CN101410526A - 来自乳酸发酵液的乳酸成分的分离方法和分离部件 - Google Patents

Abstract

根据本发明的方法，通过将pH 4.8或以下的乳酸发酵液用选自甲苯、二甲苯、、乙基苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和溶剂油的至少一种溶剂提取，可以获得乳酸成分(例如乳酸或乳酸低聚物)。根据本发明，将pH 4.8或以下的乳酸发酵液减压加热，然后将生成的含有乳酸低聚物的发酵液用水洗涤，可以获得乳酸低聚物。本发明提供不混入杂质、含有简易步骤的由乳酸发酵液分离乳酸成分的方法。

Description

来自乳酸发酵液的乳酸成分的分离方法和分离部件

技术领域

本发明涉及由乳酸发酵液分离乳酸成分(lactic acid component)的方法及其分离部件。

背景技术

以往，由乳酸发酵液分离乳酸成分是通过以乳酸酯的形式回收的方法、以乳酸钙的形式回收的方法、通过电透析分离的方法等进行。

公开的以乳酸酯的形式回收的方法是在通过发酵精制的乳酸铵中添加丁醇或戊醇，合成乳酸酯，通过蒸馏回收的方法(例如日本特开平6-311886号公报)。

公开的以乳酸钙的形式回收的方法是将发酵得到的乳酸用氢氧化钙或碳酸钙中和，使乳酸钙沉淀并回收的方法(例如日本特开平6-070679号公报)。

电透析的方法是将乳酸发酵液导入到具备阳极、阴极、以及交互配置的阳离子交换膜和阴离子交换膜的电透析槽的脱盐室中，将发酵液中含有的乳酸盐浓缩并分离的方法(例如日本特开平7-155191号公报)。

以发酵乳酸作为原料的聚乳酸的制备方法在日本特开2002-300898号公报和日本特开平10-287668号公报中有记载。日本特开2002-300898号公报中记载了用醇将乳酸发酵得到的乳酸铵进行酯化、缩聚、然后经由生成丙交酯进行聚合，制备聚乳酸的方法。日本特开平10-287668号公报中记载了加热减压，由乳酸铵生成丙交酯的方法，以及使氨气化，同时脱水缩聚，制备聚乳酸的方法。这些方法均以无需将盐形式的发酵乳酸(乳酸铵盐)回复至游离体即进行聚合的方法。在聚乳酸的制备中，将乳酸铵与二甲苯共沸脱水后，使用二氯甲烷和甲醇使重均分子量70,000的聚乳酸结晶。

发明内容

以往的由乳酸发酵液分离乳酸成分的方法中，必须新追加丁醇或戊醇等醇、以及氢氧化钙、碳酸钙等钙盐等的反应试剂进行反应，在此基础上分离并精制乳酸成分。因此，除了乳酸酯或乳酸钙为最终目标产物的情况之外，这些试剂的应用使得步骤数增加或试剂成本增加，同时混入共存化学物质或杂质的可能性增大。例如，使用分离的乳酸成分作为聚乳酸或聚酯型多元醇等化学品的原料使用时，反应生成的乳酸酯通过蒸馏进行分离，接着还必须水解，回复至反应前的乳酸。这里所产生的醇不含在最终产品中，因此应该可以削减。

电透析的分离方法是使用膜，因此膜的寿命或垢成为问题。并且，乳酸发酵液除乳酸之外，还含有蛋白质和表面活性剂等有机成分，以及磷酸盐、硫酸盐、乙酸盐和柠檬酸盐等无机成分作为乳酸菌的营养源和培养基成分，因此膜的污染更为严重，膜的维护导致成本增加。并且，存在于发酵液中的来自培养基成分的盐类通过透析与乳酸盐同样地被浓缩，因此导致分离纯度和乳酸盐的纯度降低。

本发明鉴于上述问题而设，其目的在于不使用成本高或可能成为杂质混入原因的反应试剂，也不使用分离膜等的最终产品中不含有的消耗品，而提供步骤数少的由乳酸发酵液分离乳酸成分的方法。

本发明提供分离乳酸成分的方法，该方法包含以下步骤：

将选自甲苯、二甲苯、

、乙基苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和溶剂油(ミネラルスピリツトmineral spirit)的至少一种溶剂添加到pH4.8或以下的乳酸发酵液中的步骤；以及

在室温至该溶剂的沸点之间的温度下，从添加了该溶剂的发酵液中提取乳酸成分的步骤。

本发明还提供分离乳酸成分的方法，该方法包含以下步骤：

将选自甲苯、二甲苯、

、乙基苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和溶剂油的至少一种溶剂添加到pH4.8或以下的乳酸发酵液中的步骤；

将添加了该溶剂的发酵液加热共沸，使该发酵液脱水的步骤；以及

在室温至该溶剂的沸点之间的温度下，从该脱水的发酵液中提取乳酸成分的步骤。

本发明进一步提供分离乳酸成分的方法，该方法包含以下步骤：

减压下，将pH 4.8或以下的乳酸发酵液加热到100℃或以下，使该发酵液脱水的步骤；

将选自甲苯、二甲苯、

、乙基苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和溶剂油的至少一种溶剂添加到该脱水的乳酸发酵液中的步骤；以及

在室温至该溶剂的沸点之间的温度下，从该添加了溶剂的发酵液中提取乳酸成分的步骤。

本发明进一步提供由乳酸发酵液制备乳酸低聚物的方法，该方法包含以下步骤：

将选自甲苯、二甲苯、

、乙基苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和溶剂油的至少一种溶剂添加到pH 4.8或以下的乳酸发酵液中的步骤；

使添加了该溶剂的发酵液加热并共沸，接着加热到该溶剂与水共沸点至该溶剂的沸点之间的温度的步骤，该步骤中，该发酵液被脱水，并且该发酵液中的乳酸成分缩合，生成重均分子量为5000或以下的乳酸低聚物；以及

将含有该乳酸低聚物的发酵液加热到60℃至该溶剂的沸点之间的温度，由该发酵液提取该乳酸低聚物的步骤。

本发明以进一步提供由乳酸发酵液制备乳酸低聚物的方法，该方法包含以下步骤：

将pH 4.8或以下的乳酸发酵液在减压下加热到100-150℃的步骤，该步骤中，通过脱水缩合生成重均分子量300以上、1000以下的乳酸低聚物；

向该含有乳酸低聚物的发酵液中添加选自甲苯、二甲苯、、乙基苯和溶剂油的至少一种溶剂的步骤；以及

将添加了该溶剂的发酵液加热到60℃至该溶剂的沸点之间的温度，由该发酵液提取该乳酸低聚物的步骤。

本发明又进一步提供由乳酸发酵液制备乳酸低聚物的方法，该方法包含以下步骤：

将pH4.8或以下的乳酸发酵液在减压下加热到100-150℃的步骤，该步骤中，通过脱水缩合生成重均分子量300以上、1000以下的乳酸低聚物；

将该含有乳酸低聚物的发酵液用水洗涤，从该发酵液中分离并回收该乳酸低聚物的步骤。

在一个实施方案中，上述乳酸发酵液中的菌体被除去。

本发明进一步提供用于由乳酸发酵液分离乳酸成分的装置，该装置具备以下部件：

供给pH 4.8或以下的乳酸发酵液的原料供给部件；

供给溶剂的溶剂供给部件，所述溶剂选自乳酸成分提取用溶剂和洗涤溶剂，该乳酸成分提取用溶剂是选自甲苯、二甲苯、

、乙基苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和溶剂油的至少一种的溶剂，该洗涤溶剂是水；

将供给的该乳酸发酵液与该溶剂边搅拌边保持的反应槽；以及

由该反应槽中分离乳酸成分并回收的乳酸成分分离回收部件。

在一个实施方案中，上述装置进一步具备将上述反应槽加热的加热部件。

在又一实施方案中，上述装置进一步具备将由上述反应槽馏出的蒸气进行冷凝的冷却部件。

在又一个实施方案中，上述装置进一步具备通过上述冷却部件将冷凝的液体进行比重分离，将低比重的液体回流至该反应槽内，将高比重的水排出的液体分离部件。

在其它实施方案中，上述装置进一步具备将由上述乳酸成分分离回收部件收集的液体进行脱色的脱色部件。

根据本发明，可以以简单的步骤、低成本、且不会混入杂质地由乳酸发酵液中分离乳酸成分。

附图简述

图1是本发明装置的优选的一个实例的概略图。

实施发明的最佳方式

本发明中，为了由乳酸发酵液分离乳酸成分，着眼于乳酸发酵液的pH。本发明发现：pH值越低，则乳酸离子由于解离平衡移动而形成乳酸，或者该乳酸的缩合得到促进，形成低聚物，因此，乳酸成分容易用溶剂提取。本说明书中提及乳酸成分时，是指乳酸和/或乳酸低聚物。

(乳酸发酵液)

本发明中，乳酸发酵液是指用乳酸菌等微生物使葡萄糖等可同化的碳源发酵，生成乳酸的水溶液。乳酸发酵液中含有乳酸菌等菌、发酵生成的乳酸、未利用的葡萄糖等碳源、副产物(乙酸、甲酸等)、作为菌的营养源的培养基成分等。

乳酸菌分为双歧杆菌、肠球菌、乳杆菌、链球菌四种。乳酸菌有属于链球菌属(Streptococcus)、乳杆菌属(Lactobacillus)、双歧杆菌属(Bifidobacterium)、乳球菌属(Lactococcus)、片球菌属(Pediococcus)、或明串珠菌(Leuconostoc)，嗜热链球菌属(Streptococcus thermophilus)、奶油色链球菌(Streptococcus cremoris)、粪链球菌(Streptococcusfaecalis)、乳链球菌(Streptococcus lactis)、保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus)、嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)、干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、德彼利氏乳杆菌(Lactobacillusdelbrueckii)、阿拉伯糖乳杆菌(Lactobacillus arabinosus)、高加索乳杆菌(Lactobacillus caucasicus)、乳酸乳杆菌(Lactobacillus lactis)、莱希曼氏乳杆菌(Lactobacillus Leishmanni)、(Lactobacillus musicus)、嗜热乳杆菌(Lactobacillus thermophilus)、植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)、两歧双歧杆菌(Bifidobacterium bifidum)、青春双歧杆菌(Bifidobacterium adolescentis)、长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)、短双歧杆菌(Bifidobacterium breve)、婴儿双歧杆菌(Bifidobacteriuminfantis)、乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)、乳脂乳球菌(Lactococcuscremoris)、有害片球菌(Pediococcus damnosus)和肠系膜状明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)等。除已知的作为乳酸菌的菌以外，任何可以生成乳酸的菌都可以用于乳酸发酵，因此，上述菌也可包含在乳酸发酵液中。例如可以使用掺入了乳酸脱氢酶(LDH)基因的酵母或大肠杆菌等。为了进行乳酸成分的分离，优选只生产乳酸(高乳酸发酵)的菌。

培养基成分根据菌的种类不同而不同，含有氨基酸、肽、维生素、核苷酸和表面活性剂等有机成分，以及磷酸盐、硫酸盐、乙酸盐和柠檬酸盐等无机成分。例如，用于乳杆菌的代表性的培养基MRS(deMan-Rogosa-Sharpe)培养基中含有蛋白胨、肉膏、酵母提取物、磷酸钾、柠檬酸二铵、乙酸钠、硫酸镁、硫酸锰和表面活性剂。用于乳酸球菌的代表性培养基M17培养基中含有胰胨、大豆蛋白胨、Lab lemco(ラブ一レコム末)粉末、酵母提取物、抗坏血酸、硫酸镁和甘油磷酸二钠。上述培养基之外还可以使用含有硫酸铵、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、氯化钠、硫酸镁、氯化钙、碳酸钠、L-半胱氨酸盐酸盐等盐类，或硫胺素、核黄素、吡哆醛、氰钴胺素、L-抗坏血酸、叶酸、烟酸、生物素、泛酸等水溶性维生素类，酵母提取物、肉膏、蛋白胨等的任意混合的乳酸发酵用合成培养基。

因此，乳酸发酵液是含有乳酸等很多溶质的混合水溶液，可以是着色为黄色、橙色乃至褐色的液体。该混合水溶液中，乳酸的浓度大约为10-150g/L。

本发明的方法中，优选在分离乳酸成分之前除去乳酸发酵液的菌体。通过预先除去菌体，可以减少之后的提取步骤中的杂质。菌体不溶于水，因此，通过将乳酸发酵液静置之后回收上清，可以除去菌体，供给本发明的方法。还可以不静置而通过离心或过滤除去菌体。该操作中可以除去夹杂物等菌体以外的不溶物质。

(乳酸发酵液的pH)

乳酸发酵时，发酵液中的pH由于生成乳酸而降低，微生物活性降低。因此，通常是用氢氧化钠、氨水、氢氧化钾、氢氧化钙或碳酸钠等试剂边中和边进行发酵。在低于pH 5.0时显示强发酵性能的乳酸菌不多，因此发酵时可以调节pH在5.0或以上的中性附近。乳酸的pKa约为3.8。因此，乳酸发酵液的液性接近中性时，乳酸几乎是解离状态，以乳酸离子的形式存在。抗衡离子是根据中和的化学试剂而使用铵离子、钠离子、钾离子、或钙离子等。

供给本发明的方法的乳酸发酵液具有4.8或以下的pH。乳酸的pKa约为3.8，因此pH 4.8的乳酸发酵液中，至少10mol％或以上的乳酸不解离，以乳酸的状态存在。对乳酸离子和乳酸的分子极性进行比较，乳酸比乳酸离子的极性低，容易溶解于水以外的溶剂中。另外，乳酸的含有率低时，随着乳酸的提取而发生解离平衡移动，溶解于溶液中的乳酸离子转移为乳酸，因此可以进一步提取乳酸。优选乳酸的含有率高，因此更优选乳酸发酵液的pH在3.8或以下。例如，在pH3.8时，有约50％以乳酸的状态存在，因此提取效率比pH更高时提高。进一步优选2.8或以下的pH。在pH 2.8或以下时，有90％或以上以乳酸的状态存在，因此提取效率进一步提高。

如上述说明，乳酸发酵液的pH通常在乳酸发酵时是5.0或以上的中性附近。这样，乳酸发酵液的pH超过4.8时，可以将乳酸发酵液的pH调节至4.8或以下，然后供给本发明的方法。为了将pH调节至4.8或以下，可以添加酸。添加的酸没有特别限定，优选盐酸、硫酸、碳酸、磷酸或硝酸等酸。另外，用氨中和的发酵液通常加热可以使pH降低。此时的加热温度和时间可由本领域技术人员适当选择。例如通过在130℃下加热4小时，可以使pH为4.8或以下。通过在150℃下加热6小时，可以使pH降低至4.3。

乳酸发酵液的pH为4.8或以下，则乳酸容易发生缩合反应。例如为用氨中和的乳酸发酵液时，在pH调节前的pH 6的状态下，在150℃下的加热几乎不发生缩合，而在pH 4下，调节至pH 4时有40％、调节至pH 2.5时有90％或以上通过加热而发生缩合反应。

(通过溶剂提取乳酸成分)

本发明的方法中，乳酸可使用选自甲苯、二甲苯、

、乙基苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和溶剂油的至少一种溶剂提取。这些溶剂是工业中使用的任意的溶剂，添加到发酵液中的量可根据本说明书的记载，由本领域技术人员适当决定。这些溶剂用于乳酸成分的提取，因此，本说明书中将上述溶剂称为“乳酸成分提取用溶剂”。

甲苯、二甲苯、、乙基苯和溶剂油是在室温附近不能溶解乳酸或乳酸低聚物、但通过加热而可以溶解乳酸或乳酸低聚物的溶剂。因此，将这些溶剂添加到乳酸发酵液中，优选边搅拌边加热，由此可以从该乳酸发酵液中回收乳酸或乳酸低聚物。另外，这些溶剂在加热时可以溶解乳酸或乳酸低聚物，同时在室温附近不能溶解乳酸或乳酸低聚物。因此，加热时溶解在这些溶剂中的乳酸或乳酸低聚物通过冷却至室温附近而变得不溶、析出，可容易地分离回收。这样，使用这些溶剂，则可以通过加热提取乳酸或乳酸低聚物或它们的混合物，并且只通过冷却操作即可以容易地回收。

上述提取时的温度可以是60℃至各溶剂的沸点之间的温度，优选150℃或以下。为了利用乳酸成分与乳酸发酵液中其它成分(例如培养基成分)溶解度的差异而分离，优选为可以避免培养基成分改性、变成不溶于水的温度。例如，用于乳酸菌的标准培养基MRS培养基中，在150℃下加热7小时后不溶解于水的培养基成分的比例为0.5质量％左右，而在160℃下为1.5质量％，在180℃下超过2质量％。这样，越高温则培养基成分发生改性，提取时有杂质混入，因此优选在150℃或以下加热。例如，采用二甲苯时，可以在60℃-139℃(间二甲苯的沸点)范围的温度下加热提取。甲苯具有110℃、具有164.7℃、乙基苯具有136℃、溶剂油具有150℃的沸点。单独使用各溶剂时的加热温度可以是60℃至各溶剂的沸点之间的温度，但为超过150℃的沸点时，优选150℃或以下。另外，可以将这些溶剂组合使用时，优选考虑组合的溶剂和水的共沸点来设定温度。

考虑到对乳酸的溶解性，甲醇、乙醇、丙醇和丁醇也可用于乳酸成分的提取。甲醇、乙醇、丙醇和丁醇对乳酸的溶解性良好，但对乳酸发酵液中含有的培养基成分或者中和或酸性化中使用的试剂的溶解性低。丙醇可以是1-丙醇(正丙醇)或2-丙醇(异丙醇)的任意种，丁醇可以是1-丁醇(正丁醇)、2-甲基-1-丙醇(异丁醇)、2-丁醇(仲丁醇)或2-甲基-2-丙醇(叔丁醇)的任意一种。

但是，培养基成分均是水溶性的成分，对于低级醇，培养基成分中可溶的成分很少。例如，使用乳酸发酵用标准培养基M17时，100％完全溶解于水，但在甲醇中有33.8％的培养基成分可溶，在乙醇中有5.1％、在异丙醇中有3.8％，在丁醇中有4.5％，可溶成分的比例少。

发酵液中可含有用于中和的碱与为了酸性化而加入的酸形成的盐。例如有硫酸铵、硫酸钠、氯化铵、氯化钠等。根据乳酸的浓度，这些盐在发酵液中比培养基成分的量更大。这些盐是水溶性的，因此对于甲醇、乙醇、丙醇、或丁醇等醇类显示不溶性或难溶性，因此乳酸以外的可溶性成分微少。

将作为不良溶剂的甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等醇优选边搅拌边加入到以上的溶解有培养基成分、以及用于中和的碱与用于酸性化的酸形成的盐类的乳酸发酵液中，由此可以使上述培养基成分等夹杂物不溶解并析出，乳酸成分可以以液体的形式回收。

并且，发酵液预先脱水，其含水率降低，则作为不良溶剂的醇的效果增大。因此，析出的夹杂物的量增多，发酵液中乳酸以外的溶质的除去率增高，因此得到杂质少的乳酸。

另一方面，碳原子数5或以上的醇得沸点高，提取后的蒸馏分离等困难。例如，甲醇具有65℃的沸点、乙醇为78℃、正丙醇为97℃、异丙醇为82℃、异丁醇为108℃、叔丁醇为82.5℃、2-丁醇为100℃、1-丁醇具有118℃的沸点，而戊醇中，除2-甲基-2-丁醇的沸点为102℃之外，其它异构体的温度沸点为112-137℃。这些醇与低分子的醇相比成本高。

上述提取时的温度可以是室温至各溶剂沸点之间的温度。例如为乙醇时，可以以室温至78℃范围的温度提取。将这些溶剂组合使用时，优选考虑所组合的溶剂与水的共沸点来进行温度设定。

(通过与溶剂的共沸进行乳酸发酵液的脱水)

通过使乳酸发酵液脱水，水溶剂减少，更容易通过溶剂来溶解提取乳酸成分。因此，优选在乳酸成分提取之前进行脱水。脱水步骤可以与乳酸成分的提取同时进行。

上述乳酸成分提取用溶剂的甲苯、二甲苯、

、乙基苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和溶剂油均是可以与水共沸的溶剂。因此，通过对添加有该溶剂的乳酸发酵液加热到这些溶剂与水的共沸点或以上，可以使水馏出到反应体系外，使乳酸发酵液脱水。该加热优选边搅拌边进行。

其中，甲苯、二甲苯、、乙基苯和溶剂油比重均比1小，并且为非水溶性，因此这些溶剂可以与水进行比重分离。与水一起加热到共沸点或以上时，水和溶剂的共沸物馏出，将其冷却则冷凝，获得液体。溶剂与水比重具有差异，因此该液体可以分离成水和溶剂，可除去水。溶剂也可以在反应体系中循环再利用。具体来说，通过加热从反应槽中流出的水和溶剂的共沸物用冷却管冷凝，导入到水分离器中，根据比重差被分离成下层的水和上层的溶剂。因此，优选具备蒸气排出口的反应槽中具有加热部件、冷凝管、倾析器或迪安-斯达克分水器等水分离器。水分离器中，可以将下层的水排出到体系之外，同时使上层溶剂回流，在反应槽中循环。因此，在没有溶剂的消耗或泄漏的情况下，可由乳酸发酵液脱水。

共沸时的加热温度可以是各溶剂与水的共沸点至各溶剂的沸点的温度，如上所述，高温则发生培养基成分的改性，提取时有杂质混入，因此优选在150℃或以下加热。为了发生脱水，优选加热可适合在共沸点或以上(例如优选90-150℃)下除去发酵液中的水分的时间(例如1-5小时)。采用甲苯、二甲苯、

、乙基苯和溶剂油时，通过溶解于这些溶剂中，可以回收乳酸或乳酸低聚物、或乳酸和乳酸低聚物的混合物。

使用甲醇、乙醇、丙醇和丁醇等醇时，在将乳酸发酵液共沸脱水之后溶解于这些醇中，由此可以回收乳酸。相对于乳酸发酵液中的水含量加入过量的醇，分批(batch)共沸脱水，可使乳酸溶解于残留的醇中并回收。或者可以向乳酸发酵液中连续加入上述醇进行共沸脱水，使乳酸溶解于共沸脱水之后追加的醇中，回收。加入到乳酸发酵液中的醇可以在分离出共沸的醇并再次加入到乳酸发酵液中，或者新加入醇。

(通过加热减压进行乳酸发酵液的脱水)

上述乳酸发酵液的脱水可通过加热减压进行。

加热温度为100℃或以下，优选40℃-100℃。超过100℃则发酵液中的乳酸的聚合可进行。低于40℃则蒸气压低于55mmHg，脱水干燥速度由于减压而降低较大。

减压优选由1托-100托(即，约133Pa-约13300Pa)。高于100托(约13300Pa)，则加热脱水干燥需要的时间较长。低于1托(约133Pa)，则只用水即可以馏去乳酸的一部分。

乳酸发酵液的脱水优选100℃或以下、更优选40℃-100℃的加热温度和1托-100托(即，约133Pa-约13300Pa)的减压。进行加热减压的时间可根据加热温度和减压的压力适当确定，温度或减压的压力可以改为几个阶段进行。例如，将乳酸发酵液加热到50℃，在10托(约1330Pa)的减压下保持2小时，接着在5托(约670Pa)的减压下保持2小时，由此可以使乳酸发酵液脱水。

(通过与溶剂的共沸生成乳酸低聚物(脱水缩合))

随着乳酸发酵液脱水的进行，乳酸的缩合反应也进行，可生成乳酸低聚物。通过低聚化，乳酸极性进一步降低。因此，发酵液与培养基等其它成分的溶解性差更大，更容易用上述乳酸成分提取用溶剂中的

、乙基苯和溶剂油提取。

乳酸是1个分子中同时具有羧基和羟基的化合物，可通过单独的乳酸缩合来聚合。通过聚合生成的水排出到体系外，由此可以进一步提高聚合度。本发明中，优选使乳酸聚合，使重均分子量为5,000或以下。重均分子量超过5,000，则在加热时对上述溶剂的溶解性降低。脱水缩合至重均分子量超过5,000与提取或脱水相比需要较长时间，因此发酵液中的培养基成分等由于加热劣化，溶解性发生变化，提取分离性可能降低。

脱水缩合反应中，共沸时的加热温度可以是由各溶剂与水的共沸点至各溶剂的沸点的温度。与提高乳酸的聚合度相比，根据溶解性分离乳酸低聚物与乳酸发酵液中的其它成分(例如培养基成分)更重要。即，通过使乳酸低聚化，使其与乳酸发酵液的其它成分(例如培养基成分)在溶解性方面有差异。因此，优选可以避免培养基成分改性、变得不溶于水的温度。温度高则培养基成分发生改性，提取时有杂质混入，因此优选加热到150℃或以下。为了使其发生脱水缩合，优选加热适合在共沸点或以上(例如优选90-150℃)可除去发酵液中的水分的时间(例如1-5小时)，接着保持共沸点或以上且最高为溶剂的沸点(150℃或以下)的温度，在该温度下加热适合生成重均分子量5,000或以下的低聚物的时间(例如5-24小时)。脱水后以含水率低的状态持续加热，由此可使乳酸的缩合反应进行，生成乳酸低聚物。

如上所述地通过上述乳酸成分提取用溶剂(即，选自甲苯、二甲苯、

、乙基苯和溶剂油的至少一种溶剂)提取通过脱水缩合生成的乳酸低聚物。在为了使用溶剂的脱水缩合反应而进行的加热步骤(例如加热到溶剂的沸点的步骤)中，提取步骤也可同时进行。

(通过加热减压生成乳酸低聚物(脱水缩合))

通过加热减压可以使乳酸低聚化。加热温度优选100℃-150℃的范围。低于100℃则聚合反应性低，对低聚物的转换率低，在高于150℃的高温下，如上所述，培养基成分劣化。

加热减压聚合时，乳酸聚合的过程中可能产生丙交酯。丙交酯是通过乳酸低聚物的解聚反应生成，是2个分子的乳酸缔合成环状而成的杂质。特别是越高温或高真空则越容易生成丙交酯，生成的丙交酯由于升华而从体系内消失，由此乳酸低聚物的收率降低。因此，优选加热温度100℃-150℃、减压为10托-100托(约1330Pa-约13300Pa)。比100托(约13300Pa)高，则体系内的含水量高，缩合难以进行。低于10托(约1330Pa)，则容易发生丙交酯的生成和升华，分离回收的乳酸低聚物的收率降低。

通过加热减压生成的乳酸低聚物通过使用乳酸成分提取用溶剂中的选自甲苯、二甲苯、

、乙基苯和溶剂油的至少一种溶剂进行加热提取，可以分离回收。加热提取时的温度如上所述。

加热减压生成的乳酸低聚物可如下获得：将进行了加热减压处理的乳酸发酵液用水洗涤，溶解除去培养基成分，以水的不溶物的形式回收。水优选使用蒸馏水或去离子水。洗涤所使用的水量可按照本说明书的记载，由本领域技术人员适当确定。通过上述加热减压处理，生成的乳酸低聚物对水为不溶性，但是乳酸发酵液中的培养基成分等对水为可溶性。因此，通过用水洗涤乳酸发酵液(例如添加水、搅拌后静置，进行离心等固液分离处理)，可以只将培养基成分溶解于水，分离回收不溶于水的乳酸低聚物。洗涤时的水的温度可以在室温至其沸点(100℃)之内操作。通过用水洗涤，回收的培养基成分可以再次作为发酵液的培养基再利用。

加热减压聚合时，所得乳酸低聚物的重均分子量优选300以上、1000以下。重均分子量超过1000，则容易通过解聚生成升华性的丙交酯，乳酸低聚物的收率降低。重均分子量低于300，与更高的分子量相比，对上述溶剂的溶解性降低，因此加热提取效率降低。向上述溶剂的溶解性降低，使得水洗涤时转移到水中的可能性提高，洗涤效率也降低。因此，优选以加热温度100℃-150℃、减压20托-100托(即，约2700Pa-约13300Pa)进行加热减压操作，使生成的乳酸低聚物的重均分子量为300以上、1000以下。进行加热减压的时间可根据加热温度和减压的压力适当确定，可以将温度或减压压力变更为数个阶段进行。例如，将乳酸发酵液加热到150℃，在大气压下保持2小时，接着在100托(13300Pa)的减压下保持2小时，再在30托(约4000Pa)的减压下保持2小时，由此可使乳酸脱水缩合。

(分离的乳酸成分)

经由上述说明的各种步骤，回收由乳酸发酵液分离的乳酸成分(例如乳酸和乳酸低聚物)，其适合用作聚乳酸、聚氨基甲酸酯、聚醇酯等的合成的原料。

生成的含有乳酸或乳酸低聚物的液体无需冷却可以直接加入催化剂(例如锡、氧化锡、甲苯磺酸、氯化锡等)，通过持续加热在溶剂中脱水聚合，进行高分子量化，生成聚乳酸。通过使用上述溶剂的提取而得到的液体中发酵液培养基等的混入成分少，容易进行高分子量化。

(分离部件)

本发明提供由乳酸发酵液分离乳酸成分的装置。该装置具备：供给pH 4.8或以下的乳酸发酵液的原料供给部件；供给溶剂的溶剂供给部件，所述溶剂选自乳酸成分提取用溶剂和洗涤溶剂，其中，该乳酸成分提取用溶剂是选自甲苯、二甲苯、、乙基苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和溶剂油的至少一种溶剂，该洗涤溶剂为水；边搅拌供给的乳酸发酵液和溶剂边保持的反应槽；从该反应槽中分离回收乳酸成分的乳酸成分分离回收部件。在一个实施方案中，上述装置进一步具备对反应槽进行加热的加热部件，这可以使乳酸发酵液的脱水或通过脱水缩合生成乳酸低聚物变得容易。上述装置进一步具备使反应槽馏出的蒸气冷凝的冷却部件。并且，上述装置还可具备通过冷却部件使冷凝的液体比重分离，使低比重的液体回流至反应槽中，将高比重的水排出的液体分离部件。

根据上述构成，通过提取、以及需要加热时通过加热，可以使溶剂循环再利用，不会发生溶剂的泄漏或消耗，安全且低成本。

下面根据表示一个实施方案的图1，对由本发明的乳酸发酵液分离乳酸成分的装置进行说明。图1表示对应通过共沸脱水和共沸缩合分离乳酸成分的方法的装置的构成。由乳酸发酵液分离乳酸成分时，图1中所示的所有要素并不都是必须的。

反应槽4的构成是：保有乳酸发酵液和溶剂，可根据需要对在静置状态下可互相分离的两种液体边加热边搅拌。反应槽4具备通过搅拌马达1旋转的搅拌翼2。

反应槽4还可以根据需要进一步具备对该反应槽加热的加热部件(例如加热器3)。

原料供给部件具备乳酸发酵液罐和与该罐连接的pH调节槽5。乳酸发酵液在pH调节槽5中调节至pH 4.8或以下，然后通过输液泵6供给反应槽4。

溶剂供给部件具备溶剂罐，通过输液泵7将该溶剂供给反应槽4。使用乳酸成分提取用溶剂分离并回收乳酸成分的实施方案中，具备装有选自甲苯、二甲苯、

、乙基苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和溶剂油的至少一种溶剂的溶剂罐。使用2种或以上溶剂时，溶剂供给部件可以构建成分别输送这些溶剂，或者是构建成以混合的状态输送。

在将反应槽4中的进行了pH调节并加热减压处理的乳酸发酵液水洗的实施方案中，洗涤溶剂是水通过溶剂供给部件供给反应槽4。

本发明的装置中，溶剂供给部件可以将供给乳酸成分提取用溶剂的溶剂罐与供给水的溶剂罐并列配置。

乳酸成分分离回收部件是指在反应槽4的搅拌停止后分离乳酸成分并回收的任意的部件。在由乳酸发酵液分离乳酸成分时，利用反应槽4所具备的搅拌翼2的搅拌停止产生的分离。使用乳酸成分提取用溶剂分离回收乳酸成分时，分离的低比重的液体(上层)中可含有乳酸成分。而使用水作为洗涤溶剂分离回收乳酸成分时，分离的低比重的液体(上层)中不含有乳酸成分，乳酸成分可沉淀。

使用乳酸成分提取用溶剂分离并回收乳酸成分的实施方案中，为了进行乳酸成分的分离回收，收集由于停止该反应槽的搅拌而分离的、含有乳酸成分的液体。例如，管路14安装在反应槽4的上部，与精制塔13连接。更具体地说，停止反应槽4所具备的搅拌翼的搅拌，接着，由于该停止而分离的低比重的液体(上层)由反应槽4的上部经由管路14送至精制塔13。该精制塔13中，可分离回收溶解于该供给的液体中的乳酸成分。

精制塔13中，为了进行乳酸成分的分离回收，根据乳酸成分提取中使用的溶剂，可以使用固液分离或溶剂馏去的任意一种。

使用甲苯、二甲苯、

、乙基苯和溶剂油作为乳酸成分提取用溶剂时，将收集在精制塔13中的液体冷却，使溶解在液体中的成分析出，通过静置或离心等分离技术分离，回收作为溶质的固形成分或液体成分，将作为上清的溶剂在反应槽中循环。此时，优选精制塔13具有冷却功能(未图示)，通过该冷却功能，使精制塔13的内容液中的溶质析出，精制塔13内容液的上清部分经由管路15导入到溶剂供给线路中。在精制塔13的排出用管路(未图示)中使用的阀中有淤浆或固形成分流过，因此优选使用通道阀门。

使用甲醇、乙醇、丙醇和丁醇作为乳酸成分提取用溶剂时，馏去收集到精制塔13中的液体中所含的溶剂，接着，将除去了溶剂的液体由精制塔13回收。此时，优选精制塔13具有旋转蒸发器等的设备(未图示)，由此在精制塔13中，可以从收集的液体中除去提取用溶剂，以液体的形式回收所需溶质。并且可以具备通过静置或离心等分离技术将回收的液体进行固液分离的部件，在回收的液体存在不溶物质时，可以通过该部件除去不溶物。由精制塔13除去的溶剂经由管路15液化，可导入到溶剂供给线路中。由此，优选管路15中伴有气化的溶剂可再次液化的设备(例如冷却部件)(未图示)。

反应槽4可以构建成在槽底部设有排出用管路16以排出反应槽4内的沉淀物(例如通过加入醇溶剂而析出的固形成分)等。

在将经pH调节、加热减压处理的乳酸发酵液进行水洗的实施方案中，停止反应槽4的搅拌，除去分离的低比重的上清水溶液，得到在反应槽4内精制的乳酸低聚物。该实施方案中，为了回收乳酸成分，主要是利用反应槽4所具备的搅拌翼2的搅拌停止。为了排出分离的低比重上清水溶液(含有溶解的培养基成分等)，可以利用反应槽4的上部所具备的管路，可以在反应槽4的下部或底部供给可回收乳酸低聚物的构成的管路或回收口(未图示)。该实施方案中，可以将通入到精制塔13的管路14用作低比重上清水溶液的排出用管路。

冷却部件是将从反应槽4馏出的含有水和溶剂的蒸气进行冷却的部件，例如有水冷式、空冷式、蒸发式等冷凝器(压缩机)。例如，水冷式的冷凝器中使用管壳式、双层管式等结构的冷凝器。液体分离部件是通过冷却部件冷却、将冷凝的液体分离成水和溶剂、排出水、将溶剂返回体系的部件。例如有倾析器或迪安-斯达克分水器等水分离器。具体来说，压缩机9和倾析器10经由蒸馏塔8与反应槽4连接，通过加热，由反应槽4生成的蒸气在蒸馏塔8中精馏，然后通过压缩机9冷却，冷凝的液体流入到倾析器10中。倾析器10中，水分和溶剂根据比重差分离成两层，上层溶剂层经由U字管11回流到蒸馏塔8中，下层的水层通过排出部件(未图示)排出。并且，蒸馏塔8内的冷凝液体流下后，经由U字管12循环到反应槽4中。

蒸馏塔8可以是空塔，也可以填充腊希环、Dixon环等的莱辛环，鲍尔环、麦克马洪填料等的鞍、苏采尔填料等的填充剂。另外，可以将外壁用玻璃棉等隔热。

压缩机9中的冷却使冷却水和溶剂的混合物，因此优选0℃或以上至室温或以下。从冷却冷凝能力提高的角度考虑，进一步优选2-10℃。压缩机9可以使用将蒸气管路由外部在接触面冷却的各种冷却管，例如使用Liebig冷却管、阿林冷却管、Liebig-Graham冷却管等。

为了提高通过混合液的比重差进行分液的效率可以使用倾析器10进行冷却。

上述装置可进一步具备将通过上述乳酸成分分离回收部件收集的液体进行脱色的脱色部件。脱色时，可使用活性碳或活性白土等吸附剂。具体来说，脱色部件有将上述收集的液体加入到填充有可以流过水的上述吸附剂的填充柱中，或在上述收集的液体中加入上述吸附剂、然后将上述加入的吸附剂分离除去的部件。例如，柱可以过水脱色。或者将液体与吸附剂混合后通过过滤或离心等固液分离部件脱色。

各容器或管路的材质可以由不锈钢、玻璃、特氟隆(注册商标)等树脂等构成。

下面对于使用上述装置的乳酸成分的分离方法说明其操作工艺。

在一个实施方案中，乳酸发酵液在pH调节槽5中加入酸，调节至pH4.8或以下，通过输液泵6供给反应槽4。另一方面，溶剂由溶剂罐通过输液泵7供给反应槽4。反应槽4中，乳酸发酵液和溶剂通过由搅拌马达1旋转的搅拌翼2进行搅拌，形成悬浮状态。可以根据需要通过加热器3加热反应槽4的内容物。然后，在加热时，以加热的状态停止搅拌并静置，产生的反应槽4的内容液的上清部经由管路14供给精制塔13。精制塔13中，分离内容液中的乳酸成分并回收。这样，乳酸成分由乳酸发酵液中分离并回收。

为了回收精制塔13中的乳酸成分，在使用甲醇、乙醇、丙醇或丁醇作为乳酸成分提取用溶剂的实施方案中，通过精馏塔13附带的真空泵(未图示)，减压至例如0.5托-500托(即约67Pa-约67000Pa)的减压，同时由室温加热到溶剂的沸点或以下的温度，由此馏去溶剂。另外，甲醇、乙醇和丙醇的蒸气压高，因此这些溶剂可在常压下通过加热到溶剂的沸点或以上的温度馏去。另一方面，回收残留的液体，获得液体形式的乳酸成分。并且，在回收的液体中存在不溶物质时，将回收的液体通过静置或离心等分离技术进行固液分离，可回收透明的液体。馏去的溶剂可根据需要，经由冷却部件附带的管路15进行液化，作为提取用溶剂再次经由输液泵7供给反应槽4。

或者，在使用甲苯、二甲苯、

、乙基苯或溶剂油作为乳酸成分提取用溶剂的实施方案中，通过冷却部件(未图示)冷却精制塔13的内容液，使内容液中的溶质析出，回收析出的乳酸成分。这样，乳酸成分由乳酸发酵液分离。另外，精制塔13的内容液的上清部经由管路15导入到溶剂供给线路中，再次送至反应槽4。

在另一实施方案中，乳酸发酵液在pH调节槽5中加入酸，调节至pH 4.8或以下，然后经由输液泵6供给反应槽4。另一方面，溶剂经由输液泵7由溶剂罐供给反应槽4。反应槽4中，乳酸发酵液和溶剂通过由搅拌马达1旋转的搅拌翼2搅拌，形成悬浮状态。再通过加热器3加热反应槽4的内容物。加热到水和溶剂的共沸点或以上(例如90℃或以上)，则反应槽4的内容物开始气化。该气化的蒸气经由蒸馏塔8在压缩机9中冷却冷凝，流至倾析器10。压缩机9(或压缩机9和倾析器10)通过冷却循环水等冷却。倾析器10中，溶剂与水不相容，因此通过比重差，溶剂为上层，水为下层进行分离。上层的溶剂经由U字管11回流至蒸馏塔8中。将回流的管路设成U字形，可以进一步提高水分除去效果。这里，回流的溶剂与在蒸馏塔8内回流的溶剂一起回流，经由U字管12回流至反应槽4中。将反应槽4持续加热，所供给的发酵液的大部分水分被除去，此时，在加热的状态下(加热温度可以相同也可以改变)停止搅拌并静置，使产生的反应槽4的内容液的上清部经由管路14供给精制塔13。在精制塔13内分离并回收内容液中的乳酸成分。精制塔13中的乳酸成分的分离回收如上所述。

使用甲醇、乙醇、丙醇或丁醇作为乳酸成分提取用溶剂的实施方案中，这些溶剂与水相容，无法在倾析器10中分离，因此不回流溶剂而将乳酸发酵液共沸脱水，然后将共沸脱水的乳酸发酵液溶解于这些溶剂中，由此可回收乳酸。相对于乳酸发酵液的水分含量加入过量的醇，分批共沸脱水，可使乳酸溶解于其余的醇中并回收。或者在乳酸发酵液中连续加入上述醇共沸脱水，共沸脱水后，在追加的醇中溶解乳酸并回收。加入到乳酸发酵液中的醇可以在分离出共沸的醇并再次加入到乳酸发酵液中，或者是新加入醇。

在另外的实施方案中，乳酸发酵液在pH调节槽5中加入酸，调节pH 4.8或以下，经由输液泵6供给反应槽4。接着用与压缩机9连接的真空泵(未图示)，使反应槽4、蒸馏塔8以及将它们连接的管路内减压至例如1托-100托(即约133Pa-约13300Pa)，同时通过加热器3，将反应槽4在100℃或以下、优选40℃-100℃的温度加热适当时间(优选1-10小时)。反应槽4的内容物开始气化。该气化的蒸气经由蒸馏塔8在压缩机9中冷却冷凝，冷凝的水由管路排出。压缩机9用冷却循环水等冷却。由此，反应槽4中的乳酸发酵液被脱水。然后，溶剂由溶剂罐经由输液泵7供给反应槽4，在反应槽4内，脱水的乳酸发酵液和溶剂根据需要，用加热器3由室温加热到溶剂的沸点(150℃或以下)的温度，同时通过用搅拌马达1旋转的搅拌翼2搅拌适当时间(优选1-5小时)。停止搅拌并静置，将生成的反应槽4的内容液的上清部经由管路14供给精制塔13。在精制塔13内分离并回收内容物中的乳酸成分。在精制塔13中的乳酸成分的分离回收如上所述。

在又一实施方案中，乳酸发酵液在pH调节槽5中加入酸，调节至pH 4.8或以下，经由输液泵6供给反应槽4。而溶剂由溶剂罐经由输液泵7供给反应槽4。在反应槽4中，乳酸发酵液和溶剂通过用搅拌马达1旋转的搅拌翼2搅拌，形成悬浮状态。通过加热器3加热反应槽4的内容物。加热到水与溶剂的共沸点或以上(例如90℃或以上)，则反应槽4的内容物开始气化。该气化的蒸气经由蒸馏塔8在压缩机9中冷却冷凝，流至倾析器10中。压缩机9(或压缩机9和倾析器10)通过冷却循环水等冷却。在倾析器10中，溶剂和水不相容，因此通过比重差使溶剂为上层，水分为下层进行分离。上层的溶剂使用U字管11回流至蒸馏塔8中。通过使回流的管路为U字可以进一步提高水分除去效果。这里，回流的溶剂与在蒸馏塔8内回流的溶剂一起溶剂，经由U字管12回流至反应槽4中。持续加热反应槽4，供给的发酵液的大部分水分含量被除去，此时将加热温度升高至溶剂的沸点(150℃或以下)，进一步加热。加热搅拌适当时间(优选5-24小时)，然后在加热状态下停止搅拌静置，生成的反应槽4的内容液的上清部经由管路14供给精制塔13。在精制塔13内分离并回收内容液中的乳酸成分。精制塔13中的乳酸成分的分离回收如上所述。

本实施方案中，甲苯、二甲苯、

、乙基苯或溶剂油可作为溶剂使用。由精制塔13对乳酸成分分离回收的情况如下说明，通过冷却部件(未图示)冷却精制塔13的内容液，使内容液中的溶质析出，回收析出的乳酸低聚物。这样，可以由乳酸发酵液中回收经过乳酸脱水缩合制备的乳酸低聚物。精制塔13的内容液的上清部经由管路15导入到溶剂供给线路中，再次送回至反应槽4内。

在另一实施方案中，乳酸发酵液在pH调节槽5中加入酸，调节至pH 4.8或以下，经由输液泵6供给反应槽4。接着，通过与压缩机9连接的真空泵(未图示)将反应槽4、蒸馏塔8以及将它们连接的管路内减压至例如10托-100托(即约1330Pa-约13300Pa)的减压状态，同时通过加热器3使反应槽4在100℃-150℃的温度下加热适当的时间(优选5-24小时)。反应槽4的内容物开始气化，该气化的蒸气经由蒸馏塔8在压缩机9中冷却并冷凝，冷凝的水由管路排出。压缩机9通过冷却循环水等冷却。由此，反应槽4中的乳酸发酵液供给脱水缩合。然后，溶剂由溶剂罐经由输液泵7供给反应槽4。在反应槽4中，接受脱水缩合的乳酸发酵液和溶剂通过加热器3由60℃加热到溶剂的沸点(150℃或以下)的温度，同时通过用搅拌马达1旋转的搅拌翼2搅拌适当时间(优选1-5小时)。在加热的状态下停止搅拌并静置，使生成的反应槽4的内容液的上清部经由管路14供给精制塔13。在精制塔13内分离并回收内容液中的乳酸成分。精制塔13中的乳酸成分的分离回收如上所述。

本实施方案中，可以使用甲苯、二甲苯、

、乙基苯或溶剂油作为溶剂。对由精制塔13分离乳酸成分的情况进行说明，是通过冷却部件(未图示)冷却精制塔13的内容液，使内容液中的溶质析出，回收析出的乳酸低聚物。这样，可以由乳酸发酵液分离并回收通过乳酸的脱水缩合制备的乳酸低聚物。另外，精制塔13的内容液的上清部经由管路15导入到溶剂供给线路中，再次送至反应槽4。

不使用上述溶剂、而在乳酸低聚物的制备中利用加热减压进行发酵液的水洗时也可以使用上述装置。乳酸发酵液在pH调节槽5中加入酸，调节至pH 4.8或以下，经由输液泵6供给反应槽4。接着通过与压缩机9连接的真空泵(未图示)将反应槽4、蒸馏塔8和将它们连接的管路内减压至例如20托-100托(即，约2700Pa-约13300Pa)的减压状态，同时通过加热器3使反应槽4在100℃-150℃的温度下加热适当时间(优选5-24小时)。反应槽4的内容物开始气化。该气化的蒸气通过蒸馏塔8在压缩机9中冷却冷凝，冷凝的水由管路排出。压缩机9通过冷却循环水等冷却。由此，反应槽4中的乳酸发酵液供给脱水缩合。然后水由溶剂罐经由输液泵供给反应槽4，反应槽4内，进行了脱水缩合的乳酸发酵液以及供给的水可根据需要通过加热器3加热到水的沸点的温度，同时通过由搅拌马达1旋转的搅拌翼2搅拌适当时间(优选0.5-5小时)。然后在正在加热时、在加热状态下停止搅拌并静置。低比重的上清水溶液经由管路(可以是管路14)排出。通过该操作，可以分离并回收反应槽4内精制的乳酸低聚物。精制的乳酸低聚物在反应槽4内进一步减压加热，高度聚合。反应槽4内的通过水洗分离并回收乳酸低聚物，然后使用上述乳酸成分提取用溶剂再溶解，然后在精制塔13中进行分离和回收。

如上所述，调节乳酸发酵液的pH之后，只使用上述溶剂以及只进行搅拌和根据需要的温度调节和/或减压操作，即可以容易地分离乳酸成分。只使用由溶剂罐供给的溶剂，因此成本低、可以进行杂质少的提取操作。另外，提取中使用的溶剂可一直循环使用，因此没有消耗和泄漏，是低成本且安全性高的装置。

以下通过实施例更具体地说明本发明，但本发明的技术范围并不受这些例子的限定。

实施例

(实施例1)

在含有3.5质量％的、添加了14质量％葡萄糖的乳酸球菌用标准培养基M17(Difco制备)的乳酸发酵液体培养基中，用氨气将pH调节至6附近，同时悬浮培养乳酸菌(链球菌)，进行乳酸发酵。得到20g乳酸铵浓度为10质量％的乳酸发酵液(pH6)。通过离心预先从该乳酸发酵液中除去菌体。在该乳酸发酵液中加入硫酸，调节至pH4.8。然后加入50mL二甲苯，边搅拌边在130℃下以回流状态加热。1小时后，在加热到130℃的状态下停止搅拌并静置，分成两层。收集上层，冷却至室温，可见沉淀物。沉淀物是乳酸，提取的回收率是10％(参照以下表1)。

(实施例2)

与上述实施例1同样，得到20g乳酸铵的浓度为10质量％的乳酸发酵液(pH6)。与实施例1同样，由该乳酸发酵液中除去菌体。向该乳酸发酵液中加入硫酸，调节至pH2.5。然后加入50mL二甲苯，边搅拌边在130℃下以回流状态加热。1小时后，在加热到130℃的状态下停止搅拌并静置，分成两层。收集上层，冷却至室温，可见沉淀物。沉淀物是乳酸，提取的回收率是20％(参照以下表1)。

(比较例1)

与上述实施例1同样，得到20g乳酸铵的浓度为10质量％的乳酸发酵液(pH 6)。与实施例1同样，由该乳酸发酵液中除去菌体。不调节该乳酸发酵液的pH，向其中加入50mL二甲苯，边搅拌边加热到130℃。1小时后，在130℃的回流状态下加热，保持该状态下停止搅拌并静置，分成两层。收集上层，冷却至室温，可见少许沉淀物。沉淀物是乳酸铵，提取的回收率是0.6％(参照以下表1)。

乳酸发酵液用二甲苯加热提取的结果汇总于以下表1表示。

表1

	pH	反应条件	产物	回收率
					实施例1	4.8	添加二甲苯130℃回流	乳酸	10％
实施例2	2.5	添加二甲苯130℃回流	乳酸	20％
					比较例1	6	添加二甲苯130℃回流	乳酸铵	0.6％

(实施例3)

与上述实施例1同样，得到20g乳酸铵的浓度为10质量％的乳酸发酵液(pH 6)。与实施例1同样，由该乳酸发酵液中除去菌体。向该乳酸发酵液中加入硫酸，调节至pH 4.8。然后加入50mL二甲苯，边搅拌边加热到100℃。蒸气在冷凝后除去水分，进行回流，约2小时后除去了约17g的水分。然后加热到130℃，1小时后停止搅拌并静置，分成两层。收集上层，冷却至室温，可见沉淀物。沉淀物是乳酸，提取的回收率是20％(参照以下表2)。

(实施例4)

与上述实施例1同样，得到20g乳酸铵的浓度为10质量％的乳酸发酵液(pH 6)。与实施例1同样，由该乳酸发酵液中除去菌体。向该乳酸发酵液中加入硫酸，调节至pH 2.5。然后加入50mL二甲苯，边搅拌边加热到100℃。蒸气在冷凝后除去水分，进行回流，约2小时后除去了约17g的水分。然后加热到130℃，1小时后停止搅拌并静置，分成两层。收集上层，冷却至室温，可见沉淀物。沉淀物是乳酸，提取的回收率是35.5％(参照以下表2)。

(比较例2)

与上述实施例1同样，得到20g乳酸铵的浓度为10质量％的乳酸发酵液(pH 6)。与实施例1同样，由该乳酸发酵液中除去菌体。不调节该乳酸发酵液的pH，向其中加入50mL二甲苯，边搅拌边加热到100℃。蒸气在冷凝后除去水分，进行回流，约2小时后除去了约17g的水分。然后加热到130℃，1小时后停止搅拌并静置，分成两层。收集上层，冷却至室温，可见沉淀物。沉淀物是乳酸，提取的回收率是3.8％(参照以下表2)。

乳酸发酵液与二甲苯共沸脱水的结果汇总于以下表2表示。

表2

	pH	反应条件	产物	回收率
					实施例3	4.8	添加二甲苯100℃回流后加热到130℃	乳酸	20％
实施例4	2.5	添加二甲苯100℃回流后	乳酸	35.5％

		加热到130℃
					比较例2	6	添加二甲苯100℃回流后加热到130℃	乳酸	3.8％

(实施例5)

与上述实施例1同样，得到20g乳酸铵的浓度为10质量％的乳酸发酵液(pH 6)。与实施例1同样，由该乳酸发酵液中除去菌体。向该乳酸发酵液中加入硫酸，调节至pH4.8。然后加入50mL二甲苯，边搅拌边加热到100℃。蒸气在冷凝后除去水分，进行回流，约2小时后除去了约17g的水分。然后加热到139℃，20小时后停止搅拌并静置，分成两层。收集上层，冷却至室温，可见沉淀物。沉淀物是乳酸低聚物，提取的回收率是46.7％。凝胶渗透层析确认分子量，重均分子量为350(参照以下表3)。

(实施例6)

与上述实施例1同样，得到20g乳酸铵的浓度为10质量％的乳酸发酵液(pH 6)。与实施例1同样，由该乳酸发酵液中除去菌体。向该乳酸发酵液中加入硫酸，调节至pH 2.5。然后加入50mL二甲苯，边搅拌边加热到100℃。蒸气在冷凝后除去水分，进行回流，约2小时后除去了约17g的水分。然后加热到139℃，20小时后停止搅拌并静置，分成两层。收集上层，冷却至室温，可见沉淀物。沉淀物是乳酸低聚物，提取的回收率是63.6％。凝胶渗透层析确认分子量，重均分子量为698(参照以下表3)。

(比较例3)

与上述实施例1同样，得到20g乳酸铵的浓度为10质量％的乳酸发酵液(pH 6)。与实施例1同样，由该乳酸发酵液中除去菌体。不调节该乳酸发酵液的pH，向其中加入50mL二甲苯，边搅拌边加热到100℃。蒸气在冷凝后除去水分，进行回流，约2小时后除去了约17g的水分。然后加热到139℃，20小时后停止搅拌并静置，分成两层。收集上层，冷却至室温，可见沉淀物。沉淀物是乳酸低聚物，提取的回收率是5％。凝胶渗透层析确认分子量，重均分子量为137(参照以下表3)。

乳酸发酵液与二甲苯共沸、脱水缩合的结果汇总于以下表3表示。

表3

	pH	反应条件	产物	回收率
					实施例5	4.8	添加二甲苯100℃回流后139℃加热20小时	乳酸低聚物分子量350	20％
实施例6	2.5	添加二甲苯100℃回流后139℃加热20小时	乳酸低聚物分子量698	35.5％
					比较例3	6	添加二甲苯100℃回流后139℃加热20小时	乳酸低聚物分子量137	3.8％

(实施例7)

与上述实施例1同样，得到20g乳酸铵的浓度为10质量％的乳酸发酵液(pH 6)。与实施例1同样，由该乳酸发酵液中除去菌体。向该乳酸发酵液中加入硫酸，调节至pH 4.8。然后加热到150℃，在大气压下保持2小时，接着在100托(约13300Pa)的减压下保持2小时，再在30托(约4000Pa)的减压下保持2小时。向其中加入50mL二甲苯，边搅拌边加热到100℃。1小时后，在加热到100℃的状态下停止搅拌并静置，分成两层。收集上层，冷却至室温，可见沉淀物。沉淀物是乳酸低聚物，提取的回收率是35％。凝胶渗透层析确认分子量，重均分子量为250(参照以下表4)。

(实施例8)

与上述实施例1同样，得到20g乳酸铵的浓度为10质量％的乳酸发酵液(pH 6)。与实施例1同样，由该乳酸发酵液中除去菌体。向该乳酸发酵液中加入硫酸，调节至pH 2.5。然后加热到150℃，在大气压下保持2小时，接着在100托(约13300Pa)的减压下保持2小时，再在30托(约4000Pa)的减压下保持2小时。向其中加入50mL二甲苯，边搅拌边加热到100℃。1小时后，在加热到100℃的状态下停止搅拌并静置，分成两层。收集上层，冷却至室温，可见沉淀物。沉淀物是乳酸低聚物，提取的回收率是60％。凝胶渗透层析确认分子量，重均分子量为637(参照以下表4)。

(比较例4)

与上述实施例1同样，得到20g乳酸铵的浓度为10质量％的乳酸发酵液(pH 6)。与实施例1同样，由该乳酸发酵液中除去菌体。不调节该乳酸发酵液的pH，加热到150℃，在大气压下保持2小时，接着在100托(约13300Pa)的减压下保持2小时，再在30托(约4000Pa)的减压下保持2小时。向其中加入50mL二甲苯，边搅拌边加热到100℃。1小时后，在加热到100℃的状态下停止搅拌并静置，分成两层。收集上层，冷却至室温，可见少许沉淀物。沉淀物是乳酸低聚物，提取的回收率是6％。凝胶渗透层析确认分子量，重均分子量为126。即使在中性附近使发酵液直接加热减压聚合分子量也不太大。因此溶解性也没有大的变化，回收率低(参照以下的表4)。

(实施例9)

与上述实施例1同样，得到20g乳酸铵的浓度为10质量％的乳酸发酵液(pH 6)。与实施例1同样，由该乳酸发酵液中除去菌体。向该乳酸发酵液中加入硫酸，调节至pH 2.5。然后加热到150℃，在大气压下保持2小时，接着在100托(约13300Pa)的减压下保持2小时，再在30托(约4000Pa)的减压下保持2小时。向其中加入50mL水，边搅拌边加热到100℃。1小时后，在加热到100℃的状态下停止搅拌并静置，分成上清层和沉淀层两层。收集沉淀层，冷却至室温，可见沉淀物。沉淀物是乳酸低聚物，提取的回收率是80％。凝胶渗透层析确认分子量，重均分子量为637(参照以下表4)。

乳酸发酵液加热减压的结果汇总于以下表4表示。

表4

	pH	反应条件	产物	回收率
					实施例7	4.8	150℃下加热减压后添	乳酸低聚物	35％

		加二甲苯加热到100℃	分子量250
					实施例8	2.5	150℃下加热减压后添加二甲苯加热到100℃	乳酸低聚物分子量637	60％
比较例4	6	150℃下加热减压后添加二甲苯加热到100℃	乳酸低聚物分子量126	6％
					实施例9	2.5	150℃下加热减压后添加水加热到100℃	乳酸低聚物分子量637	80％

(实施例10)

使用图1所示构成的装置。在含有3.5质量％的、添加了20质量％葡萄糖的乳酸球菌用标准培养基M17(Difco制备)的乳酸发酵液体培养基中，用氨气将pH调节至6附近，同时悬浮培养乳酸菌(如乳杆菌)，进行乳酸发酵，制备乳酸铵浓度为14质量％的乳酸发酵液(pH 6)。以此作为原液。通过过滤膜分离，预先由制备的乳酸发酵液中将菌体除去。

将该乳酸发酵液送至pH调节槽5，加入硫酸，调节至pH 2.5。然后经由输液泵6供给反应槽4。由溶剂罐经由输液泵7向反应槽4供给二甲苯。将调节至pH 2.5的乳酸发酵液和二甲苯边搅拌边在100℃下加热2小时。然后升至120℃的温度。将流出的蒸汽冷凝后水分除去并回流，此时，在倾析器10中，约5小时(加热到100℃和加热到120℃的总时间)后除去了约17g的水分。然后加热到139℃，20小时后停止搅拌并静置，分成两层。由管路14收集上层，在精制塔13中冷却至室温，可见沉淀物。沉淀物是乳酸低聚物，提取的回收率是63.6％。通过凝胶渗透层析确认分子量，重均分子量为1,500。该低聚物的结晶度高，约为70％。

(实施例11)

与上述实施例1同样，得到20g乳酸铵离子浓度为10质量％的乳酸发酵液(pH 6)。与实施例1同样，从该乳酸发酵液中除去菌体。向该乳酸发酵液中加入硫酸，调节至pH 2.0。然后加入200mL乙醇，在室温下搅拌。30分钟后停止搅拌并静置，可见分成了下层的沉淀部和上层的上清。收集上层，馏去乙醇，回收到粘稠的液体。回收的液体的主要成分是乳酸，提取的回收率是95％。

沉淀物是乳酸发酵中使用的培养基成分和乳酸发酵液的中和或酸性化中使用的盐类。由沉淀物的干燥重量计算，回收的乳酸以外的成分中的71.2质量％被分离除去。

(实施例12)

在含有1.3质量％添加了14质量％葡萄糖的乳酸用合成培养基的乳酸发酵液体培养基中，用氨将pH调节至6附近，同时使乳酸菌(乳球菌)悬浮培养，乳酸发酵，得到20g乳酸铵的浓度为10质量％乳酸发酵液(pH 6)。上述合成培养基中含有硫酸铵、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、氯化钠、硫酸镁、氯化钙、碳酸钠、L-半胱氨酸盐酸盐和维生素类。通过离心预先从该乳酸发酵液中除去菌体。该乳酸发酵液中加入硫酸，调节至pH 2.0。然后加入200mL乙醇，在室温下搅拌。30分钟后停止搅拌并静置，确认分成了下层的沉淀部和上层的上清。收集上层，馏去乙醇，回收粘稠的液体。回收的液体的主要成分是乳酸，提取的回收率是97％。

沉淀物是乳酸发酵中使用的培养基成分和乳酸发酵液的中和或酸性化中使用的盐类。由沉淀物的干燥重量计算，回收的乳酸以外的成分中的76.5质量％被分离除去。

(实施例13)

与上述实施例12同样，得到20g乳酸铵离子浓度为10质量％的乳酸发酵液(pH 6)。与实施例12同样，从该乳酸发酵液中除去菌体。向该乳酸发酵液中加入硫酸，调节至pH 2.0。然后加入200mL异丙醇，在室温下搅拌。30分钟后停止搅拌并静置，可见分成了下层的沉淀部和上层的上清。收集上层，馏去异丙醇，回收粘稠的液体。回收的液体的主要成分是乳酸，提取的回收率是98％。

沉淀物是乳酸发酵中使用的培养基成分和乳酸发酵液的中和或酸性化中使用的盐类。由沉淀物的干燥重量计算，回收的乳酸以外的成分中的82质量％被分离除去。

(实施例14)

与上述实施例12同样，得到20g乳酸铵离子浓度为10质量％的乳酸发酵液(pH 6)。与实施例12同样，从该乳酸发酵液中除去菌体。向该乳酸发酵液中加入硫酸，调节至pH 2.0。然后加入100mL乙醇，边搅拌边加热到78℃。水与乙醇一起气化、除去，约2个小时后大致干燥固化。容器内残留有粘稠的液体和稍微泛黄色的白色沉淀。向其中进一步加入100mL乙醇，在室温下搅拌。30分钟后停止搅拌并静置，可以确认分成了下层的沉淀部和上层的上清。收集上层，馏去乙醇，回收粘稠的液体。回收的液体的主要成分是乳酸，提取的回收率是95％。

沉淀物是乳酸发酵中使用的培养基成分和乳酸发酵液的中和或酸性化中使用的盐类。由沉淀物的干燥重量计算，回收的乳酸以外的成分中的90质量％被分离除去。

(实施例15)

与上述实施例12同样，得到20g乳酸铵离子浓度为10质量％的乳酸发酵液(pH 6)。与实施例12同样，从该乳酸发酵液中除去菌体。向该乳酸发酵液中加入硫酸，调节至pH 2.0。然后加热到50℃，在10托(约1330Pa)的减压下保持2小时，接着在5托(约670Pa)的减压下保持2小时，则大致干燥固化。向其中加入100mL乙醇，搅拌。30分钟后停止搅拌并静置，可以确认分成了上清和沉淀。收集上层，馏去乙醇，回收粘稠的液体。回收的液体的主要成分是乳酸，提取的回收率是90％。

沉淀物是乳酸发酵中使用的培养基成分和乳酸发酵液的中和或酸性化中使用的盐类。由沉淀物的干燥重量计算，回收的乳酸以外的成分中的94质量％被分离除去。

(实施例16)

使用图1所示构成的装置。在含有3.5质量％的、添加了15质量％葡萄糖的乳酸球菌用标准培养基M17(Difco制备)的乳酸发酵液体培养基中，用氨气将pH调节至6附近，同时悬浮培养乳酸菌(乳杆菌)，进行乳酸发酵，制备乳酸铵浓度为10质量％的乳酸发酵液(pH 6)。以此作为原液。通过过滤膜分离，预先由制备的乳酸发酵液中将菌体除去。

将该乳酸发酵液送至pH调节槽5，加入硫酸，调节至pH 2.0。然后经由输液泵6供给反应槽4。接着，通过与压缩机9连接的真空泵(未图示)，将反应槽4、蒸馏塔8以及连接它们的管路内减压至5托(约670Pa)，同时将调节至pH 2.0的乳酸发酵液在60℃加热2小时。由此，反应槽4中的乳酸发酵液脱水。然后由溶剂罐经由输液泵7将乙醇供给反应槽4，在反应槽4内搅拌。30分钟后停止搅拌并静置，分成上清液和沉淀物两层。由管路14收集上清液，导入到精制塔13中，接着通过精馏塔13附带的真空泵(未图示)边减压边加热，馏去溶剂，回收粘稠的液体。回收的液体主成分是乳酸，提取的回收率是98％。馏去的溶剂是乙醇，经由管路15冷却液化，再次作为提取溶剂使用。

产业实用性

根据本发明，可通过简便的工序由乳酸发酵液获得乳酸成分(例如乳酸或乳酸低聚物)。因此，本发明可以形成以低成本合成以它们作为原料的聚乳酸和聚酯型多元醇等聚合物的基本技术。

Claims (12)

1.分离乳酸成分的方法，该方法包含以下步骤：

将选自甲苯、二甲苯、乙基苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和溶剂油的至少一种溶剂添加到pH 4.8或以下的乳酸发酵液中的步骤；以及

在室温至该溶剂的沸点之间的温度下，从添加了该溶剂的发酵液中提取乳酸成分的步骤。

2.分离乳酸成分的方法，该方法包含以下步骤：

将选自甲苯、二甲苯、

乙基苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和溶剂油的至少一种溶剂添加到pH 4.8或以下的乳酸发酵液中的步骤；

将添加了该溶剂的发酵液加热共沸，使该发酵液脱水的步骤；以及

在室温至该溶剂的沸点之间的温度下，从该脱水的发酵液中提取乳酸成分的步骤。

3.分离乳酸成分的方法，该方法包含以下步骤：

减压下，将pH 4.8或以下的乳酸发酵液加热到100℃或以下，使该发酵液脱水的步骤；

将选自甲苯、二甲苯、

乙基苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和溶剂油的至少一种溶剂添加到该脱水的乳酸发酵液中的步骤；以及

在室温至该溶剂的沸点之间的温度下，从该添加了溶剂的发酵液中提取乳酸成分的步骤。

4.由乳酸发酵液制备乳酸低聚物的方法，该方法包含以下步骤：

将选自甲苯、二甲苯、

乙基苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和溶剂油的至少一种溶剂添加到pH 4.8或以下的乳酸发酵液中的步骤；

使添加了该溶剂的发酵液加热共沸，接着加热到该溶剂与水的共沸点至该溶剂的沸点之间的温度的步骤，该步骤中，该发酵液被脱水，并且该发酵液中的乳酸成分缩合，生成重均分子量为5000或以下的乳酸低聚物的步骤；以及

将含有该乳酸低聚物的发酵液加热到60℃至该溶剂的沸点之间的温度，由该发酵液提取该乳酸低聚物的步骤。

5.由乳酸发酵液制备乳酸低聚物的方法，该方法包含以下步骤：

将pH 4.8或以下的乳酸发酵液在减压下加热到100-150℃的步骤，该步骤中，通过脱水缩合生成重均分子量300以上、1000以下的乳酸低聚物；

向该含有乳酸低聚物的发酵液中添加选自甲苯、二甲苯、

乙基苯和溶剂油的至少一种溶剂的步骤；以及

将添加了该溶剂的发酵液加热到60℃至该溶剂的沸点之间的温度，由该发酵液提取该乳酸低聚物的步骤。

6.由乳酸发酵液制备乳酸低聚物的方法，该方法包含以下步骤：

将pH 4.8或以下的乳酸发酵液在减压下加热到100-150℃的步骤，该步骤中，通过脱水缩合生成重均分子量300以上、1000以下的乳酸低聚物；

将该含有乳酸低聚物的发酵液用水洗涤，从该发酵液中分离并回收该乳酸低聚物的步骤。

7.权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，上述乳酸发酵液中的菌体被除去。

8.用于由乳酸发酵液分离乳酸成分的装置，该装置具备以下部件：

供给pH 4.8或以下的乳酸发酵液的原料供给部件；

供给溶剂的溶剂供给部件，所述溶剂选自乳酸成分提取用溶剂和洗涤溶剂，该乳酸成分提取用溶剂是选自甲苯、二甲苯、乙基苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和溶剂油的至少一种的溶剂，该洗涤溶剂是水；

将供给的该乳酸发酵液与所述溶剂边搅拌边保持的反应槽；以及

由该反应槽中分离并回收乳酸成分的乳酸成分分离回收部件。

9.权利要求8所述的装置，其中，上述装置进一步具备将上述反应槽加热的加热部件。

10.权利要求9所述的装置，其中，上述装置进一步具备将由上述反应槽馏出的蒸气进行冷凝的冷却部件。

11.权利要求10所述的装置，其中，上述装置进一步具备通过上述冷却部件将冷凝的液体进行比重分离，将低比重的液体回流至该反应槽内，将高比重的水排出的液体分离部件。

12.权利要求8-11所述的装置，其中，上述装置进一步具备对由上述乳酸成分分离回收部件收集的液体进行脱色的脱色部件。

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