JP2010095450A - Method for producing monocarboxylic acid - Google Patents

Method for producing monocarboxylic acid Download PDF

Info

Publication number
JP2010095450A
JP2010095450A JP2008265097A JP2008265097A JP2010095450A JP 2010095450 A JP2010095450 A JP 2010095450A JP 2008265097 A JP2008265097 A JP 2008265097A JP 2008265097 A JP2008265097 A JP 2008265097A JP 2010095450 A JP2010095450 A JP 2010095450A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
monocarboxylic acid
acid
membrane
reverse osmosis
monocarboxylic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008265097A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masateru Ito
正照 伊藤
Izumi Nakagawa
いずみ 中川
Kenji Kawamura
健司 河村
Shinichi Minegishi
進一 峯岸
Hideki Sawai
秀樹 澤井
Masanari Yamada
勝成 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Priority to JP2008265097A priority Critical patent/JP2010095450A/en
Publication of JP2010095450A publication Critical patent/JP2010095450A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a monocarboxylic acid, which includes a process for removing impurities contained in a solution containing a monocarboxylic acid such as formic acid, acetic acid, etc. <P>SOLUTION: The method for producing a monocarboxylic acid includes a process A for filtering a solution containing a monocarboxylic acid through a nanofiltration membrane and recovering the monocarboxylic acid from a filtrate side and a process B for filtering a nanofiltration membrane filtrate through a reverse osmosis membrane after the process A and recovering the monocarboxylic acid from the filtrate side. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、モノカルボン酸を精製する工程を含むモノカルボン酸の製造方法に関する。詳しくは、モノカルボン酸含有溶液をナノ濾過膜に通じることによって、透過側から高純度のモノカルボン酸含有溶液を得る工程を含む、モノカルボン酸の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a monocarboxylic acid, which includes a step of purifying the monocarboxylic acid. In detail, it is related with the manufacturing method of monocarboxylic acid including the process of obtaining a highly purified monocarboxylic acid containing solution from a permeation | transmission side by letting a monocarboxylic acid containing solution pass to a nanofiltration membrane.

従来、有機合成法または発酵法によりモノカルボン酸(例えば、酢酸)を製造する場合、得られるモノカルボン酸含有溶液には、目的とするモノカルボン酸の他に不純物が多種含まれている。これら不純物には例えば、有機合成法で製造された場合は金属触媒などが挙げられ、発酵法で製造された場合はグルコース、糖蜜、澱粉などの糖類および硫安などの無機塩、発酵工程において副生する、乳酸、ピルビン酸などの有機酸が挙げられる。これら不純物を除去する手段としては、イオン交換樹脂による吸着分離、抽出操作による分離方法が一般的に用いられる。イオン交換樹脂による吸着分離では、目的とするモノカルボン酸によっては他の有機酸との吸着選択性が悪く、イオン交換樹脂の機能維持のためには大量の再生液を使用することから、環境負荷が大きく、廃液処理にコストがかかるという問題がある。抽出操作による分離方法では、モノカルボン酸が低級である場合水溶性が高いことから、有機層への分配が困難であるため、特殊な有機溶媒を使用する必要があり、回収率を向上させるために繰り返し抽出操作を行う必要があるという問題があった。さらに、抽出操作後は、有機溶媒および有機溶媒を含んだ水溶液が多量の廃液として排出されることにより、廃液処理コストの増加および、環境負荷の増大という問題点もあった(特許文献1)。
特開平9−151158号公報
Conventionally, when a monocarboxylic acid (for example, acetic acid) is produced by an organic synthesis method or a fermentation method, the resulting monocarboxylic acid-containing solution contains various impurities in addition to the target monocarboxylic acid. These impurities include, for example, metal catalysts when produced by an organic synthesis method, sugars such as glucose, molasses and starch, and inorganic salts such as ammonium sulfate when produced by a fermentation method, and by-products in the fermentation process. And organic acids such as lactic acid and pyruvic acid. As means for removing these impurities, adsorption separation by ion exchange resin and separation method by extraction operation are generally used. In adsorption separation by ion exchange resin, depending on the target monocarboxylic acid, the adsorption selectivity with other organic acids is poor, and a large amount of regenerated solution is used to maintain the function of the ion exchange resin. There is a problem that the waste liquid treatment is expensive. In the separation method by extraction operation, since the water solubility is high when the monocarboxylic acid is low, distribution to the organic layer is difficult, so it is necessary to use a special organic solvent to improve the recovery rate. There is a problem that it is necessary to repeatedly perform the extraction operation. Further, after the extraction operation, the organic solvent and the aqueous solution containing the organic solvent are discharged as a large amount of waste liquid, which causes a problem of an increase in waste liquid treatment cost and an increase in environmental load (Patent Document 1).
JP-A-9-151158

本発明は、上述したような課題、すなわち、モノカルボン酸を精製する場合において、イオン交換、抽出操作を行わずに不純物を効果的に除去するという課題を解決し、効率よくモノカルボン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 above-described problem, that is, the problem of effectively removing impurities without performing ion exchange and extraction operations when purifying a monocarboxylic acid, and efficiently purifies the monocarboxylic acid. It aims to provide a way to do.

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、モノカルボン酸含有溶液をナノ濾過膜で濾過することにより、高純度のモノカルボン酸を得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 high purity monocarboxylic acid can be obtained by filtering a monocarboxylic acid-containing solution through a nanofiltration membrane. It came to complete.

すなわち、本発明は、次の(1)〜(7)から構成される。
(1)モノカルボン酸含有溶液をナノ濾過膜に通じて濾過して、透過側からモノカルボン酸を回収する工程Aを含む、モノカルボン酸の製造方法。
(2)前記工程Aの後に、ナノ濾過膜透過液を逆浸透膜に通じて濾過して、透過側からモノカルボン酸を回収する工程Bを含む、(1)に記載のモノカルボン酸の製造方法。
(3)前記モノカルボン酸がギ酸、酢酸およびプロピオン酸から選択される1種または2種以上の混合物である、(1)または(2)に記載のモノカルボン酸の製造方法。
(4)前記ナノ濾過膜の機能層がポリアミドである、(1)から(3)のいずれかに記載のモノカルボン酸の製造方法。
(5)前記逆浸透膜の塩除去率が、操作圧力5.5MPa、原水温度25℃、原水塩化ナトリウム濃度3.5%において、98%以上である、(2)から(4)のいずれかに記載のモノカルボン酸の製造方法。
(6)前記逆浸透膜の機能層がポリアミドである、(2)から(5)のいずれかに記載のモノカルボン酸の製造方法。
(7)前記工程Aまたは工程Bの透過液から回収されたモノカルボン酸含有溶液を、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Cに供する、(1)から(6)のいずれかに記載のモノカルボン酸の製造方法。
That is, this invention is comprised from following (1)-(7).
(1) A method for producing a monocarboxylic acid, comprising the step A of filtering a monocarboxylic acid-containing solution through a nanofiltration membrane and recovering the monocarboxylic acid from the permeation side.
(2) The production of the monocarboxylic acid according to (1), which comprises the step B of filtering the nanofiltration membrane permeate through the reverse osmosis membrane and recovering the monocarboxylic acid from the permeation side after the step A. Method.
(3) The method for producing a monocarboxylic acid according to (1) or (2), wherein the monocarboxylic acid is one or a mixture of two or more selected from formic acid, acetic acid, and propionic acid.
(4) The method for producing a monocarboxylic acid according to any one of (1) to (3), wherein the functional layer of the nanofiltration membrane is polyamide.
(5) The salt removal rate of the reverse osmosis membrane is 98% or more at an operating pressure of 5.5 MPa, a raw water temperature of 25 ° C., and a raw water sodium chloride concentration of 3.5%, and any one of (2) to (4) A process for producing a monocarboxylic acid as described in 1. above.
(6) The method for producing a monocarboxylic acid according to any one of (2) to (5), wherein the functional layer of the reverse osmosis membrane is polyamide.
(7) The monocarboxylic acid-containing solution recovered from the permeate in Step A or Step B is further subjected to Step C in which distillation is performed at 25 ° C. or more and 200 ° C. or less under a pressure of 1 Pa or more and atmospheric pressure. The method for producing a monocarboxylic acid according to any one of 1) to (6).

本発明に係るモノカルボン酸の製造方法によって、モノカルボン酸含有溶液中に含まれるモノカルボン酸以外の不純物を簡単な操作により効果的かつ、経済的に除去することができ、従って、高純度のモノカルボン酸を得ることができる。   By the method for producing a monocarboxylic acid according to the present invention, impurities other than the monocarboxylic acid contained in the monocarboxylic acid-containing solution can be effectively and economically removed by a simple operation. A monocarboxylic acid can be obtained.

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、モノカルボン酸を精製する工程を含むモノカルボン酸の製造方法であって、モノカルボン酸含有溶液をナノ濾過膜に通じて濾過してモノカルボン酸以外の不純物を非透過液側に除去し、透過液側からモノカルボン酸含有溶液を回収する工程Aを含むことを特徴としている。   The present invention is a method for producing a monocarboxylic acid comprising a step of purifying the monocarboxylic acid, and filters the monocarboxylic acid-containing solution through a nanofiltration membrane to remove impurities other than the monocarboxylic acid on the non-permeate side. It includes a step A of removing and recovering the monocarboxylic acid-containing solution from the permeate side.

本発明におけるモノカルボン酸とは、分子中にカルボキシル基(COOH基)を1つ持ち、かつ、他の官能基を持たない化合物であり、具体例としてギ酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸などの直鎖脂肪族飽和モノカルボン酸、イソブタン酸、2−メチルブタン酸などの分枝脂肪族飽和モノカルボン酸、アクリル酸、クロトン酸などの直鎖脂肪族不飽和モノカルボン酸、メタクリル酸などの分枝脂肪族不飽和モノカルボン酸、安息香酸、フェニル酢酸などの芳香族モノカルボン酸が挙げられるが、本発明においては炭素数1以上6以下のモノカルボン酸が好ましく、中でもギ酸、酢酸およびプロピオン酸から選択される1種または2種以上の混合物が好ましく精製される。   The monocarboxylic acid in the present invention is a compound having one carboxyl group (COOH group) in the molecule and no other functional group. Specific examples include formic acid, acetic acid, propionic acid, butanoic acid, pentane. Straight chain aliphatic saturated monocarboxylic acids such as acid, hexanoic acid, branched aliphatic saturated monocarboxylic acids such as isobutanoic acid and 2-methylbutanoic acid, straight chain aliphatic unsaturated monocarboxylic acids such as acrylic acid and crotonic acid, Examples include branched aliphatic unsaturated monocarboxylic acids such as methacrylic acid, aromatic monocarboxylic acids such as benzoic acid and phenylacetic acid. In the present invention, monocarboxylic acids having 1 to 6 carbon atoms are preferred, and formic acid is particularly preferred. One or a mixture of two or more selected from acetic acid and propionic acid is preferably purified.

モノカルボン酸は有機合成による製造品であっても、発酵法による製造品であってもよい。モノカルボン酸が発酵法による製造品である場合、モノカルボン酸含有溶液は発酵培養液であってもよい。   The monocarboxylic acid may be a product produced by organic synthesis or a product produced by fermentation. When the monocarboxylic acid is a product produced by fermentation, the monocarboxylic acid-containing solution may be a fermentation broth.

モノカルボン酸はモノカルボン酸塩として溶解していてもよい。モノカルボン酸塩としては、モノカルボン酸無機塩が挙げられる。ここでいう無機塩としては、モノカルボン酸リチウム塩、モノカルボン酸ナトリウム塩、モノカルボン酸カリウム塩、モノカルボン酸マグネシウム塩、モノカルボン酸カルシウム塩、モノカルボン酸アンモニウム塩であり、これらの混合物であってもよい。   The monocarboxylic acid may be dissolved as a monocarboxylate. Examples of monocarboxylic acid salts include inorganic monocarboxylic acid salts. Examples of inorganic salts here include monocarboxylic acid lithium salt, monocarboxylic acid sodium salt, monocarboxylic acid potassium salt, monocarboxylic acid magnesium salt, monocarboxylic acid calcium salt, and monocarboxylic acid ammonium salt. There may be.

本発明で用いるナノ濾過膜とは、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、「一価のイオンは透過し、二価のイオンを阻止する膜」と一般に定義される膜である。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 nanofiltration membrane used in the present invention is also called a nanofiltration membrane or NF membrane, and is a membrane generally defined as “a membrane that transmits monovalent ions and blocks divalent ions”. . 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.

また、「ナノ濾過膜に通じる」とは、モノカルボン酸含有溶液を、ナノ濾過膜に通じて濾過し、モノカルボン酸以外の不純物を非透過液側に除去し、透過液側からモノカルボン酸含有溶液を回収することを意味する。   Also, “through the nanofiltration membrane” means that the monocarboxylic acid-containing solution is filtered through the nanofiltration membrane to remove impurities other than the monocarboxylic acid to the non-permeate side, and the monocarboxylic acid from the permeate side. This means that the contained solution is recovered.

本発明で使用されるナノ濾過膜の素材には、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が、前記1種類の素材で構成される膜に限定されず、複数の膜素材を含む膜であってもよい。またその膜構造は、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よい。複合膜としては、例えば、特開昭62−201606号公報に記載の、ポリスルホンを膜素材とする支持膜にポリアミドの機能層からなるナノ濾過膜を構成させた複合膜を用いることができる。   As a material for the nanofiltration membrane used in the present invention, a polymer material such as cellulose acetate polymer, polyamide, polyester, polyimide, vinyl polymer can be used. It is not limited to this, and a film including a plurality of film materials may be used. In addition, the membrane structure has a dense layer on at least one side of the membrane, and on the asymmetric membrane having fine pores gradually increasing from the dense layer to the inside of the membrane or the other side, or on the dense layer of the asymmetric membrane. Either a composite film having a very thin functional layer formed of another material may be used. As the composite membrane, for example, a composite membrane described in JP-A-62-201606 in which a nanofiltration membrane composed of a functional layer of polyamide is formed on a support membrane made of polysulfone as a membrane material can be used.

本発明においては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。さらに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好ましい。ポリアミドを機能層とするナノ濾過膜において、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、またはこれらの混合物がより好ましい。   In the present invention, among them, a composite film having a high pressure resistance, high water permeability, and high solute removal performance and having an excellent potential and using polyamide as a functional layer is preferable. Further, 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 film or a nonwoven fabric is preferable. In the nanofiltration membrane having a polyamide as a functional layer, preferable carboxylic acid components of monomers constituting the polyamide include, for example, trimesic acid, benzophenonetetracarboxylic acid, trimellitic acid, pyrometic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, naphthalene Aromatic carboxylic acids such as dicarboxylic acid, diphenyl carboxylic acid, pyridine carboxylic acid and the like can be mentioned, but considering solubility in a film forming solvent, trimesic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, or a mixture thereof is more preferable.

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濾過膜は耐圧性、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る。より好ましくは前記架橋ピペラジンポリアミドまたは架橋ピペリジンポリアミドを主成分とするナノ濾過膜である。ピペラジンポリアミドを含有するポリアミドを機能層とするナノ濾過膜としては、例えば、特開昭62−201606号公報に記載のものが挙げられ、具体例としては、東レ株式会社製の架橋ピペラジンポリアミド系半透膜のUTC60が挙げられる。   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) Secondary diamines such as primary diamines having an aromatic ring such as nilbenzothiazole), piperazine, piperidine or derivatives thereof, among which nanofiltration membranes having a functional layer of a crosslinked polyamide containing piperazine or piperidine as a monomer are It is preferably used because it has heat resistance and chemical resistance in addition to pressure resistance and durability. More preferably, it is a nanofiltration membrane mainly composed of the crosslinked piperazine polyamide or the crosslinked piperidine polyamide. Examples of nanofiltration membranes having a functional layer of polyamide containing piperazine polyamide include those described in JP-A No. 62-201606, and specific examples thereof include a crosslinked piperazine polyamide-based half made by Toray Industries, Inc. Examples include permeable membrane UTC60.

ナノ濾過膜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濾過膜も、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。好ましいナノ濾過膜の具体例としては、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(2)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濾過膜の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濾過膜のNF99、NF97,NF99HF、酢酸セルロース系のナノろ過膜であるGE Osmonics社製ナノ濾過膜のGEsepaなどが挙げられる。   The nanofiltration membrane is generally used as a spiral membrane element, but the nanofiltration membrane used in the present invention can also be preferably used as a spiral membrane element. Specific examples of preferred nanofiltration membranes include, for example, UTC60 manufactured by Toray Industries, Inc., which has a crosslinked piperazine polyamide as a main component and a polyamide containing a component represented by the chemical formula (2) as a functional layer. Nano filter modules SU-210, SU-220, SU-600, and SU-610 can also be used. In addition, NF-45, NF-90, NF-200, NF-400, which is a nanofiltration membrane manufactured by Filmtec Co., which uses a crosslinked piperazine polyamide as a functional layer, or NF99, which is a nanofiltration membrane manufactured by Alfa Laval, which uses polyamide as a functional layer. GE97, a nanofiltration membrane manufactured by GE Osmonics, which is a cellulose acetate-based nanofiltration membrane, and the like.

本発明において、モノカルボン酸含有溶液のナノ濾過膜による濾過は、圧力をかけて行ってもよい。その濾過圧は、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、0.1MPa以上8MPa以下の範囲で好ましく用いられるが、0.5MPa以上7MPa以下で用いれば、膜透過流束が高いことから、モノカルボン酸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以下で用いることが特に好ましい。   In the present invention, the filtration of the monocarboxylic acid-containing solution with the nanofiltration membrane may be performed under pressure. 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 is damaged. Therefore, the filtration pressure is preferably used in the range of 0.1 MPa to 8 MPa, but 0.5 MPa to 7 MPa. When used below, the membrane permeation flux is high, so that the monocarboxylic acid can be efficiently permeated and is less likely to affect the membrane damage. Is particularly preferred.

本発明において、モノカルボン酸含有溶液のナノ濾過膜による濾過は、非透過液を再び原水に戻し、繰り返し濾過することでモノカルボン酸の回収率を向上させることができる。モノカルボン酸の回収率は、ナノ濾過前のモノカルボン酸総量およびナノ濾過膜透過モノカルボン酸総量を測定することで、式1によって算出することができる。   In the present invention, the filtration of the monocarboxylic acid-containing solution with the nanofiltration membrane can improve the recovery rate of the monocarboxylic acid by returning the non-permeate to the raw water again and repeatedly filtering. The recovery rate of monocarboxylic acid can be calculated by Equation 1 by measuring the total amount of monocarboxylic acid before nanofiltration and the total amount of monocarboxylic acid permeating through the nanofiltration membrane.

モノカルボン酸回収率(%)=(ナノ濾過膜透過モノカルボン酸総量/ナノ濾過前のモノカルボン酸総量)×100・・・(式1)。   Monocarboxylic acid recovery rate (%) = (total amount of monocarboxylic acid permeating nanofiltration membrane / total amount of monocarboxylic acid before nanofiltration) × 100 (Formula 1).

本発明で用いるナノ濾過膜の膜分離性能としては、温度25℃、pH6.5に調整した塩化ナトリウム水溶液(500mg/L)を0.75MPaの濾過圧で評価したとき塩除去率が45%以上のものが好ましく用いられる。ここでいう塩除去率は前記塩化ナトリウム水溶液の透過液塩濃度を測定することにより、式2によって算出することができる。   The membrane separation performance of the nanofiltration membrane used in the present invention is 45% or more when the sodium chloride aqueous solution (500 mg / L) adjusted to a temperature of 25 ° C. and pH 6.5 is evaluated at a filtration pressure of 0.75 MPa. Are preferably used. The salt removal rate here can be calculated by Equation 2 by measuring the permeate salt concentration of the aqueous sodium chloride solution.

塩除去率=100×{1−(透過液中の塩濃度/供給水中の塩濃度)}・・・(式2)。   Salt removal rate = 100 × {1− (salt concentration in permeate / salt concentration in feed water)} (Formula 2).

また、ナノ濾過膜の透過性能としては、0.3MPaの濾過圧において、塩化ナトリウム水溶液(500mg/L)の膜透過流束(m/(m・日))が0.3以上のものが好ましく用いられる。膜透過流束は透過液量および透過液量を採水した時間および膜面積を測定することで、式3によって算出することができる。 The permeation performance of the nanofiltration membrane is that the membrane permeation flux (m 3 / (m 2 · day)) of an aqueous sodium chloride solution (500 mg / L) is 0.3 or more at a filtration pressure of 0.3 MPa. Is preferably used. The membrane permeation flux can be calculated by Equation 3 by measuring the permeate amount and the time when the permeate amount was collected and the membrane area.

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

本発明においては、ナノ濾過膜に通じるモノカルボン酸含有溶液に酸性物質を添加してpHを1以上7未満に調整することが好ましい。ナノ濾過は、溶液中にイオン化していない(非解離)物質の方が、イオン化している(解離)物質に比べて透過しやすい特性から、モノカルボン酸を含んだ水溶液のpHを7未満とすることで、モノカルボン酸を含んだ水溶液中でイオン化していないモノカルボン酸の割合の方がイオン化しているモノカルボン酸より多くなり(非解離モノカルボン酸/解離モノカルボン酸>1)、効率的にモノカルボン酸溶液を透過液側から回収することができる。モノカルボン酸を含んだ水溶液のpHが1を下回ると、ナノ濾過膜の耐久性に悪影響を及ぼす場合がある。より好ましいpHの範囲は、1以上6以下である。pH調整剤として添加する酸性物質としては、硫酸、塩酸、炭酸、リン酸、硝酸などが挙げられる。   In the present invention, it is preferable to adjust the pH to 1 or more and less than 7 by adding an acidic substance to the monocarboxylic acid-containing solution that leads to the nanofiltration membrane. In nanofiltration, a non-ionized (non-dissociated) substance in a solution is easier to permeate than an ionized (dissociated) substance, so that the pH of an aqueous solution containing a monocarboxylic acid is less than 7. By doing so, the proportion of the monocarboxylic acid that is not ionized in the aqueous solution containing the monocarboxylic acid is larger than the monocarboxylic acid that is ionized (non-dissociated monocarboxylic acid / dissociated monocarboxylic acid> 1), The monocarboxylic acid solution can be efficiently recovered from the permeate side. If the pH of the aqueous solution containing the monocarboxylic acid is less than 1, the durability of the nanofiltration membrane may be adversely affected. A more preferable pH range is 1 or more and 6 or less. Examples of the acidic substance added as a pH adjuster include sulfuric acid, hydrochloric acid, carbonic acid, phosphoric acid, and nitric acid.

本発明においてモノカルボン酸含有溶液からナノ濾過膜により非透過液側に分離される不純物としては、カルシウム、ナトリウム、硫酸、硝酸、リン酸などの無機物や、グルコース、フルクトース、キシロース、スクロース、ガラクトース、澱粉などの糖類や、タンパク質などが挙げられ、これらの混合物であっても好ましく分離される。   In the present invention, impurities separated from the monocarboxylic acid-containing solution to the non-permeate side by the nanofiltration membrane include inorganic substances such as calcium, sodium, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, glucose, fructose, xylose, sucrose, galactose, Examples include saccharides such as starch, proteins, and the like, and even a mixture thereof is preferably separated.

本発明におけるモノカルボン酸を含んだ溶液のナノ濾過膜透過性は、モノカルボン酸透過率を算出することで評価できる。モノカルボン酸透過率は、高速液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィーに代表される分析により、原水(モノカルボン酸を含んだ溶液)中に含まれるモノカルボン酸濃度(原水モノカルボン酸濃度)および透過液(モノカルボン酸溶液)中に含まれるモノカルボン酸濃度(透過液モノカルボン酸濃度)を測定することで、式4によって算出することができる。   The nanofiltration membrane permeability of the solution containing the monocarboxylic acid in the present invention can be evaluated by calculating the monocarboxylic acid permeability. The monocarboxylic acid permeability is determined by analyzing the concentration of monocarboxylic acid (raw water monocarboxylic acid concentration) in the raw water (solution containing the monocarboxylic acid) and the permeated liquid based on analysis represented by high performance liquid chromatography and gas chromatography. By calculating the monocarboxylic acid concentration (permeate monocarboxylic acid concentration) contained in the (monocarboxylic acid solution), it can be calculated by Equation 4.

モノカルボン酸透過率(%)=(透過液モノカルボン酸濃度/原水モノカルボン酸濃度)×100・・・(式4)。   Monocarboxylic acid permeability (%) = (permeate monocarboxylic acid concentration / raw water monocarboxylic acid concentration) × 100 (Equation 4).

本発明においては、前記工程Aによって得られる透過液をさらに逆浸透膜に通じて透過側からモノカルボン酸含有溶液を回収する工程Bに供することで、ナノ濾過膜を一部透過した不純物をほぼ完全に除去することができる。   In the present invention, the permeate obtained in the step A is further passed through a reverse osmosis membrane to be subjected to a step B in which the monocarboxylic acid-containing solution is recovered from the permeate side, so that the impurities partially permeated through the nanofiltration membrane are substantially eliminated. It can be completely removed.

本発明における、ナノ濾過膜透過液を「逆浸透膜に通じる」とは、ナノ濾過膜を透過したモノカルボン酸溶液を、逆浸透膜に通じて濾過し、透過液側にモノカルボン酸を含んだ溶液を濾別回収し、非透過液側にモノカルボン酸以外不純物を除去することを意味する。   In the present invention, “permeating the nanofiltration membrane through the reverse osmosis membrane” means that the monocarboxylic acid solution that has passed through the nanofiltration membrane is filtered through the reverse osmosis membrane, and the permeate side contains monocarboxylic acid. This means that the solution is recovered by filtration and impurities other than the monocarboxylic acid are removed on the non-permeate side.

ここで本発明で用いる逆浸透膜の膜分離性能としては、温度25℃、pH6.5に調整した塩化ナトリウム(原水塩化ナトリウム濃度3.5%)を5.5MPaの濾過圧で評価したときの塩化ナトリウム除去率が98%以上のものが好ましく用いられる。塩化ナトリウム除去率は前記海水の透過液塩化ナトリウム濃度を測定することにより、式5によって算出することができる。   Here, as the membrane separation performance of the reverse osmosis membrane used in the present invention, sodium chloride adjusted to a temperature of 25 ° C. and pH 6.5 (raw water sodium chloride concentration of 3.5%) was evaluated at a filtration pressure of 5.5 MPa. Those having a sodium chloride removal rate of 98% or more are preferably used. The sodium chloride removal rate can be calculated by Equation 5 by measuring the permeate sodium chloride concentration in the seawater.

塩化ナトリウム除去率=100×{1−(透過液中の塩化ナトリウム濃度/原水中の塩化ナトリウム濃度)}・・・(式5)。   Sodium chloride removal rate = 100 × {1− (sodium chloride concentration in permeate / sodium chloride concentration in raw water)} (Formula 5).

また、逆浸透膜の透過性能としては、塩化ナトリウム(3.5%)を5.5MPaの濾過圧において、膜透過流束(m/(m・日))が0.2以上のものであれば、透過液側のモノカルボン酸と非透過液側の不純物を分離する速度を早めることができることから、好ましく用いられる。 The permeation performance of the reverse osmosis membrane is such that sodium chloride (3.5%) has a membrane permeation flux (m 3 / (m 2 · day)) of 0.2 or more at a filtration pressure of 5.5 MPa. If it is, it can be preferably used because it can speed up the separation of the permeate side monocarboxylic acid and the non-permeate side impurities.

本発明で使用する逆浸透膜の膜素材としては、一般に市販されている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が、該1種類の素材で構成される膜に限定されず、複数の膜素材を含む膜であってもよい。またその膜構造は、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よい。   As the membrane material of the reverse osmosis membrane used in the present invention, generally available polymer materials such as cellulose acetate polymer, polyamide, polyester, polyimide, vinyl polymer can be used. It is not limited to the film | membrane comprised by these, The film | membrane containing a some film | membrane raw material may be sufficient. In addition, the membrane structure has a dense layer on at least one side of the membrane, and on the asymmetric membrane having fine pores gradually increasing from the dense layer to the inside of the membrane or the other side, or on the dense layer of the asymmetric membrane. Either a composite film having a very thin functional layer formed of another material may be used.

本発明で好ましく使用される逆浸透膜としては、酢酸セルロール系のポリマーを機能層とした複合膜(以下、酢酸セルロース系の逆浸透膜ともいう)またはポリアミドを機能層とした複合膜(以下、ポリアミド系の逆浸透膜ともいう)が挙げられる。ここで、酢酸セルロース系のポリマーとしては、酢酸セルロース、二酢酸セルロース、三酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酪酸セルロース等のセルロースの有機酸エステルの単独もしくはこれらの混合物並びに混合エステルを用いたものが挙げられる。ポリアミドとしては、脂肪族および/または芳香族のジアミンをモノマーとする線状ポリマーまたは架橋ポリマーが挙げられる。   As a reverse osmosis membrane preferably used in the present invention, a composite membrane using a cellulose acetate-based polymer as a functional layer (hereinafter also referred to as a cellulose acetate-based reverse osmosis membrane) or a composite membrane using a polyamide as a functional layer (hereinafter, Polyamide-based reverse osmosis membrane). Here, as the cellulose acetate-based polymer, organic acid esters of cellulose such as cellulose acetate, cellulose diacetate, cellulose triacetate, cellulose propionate, cellulose butyrate and the like, or a mixture thereof and those using mixed esters can be mentioned. It is done. The polyamide includes a linear polymer or a crosslinked polymer having an aliphatic and / or aromatic diamine as a monomer.

本発明においては、モノカルボン酸の透過率が高い逆浸透膜であれば膜素材に特に制限はないが、ポリアミド系の逆浸透膜であればモノカルボン酸の回収率が高く、不純物との分離効率が高いことからより好ましい。   In the present invention, the membrane material is not particularly limited as long as it is a reverse osmosis membrane having a high monocarboxylic acid permeability. However, if it is a polyamide-based reverse osmosis membrane, the recovery rate of monocarboxylic acid is high and it is separated from impurities. It is more preferable because of its high efficiency.

膜形態としては、平膜型、スパイラル型、中空糸型など適宜の形態のものが使用できる。   As the membrane form, an appropriate form such as a flat membrane type, a spiral type, and a hollow fiber type can be used.

本発明で使用される逆浸透膜の具体例としては、例えば、東レ(株)製ポリアミド系逆浸透膜(UTC)SU−710、SU−720、SU−720F、SU−710L、SU−720L、SU−720LF、SU−720R、SU−710P、SU−720P、SU−810、SU−820、SU−820L、SU−820FA、同社酢酸セルロース系逆浸透膜SC−L100R、SC−L200R、SC−1100、SC−1200、SC−2100、SC−2200、SC−3100、SC−3200、SC−8100、SC−8200、日東電工(株)製NTR−759HR、NTR−729HF、NTR−70SWC、ES10−D、ES20−D、ES20−U、ES15−D、ES15−U、LF10−D、アルファラバル製RO98pHt、RO99、HR98PP、CE4040C−30D、GE製GE Sepa、Filmtec製BW30−4040、TW30−4040、XLE−4040、LP−4040、LE−4040、SW30−4040、SW30HRLE−4040などが挙げられる。   Specific examples of the reverse osmosis membrane used in the present invention include, for example, Toray Industries, Ltd. polyamide-based reverse osmosis membrane (UTC) SU-710, SU-720, SU-720F, SU-710L, SU-720L, SU-720LF, SU-720R, SU-710P, SU-720P, SU-810, SU-820, SU-820L, SU-820FA, the company's cellulose acetate reverse osmosis membrane SC-L100R, SC-L200R, SC-1100 SC-1200, SC-2100, SC-2200, SC-3100, SC-3200, SC-8100, SC-8200, NTR-759HR, NTR-729HF, NTR-70SWC, ES10-D manufactured by Nitto Denko Corporation , ES20-D, ES20-U, ES15-D, ES15-U, LF10-D, Alfa Laval O98pHt, RO99, HR98PP, CE4040C-30D, GE made GE Sepa, Filmtec made BW30-4040, TW30-4040, XLE-4040, LP-4040, LE-4040, SW30-4040, like SW30HRLE-4040.

本発明において、ナノ濾過膜透過液の逆浸透膜による濾過は、圧力をかけて行うが、その濾過圧は、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、1MPa以上8MPa以下の範囲であることが好ましい。また、濾過圧が1MPa以上7MPa以下の範囲であれば、膜透過流束が高いことから、モノカルボン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、2MPa以上6MPa以下の範囲であることがさらに好ましい。   In the present invention, filtration of the nanofiltration membrane permeate with a reverse osmosis membrane is performed by applying pressure, but if the filtration pressure is lower than 1 MPa, the membrane permeation rate decreases, and if it is higher than 8 MPa, the membrane damage is affected. In order to give, it is preferable that it is the range of 1 MPa or more and 8 MPa or less. Also, if the filtration pressure is in the range of 1 MPa or more and 7 MPa or less, the membrane permeation flux is high, so that the monocarboxylic acid solution can be efficiently permeated and there is little possibility of affecting the membrane damage. It is more preferable that it is in the range of 2 MPa or more and 6 MPa or less.

本発明においてモノカルボン酸含有溶液から逆浸透膜により非透過液側に分離されるモノカルボン酸以外の不純物としては、乳酸、ピルビン酸、酪酸、コハク酸などの有機酸、塩化ナトリウム、アンモニアなどの無機塩が挙げられる。   In the present invention, impurities other than the monocarboxylic acid separated from the monocarboxylic acid-containing solution by the reverse osmosis membrane to the non-permeate side include organic acids such as lactic acid, pyruvic acid, butyric acid, succinic acid, sodium chloride, ammonia, etc. An inorganic salt is mentioned.

逆浸透膜による分離に供されるモノカルボン酸含有溶液の濃度は、特に限定されないが、高濃度であれば、濾過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り、例えば10g/L以上100g/L以下が好ましい。   The concentration of the monocarboxylic acid-containing solution to be subjected to separation by the reverse osmosis membrane is not particularly limited, but a high concentration is suitable for cost reduction because the filtration time can be shortened, for example, 10 g / L. The amount is preferably 100 g / L or less.

本発明においては、前記工程Aまたは工程Bの透過液を他のモノカルボン酸精製工程に供してもよく、好ましくはモノカルボン酸含有溶液を、さらに蒸留する工程に供することで、高純度のモノカルボン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く、100Pa以上15kPa以下の減圧下で行うことがより好ましい。減圧下で行う場合の蒸留温度は、20℃以上200℃以下で行うことが好ましく、50℃以上150℃以下で行うことがより好ましい。   In the present invention, the permeate from Step A or Step B may be subjected to another monocarboxylic acid purification step. Preferably, the monocarboxylic acid-containing solution is subjected to a further distillation step, whereby a high-purity monocarboxylic acid is obtained. Carboxylic acid can be obtained. The distillation step is preferably performed under a reduced pressure of 1 Pa or more and atmospheric pressure (normal pressure, about 101 kPa), more preferably 100 Pa or more and 15 kPa or less. When the distillation is performed under reduced pressure, the distillation temperature is preferably 20 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 50 ° C. or higher and 150 ° C. or lower.

本発明のナノ濾過膜または逆浸透膜の分離膜装置の形態としては、モノカルボン酸含有溶液を貯留するための原水槽と、ろ過の駆動力を与える高圧ポンプとナノ濾過膜を装着するためのセルによって主に構成される。   As a form of the separation membrane device of the nanofiltration membrane or reverse osmosis membrane of the present invention, a raw water tank for storing a monocarboxylic acid-containing solution, a high-pressure pump for providing a driving force for filtration, and a nanofiltration membrane for mounting It is mainly composed of cells.

図1は、本発明で用いることができるナノ濾過膜の分離膜装置の例を説明するための概要図である。また、図2は本発明で用いることができるナノ濾過膜の分離膜装置のナノ濾過膜が装着された例を説明するためのセル断面概要図である。次に、図1のナノ濾過膜の分離膜装置によるモノカルボン酸の精製の形態について説明する。ナノ濾過膜7をセル2に支持板8を用いて装着する。次にモノカルボン酸を含んだ水溶液を原水槽1に投入して、高圧ポンプ3によってモノカルボン酸含有溶液をセルに送液することによってモノカルボン酸の精製を行う。高圧ポンプ3によるろ過圧力は0.1MPa以上8MPa以下で行うことができる。好ましくは、0.5MPa以上7MPa以下であり、1MPa以上6MPa以下で用いることが特に好ましい。モノカルボン酸を含んだ水溶液はセル2に送液されてモノカルボン酸を含んだ透過液5が得られる。セルで濃縮された濃縮液4は再び原水槽1に返送される。この時、透過液と等量のモノカルボン酸を新たに原水槽に投入することで連続的にモノカルボン酸を精製することも可能である(図示せず)。このようにして、モノカルボン酸含有溶液から所望の生産物であるモノカルボン酸と不純物を分離し、簡便にモノカルボン酸を精製することができる。なお、逆浸透膜による濾過もナノ濾過膜による分離装置と同等の分離膜装置により実施することができる。   FIG. 1 is a schematic view for explaining an example of a nanofiltration membrane separation membrane device that can be used in the present invention. FIG. 2 is a cell cross-sectional schematic diagram for explaining an example in which a nanofiltration membrane of a nanofiltration membrane separation membrane device that can be used in the present invention is mounted. Next, the form of purification of monocarboxylic acid by the separation membrane device of the nanofiltration membrane of FIG. 1 will be described. The nanofiltration membrane 7 is attached to the cell 2 using the support plate 8. Next, the monocarboxylic acid-containing solution is charged into the raw water tank 1 and the monocarboxylic acid-containing solution is fed to the cell by the high-pressure pump 3 to purify the monocarboxylic acid. The filtration pressure by the high pressure pump 3 can be 0.1 MPa or more and 8 MPa or less. Preferably, it is 0.5 MPa or more and 7 MPa or less, and it is particularly preferably used at 1 MPa or more and 6 MPa or less. The aqueous solution containing the monocarboxylic acid is sent to the cell 2 to obtain the permeate 5 containing the monocarboxylic acid. The concentrated liquid 4 concentrated in the cell is returned to the raw water tank 1 again. At this time, it is also possible to continuously purify the monocarboxylic acid by introducing a new amount of monocarboxylic acid equivalent to the permeate into the raw water tank (not shown). Thus, the monocarboxylic acid which is a desired product and impurities are separated from the monocarboxylic acid-containing solution, and the monocarboxylic acid can be easily purified. In addition, filtration with a reverse osmosis membrane can also be performed by a separation membrane device equivalent to a separation device with a nanofiltration membrane.

本発明のモノカルボン酸の製造方法によれば、膜分離操作によるモノカルボン酸の分離精製は、加熱工程を必要としないことからエネルギーコスト削減に好適であり、有機溶媒廃液が一切排出されないことから、環境負荷低減に好適である。   According to the method for producing monocarboxylic acid of the present invention, separation and purification of monocarboxylic acid by membrane separation operation is suitable for energy cost reduction because it does not require a heating step, and organic solvent waste liquid is not discharged at all. It is suitable for reducing the environmental load.

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
モノカルボン酸である酢酸の分離精製実験に供する酢酸含有溶液として、副生物として酢酸を含む乳酸発酵培養液を利用した。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L−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 Capability A lactic acid fermentation broth containing acetic acid as a by-product was used as an acetic acid-containing solution for use in the separation and purification experiment of acetic acid, which is a monocarboxylic acid. Yeast strains capable of producing lactic acid were constructed as follows. Specifically, a yeast strain having L-lactic acid production ability was constructed by linking a human-derived L-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 (which was cleaved 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 recovered 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 the resulting DNA fragments were inserted into the XhoI / NotI cleavage sites of the yeast expression vector pTRS11. Thus, 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 primer sets, 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。また、酢酸の濃度についても、下記に示す条件でHPLC法により分析を行った。   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. In addition, whether or not the transformed cell has lactic acid production ability is shown below that lactic acid is contained in the culture supernatant obtained by culturing the transformed cell in SC medium (METHODS IN YEAS GENETIC 2000 EDITION, CSHL PRESS). It confirmed by measuring the amount of lactic acid by HPLC method on conditions. The concentration of acetic acid was also analyzed by the HPLC method under the following conditions.

カラム:Shim-Pack SPR-H(株式会社島津製作所製)、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.

HPLC分析の結果、4g/LのL−乳酸と副生物として1g/Lの酢酸が検出された。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 L-lactic acid and 1 g / L acetic acid as a by-product were detected. The obtained transformed cells were used in subsequent examples as yeast strain SW-1.

参考例2 乳酸生産酵母のバッチ発酵試験
表1に示す発酵培地を用い、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 Batch Fermentation Test for Lactic Acid-Producing Yeast A batch fermentation test was performed using the 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pH5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: Adjust to pH 5 with 1N calcium hydroxide.

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 2010095450
Figure 2010095450

Figure 2010095450
Figure 2010095450

参考例3 ナノ濾過膜の無機塩(硫酸マグネシウム)阻止率評価
超純水10Lに硫酸マグネシウム(和光純薬工業株式会社製)10g添加して25℃1時間攪拌し、1000ppm硫酸マグネシウム水溶液を調製した。次いで、図1に示す、膜濾過装置の原水槽1に上記で調整した硫酸マグネシウム水溶液10Lを注入した。図2の符号7に示される90φナノ濾過膜として、架橋ピペラジンポリアミド半透膜“UTC60”(ナノ濾過膜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”(ナノ濾過膜2;フィルムテック製)、ポリアミド半透膜“NF99”(ナノ濾過膜3;アルファラバル製)、酢酸セルロース半透膜“GEsepa”(ナノ濾過膜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、原水温度を25℃、高圧ポンプ3の圧力を0.5MPaに調整し、透過液5を回収した。原水槽1、透過液5に含まれる、硫酸マグネシウムの濃度をイオンクロマトグラフィー(DIONEX製)により以下の条件で分析し、硫酸マグネシウムの透過率を計算した。
Reference Example 3 Evaluation of inorganic salt (magnesium sulfate) rejection rate of nanofiltration membrane 10 g of magnesium sulfate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to 10 L of ultrapure water and stirred at 25 ° C. for 1 hour to prepare a 1000 ppm magnesium sulfate aqueous solution. . Next, 10 L of the magnesium sulfate aqueous solution prepared above was injected into the raw water tank 1 of the membrane filtration apparatus shown in FIG. As a 90φ nanofiltration membrane indicated by reference numeral 7 in FIG. 2, a crosslinked piperazine polyamide semipermeable membrane “UTC60” (Nanofiltration membrane 1; manufactured by Toray Industries, Inc.), a crosslinked piperazine polyamide semipermeable membrane “NF-400” (nanofiltration membrane) 2; Film Tech), polyamide semipermeable membrane “NF99” (nanofiltration membrane 3; manufactured by Alfa Laval), cellulose acetate semipermeable membrane “GEsepa” (nanofiltration membrane 4; manufactured by GE Osmonics), respectively, stainless steel (manufactured by SUS316) The raw water temperature was adjusted to 25 ° C., the pressure of the high-pressure pump 3 was adjusted to 0.5 MPa, and the permeate 5 was collected. The concentration of magnesium sulfate contained in the raw water tank 1 and the permeate 5 was analyzed by ion chromatography (manufactured by DIONEX) under the following conditions, and the transmittance of magnesium sulfate was calculated.

陰イオン;カラム(AS4A−SC(DIONEX製))、溶離液(1.8mM炭酸ナトリウム/1.7mM炭酸水素ナトリウム)、温度(35℃)。   Anion; column (AS4A-SC (manufactured by DIONEX)), eluent (1.8 mM sodium carbonate / 1.7 mM sodium bicarbonate), temperature (35 ° C.).

陽イオン;カラム(CS12A(DIONEX製))、溶離液(20mMメタンスルホン酸)、温度(35℃)。   Cation; column (CS12A (manufactured by DIONEX)), eluent (20 mM methanesulfonic acid), temperature (35 ° C.).

結果を表3に示す。   The results are shown in Table 3.

Figure 2010095450
Figure 2010095450

表3の結果より、UTC60(ナノ濾過膜1:東レ株式会社製)が最も無機塩の阻止率が高いことが示された。   From the results of Table 3, it was shown that UTC60 (nanofiltration membrane 1: manufactured by Toray Industries, Inc.) has the highest inorganic salt rejection.

参考例4 ナノ濾過膜の酢酸透過性評価
超純水10Lに酢酸(和光純薬工業株式会社製)100g添加して25℃1時間攪拌し、1000ppm酢酸水溶液を調製した。次いで、参考例1と同じ条件でナノ濾過膜1〜4の透過液を回収した。原水槽1、透過液5に含まれる、酢酸濃度を、高速液体クロマトグラフィー(株式会社島津製作所製)により以下の条件で分析し、酢酸の透過率を算出した。
Reference Example 4 Acetic Acid Permeability Evaluation of Nanofiltration Membrane 100 g of acetic acid (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to 10 L of ultrapure water and stirred for 1 hour at 25 ° C. to prepare a 1000 ppm aqueous acetic acid solution. Subsequently, the permeate of the nanofiltration membranes 1 to 4 was collected under the same conditions as in Reference Example 1. The acetic acid concentration contained in the raw water tank 1 and the permeate 5 was analyzed by high performance liquid chromatography (manufactured by Shimadzu Corporation) under the following conditions, and the acetic acid permeability was calculated.

カラム:Shim−Pack SPR−H(株式会社島津製作所製)、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.

結果を表4に示す。   The results are shown in Table 4.

Figure 2010095450
Figure 2010095450

実施例1〜21 ナノ濾過膜による酢酸分離実験
(ナノ濾過膜で濾過する培養液の準備)
参考例1、2で発酵した培養液(2L)をpHが1.9(実施例1)2.0(実施例2〜5)、2.2(実施例6〜9)、2.6(実施例10〜16)、4.0(実施例17〜20)になるまで濃硫酸(和光純薬工業株式会社製)を滴下後、1時間25℃で撹拌し、培養液中の乳酸カルシウム、酢酸カルシウムを乳酸、酢酸、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(アドバンテック株式会社製)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。また、濃硫酸を添加しなかったpH5の培養液(2L)についても分離実験を行った(実施例21)。
Examples 1-21 Acetic acid separation experiment by nanofiltration membrane (Preparation of culture solution to be filtered through nanofiltration membrane)
The culture solution (2 L) fermented in Reference Examples 1 and 2 has a pH of 1.9 (Example 1) 2.0 (Examples 2 to 5), 2.2 (Examples 6 to 9), 2.6 ( Examples 10-16) After dripping concentrated sulfuric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) until 4.0 (Examples 17-20), the mixture was stirred at 25 ° C. for 1 hour, and calcium lactate in the culture solution, Calcium acetate was converted to lactic acid, acetic acid and calcium sulfate. Next, the precipitated calcium sulfate was filtered by suction filtration using qualitative filter paper No. 2 (manufactured by Advantech Co., Ltd.), and 2 L of filtrate was collected. In addition, a separation experiment was performed on a culture solution (2 L) having a pH of 5 to which no concentrated sulfuric acid was added (Example 21).

(ナノ濾過膜による分離実験)
次いで、図1に示す、膜濾過装置の原水槽1に上記実施例で得られた濾液2Lを注入した。図2の符号7の90φナノ濾過膜として、前記ナノ濾過膜1〜4をステンレス(SUS316製)製のセルにそれぞれセットし、高圧ポンプ3の圧力をそれぞれ1MPa、3MPa、4MPa、5MPaに調整し、それぞれの圧力における透過液5を回収した。原水槽1、透過液5に含まれる、硫酸イオン、カルシウムイオンの濃度を、参考例3と同様の条件でイオンクロマトグラフィー(DIONEX製)、グルコース、乳酸、酢酸濃度を、参考例1と同様の条件で高速液体クロマトグラフィー(株式会社島津製作所製)により分析した。結果を表5に示す。
(Separation experiment with nanofiltration membrane)
Next, 2 L of the filtrate obtained in the above example was injected into the raw water tank 1 of the membrane filtration apparatus shown in FIG. As the 90φ nanofiltration membrane denoted by reference numeral 7 in FIG. 2, the nanofiltration membranes 1 to 4 are respectively set in stainless steel (SUS316) cells, and the pressure of the high-pressure pump 3 is adjusted to 1 MPa, 3 MPa, 4 MPa, and 5 MPa, respectively. The permeate 5 at each pressure was recovered. The concentration of sulfate ions and calcium ions contained in the raw water tank 1 and the permeate 5 are the same as those in Reference Example 3, and ion chromatography (manufactured by DIONEX), glucose, lactic acid, and acetic acid concentrations are the same as in Reference Example 1. Analysis was performed by high performance liquid chromatography (manufactured by Shimadzu Corporation) under the conditions. The results are shown in Table 5.

Figure 2010095450
Figure 2010095450

表5に示すように、すべてのpH、濾過圧力において、硫酸カルシウム、グルコース、乳酸が高効率で除去されたことがわかった。また、上記実施例1〜21において、ナノ濾過膜を新しい膜に取り換えることなく、上記の濾加圧において、硫酸カルシウムが高効率で除去された。   As shown in Table 5, it was found that calcium sulfate, glucose and lactic acid were removed with high efficiency at all pH and filtration pressures. In Examples 1 to 21, calcium sulfate was removed with high efficiency in the filtration and pressurization without replacing the nanofiltration membrane with a new membrane.

参考例5 逆浸透膜の塩化ナトリウム除去性評価
超純水10Lに塩化ナトリウム(和光純薬製)を添加して25℃1時間攪拌し、3.5%塩化ナトリウムを調整した。次いで、図1に示す、膜濾過装置の原水槽1に上記で調整した3.5%塩化ナトリウム10Lを注入した。図2の符号7に示される90φ逆浸透膜として、ポリアミド系逆浸透膜“UTC70”(逆浸透膜1;東レ株式会社製)、ポリアミド系逆浸透膜“RO−99”(逆浸透膜2;アルファラバル製)、ポリアミド系逆浸透膜“HR98PP”(逆浸透膜3;アルファラバル製)、ポリアミド系逆浸透膜“GEsepa PA−AK”(逆浸透膜4;GE Osmonics製)、酢酸セルロース系逆浸透膜“GEsepa CF−CA”(逆浸透膜5;GE Osmonics製)をそれぞれステンレス(SUS316製)製のセルにセットし、原水温度を25℃、高圧ポンプ3の圧力を5.5MPaに調整し、透過液5を回収した。原水槽1、透過液5に含まれる、塩化ナトリウムの濃度をイオンクロマトグラフィー(DIONEX製)により以下の条件で分析し、塩化ナトリウムの透過率を計算した。
Reference Example 5 Evaluation of sodium chloride removal property of reverse osmosis membrane Sodium chloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to 10 L of ultrapure water and stirred for 1 hour at 25 ° C. to adjust 3.5% sodium chloride. Next, 10 L of 3.5% sodium chloride prepared above was injected into the raw water tank 1 of the membrane filtration apparatus shown in FIG. As a 90φ reverse osmosis membrane indicated by reference numeral 7 in FIG. 2, a polyamide-based reverse osmosis membrane “UTC70” (reverse osmosis membrane 1; manufactured by Toray Industries, Inc.), a polyamide-based reverse osmosis membrane “RO-99” (reverse osmosis membrane 2; Alfa Laval), polyamide reverse osmosis membrane “HR98PP” (reverse osmosis membrane 3; manufactured by Alfa Laval), polyamide reverse osmosis membrane “GEsepa PA-AK” (reverse osmosis membrane 4; manufactured by GE Osmonics), cellulose acetate reverse The osmosis membrane “GEsepa CF-CA” (reverse osmosis membrane 5; manufactured by GE Osmonics) was set in a cell made of stainless steel (SUS316), and the raw water temperature was adjusted to 25 ° C. and the pressure of the high-pressure pump 3 was adjusted to 5.5 MPa. The permeate 5 was collected. The concentration of sodium chloride contained in the raw water tank 1 and the permeate 5 was analyzed by ion chromatography (manufactured by DIONEX) under the following conditions, and the transmittance of sodium chloride was calculated.

陰イオン;カラム(AS4A−SC(DIONEX製))、溶離液(1.8mM炭酸ナトリウム/1.7mM炭酸水素ナトリウム)、温度(35℃)。   Anion; column (AS4A-SC (manufactured by DIONEX)), eluent (1.8 mM sodium carbonate / 1.7 mM sodium bicarbonate), temperature (35 ° C.).

陽イオン;カラム(CS12A(DIONEX製))、溶離液(20mMメタンスルホン酸)、温度(35℃)。   Cation; column (CS12A (manufactured by DIONEX)), eluent (20 mM methanesulfonic acid), temperature (35 ° C.).

結果を表6に示す。   The results are shown in Table 6.

Figure 2010095450
Figure 2010095450

実施例22〜41 逆浸透膜による酢酸分離実験
図1に示す、膜濾過装置の原水槽1に実施例5〜25で得られたナノ濾過膜透過液2Lを注入した。図2の符号7の90φ逆浸透膜として、前記逆浸透膜1〜5をステンレス(SUS316製)製のセルにそれぞれセットし、高圧ポンプ3の圧力をそれぞれ1MPa、2MPa、4MPa、5MPaに調整し、それぞれの圧力における透過液5を回収した。原水槽1、透過液5に含まれる、乳酸、酢酸濃度を、参考例1と同様の条件で高速液体クロマトグラフィー(株式会社島津製作所製)により分析し、逆浸透膜の透過側から回収した、酢酸回収率を式6の方法で算出し、逆浸透膜の透過側から回収した酢酸水溶液中の乳酸含有率を式7の方法で算出した。
Examples 22 to 41 Acetic acid separation experiment using reverse osmosis membrane 2 L of nanofiltration membrane permeate obtained in Examples 5 to 25 was injected into the raw water tank 1 of the membrane filtration apparatus shown in FIG. As the 90φ reverse osmosis membrane of reference numeral 7 in FIG. 2, the reverse osmosis membranes 1 to 5 are respectively set in cells made of stainless steel (made of SUS316), and the pressure of the high pressure pump 3 is adjusted to 1 MPa, 2 MPa, 4 MPa, and 5 MPa, respectively. The permeate 5 at each pressure was recovered. The concentration of lactic acid and acetic acid contained in the raw water tank 1 and permeate 5 was analyzed by high performance liquid chromatography (manufactured by Shimadzu Corporation) under the same conditions as in Reference Example 1, and recovered from the permeation side of the reverse osmosis membrane. The acetic acid recovery rate was calculated by the method of Formula 6, and the lactic acid content in the acetic acid aqueous solution recovered from the permeation side of the reverse osmosis membrane was calculated by the method of Formula 7.

酢酸回収率(%)=透過側から回収した総酢酸量/原水槽に注入した総酢酸量・・・(式6)。   Acetic acid recovery rate (%) = total acetic acid recovered from the permeate side / total acetic acid injected into the raw water tank (Formula 6).

回収した酢酸水溶液中の乳酸含有率(%)=回収した乳酸含有量/回収した総酢酸量・・・(式7)。
その結果を表7に示す。
Lactic acid content (%) in recovered aqueous acetic acid solution = recovered lactic acid content / recovered total acetic acid amount (Equation 7).
The results are shown in Table 7.

Figure 2010095450
Figure 2010095450

表7に示すように、1MPa、2MPa、4MPa、5MPaのすべての濾過圧力において、高純度の酢酸が透過液側に高効率で回収されたことがわかった。   As shown in Table 7, it was found that high-purity acetic acid was recovered on the permeate side with high efficiency at all filtration pressures of 1 MPa, 2 MPa, 4 MPa, and 5 MPa.

実施例42〜57 ナノ濾過膜によるギ酸分離実験
超純水にギ酸(10g/L)、乳酸(10g/L)、グルコース(1g/L)、硫酸カルシウム(1g/L)を添加したモデル水溶液(2L)を、図1に示す、膜濾過装置の原水槽1に注入した。図2の符号7の90φナノ濾過膜として、前記ナノ濾過膜1〜4をステンレス(SUS316製)製のセルにそれぞれセットし、高圧ポンプ3の圧力をそれぞれ1MPa、3MPa、4MPa、5MPaに調整し、それぞれの圧力における透過液5を回収した。原水槽1、透過液5に含まれる、硫酸イオン、カルシウムイオンの濃度を、参考例3と同様の条件でイオンクロマトグラフィー(DIONEX製)、グルコース、乳酸、ギ酸濃度を、参考例1と同様の条件で高速液体クロマトグラフィー(株式会社島津製作所製)により分析した。結果を表8に示す。
Examples 42 to 57 Formic acid separation experiment using nanofiltration membrane Model aqueous solution in which formic acid (10 g / L), lactic acid (10 g / L), glucose (1 g / L), calcium sulfate (1 g / L) was added to ultrapure water ( 2L) was injected into the raw water tank 1 of the membrane filtration apparatus shown in FIG. As the 90φ nanofiltration membrane denoted by reference numeral 7 in FIG. 2, the nanofiltration membranes 1 to 4 are respectively set in stainless steel (SUS316) cells, and the pressure of the high-pressure pump 3 is adjusted to 1 MPa, 3 MPa, 4 MPa, and 5 MPa, respectively. The permeate 5 at each pressure was recovered. Concentration of sulfate ion and calcium ion contained in raw water tank 1 and permeate 5 under the same conditions as in Reference Example 3, ion chromatography (manufactured by DIONEX), glucose, lactic acid and formic acid concentrations as in Reference Example 1 Analysis was performed by high performance liquid chromatography (manufactured by Shimadzu Corporation) under the conditions. The results are shown in Table 8.

Figure 2010095450
Figure 2010095450

実施例58〜77 逆浸透膜によるギ酸分離実験
図1に示す、膜濾過装置の原水槽1に実施例42〜57で得られたナノ濾過膜透過液2Lを注入した。図2の符号7の90φ逆浸透膜として、前記逆浸透膜1〜5をステンレス(SUS316製)製のセルにそれぞれセットし、高圧ポンプ3の圧力をそれぞれ1MPa、2MPa、4MPa、5MPaに調整し、それぞれの圧力における透過液5を回収した。原水槽1、透過液5に含まれる、乳酸、ギ酸濃度を、参考例1と同様の条件で高速液体クロマトグラフィー(株式会社島津製作所製)により分析し、逆浸透膜の透過側から回収した、ギ酸回収率を式8の方法で算出し、逆浸透膜の透過側から回収した酢酸水溶液中の乳酸含有率を式9の方法で算出した。
Examples 58-77 Formic acid separation experiment using reverse osmosis membrane 2 L of nanofiltration membrane permeate obtained in Examples 42-57 was injected into the raw water tank 1 of the membrane filtration apparatus shown in FIG. As the 90φ reverse osmosis membrane of reference numeral 7 in FIG. 2, the reverse osmosis membranes 1 to 5 are respectively set in cells made of stainless steel (made of SUS316), and the pressure of the high pressure pump 3 is adjusted to 1 MPa, 2 MPa, 4 MPa, and 5 MPa, respectively. The permeate 5 at each pressure was recovered. The concentration of lactic acid and formic acid contained in raw water tank 1 and permeate 5 was analyzed by high performance liquid chromatography (manufactured by Shimadzu Corporation) under the same conditions as in Reference Example 1, and recovered from the permeation side of the reverse osmosis membrane. The formic acid recovery rate was calculated by the method of Formula 8, and the lactic acid content in the acetic acid aqueous solution recovered from the permeation side of the reverse osmosis membrane was calculated by the method of Formula 9.

ギ酸回収率(%)=透過側から回収した総ギ酸量/原水槽に注入した総ギ酸量・・・(式8)。   Formic acid recovery rate (%) = total amount of formic acid recovered from the permeate side / total amount of formic acid injected into the raw water tank (Equation 8).

回収したギ酸水溶液中の乳酸含有率(%)=回収した乳酸含有量/回収した総ギ酸量・・・(式9)。
その結果を表9に示す。
Lactic acid content (%) in recovered formic acid aqueous solution = recovered lactic acid content / recovered total formic acid amount (Equation 9).
The results are shown in Table 9.

Figure 2010095450
Figure 2010095450

表9に示すように、1MPa、2MPa、4MPa、5MPaのすべての濾過圧力において、高純度のギ酸が透過液側に高効率で回収されたことがわかった。   As shown in Table 9, it was found that high-purity formic acid was recovered on the permeate side with high efficiency at all filtration pressures of 1 MPa, 2 MPa, 4 MPa, and 5 MPa.

比較例1 ナノ濾過膜を用いない酢酸の精製
実施例1と同様に、参考例1、2で培養した発酵液(2L)をpHが1.9になるまで濃硫酸(和光純薬工業株式会社製)を滴下後、1時間25℃で撹拌し、培養液中の乳酸カルシウム、酢酸カルシウムを乳酸、酢酸、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(アドバンテック株式会社製)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。次いで、濾液2L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)で水を蒸発させて濃縮した。この時、硫酸カルシウムの析出が見られた。得られた濾液中には、乳酸45g/L、酢酸12g/L含まれていた。
Comparative Example 1 Purification of acetic acid without using a nanofiltration membrane In the same manner as in Example 1, concentrated sulfuric acid (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used until the pH of the fermentation broth (2 L) cultured in Reference Examples 1 and 2 was 1.9. The product was stirred at 25 ° C. for 1 hour to convert calcium lactate and calcium acetate in the culture solution into lactic acid, acetic acid and calcium sulfate. Next, the precipitated calcium sulfate was filtered by suction filtration using qualitative filter paper No. 2 (manufactured by Advantech Co., Ltd.), and 2 L of filtrate was collected. Subsequently, 2 L of the filtrate was concentrated by evaporating water under reduced pressure (50 hPa) using a rotary evaporator (manufactured by Tokyo Rika). At this time, precipitation of calcium sulfate was observed. The obtained filtrate contained lactic acid 45 g / L and acetic acid 12 g / L.

比較例2 抽出操作による酢酸の精製
比較例1で得られた濾液2Lに2Lのクロロホルム(和光純薬製)を入れ、分液漏斗で抽出した。抽出した有機層、水層中に含まれる酢酸濃度をHPLCで分析したところ、有機層への酢酸回収率は10%であった。抽出後の水層に再びクロロホルム2Lを入れ、分液漏斗で繰り返し抽出したが、回収率は40%を超えることはなかった。また、抽出操作により10L以上の有機溶媒廃液が産出した。
Comparative Example 2 Purification of acetic acid by extraction operation 2 L of chloroform (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to 2 L of the filtrate obtained in Comparative Example 1, and extracted with a separatory funnel. When the acetic acid concentration contained in the extracted organic layer and aqueous layer was analyzed by HPLC, the acetic acid recovery rate to the organic layer was 10%. Chloroform 2L was again added to the aqueous layer after extraction, and extraction was repeated with a separatory funnel, but the recovery rate did not exceed 40%. Moreover, the organic solvent waste liquid of 10 L or more was produced by extraction operation.

以上の実施例及び比較例の結果から、ナノ濾過膜により、酢酸含有溶液から不純物を高効率で除去でき、酢酸を高収率で回収できることが明らかとなった。すなわち、本発明によって、モノカルボン酸含有溶液をナノ濾過膜を用いて濾過することにより、有機溶媒を用いた抽出操作を行わずに、モノカルボン酸を高収率で精製できることが明らかになった。   From the results of the above Examples and Comparative Examples, it was clarified that the nanofiltration membrane can remove impurities from the acetic acid-containing solution with high efficiency and recover acetic acid with high yield. That is, according to the present invention, it was clarified that the monocarboxylic acid can be purified in a high yield without performing an extraction operation using an organic solvent by filtering the monocarboxylic acid-containing solution using a nanofiltration membrane. .

本発明で用いたナノ濾過膜および逆浸透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 showing one embodiment of the nanofiltration membrane and reverse osmosis membrane separation device used in the present invention. 本発明で用いたナノ濾過膜および逆浸透膜分離装置の逆浸透膜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 the schematic which shows one Embodiment of the cell sectional view with which the reverse osmosis membrane of the nanofiltration membrane and reverse osmosis membrane separation apparatus used by this invention was mounted | worn.

符号の説明Explanation of symbols

1 原水槽
2 ナノ濾過膜または逆浸透膜が装着されたセル
3 高圧ポンプ
4 膜濃縮液の流れ
5 膜透過液の流れ
6 高圧ポンプにより送液された培養液またはナノ濾過膜透過液の流れ
7 ナノ濾過膜または逆浸透膜
8 支持板
1 Raw Water Tank 2 Cell with Nanofiltration Membrane or Reverse Osmosis Membrane 3 High Pressure Pump 4 Flow of Membrane Concentrate 5 Flow of Membrane Permeate 6 Flow of Culture Solution or Nanofiltration Membrane Permeate Flowed by High Pressure Pump 7 Nanofiltration membrane or reverse osmosis membrane 8 Support plate

Claims (7)

モノカルボン酸含有溶液をナノ濾過膜に通じて濾過して、透過側からモノカルボン酸を回収する工程Aを含む、モノカルボン酸の製造方法。   A method for producing a monocarboxylic acid, comprising the step A of filtering a monocarboxylic acid-containing solution through a nanofiltration membrane and recovering the monocarboxylic acid from the permeation side. 前記工程Aの後に、ナノ濾過膜透過液を逆浸透膜に通じて濾過して、透過側からモノカルボン酸を回収する工程Bを含む、請求項1に記載のモノカルボン酸の製造方法。   The manufacturing method of monocarboxylic acid of Claim 1 including the process B which collect | recovers monocarboxylic acid from the permeation | transmission side by filtering a nanofiltration-membrane permeation | transmission liquid through a reverse osmosis membrane after the said process A. 前記モノカルボン酸がギ酸、酢酸およびプロピオン酸から選択される1種または2種以上の混合物である、請求項1または2に記載のモノカルボン酸の製造方法。   The method for producing a monocarboxylic acid according to claim 1 or 2, wherein the monocarboxylic acid is one or a mixture of two or more selected from formic acid, acetic acid and propionic acid. 前記ナノ濾過膜の機能層がポリアミドである、請求項1から3のいずれかに記載のモノカルボン酸の製造方法。   The method for producing a monocarboxylic acid according to any one of claims 1 to 3, wherein the functional layer of the nanofiltration membrane is polyamide. 前記逆浸透膜の塩除去率が、操作圧力5.5MPa、原水温度25℃、原水塩化ナトリウム濃度3.5%において、98%以上である、請求項2から4のいずれかに記載のモノカルボン酸の製造方法。   The monocarboxylic acid according to any one of claims 2 to 4, wherein a salt removal rate of the reverse osmosis membrane is 98% or more at an operating pressure of 5.5 MPa, a raw water temperature of 25 ° C, and a raw water sodium chloride concentration of 3.5%. Acid production method. 前記逆浸透膜の機能層がポリアミドである、請求項2から5のいずれかに記載のモノカルボン酸の製造方法。   The method for producing a monocarboxylic acid according to any one of claims 2 to 5, wherein the functional layer of the reverse osmosis membrane is polyamide. 前記工程Aまたは工程Bの透過液から回収されたモノカルボン酸含有溶液を、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Cに供する、請求項1から6のいずれかに記載のモノカルボン酸の製造方法。   The monocarboxylic acid-containing solution recovered from the permeate in Step A or Step B is further subjected to Step C in which distillation is performed at 25 ° C. or more and 200 ° C. or less under a pressure of 1 Pa or more and atmospheric pressure or less. 6. A process for producing a monocarboxylic acid according to any one of 6 above.
JP2008265097A 2008-10-14 2008-10-14 Method for producing monocarboxylic acid Pending JP2010095450A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008265097A JP2010095450A (en) 2008-10-14 2008-10-14 Method for producing monocarboxylic acid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008265097A JP2010095450A (en) 2008-10-14 2008-10-14 Method for producing monocarboxylic acid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010095450A true JP2010095450A (en) 2010-04-30

Family

ID=42257405

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008265097A Pending JP2010095450A (en) 2008-10-14 2008-10-14 Method for producing monocarboxylic acid

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010095450A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013067564A (en) * 2011-09-20 2013-04-18 Kao Corp Method for producing carboxylate
WO2020196460A1 (en) 2019-03-25 2020-10-01 東レ株式会社 Carboxylic acid production method
WO2020196459A1 (en) * 2019-03-25 2020-10-01 東レ株式会社 Method for producing 3-hydroxyadipic acid-3,6-lactone
WO2021060335A1 (en) * 2019-09-26 2021-04-01 東レ株式会社 Method for producing adipic acid

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013067564A (en) * 2011-09-20 2013-04-18 Kao Corp Method for producing carboxylate
WO2020196460A1 (en) 2019-03-25 2020-10-01 東レ株式会社 Carboxylic acid production method
WO2020196459A1 (en) * 2019-03-25 2020-10-01 東レ株式会社 Method for producing 3-hydroxyadipic acid-3,6-lactone
CN113614059A (en) * 2019-03-25 2021-11-05 东丽株式会社 Process for producing carboxylic acid
US11760739B2 (en) 2019-03-25 2023-09-19 Toray Industries, Inc. Method of producing 3-hydroxyadipic acid-3,6-lactone
WO2021060335A1 (en) * 2019-09-26 2021-04-01 東レ株式会社 Method for producing adipic acid

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5487617B2 (en) Method for producing lactic acid
JP5625334B2 (en) Method for producing diol or triol
JP2009201506A (en) Method for producing lactic acid
JP5262011B2 (en) Lactic acid production method and production apparatus
JP2010095450A (en) Method for producing monocarboxylic acid
JP4985874B2 (en) Method for producing butanol
US9018424B2 (en) Method of producing diol or triol
JP2010126512A (en) Method for producing hydroxycarboxylic acid
JP2010070474A (en) Method for producing succinic acid
JP5293157B2 (en) Method for producing butanol
JP5458565B2 (en) Method for producing succinate
WO2021060334A1 (en) Acetoin production method
JP2009142265A (en) Method for producing lactic acid
JP5593597B2 (en) Method for producing lactic acid
JP5564783B2 (en) Method for producing lactic acid
JP2011172492A (en) Method for producing lactate salt
JP5380915B2 (en) Purification method of diamine salt
WO2020196460A1 (en) Carboxylic acid production method
CA2735637C (en) Method of producing diol or triol
JP2009171879A (en) Method for producing lactic acid
US8558037B2 (en) Method of producing butanol
CA2735505C (en) Method of producing butanol
JP2012193120A (en) Method for producing organic acid