JP3502419B2 - 乳酸および乳酸エステルの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新規な乳酸または乳酸
エステルの製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】現在、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ている。

【０００３】また、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または乳酸ブチルなどのエステル
類は安全性の高い溶剤、洗浄剤としての用途が広がって
いる。さらに乳酸のポリマーであるポリ乳酸は、生分解
性ポリマーとしての用途が拡大するものとして期待され
ている。

【０００４】また、今日得られる乳酸としては、石油化
学製品から化学合成によって製造される乳酸と発酵によ
り製造される乳酸がある。このうち石油化学製品から化
学合成によって製造される乳酸は、一般に乳酸エステル
の形で精製されるため高純度であるが、ラセミ体であ
り、光学活性を有しない。一方、発酵により製造される
乳酸は、Ｌ体またはＤ体の光学活性体およびラセミ体が
存在し、発酵に使用する微生物の種類により自由に必要
とする光学活性体を調製できるが、一般に精製が容易で
なく、その品質は合成品より劣っており、医薬または農
薬に用いるには充分なものでなかった。すなわち、食
品、一般工業用としては、上記化学合成によって製造さ
れるラセミ体の乳酸またはそのエステルで全く差し支え
ないが、医薬、農薬の原料として利用される場合あるい
は分解性高分子材料としてのポリ乳酸の原料とする場合
には高い光学活性を持つ高純度の乳酸またはそのエステ
ルが必要とされる。

【０００５】しかしながら、こうした光学活性を持つ乳
酸は、現在のところ発酵法でしか生産することができな
いのが現状であり、発酵により製造される光学活性を持
つ乳酸としては、現在、糖質や澱粉などを原料として乳
酸菌を用いる発酵法により製造されているが、その製造
方法は、原料に乳酸菌の栄養源としてホエー、コーンス
チープリカーまたは酵母エキスなどを用い、また生成す
る乳酸の中和剤として炭酸カルシウムを添加し、乳酸菌
を接種して乳酸発酵を行い、発酵が終了した時点で乳酸
カルシウムを含む発酵液に硫酸を添加して石膏を沈澱さ
せることによって乳酸を遊離させ、次いで石膏、菌体な
どの固形分を濾別して粗精製の乳酸とした後に、エーテ
ル抽出、活性炭処理などを経て精製するのが一般的であ
り、医薬および農薬の原料あるいは分解性高分子材料と
してのポリ乳酸の原料として要求される高純度の光学活
性を有する乳酸またはそのエステルを容易に精製するこ
とはできていない。

【０００６】そのため、高純度の光学活性を有する乳酸
を容易に製造する方法の開発が医薬、農薬分野において
強く求められている。

【０００７】こうした、高純度の光学活性を有する乳酸
を容易に製造する方法として、生成する乳酸の中和剤と
して炭酸カルシウムの代わりにアンモニアまたは水酸化
ナトリウムを用いて発酵を進め、乳酸アンモニウムまた
は乳酸ナトリウムとし、限外濾過により、これらの乳酸
塩を他の培地成分と分離した後にイオン交換により遊離
の乳酸を得る方法（特開昭６３−３８号）、さらに粗精
製の乳酸を乳酸亜鉛などの比較的溶解度の低い塩の形に
して晶析により高純度としてから遊離の乳酸とする方法
（特開昭６３−１８８６３２号）などが記載されてい
る。

【０００８】しかしながら上記記載の方法では、新たに
以下の（１）〜（３）に示すような問題点を有してい
る。

【０００９】（１）発酵中のｐＨ調整のためには、生成
する乳酸とほぼ等量のアルカリを必要とするが、上記記
載の方法では、さらに生成した乳酸塩より乳酸を遊離さ
せるために当量の酸を必要とする。また、この際に副生
する石膏、硫安および硫酸ナトリウムなどの無機塩を適
切に処分しなければならず、精製が充分には容易なもの
でない。

【００１０】（２）上記記載の膜分離やイオン交換によ
る方法では高純度精製された乳酸は、なお得ることがで
きず、高純度で異臭もなく充分に熱安定性を持つような
乳酸を得るには粗精製の乳酸をエタノールまたはメタノ
ールなどのアルコールによりエステル化し、さらに蒸留
により精製された乳酸エステルを得た後、これを加水分
解する必要があるなど多くの操作を要する。

【００１１】しかも、高純度の乳酸を得るためのエステ
ル化や蒸留を行うためには、あらかじめ粗精製を行うこ
とが必要であり、経済的でない上に、特開昭５８−５６
６９０号に記載されているように、通常の発酵法で得ら
れた不純物を含む乳酸をエステル化する際と同様に、粗
精製後の乳酸に含まれる糖、菌体およびその他栄養源由
来の不純物のため蒸留塔および反応釜などに付着物が多
く、これらが反応釜壁に固着することにより、運転上の
トラブルの原因となるなどの問題も生じ、高純度の乳酸
を得ることは困難となる。

【００１２】（３）乳酸カルシウム、乳酸亜鉛などの形
で晶析分離により精製する方法では、乳酸の母液中への
ロスが多くなるため、乳酸の収率が低下するなど経済的
とはいえない。

【００１３】また、上記記載の方法とは別に、乳酸アン
モニウムがアルコールにより直接にエステル化されるこ
とは以前より知られている（INDUSTRIAL AND ENGINEERI
NG CHEMISTRY VOL.44,No.9 2189-2191 Sept.1952) 。

【００１４】しかしながら、こうしたアルコールによる
エステル化を、実際に乳酸発酵液からの乳酸エステルの
合成または乳酸の精製に応用するには、後述するように
本発明者らが見出だしてなるアルコールを使用すること
に伴う多くの課題を解決する必要があり、さもなけれ
ば、単にアルコールを加えてエステル化しただけでは乳
酸エステルの収率は低く、工業的に満足のゆく収率は達
成できないものである。

【００１５】さらに、ＷＯ９３／００４４０には、コッ
クリーム(COCKREM) らにより、乳酸アンモニウムを含む
発酵液にブタノールおよび硫酸を加え、脱水、エステル
化を行いつつ、硫安を晶析させて、これを濾過により分
離して上澄液を蒸留する方法が提案されている。

【００１６】なお、当該文献中において、炭素数４以上
のアルコール（例えば、ブタノール）による乳酸のエス
テル化については、該アルコールと水の共沸を利用して
脱水を進めることができるため、より低級なアルコール
よりもプロセス上有利にできることはすでに公知のこと
として記載されている。同様に、乳酸のエステル化を、
硫酸、酸性硫安、パラトルエンスルホン酸などの酸性触
媒下で行うことも、従来より広く行われている。

【００１７】したがって、上記方法による特徴として
は、ブタノール、乳酸ブチルの有機溶媒中で、硫安が、
比較的大きな結晶として析出するために、従来の石膏を
沈殿濾過する方法よりも、濾過性が良好となることおよ
び硫安の晶析と同時にエステル化ができるため、充分に
満足な収率で、高純度の乳酸エステルを得ることができ
るとする点にあるといえる。

【００１８】しかしながら、上記方法では、発酵に使用
するアンモニアは、すべて硫安として回収する必要があ
るために、アンモニアの発酵へのリサイクルができず、
また廃棄物の量が多いという欠点を有している。

【００１９】また、エステル化の後に培地を再度中和
し、多量の硫安などの固形分を濾過しなければならず、
さらに該固形分を廃棄物処理するか、あるいは他の用途
に使用するには、そこに含まれるブタノールなどを除去
する必要があるため、工程が多くなる欠点も有してい
る。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上記の諸問題に鑑み、
本発明の目的は、新規な乳酸および乳酸のエステルの製
造方法を提供することにある。

【００２１】また本発明の他の目的は、微生物による乳
酸発酵を用いる乳酸または乳酸エステルの製造におい
て、簡単な装置および操作により、精製に関わるコスト
を低減すると同時に、副生成物の発生量が少なく高収率
で、かつ高純度の光学活性を有する乳酸を容易に精製す
ることのできる方法を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記諸目的を達成するた
めに、本発明者らは新規な乳酸および乳酸のエステルの
製造方法について鋭意検討した結果、乳酸菌などによる
乳酸発酵において、乳酸発酵時の培地のｐＨ調整をアン
モニアを用いて行い、（１）乳酸アンモニウムを含む発
酵液に炭素数が４または５のアルコールを直接添加して
加熱すると乳酸と該アルコールとのエステル化反応が行
なわれ、（２）この際に過剰分のアルコールと水が共沸
するが、この共沸組成蒸気は冷却すると容易に二層分離
するためにアルコールを反応部へ還流し易く、（３）ま
た、乳酸と該アルコールのエステル化反応と同時に、ア
ンモニアの大部分が遊離して容易に回収することがで
き、（４）さらにアンモニアの遊離が終わった後で残存
するアンモニアに対して僅かに過剰な量の鉱酸を添加し
て酸触媒とし、加熱を続けることにより乳酸エステルの
合成収率を上げることができ、また、ここで生成する副
生塩の量も少なくてすみ、（５）この反応液からは容易
に乳酸エステルを蒸留分離することができ、その際に反
応器内壁への不純物の付着がほとんどなく、該乳酸エス
テルは蒸留によって容易に高純度精製することができ、
また乳酸は該乳酸エステルを加水分解することによって
容易に得ることができることを知り、この知見に基づき
本発明を完成するに至ったものである。

【００２３】すなわち、本発明の目的は、（１） 微生
物による乳酸発酵を含むプロセスにおいて、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の溶液、該乳酸アン
モニウムの濃縮液およびそれらから発酵に用いた微生物
を含む固形分を除去した液よりなる群から選ばれた少な
くとも１種の液に炭素数が４または５であるアルコール
を添加し、加熱することにより脱水および乳酸と該アル
コールのエステル化反応を行わしめると同時にアンモニ
アを遊離、回収し、上記のエステル化反応によって
得られた溶液に鉱酸を添加して酸性下に加熱、脱水を行
い、該乳酸と該アルコールのエステル化を促進、完了さ
せることを特徴とする乳酸エステルの製造方法により達
成される。また、このエステル化反応液からは、蒸留に
より簡単に乳酸エステルを分離精製することができる。

【００２４】また本発明の目的は、（２） アルコール
の添加量が、乳酸に対して１．５〜４倍モルである上記
（１）に示す乳酸エステルの製造方法によっても達成さ
れる。

【００２５】さらに本発明の目的は、（３） アルコー
ルが、ｎ−ブタノールである上記（１）または（２）に
示す乳酸エステルの製造方法によっても達成される。

【００２６】さらにまた本発明の目的は、（４） 上記
（１）ないし（３）のいずれかに示す方法によって製造
した乳酸エステルを加水分解する乳酸の製造方法によっ
ても達成される。

【００２７】

【作用】以下、本発明について詳しく説明する。

【００２８】本発明に用いられる微生物による乳酸発酵
としては、特に限定されることなく、いかなる乳酸発酵
法をも用いることができ、例えば、シュークロース、ラ
クトース、グルコースおよび／または澱粉などを主原料
とし、さらに酵母エキス、コーンスチープリカーなどの
乳酸菌の栄養源や培養に必要な無機塩などを添加した培
地に、ラクトバシラス(Lactobacillus) またはラクトコ
ッカス(Lactococcus)などのいわゆる乳酸菌、またはリ
ゾプス オリザエ(Rhizopus oryzae) など乳酸発酵能を
持つ菌体などを接種して発酵を行わせるような方法など
を用いることができる。

【００２９】本発明に用いられる微生物による乳酸発酵
を含むプロセスにおいては、まず第１工程として、生成
する乳酸量に応じて乳酸発酵時の培地のｐＨ調整をアン
モニア水によって行う、いわゆる発酵工程が行われる。

【００３０】該発酵工程で用いられるアンモニアとして
は、アンモニアガスやアンモニア水など気体、液体など
の状態を問わず用いることができるが、操作の簡単なア
ンモニア水を用いることが望ましい。該アンモニア水の
場合には、該濃度は特に限定されるものでないが、通
常、２０〜３０％の範囲である。また、リゾプス オリ
ザエ(Rhizopus oryzae) など乳酸発酵能を持つ菌体で
は、好気性であるため液体培地を用いる際に、該培地を
通気する必要があり、この際に併せてアンモニアガスも
該培地中に吹き込むことでｐＨを調節することも可能で
ある。

【００３１】また、該発酵工程での乳酸発酵時の培地の
ｐＨは、用いる微生物の種類および発酵条件などにより
異なるため各条件に応じて任意に決定されるものである
が、通常４〜７、好ましくは５．５〜６．５の範囲に調
整される。該ｐＨが４未満の場合には、発酵速度が低下
し、最終的には用いる微生物が死滅するなど好ましくな
い。また、該ｐＨ値は、常に一定値を保持する必要はな
く、例えば、リゾプスオリザエ(Rhizopus oryzae) など
乳酸発酵能を持つ菌体の培地ｐＨでは、該菌体の培養に
おける最適ｐＨにコントロールしても良いが、該菌体が
ペレットを形成する一定期間については菌糸の生育をお
さえることによって、全体的に均一な形状、大きさのペ
レットを形成させることが好ましいことから、該培地ｐ
Ｈをやや低く保つなどしてｐＨを任意に調整することも
可能である。

【００３２】次に、本発明に用いられる微生物による乳
酸発酵を含むプロセスにおいては、第２工程として、発
酵により得られる乳酸アンモニウムの溶液、該乳酸アン
モニウムの濃縮液、またはそれらから発酵に用いた微生
物を含む固形分を除去した液より選ばれた少なくとも１
種の液に炭素数が４または５であるアルコールを添加
し、加熱することにより脱水および乳酸と該アルコール
のエステル化反応を行わしめると同時にアンモニアを遊
離、回収する、いわゆる脱アンモニア工程が行われる。

【００３３】該脱アンモニア工程での発酵により得られ
る乳酸アンモニウムの溶液には、発酵が終了した培地に
乳酸アンモニウムのほかに、発酵に用いた微生物（菌
体）、栄養源あるいは無機塩の残査および発酵に使用さ
れなかった糖、澱粉などの原料が含まれているが、これ
らは、例えば、リゾプス オリザエ(Rhizopus oryzae)
などの菌体のように特に大量に菌体が生成するもの以外
には、次の工程に進む前に培地と分離する必要はなく、
乳酸アンモニウムの溶液としてそのまま用いることがで
きる。

【００３４】ただし、好ましくは、乳酸アンモニウムの
溶液の代わりに乳酸アンモニウムの濃縮液を用いること
が望ましい。これは該脱アンモニア工程での発酵により
得られる乳酸アンモニウムの溶液では、発酵終了液中の
該乳酸アンモニウム濃度が、一般に１５重量％以下と低
いためであり、通常は、アルコールを添加してエステル
化する前に濃縮される。該乳酸アンモニウムの溶液の濃
縮の程度は、任意であるが、乳酸換算で濃縮液中に通常
６０〜７５重量％、好ましくは６５〜７０重量％とする
のが適当である。また、該濃縮条件としては、特に制限
されるものでないが、水の蒸発のほかに少量のアンモニ
アも遊離してくるため、これを簡単に冷却捕集するため
に、通常常圧下で、１０５〜１４０℃、好ましくは１２
０〜１２５℃で加熱して濃縮することが望ましい。

【００３５】この濃縮操作で蒸発する水とアンモニアは
捕集して、それぞれ発酵培地の調整用水および発酵時の
ｐＨ調整用のアンモニアとして循環して再使用すること
ができる。

【００３６】さらに必要に応じて、乳酸アンモニウムの
溶液の代わりに乳酸アンモニウムの溶液または乳酸アン
モニウムの濃縮液から発酵に用いた微生物を含む固形分
を除去した液を用いることが望ましい。これは、後の工
程においてエステル化反応器内壁などへの発酵残査の付
着が問題となる場合においては、微生物の精密濾過によ
る分離やその他の高分子残査の限外濾過による分離の操
作を必要とし、またコーンスチープリカーなどの副原料
を用いた場合においては、副原料に含まれる不必要な固
形分を発酵培地にアルコールを添加してエステル化する
前に取り除くなどの操作が必要とされるためである。

【００３７】これら発酵に用いた微生物を含む固形分の
分離は、上記に記述する発酵液の濃縮の前後いずれでも
差し支えない。

【００３８】次に脱アンモニア工程では、上記発酵によ
り得られる乳酸アンモニウムの溶液、該乳酸アンモニウ
ムの濃縮液、またはそれらから発酵に用いた微生物を含
む固形分を除去した液より選ばれた少なくとも１種の液
（以下、これらを単に乳酸アンモニウム溶液ともいう）
に炭素数が４または５であるアルコール（以下、単にＣ
₄ 〜Ｃ₅ アルコールともいう）を添加し、加熱すること
により脱水および乳酸と該アルコールのエステル化反応
を行わしめると同時にアンモニアを遊離、回収するもの
である。

【００３９】該Ｃ₄ 〜Ｃ₅ 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
ビノールなどを用いることができるが、より好ましく
は、ｎ−ブチルアルコールである。該ｎ−ブチルアルコ
ールを使用する場合には、後述するアルコールの添加量
として、上記乳酸アンモニウム溶液に含まれる乳酸（乳
酸塩および乳酸の重合体を含む）に対して１〜１０倍、
好ましくは１．５〜４倍のモル数を添加する。次に加熱
条件としては、通常常圧下で、１００〜１７０℃、好ま
しくは１２０〜１５０℃である。該加熱により、エステ
ル化反応と同時にアンモニアを遊離、回収することによ
り、後述する実施例に示すように、アンモニアの回収率
は、前記乳酸アンモニウムの濃縮液を用いる場合に、該
濃縮時に遊離するアンモニア量も含めて容易に９０％以
上に達し得る。また、この場合には、ｎ−ブチルアルコ
ールと水が共沸することになるが、この共沸組成物は適
当に冷却捕集することによりｎ−ブチルアルコールと水
が２相に分離するため、エステル化反応系へのｎ−ブチ
ルアルコールの還流が簡単に達成することができるなど
極めて好ましいアルコールといえる。

【００４０】一方、炭素数が５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生成が困難となる。また、エタノ
ールやメタノールのように沸点の低いアルコールでは、
反応温度が上昇せず、満足にアンモニアを遊離すること
ができない。さらに炭素数が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ず
好ましくない。

【００４１】次に本発明に用いられるアルコールの添加
量としては、上記乳酸アンモニウム溶液に含まれる乳酸
（乳酸塩および乳酸の重合体を含む）に対してモル数で
１〜１０倍が好ましく、より好ましくは１．５〜４倍の
範囲である。

【００４２】さらに該脱アンモニア工程での該エステル
化反応を行わしめる反応条件としては、使用するアルコ
ールの種類などによっても変わるが、反応圧力として
は、何ら制限されることなく、常圧下で充分であり、反
応温度としては、後述する回分式または連続式によって
も温度条件は異なるが、通常１００〜１７０℃、好まし
くは１２０〜１５０℃の範囲で行うことが望ましい。該
温度が１２０℃未満ではエステル化、アンモニアの遊離
の速度が遅いため生産性が低く、さらに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。ま
た、該温度が１５０℃を越える場合には、乳酸が一部分
解したり、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、また、１７０℃を越える場
合には、より乳酸が分解し、アルコール２分子よりエー
テルを生じる現象が顕著となるため好ましくない。

【００４３】また、上記エステル化反応と同時にアンモ
ニアを遊離、回収する方法としては、例えば、反応に伴
い発生する蒸気にアンモニア、水およびアルコールが含
まれるため、一般には、撹拌翼付きのエステル化反応器
を用い、該反応器上部に数段の蒸留塔を設けて乳酸エス
テルの溜出を防ぎ、該蒸留塔出口に設けられたコンデン
サーなどで水とアルコールを冷却捕集し、該コンデンサ
ー下部に水、アルコールを相分離するためのタンクを設
けてアルコール相を該反応器に還流し、一方、上記コン
デンサーで冷却捕集されなかったアンモニアガスについ
ては、別に捕集用の水に冷却下で吸収して回収する方法
などを利用することができる。なお、本発明は、上述の
方法に限定されるものでなく、適当な方法を適宜選択し
て利用することができる。

【００４４】また上述の脱アンモニア工程において、該
工程を回分式で行うときは、初めに乳酸アンモニウム溶
液中に水が多量に存在しており、この状態で発酵培地を
高温に保つと用いるエステル化反応器内壁にスケールが
若干発生するなど好ましくない。これに対して該工程を
連続化し、該反応器内の乳酸アンモニウム溶液中に水分
がほとんど存在しない状態に保てば、該乳酸アンモニウ
ム溶液中に固形分は析出するが、該反応器内壁へのスケ
ールなどの付着はほとんどない状態で運転できるため、
回分式よりもむしろ連続式で脱アンモニア工程を行うの
が好ましい。

【００４５】さらに上記回分式では、脱アンモニア工程
での脱アンモニアおよび脱水の進行に伴なって徐々に反
応温度が上昇するが、連続式では反応温度が常に高温に
保たれるので、平均の滞留時間が短くなり、装置の小型
化が期待できる。

【００４６】次に、本発明に用いられる微生物による乳
酸発酵を含むプロセスにおいては、第３工程として、所
望の乳酸エステルを得るために、上記脱アンモニア工程
によって得られた溶液に鉱酸を添加して酸性下に加熱、
脱水を行い、該乳酸と該アルコールのエステル化を促
進、完了させる、いわゆるエステル化促進工程が行われ
る。

【００４７】該エステル化促進工程では、上記脱アンモ
ニア工程において乳酸の一部が自己縮合するので、アン
モニアの回収率が９０％以上にも達するにも拘らず、乳
酸エステルの生成率は、上記乳酸アンモニウム溶液に含
まれる乳酸（乳酸塩および乳酸の重合体を含む）に対し
て５０〜８０重量％にとどまり、直接蒸留により精製し
て乳酸エステルを得るには充分なものではない。

【００４８】したがって本発明では、該エステル化促進
工程として、乳酸エステルの収率を上げるため、残存す
るアンモニアの化学当量以上、好ましくは等モル以上の
鉱酸を添加して酸触媒とし、加熱脱水を続けることによ
り残存する乳酸のエステル化を促進するものである。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、経済性の面から考慮すれば、添加量
が少ないほうが望ましく、残存アンモニア量および培地
成分の緩衝作用のため発酵培地の成分によって添加量を
変える必要があるが、一般の培地ではアンモニアの中和
量以外に、さらに乳酸の０．２倍等量以下の鉱酸で充分
である。

【００４９】該エステル化促進工程において用いられる
鉱酸としては、特に限定されるものでないが、硫酸が工
業的に最も有利である点で好ましいといえる。

【００５０】また該エステル化促進工程では、アンモニ
アの大部分が、前工程の脱アンモニア工程で回収されて
いるので、本工程で副生する塩の量は従来法の場合より
遥かに少なくてすむ。

【００５１】該エステル化促進工程では、前述の脱アン
モニア工程と比較して低温でもエステル化反応が充分に
進行するため、最終的な乳酸エステルの収率を上げるた
めに、さらにアルコールを添加し、該エステル化反応の
平衡を乳酸エステルの生成側に移動させることも可能で
ある。ここで添加する該アルコールとしては、前述の炭
素数が４または５であるアルコールであればよく、該ア
ルコールをそのまま使用することができ、好ましくはｎ
−ブタノールである。

【００５２】また、該エステル化促進工程での反応条件
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、反応圧力としては、何ら制限されることなく、
通常常圧下で充分であるが、下記に説明する理由から１
００ｍｍＨｇ以上で７６０ｍｍＨｇ未満、好ましくは、
２００〜３５０ｍｍＨｇとする減圧下で反応を進めるこ
とも可能である。すなわち、常圧下でエステル化の促進
を行うと、反応温度は後述するように１３０℃程度にな
るので、添加するＣ₄ 〜Ｃ₅ アルコール２分子から、こ
れに対応したエーテルを多量に生成する（例えば、ｎ−
ブタノールを用いる場合には、ジブチルエーテルを生成
する）現象が現れ、このエーテルは分解しにくいので、
そのままＣ₄ 〜Ｃ₅ アルコールの減少になる。さらに該
アルコールのリサイクル使用において、該エーテルの蓄
積が生じるために、かかるエーテルの分離のための手間
もかかることになる。したがって、こうしたエーテルの
発生を防ぐために上記減圧の範囲で、かつ以下に示すよ
うな比較的低温でエステル化の促進を行うこともでき
る。次に反応温度としては、上記の如く反応圧力により
異なり、常圧下で行う場合には、通常１００〜１６０
℃、好ましくは１２０〜１３０℃の範囲であり、上記減
圧下で行う場合には、通常６０〜１２０℃、好ましくは
９０〜１１０℃の範囲で行うことが望ましい。

【００５３】また、該エステル化促進工程では、脱水に
ともなって、アルコールも共沸して溜出してくるが、前
述の脱アンモニア工程の場合と同様に該アルコールと水
を分離して該アルコールを該エステル化促進工程内のエ
ステル化反応部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。

【００５４】さらに、該エステル化促進工程では、エス
テル化が充分促進されたエステル化液は、水をほとんど
含まず、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
物を含んでいるが、アンモニウム塩、高分子の不純物ま
たは乳酸菌などは固形分として存在し、スラリー状にな
っている。

【００５５】該エステル化液から乳酸エステルおよび余
剰のアルコールを分離する方法としては、特に制限され
るものでなく、通常の蒸留技術により回分式または連続
式で容易に行い得るものであり、例えば、エステル化液
をそのままで減圧下に蒸留してもよいし、また蒸留時の
エステル化反応器内の残留物が高粘度であったり、該反
応器内壁にスケールの付着が著しい場合には、膜濾過あ
るいはデカンテターなどであらかじめ上記固形分を除去
した後に蒸留してもよい。好ましくは、硫酸アンモニウ
ム、硫酸水素アンモニウムなどの塩の結晶固形分のみを
通常の方法により濾過分離することにより除去した後に
蒸留するものである。この場合には乳酸菌などの微生
物、その他の微細な粒子を濾過分離することなく含んで
いてもまったく問題はなく、蒸留後の反応器内壁の残留
物の流動性も良好であり、さらに回分式または連続式に
かかわらず、該反応器内壁への付着も全く見られない状
態となるなど好ましいものである。

【００５６】さらに、発酵に比較的清澄な培地を使用す
る方法、膜分離などによる培地の前処理で、あらかじめ
固形分を除去する方法、発酵中に膜分離によって培地と
菌体を分離して発酵する方法、あるいは発酵後に菌体、
その他の固形分を除去するなどの方法を利用する場合に
は、エステル化液から乳酸エステルおよび余剰のアルコ
ールを分離する方法として、エステル化促進工程内のエ
ステル化反応部までにおいて発生する硫安または酸性硫
安、その他の沈澱物の分離をすることなく直接蒸留する
こともできる。

【００５７】また、エステル化液から乳酸エステルおよ
び余剰のアルコールを分離する蒸留部では、酸性硫安な
どの液相成分の残分は、その一部を該エステル化促進工
程内のエステル化反応部にリサイクルすることも可能で
あり、これにより、さらに乳酸エステルの収率を向上さ
せることができる。

【００５８】こうして得られた乳酸エステルは、必要に
応じて、通常の蒸留操作を繰り返し用いることにより、
さらに高純度の乳酸エステルに精製することが可能であ
る。

【００５９】次に、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、乳酸エステルに残留してい
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。

【００６０】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。

【００６１】次に本発明の乳酸エステルの製造方法を図
面を参照して、さらに詳細に説明する。

【００６２】図１は、本発明の乳酸エステルの製造方法
の一実施態様として、微生物による発酵により得られた
乳酸アンモニウムの濃縮液にｎ−ブタノールを添加して
乳酸ブチルを製造するために用いた乳酸ブチルの製造装
置を示す概略図である。

【００６３】図１より、乳酸ブチルの製造装置101 の構
成としては、まず、発酵槽102 、濃縮器103 、脱アンモ
ニア缶104 、エステル化促進缶105 およびフラッシュ蒸
留器106 がそれぞれ配管107 、108 、109 および110 で
連結されている。

【００６４】上記発酵槽102 には、原料塔（図示せず）
およびアンモニア貯蔵槽（図示せず）が配管111 および
112 で連結されている。

【００６５】次に上記濃縮器103 には、水・アンモニア
捕集塔（図示せず）が配管113 で連結されている。

【００６６】また、上記脱アンモニア缶104 には、蒸留
塔114 およびアルコール貯蔵槽（図示せず）が配管115
および116 で連結されている。また該蒸留塔114 には、
冷却器117 が配管118 で連結されている。また冷却器11
7 は、アンモニア吸収器（図示せず）および二液相分離
缶119 に配管120 および121 で連結されている。また、
二液相分離缶119 は、該二液相分離缶119 の上相成分を
還流すべく配管122 により蒸留塔114 塔頂部に連結さ
れ、該二液相分離缶119 の下相成分を回収すべく水回収
槽（図示せず）に配管121 で連結されている。

【００６７】さらに、上記エステル化促進缶105 には、
蒸留塔123 および鉱酸貯蔵槽（図示せず）が配管124 お
よび125 で連結されている。また該蒸留塔123 には、冷
却器126 が配管127 で連結されている。また冷却器126
には、二液相分離缶128 が配管129 で連結され、さらに
冷却器126 には、大気放出用の排気筒130 が設置されて
いる。また、該二液相分離缶128 は、該二液相分離缶12
8 の上相成分を還流すべく配管131 により蒸留塔123 塔
頂部に連結され、該二液相分離缶128 の下相成分を回収
すべく水回収槽（図示せず）に配管132 で連結されてい
る。

【００６８】また、上記フラッシュ蒸留器106 には、乳
酸ブチル回収塔（図示せず）および残査回収槽（図示せ
ず）にそれぞれ配管133 および134 で連結されている。

【００６９】さらに、各配管経路上には、必要に応じ
て、バルブ（図示せず）が、反応器（例えば、発酵槽10
2 、濃縮器103 、脱アンモニア缶104 、エステル化促進
缶105 およびフラッシュ蒸留器106 ）などへの原料や反
応液などをコントロールできるように配置されている。

【００７０】上記構成を有する乳酸ブチルの製造装置10
1 を用いて乳酸ブチルの製造を行うには、発酵に供する
微生物として乳酸菌を選択した場合には、まず、発酵槽
102に原料塔より配管111 を通じて、グルコースおよび
コーンスチープリカーなどの栄養源から成る発酵培地組
成に乳酸菌を接種してなる原料を供給し、乳酸発酵に最
適な３０〜５０℃の温度に保ち、また用いる微生物の発
酵に適した雰囲気、乳酸菌では嫌気性雰囲気中で、適当
に撹拌しながらアンモニア貯蔵槽より配管112を通じ
て、２０〜３０％アンモニア水でｐＨ５．５〜６．５に
コントロールしつつ発酵を行う。使用する微生物種など
により異なるが、乳酸菌では、発酵工程でのグルコース
に対する乳酸の収率は９４〜９７％程度となる。

【００７１】続いて、上記発酵槽102 で生成された発酵
液は、配管107 を通じて濃縮器103に送り込まれ、該濃
縮器103 中で、常圧下で煮沸脱水され、通常、乳酸濃度
６５〜７０％まで濃縮される。溜出する水と一部遊離す
るアンモニアは、配管113 を介して水・アンモニア捕集
塔で捕集した水からは煮沸によりアンモニアを完全に除
去し、アンモニアは別に用意した捕集用水に冷却下に吸
収することによりそれぞれ回収を行う。

【００７２】次に、上記濃縮器103 で乳酸濃度６５〜７
０％まで濃縮された濃縮液が、配管108 を通じて脱アン
モニア缶104 に送り込まれる。これにアルコール貯蔵槽
より配管116 を通じてｎ−ブタノールを乳酸に対して通
常、１．５〜４倍モルの範囲で添加して反応液とし、該
脱アンモニア缶104 中に備えられた撹拌翼による撹拌下
に１２０〜１５０℃の範囲で加熱しエステル化の反応を
進行させる。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、脱アンモニア缶104 の上方の蒸留
塔114 を経て該蒸留塔114 塔頂の上方の冷却器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（少量の水を含む）は配管121 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122 を通じて抜き出
され水回収槽に回収される。また蒸留塔114 を通過した
アンモニアガスは、冷却器117 では捕集されず、さらに
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。

【００７３】続いて、上記脱アンモニア缶104 内の反応
済み液（エステル、塩などを含む全乳酸成分）は、配管
109 を通じてエステル化促進缶105 に送り込まれる。こ
れに鉱酸貯蔵槽より配管125 を通じて濃硫酸を乳酸に対
して通常、０．０５〜０．２倍モルの範囲で添加して反
応液とし、該エステル化促進缶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
てエステル化の促進を行う。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、該エステル化促進
缶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、冷却器126 では捕集されず、排気筒130 より大
気中に放出される。

【００７４】最後に、上記エステル化促進缶105 内の反
応済み液は、配管110 を通じてフラッシュ蒸留器106 に
送り込まれる。続いて該フラッシュ蒸留器106 内を１０
０〜１５０℃で１０〜１００ｔｏｒｒで該反応済み液を
平行状態に保って液相と気相に分離した後、液相成分の
酸性硫安など他の残分は配管134 を通じて残査回収槽に
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とによ
り、所望の乳酸ブチルを得るものである。また、上記液
相成分の酸性硫安などの固形成分は、配管110 の経路上
に固形分を分離できる濾過器などを設置し、フラッシュ
蒸留器106 に送り込む前に除去することもある。

【００７５】

【実施例】以下、本発明の実施例を示す。

【００７６】なお、以下の実施例での発酵液中の乳酸お
よびグルコースの定量はすべて高速液体クロマトグラフ
ィー（示差屈折率検出器）により行った。同様に反応液
中の乳酸ブチルおよびジブチルエーテルの分析はガスク
ロマトグラフィーでおこない、アンモニアの分析は高速
液体クロマトグラフィー（蛍光検出器）でおこなった。

【００７７】実施例１ 発酵培地の濃縮 グルコース１００ｇおよびコーンスチープリカー４０ｇ
に水道水を加えて１リットルとした発酵培地組成をジャ
ーファーメンターに仕込み１２１℃で１５分間滅菌し、
あらかじめ前培養したラクトバシラス カセイ 亜種
ラムノサス(Lactobacillus casei subsp. rhamnosus)Ｉ
ＦＯ ３８６３の菌体４０ｍｌを接種して、４２℃に保
ち、少量の窒素を流しつつ５０ｒｐｍで撹拌しながら１
０モル％アンモニア水でＰＨ６．０にコントロールし
た。

【００７８】発酵は５５時間で終了し、グルコースに対
する乳酸の収率は９６．２％であった。

【００７９】発酵液の一部（乳酸換算で１．０２モル）
を丸底フラスコに移し、常圧下で煮沸脱水して乳酸濃度
６２．０％まで濃縮し、溜出する水（一部遊離するアン
モニアを含む）を捕集し、捕集した水からは煮沸により
アンモニアを完全に除去し、アンモニアは別に用意され
た捕集用の水に冷却下に吸収した。捕集水の量は８２２
ｇ、アンモニアの捕集量は０．１３５モルであった。

【００８０】回分式による脱アンモニア 次に、図２に本実施例に用いた脱アンモニア装置の概略
図を示す。

【００８１】図２より脱アンモニア装置201 は、オイル
バス202 のオイル浴中に攪拌翼を備えてなる反応器203
が設置され、該反応器203 には蒸留塔204 が配管205 に
より連結され、該蒸留塔204 は、冷却器206 および二相
分離器207 に二股配管208 により連結されている。ま
た、冷却器206 は、アンモニア吸収器（図示せず）に配
管209 で連結されている。また、二相分離器207 は、該
二相分離器207 の上相成分を還流すべく配管210 により
二股配管208 に連結され、該二相分離器207 の下相成分
を回収すべく水回収槽（図示せず）に配管211 で連結さ
れている。

【００８２】上記構成を有する脱アンモニア装置201 を
用いて上記発酵培地の濃縮操作により乳酸濃度６２．
０％まで濃縮された濃縮液によりエステル化反応を行い
つつ脱アンモニアを行った。

【００８３】まず、反応器203 中に上記濃縮液（乳酸
１．０２モル）およびｎ−ブタノール２．５５（乳酸に
対して２．５倍モル）を加えて反応液とし、該反応器20
3 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、１５０〜１６０℃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 上部の二股配管208
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、冷却器206
で捕集されないため、アンモニア吸収器（氷冷水）を用
いて捕集をおこなった。

【００８４】反応器203 内の反応液温度は、反応開始後
徐々に上昇し、１０時間後に１３２℃となり、蒸留塔20
4 の塔頂からの水の溜出がほとんど止まったため、反応
を停止させた。反応後の反応器203 内の反応液中には乳
酸ブチル０．７８４モル、アンモニア０．０６１２モル
が存在していた。

【００８５】また、エステル反応後の反応器203 内に
は、反応液の液面付近に固形物が多く付着していたが、
反応液の液面下部にもやや付着が見られた。

【００８６】エステル化の促進 分析のためのサンプリングをした後の上記反応器203 内
の反応液（エステル、塩などを含む全乳酸として１．０
０モル）に濃硫酸０．０８モル、ｎ−ブタノール０．５
モルを添加して、さらに上記回分式による脱アンモニ
アと同じ加熱条件により加熱脱水をつづけてエステル化
の促進を行ったところ、３時間後に蒸留塔204 の塔頂か
ら水はほとんど溜出しなくなったため、反応を停止させ
た。反応後の反応器203 内の反応液中には、細かい固形
物が含まれているが、反応器203の内壁への付着はまっ
たくなくなっていた。該反応液中には乳酸ブチル０．９
８７モルが含まれていた。

【００８７】乳酸ブチルの蒸留 次に、上記エステル化の反応液（分析用のサンプリング
の後、全乳酸０．９６モル）から固形分を濾過して除き
濾液を得た。さらに該固形分をｎ−ブタノールで洗浄し
た洗液を上記濾液と合わせて乳酸ブチルの蒸留反応液と
した。

【００８８】次に、図３に本実施例に用いた乳酸ブチル
の蒸留装置の概略図を示す。

【００８９】図３より乳酸ブチルの蒸留装置301 は、オ
イルバス302 のオイル浴中に攪拌翼を備えてなる蒸留缶
303 が設置され、該蒸留缶303 には冷却器304 が配管30
5 により連結され、該冷却器304 に、受器306 に配管30
7 により連結されている。また、該受器306 は、真空ポ
ンプ（図示せず）にフレキシチューブ308 で接続されて
いる。また、該蒸留缶303 には、上記乳酸ブチルの蒸留
反応液を徐々に供給することができるように配管309 に
より該蒸留反応液貯蔵槽（図示せず）と連結されてい
る。

【００９０】上記構成を有する乳酸ブチルの蒸留装置30
1 を用いて上記エステル化の反応液より乳酸ブチルの蒸
留を行った。

【００９１】まず、真空ポンプを運転して蒸留装置301
全体を約２０ｍｍＨｇに減圧すると共に、オイルバス30
2 のオイル浴温度を調整することにより、蒸留缶303 内
の反応液温度を約１２０℃に保持しつつ、貯蔵槽より蒸
留缶303 中に配管309 を通じて蒸留反応液（ｎ−ブタノ
ールと乳酸ブチル）を徐々に送り込みながら、該反応液
を該蒸留装置301 を用いて流加的に単蒸留した。当該蒸
留操作により該受器306 に捕集される精製乳酸ブチルの
蒸留収量は０．９３８モルで、蒸留収率は９９．０％で
あった。

【００９２】また、蒸留缶303 内の残留物は、室温まで
冷却すると高粘度となったが６０℃以上では充分に流動
性があり、蒸留缶303 の内壁への固形分の析出および付
着は全く見られなかった。

【００９３】上記実験結果より、乳酸ブチルとｎ−ブタ
ノールの分離および乳酸ブチルの精製は、本実施例で用
いたような通常の蒸留操作により簡単に行えることが確
認できた。

【００９４】この際の蒸留缶303 内の残留物である高沸
点成分、例えば、乳酸の重合体などは上記のエステル
化の促進工程などへ戻すことにより、該重合体成分が加
熱により分解し反応することで、所望の乳酸エステルの
生成に利用でき、乳酸エステルの収率を向上させること
ができることも確認できた。

【００９５】実施例２ 乳酸ブチルの加水分解 図４に本実施例に用いた乳酸ブチルの加水分解装置の概
略図を示す。

【００９６】図４より乳酸ブチルの加水分解装置401
は、マントルヒーター402 上に加水分解缶403 が設置さ
れ、該加水分解缶403 には蒸留塔404 が配管405 により
連結され、該蒸留塔404 は、冷却器406 および二相分離
装置407 に二股配管408 により連結されている。また、
二相分離器407 には、該二相分離器407 の上相成分を回
収すべくブタノール捕集槽（図示せず）と配管409 で連
結され、該二相分離器407 の下相成分を還流すべく配管
410 により加水分解缶403 に連結されている。さらに該
冷却器406 には、大気放出用の排気筒411 が連結されて
いる。

【００９７】上記構成を有する乳酸ブチルの加水分解装
置401 を用いて上記乳酸ブチルの加水分解を行い乳酸の
生成を行った。

【００９８】上記実施例１で得られた乳酸ブチルおよび
水を加水分解缶403 中に加え、これに酸触媒として、強
酸性陽イオン交換樹脂（アンバーライト２００Ｃ、オル
ガノ株式会社製）を添加した後、マントルヒーター402
で９５〜１１０℃の範囲で加熱し、加水分解して生成し
たｎ−ブタノールは、水と共沸して加水分解缶403 の上
方に位置する蒸留塔404 塔頂の上方に位置する冷却器40
6 で捕集され、冷却器406 の下方に位置する二相分離器
407 で水相とｎ−ブタノール相に分離され、上相成分の
ｎ−ブタノール（少量の水を含む）は随時配管409 を通
じて抜き出され、ブタノール捕集槽に回収された。ま
た、下相成分の水（少量のｎ−ブタノールを含む）は配
管410 を通じて加水分解缶403 に還流された。ｎ−ブタ
ノールがほとんど加水分解缶403 中になくなった時点
で、該ｎ−ブタノールを完全に溜去するために該二相分
離器407 より水の還流を止めた後、加水分解缶403 中よ
りさらに共沸組成物中の水の量が約２０ｍｌとなるまで
該共沸組成物を溜出させ加水分解を止めた。加水分解缶
403 中に得られた乳酸は着色、異臭なく、熱安定性も良
好であった。

【００９９】実施例３ 培地の前処理 コーンスチープリカーをアンモニアによりｐＨ７に調整
し、１時間煮沸後、遠心分離して上澄み液を取り、実施
例１と同様に乳酸発酵を行った。

【０１００】発酵液を実施例１の発酵培地の濃縮と同
様にして乳酸６５％まで濃縮し、乳酸の２．５倍モルの
ｎ−ブタノールを加えて実施例１の回分式による脱ア
ンモニアと同様にして脱アンモニアを行った。反応器20
3 内の最終温度は１３１℃であった。反応後の該反応器
203 中に存在する反応液中のアンモニア量は乳酸に対し
て０．０６４倍モルであり、該反応器203 内の液面付近
に黒い固形物が付着していたが、液面下での付着はわず
かしか見られなかった。

【０１０１】実施例４ 脱アンモニアの連続化 実施例３と同様の培地、乳酸菌を用いて発酵した乳酸発
酵培地を、実施例１の発酵培地の濃縮と同様にして乳
酸濃度６３．６％まで濃縮した。

【０１０２】次に、図５に本実施例に用いた連続式脱ア
ンモニア装置の概略図を示す。

【０１０３】図５より連続式脱アンモニア装置501 は、
オイルバス502 のオイル浴中に攪拌翼を備えてなる反応
器503 が設置され、該反応器503 には蒸留塔504 が配管
505により連結され、該蒸留塔504 は、冷却器506 およ
び二相分離器507 に二股配管508 により連結されてい
る。また、冷却器506 は、アンモニア吸収器（図示せ
ず）に配管509 で連結されている。また、二相分離器50
7 は、該二相分離器507 の上相成分を還流すべく配管51
0 により二股配管508 に連結され、該二相分離器507 の
下相成分を回収すべく水回収槽（図示せず）に配管511
で連結されている。さらに該反応器503 には上記濃縮液
およびｎ−ブタノールを連続的に供給することができる
ようにそれぞれ配管512 、513 により該濃縮液およびｎ
−ブタノールの各貯蔵槽（図示せず）と連結されてい
る。また、該該反応器503 には、上記反応液の液面がほ
ぼ一定の高さを保つように該反応液を連続的に抜き出せ
るように該反応液中にまで達する配管514 が取り付けら
れ、該配管514 の他端は、反応液回収槽（図示せず）に
連結されている（該反応液は、本発明の方法をすべて連
続的に行う場合には、該反応液回収槽を設けることな
く、次工程に送られる）。

【０１０４】初めに、反応器503 中に実施例１の回分
式による脱アンモニアの操作を行って得られた反応液３
００ｍｌを仕込んだ後、オイルバス502 のオイル浴温度
を調節して該反応液の温度を約１３０℃に昇温した。そ
の後、上記乳酸濃度６３．６％まで濃縮した濃縮液とｎ
−ブタノールをそれぞれ全乳酸０．２４７モル／ｈｒ、
ｎ−ブタノール０．５２０モル／ｈｒで配管512 、513
を通じて連続的に反応器503 に供給することにより、該
反応器203 内の反応液は、加熱により、水と共沸するｎ
−ブタノールが、反応器503 の上方に位置する蒸留塔50
4 塔頂の上方の冷却器506 で捕集され、冷却器506 の下
方の二相分離器507 で水相とブタノール相に分離され、
上相成分のｎ−ブタノール（少量の水を含む）は配管51
0 を通じて蒸留塔504 上部の二股配管508 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511 を通じて抜き出され、水回収槽に回収された。ま
た微量のアンモニアガスは、冷却器506 で捕集されるこ
となく配管509 を通じてアンモニア吸収器（氷冷水）に
捕集された。さらに、該反応器503 内の反応液の液面が
常に一定となるように配管514 を通じて反応液を抜き出
し反応液回収槽に回収した。１０、２０および３０時間
後に配管514 を通じて抜き出される反応液中のアンモニ
ア量は乳酸に対しそれぞれ順に０．０７２、０．０８８
および０．０７６倍モルであった。

【０１０５】また、実験中に反応器503 の内壁の液面付
近には固形分がわずかに付着するが、一定量以上には成
長せず、また、液面下には全く付着はなかった。

【０１０６】本実施例に示すように初めから反応液中に
水がほとんどない状態では、先の実施例１の回分式に
よる脱アンモニアの操作よりも反応器503 の内壁への固
形分の付着がかなり軽減されることが確認された。

【０１０７】実施例５ 水とアンモニアの発酵への再使用 実施例１と同様の方法で１０リッターの培地を仕込み、
発酵を行った。発酵は６２時間で終了し、発酵収率は９
７．９％であった。この発酵液を乳酸濃度６４％まで濃
縮後、２．５倍モルのｎ−ブタノールを加えて実施例１
の回分式による脱アンモニアの操作と同様にして脱ア
ンモニアを行った。アンモニアはアンモニア吸収器で氷
冷下に蒸留水に吸収させて捕集した。エステル反応後の
反応器203 内の反応液中に残存するアンモニアは乳酸に
対して０．０４８倍モルであり、アンモニア吸収器で捕
集されたアンモニアは６．８２６モルであった。発酵液
濃縮時に回収した水からアンモニアを加熱により除去し
た回収水を実施例１で用いた水道水の替わりとし、脱ア
ンモニア時に捕集した回収アンモニア水を実施例１で用
いた１０モル％アンモニア水の替わりに中和剤として用
いて実施例１と同様に１リッターの培地を仕込んで乳酸
発酵を行ったところ、約７２時間で発酵が終了し、発酵
収率は９８．０％となった。このことから回収水、回収
アンモニア水を再度発酵に使用することによって発酵速
度が若干遅くはなるが、収率には問題なく再利用できる
ことが確認された。

【０１０８】実施例６ 実施例１と同様にして常圧でエステル化促進の反応を行
ったところ、３時間で蒸留缶303 内の温度は最終的に１
３０．１℃となり、このときジブチルエーテルの生産量
は、仕込みのｎ−ブタノールに対して０．５６％であっ
た。

【０１０９】これに対して、同様の操作を圧力２５０ｍ
ｍＨｇの減圧下で行ったところ、反応時間１０時間、最
終の蒸留缶303 内の温度は１０１．１℃であり、このと
きジブチルエーテルの生産量は仕込みのｎ−ブタノール
に対してわずかに０．０２％であった。

【０１１０】実施例７ 発酵培地の組成を、グルコース１００ｇ、コーンスチー
プリカー２０ｇおよび酵母エキス２ｇに水道水を加えて
１リットルとした以外は、実施例１と全く同じ条件で発
酵を行った。すなわち、この実施例では、実施例１に比
較して、不純物を多く含むコーンスチープリカーを半分
に減らしているため、発酵終了液中の乳酸に対する不純
物の量が少なくなっている。

【０１１１】発酵は６０時間で終了し、グルコースに対
する乳酸の収率は９６．１％であった。以下、実施例１
と同様に、回分式で濃縮し、脱アンモニアし、エステル
化の促進を行った。

【０１１２】脱アンモニアは、乳酸換算で１．００モル
の仕込みで行い、反応後の反応液中には乳酸ブチル０．
７２２モル、アンモニア０．０６５３モルが存在してい
た。

【０１１３】エステル化の促進では、乳酸換算で０．９
７モルの仕込みに対して、反応後の反応液中には、乳酸
ブチル０．９４９モルが含まれていた。

【０１１４】次に、実施例１では、エステル化の促進の
後で固形分を濾過して除去しているが、この実施例で
は、発酵培地の組成が異なり、不純物が少ないために、
固形分を含んだ液を直接蒸留した。

【０１１５】乳酸ブチルの蒸留は、実施例１と同様の操
作で行った。乳酸ブチルの蒸留では、乳酸換算で０．９
２モルのエステル化促進終了液に対して、乳酸ブチルの
蒸留終了は０．８８８モルで、蒸留収率は９８．７％で
あった。

【０１１６】蒸留缶303 内の残留物は、５０〜６０℃で
も充分な流動性があり、内壁への固形分の析出および付
着は全く見られなかった。

【０１１７】比較例１ アンモニアの除去をしない場合 上記実施例７と同様の発酵液を用いて、以下の実験を行
った。

【０１１８】発酵濃縮液２０４．２０ｇ（乳酸１．２２
４モル）、ｎ−ブタノール２７２．３ｇ（３．６７２モ
ル）を図２の反応器203 に仕込み、撹拌しつつ、濃硫酸
６６．８３ｇ（０．６６７モル）を徐々に添加し、ｐＨ
１．０とした後、加熱脱水しつつ、エステル化を進め
た。３時間で液温は１３２℃となり、反応液中には乳酸
ブチル１．１３７モルが生成していた。

【０１１９】このエステル化液を濾紙上で濾過し、固形
分（主に硫安）をｎ−ブタノールで洗浄後、乾燥したと
ころ、乾燥重量は８３．９６ｇ（乳酸１に対して重量比
０．８０２）であった。

【０１２０】上記固形分を分離除去した後のエステル化
液（乳酸換算１．０３モル）を、実施例１の乳酸ブチル
の蒸留と同時に、図３の蒸留装置により蒸留し、０．９
１２モルの乳酸ブチルを得た。乳酸ブチルの蒸留収率は
９８．２％であった。

【０１２１】また、蒸留缶303 内の残留物は、蒸留中は
流動性を保っていたが、原料送りを停止すると、撹拌が
困難な程度の粘性を示し、蒸留缶303 内壁への付着が見
られた。

【０１２２】

【発明の効果】本発明の乳酸および乳酸エステルの製造
方法により、炭素数が４または５であるアルコールを使
用することにより、エステル化の時に発生する水とアル
コールの混合蒸気を冷却して得られる溜出液が水相とア
ルコール相の二層に分離して、しかも相互溶解度が充分
に低いため、アルコール相をそのまま反応部に効率的に
還流できること、および生成する乳酸エステルが通常の
蒸留により簡単に精製できることから、工業的に有利と
なる。

【０１２３】さらに乳酸アンモニウム溶液にアルコール
を加えてエステル化したのみでは乳酸エステルの収率が
低いため、硫酸または塩酸などの鉱酸を添加してエステ
ル化を進めることが可能であり、工業的に満足できる収
率を達成することができる。

【０１２４】また、本発明により、従来法に比較して以
下に挙げる特有の効果を奏するものである。

【０１２５】（１）エステル化に先だって乳酸塩から乳
酸を遊離させ、分離して粗製乳酸とする工程を必要とし
ない。

【０１２６】（２）乳酸発酵の中和剤として用いるアン
モニアの大部分を分離回収でき、発酵に再利用できる。

【０１２７】（３）上記（２）に伴い、副生塩の量を従
来法に比較して大幅に減少させることができる。

【０１２８】（４）アンモニアの分離と同時に乳酸のエ
ステル化が進むが、上記のように溜出分離したアルコー
ルを反応系に還流することによって反応系をアルコール
過剰に保ちエステル化反応とアンモニアの回収を促進す
ることが容易である。

【０１２９】（５）さらに鉱酸を添加してアルコリシス
を進めれば、高収率で乳酸エステルが生成し、蒸留する
ことにより培地の成分との分離ができ、高度に精製され
た乳酸エステルを簡単な装置で得ることが可能である。

【０１３０】（６）また、発酵に比較的清澄な培地を使
用する方法、膜分離などによる培地の前処理で、あらか
じめ固形分を除去する方法、発酵中に膜分離によって培
地と菌体を分離して発酵する方法、あるいは発酵後に菌
体、その他の固形分を除去するなどの方法によって、エ
ステル化促進工程内のエステル化反応部までにおいて発
生する硫安または酸性硫安、その他の沈澱物の分離をせ
ずに直接蒸留することが可能である。

【０１３１】（７）さらに、エステル化液から乳酸エス
テルおよび余剰のアルコールを蒸留分離する際に酸性硫
安などの液相成分の残分は、その一部をエステル化促進
工程内のエステル化反応部にリサイクルすることも可能
であり、これにより、さらに乳酸エステルの収率向上が
可能である。

【０１３２】（８）上記（１）〜（７）で得られた乳酸
エステルを加水分解して容易に高純度の乳酸が得られ
る。

【０１３３】（９）プロセスの連続化が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の乳酸エステルの製造方法の一実施態
様として、発酵により得られた乳酸アンモニウムの濃縮
液にｎ−ブタノールを添加した場合の乳酸ブチルの製造
方法に用いた乳酸ブチルの製造装置を示す概略図であ
る。

【図２】 本発明の実施例における脱アンモニア装置を
示す概略図である。

【図３】 本発明の実施例における乳酸ブチルの蒸留分
離装置を示す概略図である。

【図４】 本発明の実施例における乳酸ブチルの加水分
解装置を示す概略図である。

【図５】 本発明の実施例における連続式脱アンモニア
装置を示す概略図である。

【符号の説明】

101 …乳酸ブチルの製造装置、 102 …発酵槽、10
3 …濃縮器、 104 …脱アンモニア
缶、105 …エステル化促進缶、 106 …フラッ
シュ蒸留器、107 〜113,115,116,118,120 〜122,124,12
5,127,129,131,132,205,209 〜211,305,307,309,405,40
9,410,505,509 〜514 …配管、114,123,204,404,504 …
蒸留塔、 117,126,206,304,406,506 …冷却器、119,
128 …二液相分離缶、 130,411 …気放出用の
排気筒、201 …脱アンモニア装置、 202,302,
502 …オイルバス、203,503 …反応器、
207,407,507 …二相分離器、208,408,508 …二股配
管、 301 …乳酸ブチルの蒸留装置、303 …蒸
留缶、 306 …受器、308 …フレキ
シチューブ、 401 …乳酸ブチルの加水分解装
置、402 …マントルヒーター、 403 …加水分
解缶、501 …連続式脱アンモニア装置。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ１２Ｒ 1:245） (Ｃ１２Ｐ 7/62 Ｃ１２Ｒ 1:245） (72)発明者 三浦 重信 東京都杉並区宮前一丁目16番２号 株式 会社武蔵野化学研究所 東京研究所内 (56)参考文献 米国特許2565487（ＵＳ，Ａ) 国際公開93／000440（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C12P 7/56 ＷＰＩＤＳ（ＳＴＮ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微生物による乳酸発酵を含むプロセスに
   おいて、（１）乳酸発酵時の培地のｐＨ調整をアンモニ
   アによって行い、（２）該発酵により得られる乳酸アン
   モニウムの溶液、該乳酸アンモニウムの濃縮液およびそ
   れらから発酵に用いた微生物を含む固形分を除去した液
   よりなる群から選ばれた少なくとも１種の液に炭素数が
   ４または５であるアルコールを添加し、加熱することに
   より脱水および乳酸と該アルコールのエステル化反応を
   行わしめると同時にアンモニアを遊離、回収し、（３）
   （２）のエステル化反応によって得られる溶液に鉱酸を
   添加して酸性下に加熱、脱水を行い、該乳酸と該アルコ
   ールのエステル化を促進、完了させることを特徴とする
   乳酸エステルの製造方法。
2. 【請求項２】 前記アルコールの添加量が、乳酸に対し
   て１〜１０倍モルである請求項１に記載の乳酸エステル
   の製造方法。
3. 【請求項３】 前記アルコールが、ｎ−ブタノールであ
   る請求項１または２に記載の乳酸エステルの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項に記載
   の方法によって製造した乳酸エステルを加水分解する乳
   酸の製造方法。