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JP2009142265A - Method for producing lactic acid - Google Patents

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JP2009142265A
JP2009142265A JP2008282820A JP2008282820A JP2009142265A JP 2009142265 A JP2009142265 A JP 2009142265A JP 2008282820 A JP2008282820 A JP 2008282820A JP 2008282820 A JP2008282820 A JP 2008282820A JP 2009142265 A JP2009142265 A JP 2009142265A
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健司 澤井
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Hideki Sawai
秀樹 澤井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing lactic acid, comprising a step of removing a coloring component before occurrence of coloring in order to solve a problem in which lactic acid is colored by a Maillard reaction when heating a lactic acid solution by operation such as distillation without removing the coloring component when separating and refining lactic acid from a fermented culture solution after finishing fermentation in fermentation of lactic acid by a microorganism. <P>SOLUTION: In the method for refining lactic acid, coloring component can effectively be separated and removed by passing a culture solution of lactic acid fermented by a microorganism through a nano filter and filtering the solution. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

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精製する工程を含む、乳酸の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing lactic acid, comprising a step of purifying lactic acid produced in a culture solution by fermentation culture of microorganisms.

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。   Lactic acid is widely applied to industrial uses as a monomer raw material for biodegradable plastics in addition to uses such as foods and pharmaceuticals, and the demand is increasing. 2-Hydroxypropionic acid, i.e., lactic acid, is known to be produced by fermentation by a microorganism, and the microorganism converts a substrate containing a carbohydrate typified by glucose into lactic acid. Lactic acid is classified into (L) -form and (D) -form optical isomers according to the conformation of carbon at the carbonyl α-position. According to microbial fermentation, (L) -form or (D) -form lactic acid is selectively selected by appropriately selecting microorganisms, or a mixture of (L) -form and (D) -form (racemic form). Of lactic acid.

微生物発酵による乳酸の生産は、一般に、発酵栄養源として液体培地が用いられ、炭素源としては、グルコース、シュークロース等の糖類が用いられ、窒素源としては、アンモニアガス、硫酸アンモニウム等が用いられる。また、必要に応じてアミノ酸類、ビタミン類、酵母エキス、ペプチド類などの天然物成分が添加される。発酵培養液中に含まれる上記栄養源は、一般に、茶褐色を呈しており、特に、着色成分の原因としては、アミノ酸類やペプチド類のアミノ基と糖類のカルボニル基によるメイラード反応によるものであることが知られている。また、メイラード反応は加熱条件により加速する。発酵終了後、発酵培養液から乳酸を分離精製する場合、上記着色成分を除去しないまま蒸留等の操作により乳酸溶液を加熱すると、メイラード反応により、乳酸が着色するという問題点がある。さらに、着色した乳酸の重合を行うと、着色成分が重合を阻害する原因となり、目的とする分子量を持ったポリ乳酸を得ることができないという問題点もある。さらに、重合したポリ乳酸が着色するという問題点もある。そのために、発酵培養液中に含まれる、着色成分を効果的に除去する方法が求められている。   In the production of lactic acid by microbial fermentation, a liquid medium is generally used as a fermentation nutrient source, sugars such as glucose and sucrose are used as a carbon source, and ammonia gas, ammonium sulfate and the like are used as a nitrogen source. Moreover, natural product components such as amino acids, vitamins, yeast extract, peptides and the like are added as necessary. The nutrient source contained in the fermentation broth generally has a brownish brown color. In particular, the cause of the coloring component is due to the Maillard reaction by amino groups of amino acids and peptides and carbonyl groups of sugars. It has been known. Maillard reaction is accelerated by heating conditions. When lactic acid is separated and purified from the fermentation broth after completion of fermentation, there is a problem that lactic acid is colored by the Maillard reaction if the lactic acid solution is heated by an operation such as distillation without removing the colored components. Further, when the colored lactic acid is polymerized, there is a problem that the colored component causes the polymerization to be inhibited, so that polylactic acid having a target molecular weight cannot be obtained. Furthermore, there is a problem that the polymerized polylactic acid is colored. Therefore, there is a demand for a method for effectively removing the coloring components contained in the fermentation broth.

発酵培養液中の着色成分を除去する方法としては、活性炭を用いる方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、活性炭を用いる場合、除去したい着色成分が活性炭に吸着される一方で、目的とする乳酸の活性炭への吸着によりロスが生じるという問題点があった。また、活性炭による着色成分の除去では、不十分であるという問題点があった。
特開昭63−264548号公報(特許請求の範囲)
As a method for removing the coloring component in the fermentation broth, a method using activated carbon is disclosed (for example, see Patent Document 1). However, when activated carbon is used, the coloring component to be removed is adsorbed on the activated carbon, while loss occurs due to adsorption of the target lactic acid on the activated carbon. Moreover, there was a problem that the removal of the coloring component by activated carbon is insufficient.
JP 63-264548 A (Claims)

本発明は、上述したような課題、すなわち、微生物発酵により生産された乳酸を精製する場合において、培養液中の着色成分を効果的に除去するという課題を解決し、効率よく乳酸を精製する方法を提供することを目的とする。   The present invention solves the problem as described above, that is, a method for efficiently removing lactic acid produced by microbial fermentation, and effectively purifies lactic acid. The purpose is to provide.

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、微生物発酵培養液をナノフィルターを用いて濾過することにより、培養液中の着色成分を高効率で除去することができることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the coloring components in the culture solution can be removed with high efficiency by filtering the microbial fermentation culture solution using a nanofilter. The headline and the present invention were completed.

すなわち、本発明は、次の(1)〜(7)から構成される。
(1)微生物の発酵培養により培養液中に生産された乳酸を精製する工程を含む乳酸の製造方法であって、該培養液をナノフィルターに通じて濾過して、APHA単位色数が200以下の着色度である乳酸溶液を得る工程Aを含む、乳酸の製造方法。
(2)前記ナノフィルターの機能層がポリアミドを含む、(1)に記載の乳酸の製造方法。
(3)前記ポリアミドが架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ、化学式1で示される構成成分を含有することを特徴とする(2)に記載の乳酸の製造方法。
That is, this invention is comprised from following (1)-(7).
(1) A method for producing lactic acid comprising a step of purifying lactic acid produced in a culture solution by fermentation culture of microorganisms, wherein the culture solution is filtered through a nanofilter, and the APHA unit color number is 200 or less. A process for producing lactic acid, comprising the step A of obtaining a lactic acid solution having a coloration degree of.
(2) The method for producing lactic acid according to (1), wherein the functional layer of the nanofilter contains polyamide.
(3) The method for producing lactic acid according to (2), wherein the polyamide contains a cross-linked piperazine polyamide as a main component and a constituent represented by Chemical Formula 1.

Figure 2009142265
Figure 2009142265

(式中、Rは−Hまたは−CH、nは0から3までの整数を表す。)
(4)前記工程Aにおける培養液のpHが7以下である、(1)から(3)のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
(5)前記工程Aにおける培養液の濾過圧が0.1MPa以上、8MPa以下である、(1)から(4)のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
(6)前記工程Aで得られる乳酸溶液を、さらに、1Pa以上、大気圧以下の圧力下において、25℃以上200℃以下で蒸留する工程に供する、(1)から(5)のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
(7)前記培養液に活性炭を添加する工程Bと、該工程Bの後に定性濾紙で濾過する工程Cの後に得られる乳酸を含む分離液を前記工程Aに供する、(1)から(6)のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
(In the formula, R represents —H or —CH 3 , and n represents an integer of 0 to 3.)
(4) The method for producing lactic acid according to any one of (1) to (3), wherein the pH of the culture solution in Step A is 7 or less.
(5) The method for producing lactic acid according to any one of (1) to (4), wherein the filtration pressure of the culture solution in the step A is 0.1 MPa or more and 8 MPa or less.
(6) The lactic acid solution obtained in the step A is further subjected to a step of distilling at 25 ° C. or higher and 200 ° C. or lower under a pressure of 1 Pa or higher and atmospheric pressure or lower. The manufacturing method of lactic acid as described.
(7) A separation liquid containing lactic acid obtained after Step B of adding activated carbon to the culture broth and Step C of filtering with qualitative filter paper after Step B is subjected to Step A. (1) to (6) The method for producing lactic acid according to any one of the above.

本発明の乳酸の製造方法は、発酵培養液中に含まれる着色成分を簡単な操作により効果的に除去することができる。従って、例えば、本発明の乳酸の製造方法で得られた乳酸溶液に対してその後に加熱操作を行った場合においても、乳酸溶液の着色を抑制することが可能である。   The method for producing lactic acid according to the present invention can effectively remove the color components contained in the fermentation broth by a simple operation. Therefore, for example, even when the lactic acid solution obtained by the method for producing lactic acid according to the present invention is subjected to a heating operation thereafter, coloring of the lactic acid solution can be suppressed.

以下、本発明をより詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

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精製する工程を含む、乳酸の製造方法であって、該培養液をナノフィルターに通じて濾過して、APHA単位色数が200以下の着色度である乳酸溶液を得る工程Aを含むものである。   The present invention is a method for producing lactic acid, comprising a step of purifying lactic acid produced in a culture solution by fermentation culture of microorganisms, wherein the culture solution is filtered through a nanofilter, and the APHA unit color number is It includes a step A for obtaining a lactic acid solution having a coloring degree of 200 or less.

本発明の乳酸の製造方法の工程Aで用いるナノフィルターとは、ナノ濾過膜(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、一般に一価のイオンは透過し、二価のイオンを阻止する性質を有するとされる膜である。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。   The nanofilter used in step A of the method for producing lactic acid according to the present invention is also called a nanofiltration membrane (nanofiltration membrane, NF membrane). Generally, monovalent ions permeate and divalent ions pass through. It is a film that has the property of blocking. It is a membrane that is considered to have a minute gap of about several nanometers, and is mainly used to block minute particles, molecules, ions, salts, and the like in water.

ナノフィルターの素材には、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。また、その膜構造として、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用いることができる。   For the material of the nanofilter, a polymer material such as cellulose acetate polymer, polyamide, polyester, polyimide, vinyl polymer can be used. In addition, the membrane structure has a dense layer on at least one side of the membrane, and an asymmetric membrane having fine pores with gradually increasing pore diameters from the dense layer to the inside of the membrane or the other side, or a dense layer of the asymmetric membrane. In addition, any composite film having a very thin functional layer formed of another material can be used.

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。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。また、ポリアミド半透膜としては、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との重縮合反応により得られる架橋ポリアミドの機能層を支持体に有してなる複合半透膜が適している。   Among these, a composite film having a high-pressure resistance, high water permeability, and high solute removal performance and having an excellent potential and using a polyamide as a functional layer is preferable. In order to maintain durability against operating pressure, high water permeability, and blocking performance, a structure in which polyamide is used as a functional layer and is held by a support made of a porous membrane or nonwoven fabric is suitable. As the polyamide semipermeable membrane, a composite semipermeable membrane having a functional layer of a crosslinked polyamide obtained by polycondensation reaction of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide on a support is suitable.

ポリアミドを膜素材として含むナノフィルターにおいて、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。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フィルターは耐圧性、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、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1で示される構成成分を含有するアミン成分が好ましく、また、化学式1中、n=3のものがより好ましく用いられる。上記化学式1で示される構成成分としては、例えば、特開昭62−201606号公報に記載のものが挙げられる。   In the nanofilter containing polyamide as a membrane material, preferable carboxylic acid components of monomers constituting the polyamide include, for example, trimesic acid, benzophenone tetracarboxylic acid, trimellitic acid, pyrometic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, naphthalene dicarboxylic acid Examples thereof include aromatic carboxylic acids such as acid, diphenylcarboxylic acid, and pyridinecarboxylic acid, but considering solubility in a film-forming solvent, trimesic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, and mixtures thereof are more preferable. Preferred amine components of the monomers constituting the polyamide include m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, benzidine, methylenebisdianiline, 4,4′-diaminobiphenyl ether, dianisidine, 3,3 ′, 4- Triaminobiphenyl ether, 3,3 ′, 4,4′-tetraaminobiphenyl ether, 3,3′-dioxybenzidine, 1,8-naphthalenediamine, m (p) -monomethylphenylenediamine, 3,3′- Monomethylamino-4,4′-diaminobiphenyl ether, 4, N, N ′-(4-aminobenzoyl) -p (m) -phenylenediamine-2,2′-bis (4-aminophenylbenzimidazole), 2 , 2′-bis (4-aminophenylbenzoxazole), 2,2′-bis (4-aminophenyl) Examples include secondary diamines such as primary diamines having aromatic rings (such as nylbenzothiazole), piperazine, piperidine or derivatives thereof, among which nanofilters having a functional layer of crosslinked polyamide containing piperazine or piperidine as a monomer are pressure resistant. It is preferably used because it has heat resistance and chemical resistance in addition to properties and durability, and is preferably an amine component containing a crosslinked piperazine polyamide as a main component and containing the structural component represented by the chemical formula 1. Moreover, in Chemical Formula 1, those having n = 3 are more preferably used. Examples of the structural component represented by Chemical Formula 1 include those described in JP-A No. 62-201606.

ナノフィルター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フィルターも、スパイラル型の膜エレメントとして使用されることが好ましく採用できる。好ましいナノフィルターの具体例としては、例えば、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1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を含む同社製ナノフィルターモジュールSU−210、SU−220、SU−600、SU−610も使用することができる。また、架橋ピペラジンポリアミドを機能層とするフィルムテック社製ナノフィルターのNF−45、NF−90、NF−200、NF−400、あるいはポリアミドを機能層とするアルファラバル社製ナノフィルターのNF99、NF97,NF99HF、酢酸セルロース系のナノフィルターであるGE Osmonics社製のGEsepaなどが挙げられる。   The nanofilter is generally used as a spiral membrane element, but the nanofilter used in the present invention can also be preferably used as a spiral membrane element. As a specific example of a preferable nanofilter, for example, a nanofilter manufactured by the same company including UTC60 manufactured by Toray Industries, Inc. having a functional layer of a polyamide containing a crosslinked piperazine polyamide as a main component and the component represented by the above chemical formula 1 Modules SU-210, SU-220, SU-600, SU-610 can also be used. In addition, NF-45, NF-90, NF-200, NF-400 made by Filmtec Co., Ltd., which uses crosslinked piperazine polyamide as a functional layer, or NF99, NF97, made by Alfa Laval Corp., which uses polyamide as a functional layer. , NF99HF, GE Sepa manufactured by GE Osmonics, which is a cellulose acetate-based nanofilter, and the like.

本発明の乳酸の製造方法の工程Aで用いるナノフィルターは、上記の1種類の素材で構成する膜に限定されず、複数の膜素材を含む膜又は複数の膜を組み合わせた複合膜であってもよい。例えば、特開昭62−201606号公報に記載のように、ポリスルホンを膜素材とする支持膜に上記素材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。   The nanofilter used in step A of the method for producing lactic acid according to the present invention is not limited to a film composed of the above-mentioned one kind of material, and is a film including a plurality of film materials or a composite film combining a plurality of films. Also good. For example, as described in JP-A-62-201606, a composite membrane in which a nanofilter made of the above material is formed on a support membrane made of polysulfone as a membrane material can be used.

本発明の乳酸の製造方法の工程Aにおける「ナノフィルターに通じて濾過する」とは、微生物の発酵培養により生産された乳酸を含む培養液を、ナノフィルターに通じて濾過し、着色成分を除去または透過阻止または濾別し、乳酸溶液を濾液として透過させることを意味する。ここで、培養液の着色成分としては、主に糖類、ペプチド類等の栄養源、または酵母エキス等の天然物由来成分等が挙げられるが、培養液中において着色を呈しているものであればいずれも含まれる。   In the step A of the method for producing lactic acid according to the present invention, “filter through a nanofilter” means that a culture solution containing lactic acid produced by microbial fermentation culture is filtered through a nanofilter to remove colored components. Alternatively, it means that permeation is blocked or filtered and the lactic acid solution is permeated as a filtrate. Here, the coloring component of the culture solution mainly includes nutrients such as sugars and peptides, or components derived from natural products such as yeast extract, etc., as long as they are colored in the culture solution. Both are included.

乳酸水溶液のナノフィルター透過性の評価方法としては、乳酸透過率を算出して評価する方法が挙げられるが、この方法に限定されるものではない。乳酸透過率は、高速液体クロマトグラフィーに代表される分析により、原水(培養液)中に含まれる乳酸濃度(原水乳酸濃度)および透過水(乳酸溶液)中に含まれる乳酸濃度(透過水乳酸濃度)を測定することで、式1によって算出することができる。   Examples of the method for evaluating the nanofilter permeability of an aqueous lactic acid solution include a method of calculating and evaluating lactic acid permeability, but the method is not limited to this method. Lactic acid permeability is determined by analysis represented by high performance liquid chromatography. Lactic acid concentration in raw water (culture solution) (raw water lactic acid concentration) and lactic acid concentration in permeated water (lactic acid solution) (permeated lactic acid concentration) ) Can be calculated by Equation 1.

乳酸透過率(%)=(透過水乳酸濃度/原水乳酸濃度)×100‥‥‥(式1)。   Lactic acid permeability (%) = (permeated lactic acid concentration / raw water lactic acid concentration) × 100 (Formula 1).

膜単位面積、単位圧力当たりの透過流量(膜透過流束)の評価方法として、透過水量および透過水量を採水した時間および膜面積を測定することで、式2によって算出することができる。   As a method for evaluating the membrane unit area and the permeate flow rate per unit pressure (membrane permeation flux), the permeated water amount, the time during which the permeated water amount was sampled, and the membrane area can be calculated by Equation 2.

膜透過流束(m/(m・日))=透過水量/(膜面積×採水時間)‥‥‥(式2)。 Membrane permeation flux (m 3 / (m 2 · day)) = permeate amount / (membrane area × water sampling time) (Formula 2).

本発明の乳酸の製造方法の工程Aにおいて、微生物培養液のナノフィルターによる濾過は、圧力をかけて分離を行ってもよい。その濾過圧は、0.1MPa以上8MPa以下の範囲で好ましく行われる。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ため、0.5MPa以上7MPa以下で行うことが、膜透過流束が高いく、乳酸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以下で行うことが特に好ましい。   In step A of the method for producing lactic acid of the present invention, filtration of the microorganism culture solution with a nanofilter may be performed by applying pressure. The filtration pressure is preferably performed in the range of 0.1 MPa to 8 MPa. If the filtration pressure is lower than 0.1 MPa, the membrane permeation rate decreases, and if it is higher than 8 MPa, the membrane damage is affected. Therefore, the membrane permeation flux is high and the lactic acid solution is performed at 0.5 MPa or more and 7 MPa or less. Is more preferable because it can be efficiently permeated and has a low possibility of affecting the film damage, and is particularly preferably performed at 1 MPa or more and 6 MPa or less.

本発明の乳酸の製造方法の工程Aにおいて、ナノフィルターによる濾過に供する培養液のpHは、7以下であることが好ましい。ナノフィルターは、一般に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除去または阻止しやすいことが知られている。培養液のpHを7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することができる。より好ましくは、培養液のpH4を以下とする。さらに、乳酸のpKaが3.86であることから、pHを3.86以下とすることで、解離していない乳酸の方が乳酸イオンより培養溶液中に多く含まれるため、効率的に乳酸を透過することができることから、より好ましい。   In step A of the method for producing lactic acid of the present invention, the pH of the culture solution to be subjected to filtration with a nanofilter is preferably 7 or less. It is known that a nanofilter is generally easier to remove or prevent a material that is ionized in a solution than a material that is not ionized. By setting the pH of the culture solution to 7 or less, the proportion of lactic acid dissociated in the culture solution and present as lactic acid ions can be reduced, and the lactic acid can easily permeate. More preferably, the pH of the culture solution is 4 or less. Furthermore, since the pKa of lactic acid is 3.86, by setting the pH to 3.86 or less, lactic acid that is not dissociated is more contained in the culture solution than lactic acid ions. Since it can permeate | transmit, it is more preferable.

本発明の乳酸の製造方法の工程Aで用いるナノフィルターの膜分離性能としては、塩化ナトリウム(500mg/L)の除去率が45%以上のものが好ましく用いられる。また、ナノフィルターの膜の透過性能としては、塩化ナトリウム(500mg/L)で0.3MPaの濾過圧において、水の透過水量(m/日)が4以上のものが好ましく用いられる。 As the membrane separation performance of the nanofilter used in Step A of the method for producing lactic acid of the present invention, those having a removal rate of sodium chloride (500 mg / L) of 45% or more are preferably used. As the permeation performance of the membrane of the nanofilter, a permeated water amount (m 3 / day) of 4 or more with sodium chloride (500 mg / L) at a filtration pressure of 0.3 MPa is preferably used.

ナノフィルターによる濾過で用いる微生物培養液中の乳酸溶液中の乳酸の濃度は、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。   The concentration of lactic acid in the lactic acid solution in the microorganism culture solution used for filtration through the nanofilter is not particularly limited. However, if the concentration is high, the concentration of lactic acid contained in the permeate is also high, so the concentration time is shortened. Therefore, it is suitable for cost reduction.

ナノフィルターによる分離で用いる微生物培養液中の乳酸溶液中の乳酸の濃度は、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。例えば、培養液中の乳酸の濃度は10g/L以上100g/L以下が好ましい。   The concentration of lactic acid in the lactic acid solution in the microorganism culture solution used for separation by the nanofilter is not particularly limited, but if the concentration is high, the concentration of lactic acid contained in the permeate is also high, so the concentration time is shortened. Therefore, it is suitable for cost reduction. For example, the concentration of lactic acid in the culture solution is preferably 10 g / L or more and 100 g / L or less.

培養液またはナノフィルターを透過した乳酸溶液の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。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。APHA単位色数(ハーゼン単位色数)以外の着色度を示す指標として、ガードナー色数(JISK0071−2、1998年10月20日制定)も用いることができる。   The APHA unit color number can be used as an index indicating the degree of coloration of the lactic acid solution that has passed through the culture solution or the nanofilter. The APHA unit color number (Hazen unit color number) is a value obtained according to the measurement method of JISK0071-1 (established on October 20, 1998). As an index indicating the coloring degree other than the APHA unit color number (Hazen unit color number), the Gardner color number (JISK0071-2, established on October 20, 1998) can also be used.

精製する前の培養液の着色度は、通常の培養条件で行えば、APHA単位色数とで500以下、ガードナー色数で18以下である。本発明によれば、工程Aの操作、すなわち、培養液をナノフィルターで濾過することで、APHA単位色数が200以下、ガードナー色数が8以下の着色度である乳酸溶液を得ることができる。   The coloring degree of the culture solution before purification is 500 or less in terms of the APHA unit color number and 18 or less in the Gardner color number under normal culture conditions. According to the present invention, a lactic acid solution having a coloration degree with an APHA unit color number of 200 or less and a Gardner color number of 8 or less can be obtained by the operation of Step A, that is, by filtering the culture solution with a nanofilter. .

本発明の乳酸の製造方法において、培養液に活性炭を添加する工程Bと、該工程Bの後に定性濾紙などで濾過する工程Cの後に得られる乳酸溶液を工程Aに供してもよい。活性炭を添加することにより、着色成分をAPHA単位色数として300程度、ガードナー色数として11程度まで低減することができることから好ましい。活性炭の形状としては、粉末、粒状でもよく、これらをシート状、筒状にしたものでもよく、上記活性炭を培養液に添加または、培養液を上記活性炭に通過させてもよく、これらに限定されず使用することができる。   In the method for producing lactic acid according to the present invention, the lactic acid solution obtained after Step B of adding activated carbon to the culture solution and Step C of filtering with qualitative filter paper after Step B may be subjected to Step A. Addition of activated carbon is preferable because the coloring component can be reduced to about 300 as the APHA unit color number and to about 11 as the Gardner color number. The shape of the activated carbon may be powder or granular, and may be in the form of a sheet or cylinder. The activated carbon may be added to the culture solution or the culture solution may be passed through the activated carbon. Can be used.

本発明の乳酸の製造方法において、工程Aにおいて培養液をナノフィルターで濾過して得られる乳酸溶液を、さらに蒸留する工程に供することで、高純度の乳酸を得ることができる。蒸留工程は、1Pa以上大気圧(常圧、約101kPa)以下の減圧下で行うことが好ましい。減圧下で行う場合の蒸留温度は、25℃以上200℃以下で行うことが好ましいが、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虞があるため、50℃以上180℃以下であれば、好適に乳酸の蒸留を行うことができる。この蒸留工程に供する前に、ナノフィルターを透過した乳酸溶液を、一旦エバポレーターに代表される濃縮装置を用いて乳酸溶液を濃縮してもよい。APHA単位色数が200以上、ガードナー色数が8以上の着色度である乳酸溶液を蒸留する場合には、得られた乳酸が蒸留時の加熱のためにさらに着色する虞がある。そして、着色したままの乳酸を原料として重合反応を行うと、得られるポリ乳酸も着色する。さらに、重合反応時に着色成分が重合阻害剤として働き、目的とする分子量のポリ乳酸を得ることが出来ない虞がある。   In the method for producing lactic acid according to the present invention, high-purity lactic acid can be obtained by subjecting the lactic acid solution obtained by filtering the culture solution with a nanofilter in step A to a further distillation step. The distillation step is preferably performed under a reduced pressure of 1 Pa or more and atmospheric pressure (normal pressure, about 101 kPa) or less. The distillation temperature when performing under reduced pressure is preferably 25 ° C. or more and 200 ° C. or less. However, when distillation is performed at 180 ° C. or more, lactic acid may be racemized due to the influence of impurities. If it is more than 180 degreeC, the distillation of lactic acid can be performed suitably. Before being subjected to this distillation step, the lactic acid solution that has permeated the nanofilter may be once concentrated using a concentrating device represented by an evaporator. When distilling a lactic acid solution having an APHA unit color number of 200 or more and a Gardner color number of 8 or more, the obtained lactic acid may be further colored due to heating during distillation. When the polymerization reaction is carried out using the colored lactic acid as a raw material, the resulting polylactic acid is also colored. Furthermore, the coloring component may act as a polymerization inhibitor during the polymerization reaction, and there is a possibility that polylactic acid having the target molecular weight cannot be obtained.

本発明の乳酸の製造方法によれば、工程Aにおいて培養液をナノフィルターで濾過することにより、得られる乳酸溶液の着色度をAPHA単位色数として200以下、ガードナー色数として8以下にすることができる。また、得られた乳酸溶液をさらに蒸留工程に供することにより、APHA単位色数100以下、ガードナー色数4以下の着色度の乳酸溶液を得ることができる。さらに、乳酸溶液の蒸留残査を再び工程Aに供することで、蒸留のロスを防ぐことができ、乳酸の単離収率を向上させることができる。さらに、上記蒸留により得られた乳酸を原料として重合反応を行うことで、目的とする分子量を持った、着色度の低いポリ乳酸を得ることができる。   According to the method for producing lactic acid of the present invention, the color of the obtained lactic acid solution is 200 or less as the APHA unit color number and 8 or less as the Gardner color number by filtering the culture solution with a nanofilter in step A. Can do. Further, by subjecting the obtained lactic acid solution to a distillation step, a lactic acid solution having a coloration degree of APHA unit color number of 100 or less and Gardner color number of 4 or less can be obtained. Furthermore, by subjecting the distillation residue of the lactic acid solution to step A again, the loss of distillation can be prevented and the isolated yield of lactic acid can be improved. Furthermore, by carrying out a polymerization reaction using lactic acid obtained by the above distillation as a raw material, polylactic acid having a target molecular weight and a low coloring degree can be obtained.

以下、本発明の乳酸の製造方法に供される、微生物の発酵培養による乳酸生産について説明する。   Hereinafter, lactic acid production by fermentation culture of microorganisms, which is used in the method for producing lactic acid according to the present invention, will be described.

微生物の発酵培養による乳酸生産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。本発明における発酵培養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。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。   The fermentation raw material used for lactic acid production by fermentation culture of microorganisms may be any material that promotes the growth of the microorganisms to be cultured and can produce lactic acid as the desired fermentation product, A normal liquid medium containing inorganic salts and organic micronutrients such as amino acids and vitamins as appropriate is preferable. Carbon sources include sugars such as glucose, sucrose, fructose, galactose, lactose, starch saccharified solution containing these sugars, sweet potato molasses, sugar beet molasses, high test molasses, and organic acids such as acetic acid, alcohols such as ethanol And glycerin are also used. Nitrogen sources include ammonia gas, aqueous ammonia, ammonium salts, urea, nitrates, and other supplementary organic nitrogen sources such as oil cakes, soybean hydrolysates, casein degradation products, other amino acids, vitamins, corn Steep liquor, yeast or yeast extract, meat extract, peptides such as peptone, various fermented cells and hydrolysates thereof are used. As inorganic salts, phosphates, magnesium salts, calcium salts, iron salts, manganese salts, and the like can be appropriately added. When a microorganism used for fermentation culture in the present invention requires a specific nutrient (for example, amino acid) for growth, the nutrient is added as such or as a natural product containing it. Moreover, you may use an antifoamer as needed. You may change suitably the composition of the fermentation raw material added to a culture solution from the fermentation raw material composition at the time of a culture | cultivation start so that the productivity of the target lactic acid may become high.

本発明における微生物の培養は、通常pH4−8、温度20−40℃の範囲で行うことができる。培養液のpHはアルカリ性物質、具体的には塩基性のカルシウム塩によって上記範囲内のあらかじめ定められた値に調節することができる。塩基性カルシウム塩としては、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、酸化カルシウム、酢酸カルシウムなどが好ましく用いられる。   The culture of microorganisms in the present invention can be usually carried out at a pH of 4-8 and a temperature of 20-40 ° C. The pH of the culture solution can be adjusted to a predetermined value within the above range by an alkaline substance, specifically, a basic calcium salt. As the basic calcium salt, calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium phosphate, calcium oxide, calcium acetate and the like are preferably used.

微生物の培養において、酸素の供給速度を上げる必要があれば、空気に酸素を加えて酸素濃度を21%以上に保つ、あるいは培養を加圧する、攪拌速度を上げる、通気量を上げるなどの手段を用いることができる。   In the culture of microorganisms, if it is necessary to increase the oxygen supply rate, add oxygen to the air to maintain the oxygen concentration at 21% or higher, or pressurize the culture, increase the stirring speed, increase the aeration rate, etc. Can be used.

微生物の培養初期に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。培養液中の微生物の濃度は、培養液の環境が微生物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。   After cultivating microorganisms, batch culture or fed-batch culture is performed to increase the concentration of microorganisms, and then continuous culture (pulling) may be started. You can go. It is possible to supply the raw material culture solution and extract the culture from an appropriate time. The starting times of the supply of the raw material culture solution and the withdrawal of the culture are not necessarily the same. Further, the supply of the raw material culture solution and the withdrawal of the culture may be continuous or intermittent. What is necessary is just to add a nutrient required for microbial cell growth as shown above to a raw material culture solution so that microbial cell growth may be performed continuously. The concentration of microorganisms in the culture solution is preferably maintained in a high state within a range where the ratio of the culture solution environment becomes inappropriate for the growth of microorganisms and the ratio of killing is not high, in order to obtain efficient productivity. As a result, good production efficiency can be obtained by maintaining the dry weight at 5 g / L or more.

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。   The continuous culture operation performed while growing fresh cells having fermentation production ability is usually preferably performed in a single fermenter in terms of culture management. However, the number of fermenters is not limited as long as it is a continuous culture method for producing a product while growing cells. A plurality of fermenters may be used because the capacity of the fermenter is small. In this case, high productivity of the fermented product can be obtained even if continuous fermentation is performed by connecting a plurality of fermenters in parallel or in series by piping.

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、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、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る。動物細胞、昆虫細胞等の培養細胞も、本発明で使用される微生物に含まれる。使用する微生物は、自然環境から単離されたものでもよく、また、突然変異や遺伝子組換えによって一部性質が改変されたものであってもよい。   Although there is no restriction | limiting in particular about the microorganisms used by this invention, For example, yeasts, such as baker's yeast often used in fermentation industry, bacteria, such as colon_bacillus | E._coli and coryneform bacteria, filamentous fungi, actinomycetes, etc. are mentioned. Cultured cells such as animal cells and insect cells are also included in the microorganism used in the present invention. The microorganism to be used may be isolated from the natural environment, or may be partially modified by mutation or genetic recombination.

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。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, this invention is not limited to a following example.

(乳酸生産能力を持つ酵母株の作製)
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(宝酒造社製)、あるいはKOD-Plus-polymerase(東洋紡社製)を用い、付属の取扱説明に従って行った。
(Production of yeast strains capable of producing lactic acid)
Reference Example 1 Production of Yeast Strain Having Lactic Acid Production Capacity A yeast strain having a lactic acid production capacity was constructed as follows. Specifically, a yeast strain capable of producing L-lactic acid was constructed by linking a human-derived LDH gene downstream of the PDC1 promoter on the yeast genome. For polymerase chain reaction (PCR), La-Taq (manufactured by Takara Shuzo) or KOD-Plus-polymerase (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was used according to the attached instruction manual.

ヒト乳ガン株化細胞(MCF−7)を培養回収後、TRIZOL Reagent(Invitrogen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(Invitrogen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。   After culturing and recovering human breast cancer cell line (MCF-7), total RNA was extracted using TRIZOL Reagent (Invitrogen), and SuperScript Choice System (Invitrogen) was used with the obtained total RNA as a template. CDNA was synthesized by reverse transcription reaction. Details of these operations followed the attached protocol. The obtained cDNA was used as an amplification template for subsequent PCR.

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(TAKARA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(TAKARA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各種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(L−ldh遺伝子)を得た。   The L-ldh gene was cloned by PCR using KOD-Plus-polymerase using the cDNA obtained by the above operation as an amplification template and the oligonucleotides represented by SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 as a primer set. Each PCR amplified fragment was purified and the end was phosphorylated with T4 Polynucleotide Kinase (manufactured by TAKARA), and then ligated to a pUC118 vector (cut with the restriction enzyme HincII and the cut surface was dephosphorylated). Ligation was performed using DNA Ligation Kit Ver.2 (manufactured by TAKARA). Escherichia coli DH5α was transformed with the ligation plasmid product, and plasmid DNA was collected to obtain a plasmid in which various L-ldh genes (accession number; AY009108, SEQ ID NO: 3) were subcloned. The obtained pUC118 plasmid into which the L-ldh gene was inserted was digested with restriction enzymes XhoI and NotI, and each of the obtained DNA fragments was inserted into the XhoI / NotI cleavage site of the yeast expression vector pTRS11. In this way, a human-derived L-ldh gene expression plasmid pL-ldh5 (L-ldh gene) was obtained.

ヒト由来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。   By PCR using the plasmid pL-ldh5 containing the human-derived LDH gene as an amplification template and the oligonucleotides represented by SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 5 as a primer set, a 1.3-kb human-derived LDH gene and Saccharomyces cerevisiae derived A DNA fragment containing the terminator sequence of the TDH3 gene was amplified. In addition, a DNA fragment containing the TRP1 gene derived from Saccharomyces cerevisiae of 1.2 kb was amplified by PCR using the plasmid pRS424 as an amplification template and the oligonucleotides represented by SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 7 as a primer set. Each DNA fragment was separated by 1.5% agarose gel electrophoresis and purified according to a conventional method. A product obtained by the PCR method using a mixture of the 1.3 kb fragment and the 1.2 kb fragment obtained here as an amplification template and the oligonucleotides represented by SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 7 as a primer set is 1 2.5% agarose gel electrophoresis was carried out to prepare a 2.5 kb DNA fragment linked with human-derived LDH gene and TRP1 gene according to a conventional method. Saccharomyces cerevisiae strain NBRC10505 was transformed with this 2.5 kb DNA fragment in a conventional manner so as not to require tryptophan.

得られた形質転換細胞がヒト由来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。   Confirmation that the obtained transformed cells were cells in which the human-derived LDH gene was linked downstream of the PDC1 promoter on the yeast genome was performed as follows. First, genomic DNA of a transformed cell was prepared according to a conventional method, and a 0.7 kb amplified DNA fragment was obtained by PCR using the oligonucleotides represented by SEQ ID NO: 8 and SEQ ID NO: 9 as a primer set. Confirmed by being. Whether or not the transformed cells have lactic acid production ability is determined by the fact that lactic acid is contained in the culture supernatant obtained by culturing the transformed cells in SC medium ("METHODS IN YEAS GENETIC 2000 EDITION", CSHL PRESS). It confirmed by measuring the amount of lactic acid by HPLC method on the conditions shown in.

カラム:Shim-Pack SPR-H(島津社製)
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℃。
Column: Shim-Pack SPR-H (manufactured by Shimadzu Corporation)
Mobile phase: 5 mM p-toluenesulfonic acid (flow rate 0.8 mL / min)
Reaction solution: 5 mM p-toluenesulfonic acid, 20 mM Bistris, 0.1 mM EDTA · 2Na (flow rate 0.8 mL / min)
Detection method: electrical conductivity Temperature: 45 ° C.

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。   The optical purity of L-lactic acid was measured by the HPLC method under the following conditions.

カラム:TSK-gel Enantio L1(東ソー社製)
移動相:1mM 硫酸銅水溶液
流速:1.0ml/min
検出方法 :UV254nm
温度 :30℃。
Column: TSK-gel Enantio L1 (manufactured by Tosoh Corporation)
Mobile phase: 1 mM aqueous copper sulfate flow rate: 1.0 ml / min
Detection method: UV254 nm
Temperature: 30 ° C.

また、L−乳酸の光学純度は式3で計算される。ここで、LはL−乳酸の濃度、DはD−乳酸の濃度を表す。   Further, the optical purity of L-lactic acid is calculated by Equation 3. Here, L represents the concentration of L-lactic acid, and D represents the concentration of D-lactic acid.

光学純度(%)=100×(L−D)/(L+D)‥‥‥(式3)。   Optical purity (%) = 100 × (LD) / (L + D) (formula 3).

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。   As a result of HPLC analysis, 4 g / L of L-lactic acid was detected, and D-lactic acid was below the detection limit. From the above examination, it was confirmed that this transformant has L-lactic acid production ability. The obtained transformed cells were used in subsequent examples as yeast strain SW-1.

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)を用いた。参考例2の運転条件を以下に示す。
Reference Example 2 Production of L-lactic acid by batch fermentation The most typical batch fermentation was performed as a fermentation form using microorganisms, and the lactic acid productivity was evaluated. A batch fermentation test was conducted using the lactic acid fermentation medium shown in Table 1. The medium was used after autoclaving (121 ° C., 15 minutes). The yeast SW-1 strain constructed in Reference Example 1 was used as a microorganism, and the concentration of lactic acid as a product was evaluated using the HPLC shown in Reference Example 1, and the glucose concentration was measured using a glucose test Wako. C (Wako Pure Chemical Industries) was used. The operating conditions of Reference Example 2 are shown below.

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pH7に調整。
Reaction tank capacity (lactic acid fermentation medium amount): 2 (L)
Temperature adjustment: 30 (° C)
Reaction tank aeration rate: 0.2 (L / min)
Reaction tank stirring speed: 400 (rpm)
pH adjustment: adjusted to pH 7 with 1N calcium hydroxide.

Figure 2009142265
Figure 2009142265

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。   First, the SW-1 strain was cultured with shaking in a 5 ml lactic acid fermentation medium overnight in a test tube (pre-culture). The culture solution was inoculated into 100 ml of fresh lactic acid fermentation medium and cultured with shaking in a 500 ml Sakaguchi flask for 24 hours (pre-culture). Temperature adjustment and pH adjustment were performed, and fermentation culture was performed. The amount of bacterial cell growth at this time was 15 in terms of absorbance at 600 nm. The results of batch fermentation are shown in Table 2.

Figure 2009142265
Figure 2009142265

実施例1〜16
(ナノフィルターで精製する培養液の準備)
参考例1、2で乳酸発酵した培養液(2L)をそれぞれpHが1.9、pHが2.6、pHが4.0、pHが6.0になるまで濃硫酸(和光純薬製)を滴下後、25℃で1時間撹拌し、培養液中の乳酸カルシウムを乳酸と硫酸カルシウムに変換した。次いで、沈殿した硫酸カルシウムを定性濾紙No2(アドバンテック製)を用いて吸引濾過により、沈殿物を濾別し、濾液2Lを回収した。
Examples 1-16
(Preparation of culture solution to be purified with nanofilter)
Concentrated sulfuric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) until the pH of the culture solution (2 L) fermented by lactic acid fermentation in Reference Examples 1 and 2 reached 1.9, 2.6, 4.0, and 6.0, respectively. Was added at 25 ° C. for 1 hour to convert calcium lactate in the culture solution into lactic acid and calcium sulfate. Next, the precipitated calcium sulfate was filtered by suction filtration using qualitative filter paper No. 2 (manufactured by Advantech), and 2 L of filtrate was collected.

(ナノフィルターによる分離実験)
次いで、図1に示す膜濾過装置の原水槽1に上記で得られた濾液2Lを注入した。図2の符号7に示される90φナノフィルターとして、架橋ピペラジンポリアミド半透膜“UTC60”(ナノフィルター1;東レ株式会社製)、架橋ピペラジンポリアミド半透膜“NF−400”(ナノフィルター2;フィルムテック製)、ポリアミド半透膜“NF99”(ナノフィルター3;アルファラバル製)、酢酸セルロース半透膜“GEsepa”(ナノフィルター4;GE Osmonics製)をそれぞれステンレス(SUS316製)製のセルにセットし、高圧ポンプ3の圧力をそれぞれ4MPaに調整し、それぞれのpHにおける透過水4を回収した。原水槽1、透過水4に含まれる、乳酸濃度を、高速液体クロマトグラフィー(島津製作所製)、着色度を比色計(日本電色製)によりAPHA単位色数として分析した。結果を表3に示す。
(Separation experiment with nano filter)
Next, 2 L of the filtrate obtained above was injected into the raw water tank 1 of the membrane filtration apparatus shown in FIG. As the 90φ nanofilter indicated by reference numeral 7 in FIG. 2, a crosslinked piperazine polyamide semipermeable membrane “UTC60” (Nanofilter 1; manufactured by Toray Industries, Inc.), a crosslinked piperazine polyamide semipermeable membrane “NF-400” (nanofilter 2; film) Tech), polyamide semipermeable membrane “NF99” (Nanofilter 3; manufactured by Alfa Laval), and cellulose acetate semipermeable membrane “GEsepa” (Nanofilter 4; manufactured by GE Osmonics) are each set in a cell made of stainless steel (SUS316). The pressure of the high pressure pump 3 was adjusted to 4 MPa, and the permeated water 4 at each pH was recovered. The concentration of lactic acid contained in the raw water tank 1 and the permeated water 4 was analyzed as the number of APHA unit colors by high performance liquid chromatography (manufactured by Shimadzu Corporation) and the degree of coloration by a colorimeter (manufactured by Nippon Denshoku). The results are shown in Table 3.

Figure 2009142265
Figure 2009142265

表3に示すように、pHがそれぞれ1.9、2.6、4.0、6.0で行ったすべての実施例において、着色成分が高効率で除去されたことがわかった。   As shown in Table 3, it was found that the coloring components were removed with high efficiency in all Examples conducted at pH 1.9, 2.6, 4.0, and 6.0, respectively.

また、上記実施例1から実施例16において、ナノフィルターを途中で新しい膜に取り換えることなく始終同一の膜を用いて実施したが、上記の濾加圧の範囲内において、着色成分が高効率で除去された。   Moreover, in the said Example 1- Example 16, it implemented using the same film | membrane all the time without replacing | exchanging a nano filter by a new film on the way, but in the range of said filtration pressurization, a coloring component is highly efficient. Removed.

実施例5
(乳酸溶液の蒸留)
実施例1においてpH1.9に調整してナノフィルターで精製した透過液1L(乳酸濃度:23g/L、APHA単位色数140)を、ロータリーエバポレーター(東京理化社製)を用いて、減圧下(50hPa)で水を蒸発させて濃縮した。
Example 5
(Distillation of lactic acid solution)
The permeate 1L (lactic acid concentration: 23 g / L, APHA unit color number 140) adjusted to pH 1.9 in Example 1 and purified with a nanofilter was reduced under reduced pressure using a rotary evaporator (manufactured by Tokyo Rika Co., Ltd.). The water was evaporated and concentrated at 50 hPa).

次いで、133Pa、130℃で減圧蒸留を行った。また、蒸留した乳酸の着色度を比色計により測定したところ、APHA単位色数の増加はみられなかった。表4に結果を示す。   Subsequently, vacuum distillation was performed at 133 Pa and 130 ° C. Moreover, when the coloring degree of distilled lactic acid was measured with the colorimeter, the increase in APHA unit color number was not seen. Table 4 shows the results.

Figure 2009142265
Figure 2009142265

比較例1
(活性炭による着色成分除去実験)
実施例1と同様に、参考例1、2の乳酸発酵で得られた培養液(2L)に、粒状活性炭(白鷺、日本エンバイロケミカルズ(株)製)を1g添加し、25℃で2時間攪拌した。次いで、pHが1.9になるまで濃硫酸(和光純薬製)を滴下後、1時間25℃で攪拌した。沈殿した硫酸カルシウムおよび粒状活性炭を定性濾紙No2(アドバンテック製)を用いて吸引濾過により濾別した。濾液の着色度はAPHA単位色で300であった。このことから、着色成分が十分に除去されていないことがわかった。
Comparative Example 1
(Colored component removal experiment using activated carbon)
In the same manner as in Example 1, 1 g of granular activated carbon (Shirakaba, manufactured by Nihon Enviro Chemicals) was added to the culture solution (2 L) obtained by lactic acid fermentation in Reference Examples 1 and 2, and stirred at 25 ° C. for 2 hours. did. Next, concentrated sulfuric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added dropwise until the pH reached 1.9, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 1 hour. Precipitated calcium sulfate and granular activated carbon were separated by suction filtration using qualitative filter paper No. 2 (manufactured by Advantech). The coloration degree of the filtrate was 300 in APHA unit color. From this, it was found that the coloring component was not sufficiently removed.

比較例2
(乳酸の蒸留)
比較例1で得られた濾液1L(乳酸濃度:23g/L、APHA単位色300)をロータリーエバポレーター(東京理化製)を用いて、減圧下(50hPa)で水を蒸発させた。
Comparative Example 2
(Distillation of lactic acid)
Water of 1 L of the filtrate obtained in Comparative Example 1 (lactic acid concentration: 23 g / L, APHA unit color 300) was evaporated under reduced pressure (50 hPa) using a rotary evaporator (manufactured by Tokyo Rika).

次いで、133Pa、130℃で減圧蒸留を行ったところ、蒸留した乳酸に着色がみられた。また、蒸留残渣には、一部オリゴマー化した乳酸が確認された。表5に結果を示す。   Subsequently, when vacuum distillation was performed at 133 Pa and 130 ° C., the distilled lactic acid was colored. In addition, partially oligomerized lactic acid was confirmed in the distillation residue. Table 5 shows the results.

Figure 2009142265
Figure 2009142265

以上の実施例及び比較例の結果から、培養液の濾過にナノフィルターを用いることにより、培養液中の着色成分を高効率で除去できることが明らかとなった。すなわち、本発明によって、微生物培養液中の乳酸溶液中の着色成分を高効率で除去することができることが明らかとなった。また、ナノフィルターによる濾過によって得られた乳酸溶液を、さらに蒸留工程に供した場合でも、加熱条件でもオリゴマー化が進行せず、乳酸が着色しないことが明らかとなった。   From the results of the above Examples and Comparative Examples, it was revealed that the coloring components in the culture solution can be removed with high efficiency by using the nanofilter for the filtration of the culture solution. That is, it has been clarified that the coloring component in the lactic acid solution in the microorganism culture solution can be removed with high efficiency by the present invention. Moreover, even when the lactic acid solution obtained by filtration with a nanofilter was further subjected to a distillation step, it became clear that oligomerization did not proceed even under heating conditions, and lactic acid was not colored.

本発明の精製方法で用いたナノフィルター膜分離装置の一つの実施の形態を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows one embodiment of the nano filter membrane separation apparatus used with the purification method of this invention. 本発明の精製方法で用いたナノフィルター膜分離装置のナノフィルター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。It is a schematic diagram which shows one embodiment of cell sectional drawing with which the nano filter of the nano filter membrane separation apparatus used with the purification method of this invention was mounted | worn.

符号の説明Explanation of symbols

1 原水槽
2 ナノフィルター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 ナノフィルター
8 支持板
1 Raw Water Tank 2 Cell with Nano Filter Membrane 3 High Pressure Pump 4 Flow of Membrane Permeate 5 Flow of Membrane Concentrate 6 Flow of Culture Solution Pumped by High Pressure Pump 7 Nano Filter 8 Support Plate

Claims (7)

微生物の発酵培養により培養液中に生産された乳酸を精製する工程を含む乳酸の製造方法であって、該培養液をナノフィルターに通じて濾過して、APHA単位色数が200以下の着色度である乳酸溶液を得る工程Aを含む、乳酸の製造方法。   A method for producing lactic acid comprising a step of purifying lactic acid produced in a culture solution by fermentation culture of microorganisms, wherein the culture solution is filtered through a nanofilter to obtain a coloration degree of APHA unit color number of 200 or less. The manufacturing method of lactic acid including the process A which obtains the lactic acid solution which is. 前記ナノフィルターの機能層がポリアミドを含む、請求項1に記載の乳酸の製造方法。   The method for producing lactic acid according to claim 1, wherein the functional layer of the nanofilter contains polyamide. 前記ポリアミドが架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ、化学式1で示される構成成分を含有することを特徴とする請求項2に記載の乳酸の製造方法。
Figure 2009142265
(式中、Rは−Hまたは−CH、nは0から3までの整数を表す。)
The method for producing lactic acid according to claim 2, wherein the polyamide comprises a crosslinked piperazine polyamide as a main component and a constituent represented by the chemical formula 1.
Figure 2009142265
(In the formula, R represents —H or —CH 3 , and n represents an integer of 0 to 3.)
前記工程Aにおける培養液のpHが7以下である、請求項1から3のいずれかに記載の乳酸の製造方法。   The method for producing lactic acid according to any one of claims 1 to 3, wherein the culture solution in step A has a pH of 7 or less. 前記工程Aにおける培養液の濾過圧が0.1MPa以上、8MPa以下である、請求項1から4のいずれかに記載の乳酸の製造方法。   The method for producing lactic acid according to any one of claims 1 to 4, wherein the filtration pressure of the culture solution in the step A is 0.1 MPa or more and 8 MPa or less. 前記工程Aで得られる乳酸溶液を、さらに、1Pa以上、大気圧以下の圧力下において、25℃以上200℃以下で蒸留する工程に供する、請求項1から5のいずれかに記載の乳酸の製造方法。   The lactic acid solution according to any one of claims 1 to 5, wherein the lactic acid solution obtained in the step A is further subjected to a step of distilling at 25 ° C or more and 200 ° C or less under a pressure of 1 Pa or more and atmospheric pressure or less. Method. 前記培養液に活性炭を添加する工程Bと、該工程Bの後に定性濾紙で濾過する工程Cの後に得られる乳酸を含む分離液を前記工程Aに供する、請求項1から6のいずれかに記載の乳酸の製造方法。   The separation liquid containing lactic acid obtained after the process B of adding activated carbon to the culture solution and the process C of filtering with a qualitative filter paper after the process B is supplied to the process A. Of producing lactic acid.
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