆菌（Xactobacillus casei)、德式乳杆菌（Xactobacillus de化ruekii)及乳酸乳球菌（Xactococ州S Iactis) 等，可W选择运些乳酸菌用于D-乳酸的生产。
[0067] 作为人为地赋予或增强乳酸发酵能力的微生物，可W使用（例如）导入利用目前 已知的药物变异得到的微生物或乳酸脱氨酶（W下，有时称为LDH)基因而赋予或增强乳酸 发酵能力的微生物。优选的是，可W列举通过将LDH组装到细胞内而增强了乳酸发酵能力 的重组微生物。
[0068] 作为所述重组微生物的宿主，优选作为原核细胞的大肠菌、乳酸菌、及作为真核细 胞的酵母等，更优选酵母。酵母中，优选属于酿酒酵母属（Genus Saccharomyces)的酵母， 进一步优选酿酒酵母菌（Saccharomyces cerevisiae)。
[0069] 对本发明中使用的LDH基因没有特别限定，只要其编码具有将还原型烟酷胺腺嚷 岭二核巧酸（NADH)和丙酬酸转换为氧化型烟酷胺腺嚷岭二核巧酸（NAD+)和乳酸的活性的 蛋白质即可。例如，可W使用来自于k乳酸的产糖率高的乳酸菌的kLDH基因或来自于 D-乳酸的产糖率高的乳酸菌的D-LDH基因。另外，作为kLDH基因，可W优选使用来自牛、 人或蛙等真核生物的基因，更优选使用来自非洲爪赡的基因。作为组装有来自于蛙的kLDH 基因的微生物的例子，可W列举日本特开2008-029329号公报所公开的基因重组酵母。
[0070] 本发明中所使用的LDH基因中，还包含遗传多态性或利用诱变等形成的变异型的 基因。遗传多态性是指通过基因上的自然突变而导致一部分基因的碱基序列发生变化。 另外，诱变是指人为地在基因中导入变异。对诱变而言，例如，有使用位点特异性变异导 入用试剂盒（Mutan-K(Takara-Bio公司制））的方法、或使用随机变异导入用试剂盒度D Diversify PCR Random Mutagenesis(化ONTECH公司制））的方法等。另外，对于本发明中 使用的LDH而言，只要其编码具有将NADH和丙酬酸转换为NAD+和乳酸的活性的蛋白质，那 么在部分碱基序列中也可W存在缺失或插入。
[0071] 接着，对在工序（A)中使用的多孔膜进行说明。对用作分离膜的多孔膜而言，希望 是运样的多孔膜，其不容易被具有乳酸发酵能力的微生物堵塞、而且具有过滤性能可长期 稳定地持续的性能。因此，对于