JP2010126512A - Method for producing hydroxycarboxylic acid - Google Patents

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Kenji Kawamura
健司 河村
Masateru Ito
正照 伊藤
Izumi Nakagawa
いずみ 中川
Shinichi Minegishi
進一 峯岸
Hideki Sawai
秀樹 澤井
Masanari Yamada
勝成 山田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a hydroxycarboxylic acid containing a process in which impurity contained in a solution containing hydroxycarboxylic acid (except lactic acid) is removed. <P>SOLUTION: This method for producing a hydroxycarboxylic acid includes a process A in which a solution containing a hydroxycarboxylic acid such as glycolic acid, 3-hydroxybutyric acid, malic acid etc., (except lactic acid) is filtered through a nano-filtration film and the hydroxycarboxylic acid is recovered from the resultant filtrate. The solution containing a hydroxycarboxylic acid to be passed through the nano-filtration film in the process A has a pH of not lower than 2 and not higher than 5. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ヒドロキシカルボン酸(乳酸を除く)含有溶液から不純物を除去する工程を含む、ヒドロキシカルボン酸の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing hydroxycarboxylic acid, which includes a step of removing impurities from a solution containing hydroxycarboxylic acid (excluding lactic acid).

ヒドロキシカルボン酸は、食品、医療用途の他、生分解性プラスチックのモノマー原料として工業的用途にまで広く適用され、需要が増加している。ヒドロキシカルボン酸の多くは水酸基の立体により(L)−体、(D)−体などの光学異性体に分類される。ヒドロキシカルボン酸を生分解性プラスチックの原料として使用する場合には、光学異性体の割合(光学純度)、含有不純物量などによって得られるプラスチックの物性が左右されることから、高光学純度かつ低不純物量のヒドロキシカルボン酸の生産が求められている。ヒドロキシカルボン酸は有機合成法または発酵法により生産され、微生物発酵によるヒドロキシカルボン酸の製造によれば、微生物を適宜選択することにより(L)−体または(D)−体のヒドロキシカルボン酸を選択的に、または(L)−体及び(D)−体の混合体(ラセミ体)のヒドロキシカルボン酸を生産することができる。   Hydroxycarboxylic acid is widely applied to food and medical uses as well as industrial uses as a monomer raw material for biodegradable plastics, and the demand is increasing. Most of hydroxycarboxylic acids are classified into optical isomers such as (L) -form and (D) -form by the stereotype of hydroxyl group. When hydroxycarboxylic acid is used as a raw material for biodegradable plastics, the properties of the plastic obtained depend on the ratio of optical isomers (optical purity) and the amount of impurities contained. There is a need to produce quantities of hydroxycarboxylic acids. Hydroxycarboxylic acid is produced by an organic synthesis method or fermentation method. According to the production of hydroxycarboxylic acid by microbial fermentation, (L) -form or (D) -form hydroxycarboxylic acid is selected by appropriately selecting the microorganism. Alternatively, (L) -form and (D) -form mixture (racemic) hydroxycarboxylic acid can be produced.

一般に、ヒドロキシカルボン酸を微生物発酵により生産するためには、培養液を至適pHに維持するためにアルカリ性物質を添加しながら行われる。そのため、発酵により生産された酸性物質であるヒドロキシカルボン酸の多くは、培養液中ではヒドロキシカルボン酸塩として存在する。この場合、フリーのヒドロキシカルボン酸は、発酵終了後、培養液に酸性物質を添加することで得られる。具体例として、培養液中に添加するアルカリ性物質として水酸化カルシウムを用いて、発酵培養液中にヒドロキシカルボン酸カルシウムを蓄積し、発酵終了後に酸性物質として硫酸を添加し、産生した硫酸カルシウムを分離することでフリーのヒドロキシカルボン酸を得ることができる。   In general, in order to produce hydroxycarboxylic acid by microbial fermentation, an alkaline substance is added in order to maintain the culture solution at an optimum pH. Therefore, most of the hydroxycarboxylic acid, which is an acidic substance produced by fermentation, exists as a hydroxycarboxylate in the culture solution. In this case, free hydroxycarboxylic acid can be obtained by adding an acidic substance to the culture solution after the end of fermentation. As a specific example, calcium hydroxide is used as an alkaline substance to be added to the culture broth, calcium hydroxycarboxylate is accumulated in the fermentation broth, and sulfuric acid is added as an acidic substance after fermentation to separate the produced calcium sulfate. By doing so, free hydroxycarboxylic acid can be obtained.

前記フリーのヒドロキシカルボン酸を分離する方法として、硫酸カルシウムのように難溶性の塩の場合は、定性濾紙等により濾別する方法が用いられている。しかしながら、この方法の場合、固体として析出するカルシウム塩は除去できるが、溶液中に溶解している微量のカルシウム塩は除去されず、ヒドロキシカルボン酸溶液中に不純物として残存してしまう。また、微生物発酵によりヒドロキシカルボン酸を生産する場合、不純物としてカルシウム塩以外にも様々な無機塩や糖類が存在しており、それらについても培養液中に溶解しているものは定性濾紙等では濾別できない。そのために、このヒドロキシカルボン酸を含む濾液を、例えばその後の精製工程において濃縮操作を行うと、フリーのヒドロキシカルボン酸含有溶液中に再びカルシウム塩やそれ以外の無機塩が析出(沈殿)するという問題がある。そして、無機イオンが十分に除去されていない状態のまま、蒸留等の操作によりヒドロキシカルボン酸含有溶液を加熱濃縮すると、無機イオンの影響により、ヒドロキシカルボン酸のラセミ化およびオリゴマー化が進行することが知られている。そのために、ヒドロキシカルボン酸含有溶液中に残留する微量の無機イオン成分を効果的に除去する方法が求められている。   As a method for separating the free hydroxycarboxylic acid, in the case of a poorly soluble salt such as calcium sulfate, a method of separating with a qualitative filter paper or the like is used. However, in this method, the calcium salt precipitated as a solid can be removed, but a trace amount of calcium salt dissolved in the solution is not removed and remains as an impurity in the hydroxycarboxylic acid solution. In addition, when producing hydroxycarboxylic acid by microbial fermentation, there are various inorganic salts and sugars in addition to calcium salts as impurities, and those that are dissolved in the culture solution are filtered with qualitative filter paper. I can't separate. Therefore, when the filtrate containing this hydroxycarboxylic acid is subjected to, for example, a concentration operation in a subsequent purification step, a calcium salt or other inorganic salt is precipitated (precipitated) again in the free hydroxycarboxylic acid-containing solution. There is. When the hydroxycarboxylic acid-containing solution is heated and concentrated by an operation such as distillation while the inorganic ions are not sufficiently removed, the racemization and oligomerization of the hydroxycarboxylic acid may proceed due to the influence of the inorganic ions. Are known. Therefore, a method for effectively removing a trace amount of inorganic ion components remaining in the hydroxycarboxylic acid-containing solution is required.

ヒドロキシカルボン酸含有溶液から微量の無機イオン成分または糖類を除去する方法としては、イオン交換樹脂を利用する方法が開示されている(特許文献1、2参照)。しかしながら、イオン交換樹脂のイオン交換性能を保持するためには、定期的にイオン交換樹脂を再生する必要がある。また、イオン交換樹脂の再生は大量の塩化ナトリウム水溶液を用いて行われるが、再生に伴い、大量の廃液が排出され、廃液処理に多額のコストがかかるという問題点がある。さらに、繰り返しイオン交換樹脂の再生を行うとイオン交換樹脂の再生率が低下する上に、イオン交換性能が低下し、無機塩の除去率が低下するという問題点がある。   As a method for removing a trace amount of inorganic ion components or saccharides from a hydroxycarboxylic acid-containing solution, a method using an ion exchange resin is disclosed (see Patent Documents 1 and 2). However, in order to maintain the ion exchange performance of the ion exchange resin, it is necessary to periodically regenerate the ion exchange resin. In addition, regeneration of the ion exchange resin is performed using a large amount of sodium chloride aqueous solution. However, with the regeneration, a large amount of waste liquid is discharged, and there is a problem in that the waste liquid treatment is costly. Furthermore, when the ion exchange resin is repeatedly regenerated, there is a problem that the regeneration rate of the ion exchange resin is lowered, the ion exchange performance is lowered, and the removal rate of the inorganic salt is lowered.

また、電気透析装置を用いたバイポーラ膜によって、ヒドロキシカルボン酸含有溶液から微量のカルシウム成分等の無機イオン成分を除去する方法も知られている(例えば、特許文献3参照)。しかしながら、この方法で用いるバイポーラ膜は高価な上に、カルシウム塩等の無機塩の除去効率が決して高くないという問題点がある。   Also known is a method of removing trace amounts of inorganic ion components such as calcium components from a hydroxycarboxylic acid-containing solution using a bipolar membrane using an electrodialyzer (see, for example, Patent Document 3). However, the bipolar membrane used in this method is expensive and has a problem that the removal efficiency of inorganic salts such as calcium salts is not high.

その他、分離膜を用いた有機酸の分離・回収方法が知られており、逆浸透膜によるピルビン酸溶液からパラピルビン酸を分離する方法が開示されている(特許文献4参照)が、その際の無機塩の除去率については開示されず、ヒドロキシカルボン酸の分離・回収についても言及されていない。   In addition, a method for separating and recovering an organic acid using a separation membrane is known, and a method for separating parapyruvic acid from a pyruvic acid solution using a reverse osmosis membrane is disclosed (see Patent Document 4). The removal rate of the inorganic salt is not disclosed, and the separation / recovery of hydroxycarboxylic acid is not mentioned.

さらに、ルーズ逆浸透膜を用いて、ヒドロキシカルボン酸含有溶液から糖類を除去する方法が開示されている(例えば、特許文献5参照)が、特許文献5で使用されているルーズ逆浸透膜では、糖の阻止率が十分高いとはいえないことから、無機塩の除去率も不十分であることが推察され、ヒドロキシカルボン酸と無機塩を効率的に分離するという課題は解決されていない。
特開平3−183487号公報 特開平4−171001号公報 特開平10−179183号公報 特開平6−306011号公報 特開平4−197424号公報
Furthermore, a method for removing saccharides from a hydroxycarboxylic acid-containing solution using a loose reverse osmosis membrane is disclosed (see, for example, Patent Document 5). In the loose reverse osmosis membrane used in Patent Document 5, Since it cannot be said that the sugar blocking rate is sufficiently high, it is speculated that the removal rate of the inorganic salt is also insufficient, and the problem of efficiently separating the hydroxycarboxylic acid and the inorganic salt has not been solved.
JP-A-3-183487 JP-A-4-171001 JP-A-10-179183 Japanese Patent Laid-Open No. 6-306011 Japanese Patent Laid-Open No. 4-197424

本発明は、上述したような課題、すなわち、乳酸を除くヒドロキシカルボン酸を生産する場合において効率よく分離・回収する方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for efficiently separating and recovering the above-described problems, that is, when producing a hydroxycarboxylic acid excluding lactic acid.

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、ヒドロキシカルボン酸(乳酸を除く)含有溶液をナノ濾過膜で濾過することで、効率よく不純物を除去することができることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、次の(1)〜(9)から構成される。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that impurities can be efficiently removed by filtering a solution containing hydroxycarboxylic acid (excluding lactic acid) through a nanofiltration membrane. The present invention has been completed. That is, this invention is comprised from following (1)-(9).

(1)ヒドロキシカルボン酸(乳酸を除く)含有溶液をナノ濾過膜に通じて濾過して、透過側からヒドロキシカルボン酸を回収する工程Aを含む、ヒドロキシカルボン酸の製造方法。   (1) A method for producing hydroxycarboxylic acid, comprising a step A in which a hydroxycarboxylic acid (excluding lactic acid) -containing solution is filtered through a nanofiltration membrane to recover hydroxycarboxylic acid from the permeation side.

(2)前記ヒドロキシカルボン酸が、グリコール酸、ヒドロキシ酪酸、リンゴ酸、酒石酸、ヒドロキシ吉草酸、ヒドロキシカプロン酸、グルコン酸およびクエ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)に記載のヒドロキシカルボン酸の製造方法。   (2) The hydroxycarboxylic acid is one or a mixture of two or more selected from glycolic acid, hydroxybutyric acid, malic acid, tartaric acid, hydroxyvaleric acid, hydroxycaproic acid, gluconic acid and citric acid. ) A process for producing a hydroxycarboxylic acid as described above.

(3)前記工程Aにおけるナノ濾過膜に通じるヒドロキシカルボン酸含有溶液のpHが2以上5以下である、(1)または(2)に記載のヒドロキシカルボン酸の製造方法。   (3) The method for producing a hydroxycarboxylic acid according to (1) or (2), wherein the hydroxycarboxylic acid-containing solution leading to the nanofiltration membrane in Step A has a pH of 2 or more and 5 or less.

(4)前記ナノ濾過膜の硫酸マグネシウム透過率が、操作圧力0.5MPa、原水温度25℃、原水濃度1000ppmにおいて、1.5%以下である、(1)から(3)のいずれかに記載のヒドロキシカルボン酸の製造方法。   (4) The magnesium sulfate permeability of the nanofiltration membrane is 1.5% or less at an operating pressure of 0.5 MPa, a raw water temperature of 25 ° C., and a raw water concentration of 1000 ppm, according to any one of (1) to (3) A process for producing a hydroxycarboxylic acid.

(5)クエン酸透過率に対する硫酸マグネシウム透過率の比が、操作圧力0.5MPa、原水温度25℃、原水濃度1000ppmにおいて、3以上である、(1)から(4)のいずれかに記載のヒドロキシカルボン酸の製造方法。   (5) The ratio of magnesium sulfate permeability to citric acid permeability is 3 or more at an operating pressure of 0.5 MPa, a raw water temperature of 25 ° C., and a raw water concentration of 1000 ppm, according to any one of (1) to (4) A method for producing hydroxycarboxylic acid.

(6)前記ナノ濾過膜の機能層がポリアミドを含む、(1)から(5)のいずれかに記載のヒドロキシカルボン酸の製造方法。   (6) The method for producing hydroxycarboxylic acid according to any one of (1) to (5), wherein the functional layer of the nanofiltration membrane contains polyamide.

(7)前記ポリアミドが架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ、化学式1で示される構成成分を含有することを特徴とする(6)に記載のヒドロキシカルボン酸の製造方法。   (7) The method for producing a hydroxycarboxylic acid according to (6), wherein the polyamide comprises a crosslinked piperazine polyamide as a main component and a constituent represented by Chemical Formula 1.

Figure 2010126512
(式中、Rは−Hまたは−CH、nは0から3までの整数を表す。)。
Figure 2010126512
(In the formula, R represents —H or —CH 3 , and n represents an integer of 0 to 3).

(8)前記工程Aで得られるヒドロキシカルボン酸含有溶液を逆浸透膜で濾過してヒドロキシカルボン酸濃度を高める工程Bを含む、(1)から(7)のいずれかに記載のヒドロキシカルボン酸の製造方法。   (8) The step of filtering the hydroxycarboxylic acid-containing solution obtained in the step A through a reverse osmosis membrane to increase the concentration of hydroxycarboxylic acid, and including the step B of (1) to (7) Production method.

(9)前記工程Aから回収された透過液または工程Bから回収された濃縮液を、再結晶する工程Cに供する、(1)から(8)のいずれかに記載のヒドロキシカルボン酸の製造方法。   (9) The method for producing a hydroxycarboxylic acid according to any one of (1) to (8), wherein the permeate collected from Step A or the concentrate collected from Step B is subjected to Step C for recrystallization. .

本発明によって、ヒドロキシカルボン酸含有溶液中に含まれる無機塩等の不純物を除去することができるので、ヒドロキシカルボン酸を高純度・高収率で製造することができる。   According to the present invention, impurities such as inorganic salts contained in the hydroxycarboxylic acid-containing solution can be removed, so that the hydroxycarboxylic acid can be produced with high purity and high yield.

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.

本発明のヒドロキシカルボン酸の製造方法は、ヒドロキシカルボン酸(乳酸を除く)含有溶液をナノ濾過膜に通じて濾過して、ヒドロキシカルボン酸(乳酸を除く)含有溶液中の無機塩等の不純物を除去してヒドロキシカルボン酸溶液を得る工程Aを含むことを特徴としている。   In the method for producing hydroxycarboxylic acid of the present invention, a solution containing hydroxycarboxylic acid (excluding lactic acid) is filtered through a nanofiltration membrane to remove impurities such as inorganic salts in the solution containing hydroxycarboxylic acid (excluding lactic acid). It is characterized by including the process A which removes and obtains a hydroxycarboxylic acid solution.

本発明におけるヒドロキシカルボン酸(乳酸を除く)とは、分子中にヒドロキシル基(OH基)およびカルボキシル基(COOH基)をそれぞれ一つまたは複数持つ化合物から乳酸を除いたものの総称である(なお、以下「ヒドロキシカルボン酸」の用語は、本定義に従うものとする。)。また、ここでいうヒドロキシカルボン酸は(L)−体、(D)−体などの光学異性体を有する場合であってもよく、1種または2種以上の混合物であってもよい。ヒドロキシカルボン酸の具体例としては、グリコール酸、ヒドロキシ酪酸(2−ヒドロキシ酪酸、3−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ酪酸)、リンゴ酸、酒石酸、ヒドロキシ吉草酸、ヒドロキシカプロン酸、グルコン酸、クエン酸などの直鎖脂肪族ヒドロキシカルボン酸、メバロン酸、ロイシン酸などの分岐脂肪族ヒドロキシカルボン酸、サリチル酸、マンデル酸などの芳香族ヒドロキシカルボン酸、および不飽和結合を有する上記ヒドロキシ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以下のヒドロキシカルボン酸が好ましく、炭素数1以上6以下である直鎖脂肪族ヒドロキシカルボン酸がより好ましく、グリコール酸、ヒドロキシ酪酸、リンゴ酸、酒石酸、ヒドロキシ吉草酸、ヒドロキシカプロン酸、グルコン酸およびクエン酸からなる群から選択される1種または2種以上の混合物がさらに好ましい。また、ヒドロキシ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。   The hydroxycarboxylic acid (excluding lactic acid) in the present invention is a general term for compounds obtained by removing lactic acid from compounds each having one or more hydroxyl groups (OH groups) and carboxyl groups (COOH groups) in the molecule (note that Hereinafter, the term “hydroxycarboxylic acid” shall conform to this definition.) In addition, the hydroxycarboxylic acid referred to herein may be an optical isomer such as (L) -isomer or (D) -isomer, or one or a mixture of two or more. Specific examples of hydroxycarboxylic acids include glycolic acid, hydroxybutyric acid (2-hydroxybutyric acid, 3-hydroxybutyric acid, 4-hydroxybutyric acid), malic acid, tartaric acid, hydroxyvaleric acid, hydroxycaproic acid, gluconic acid, citric acid, and the like. Linear aliphatic hydroxycarboxylic acids, branched aliphatic hydroxycarboxylic acids such as mevalonic acid and leucine acid, aromatic hydroxycarboxylic acids such as salicylic acid and mandelic acid, and the above hydroxycarboxylic acids having an unsaturated bond, In the present invention, a hydroxycarboxylic acid having 1 to 6 carbon atoms is preferable, and a linear aliphatic hydroxycarboxylic acid having 1 to 6 carbon atoms is more preferable. Glycolic acid, hydroxybutyric acid, malic acid, tartaric acid, hydroxyvaleric acid , Hydroxycaproic acid, gluconic acid and One or a mixture of two or more selected from the group consisting of citric acid is more preferable. Further, the hydroxycarboxylic acid may be a product manufactured by organic synthesis or a product manufactured by fermentation.

本発明におけるヒドロキシカルボン酸含有溶液とは、ヒドロキシカルボン酸を1種または2種以上含有する水溶液であり、ヒドロキシカルボン酸はヒドロキシカルボン酸塩として溶解していてもよい。ヒドロキシカルボン酸塩としては、ヒドロキシカルボン酸リチウム塩、ヒドロキシカルボン酸ナトリウム塩、ヒドロキシカルボン酸カリウム塩、ヒドロキシカルボン酸マグネシウム塩、ヒドロキシカルボン酸カルシウム塩、ヒドロキシカルボン酸アンモニウム塩などのヒドロキシカルボン酸無機塩が挙げられ、これらの混合物であってもよい。ヒドロキシカルボン酸が発酵法による製造品である場合、ヒドロキシカルボン酸含有溶液は発酵培養液であってもよい。   The hydroxycarboxylic acid-containing solution in the present invention is an aqueous solution containing one or more hydroxycarboxylic acids, and the hydroxycarboxylic acid may be dissolved as a hydroxycarboxylic acid salt. Hydroxycarboxylic acid salts include hydroxycarboxylic acid inorganic salts such as hydroxycarboxylic acid lithium salt, hydroxycarboxylic acid sodium salt, hydroxycarboxylic acid potassium salt, hydroxycarboxylic acid magnesium salt, hydroxycarboxylic acid calcium salt, and hydroxycarboxylic acid ammonium salt. And may be a mixture thereof. When the hydroxycarboxylic acid is a product produced by fermentation, the hydroxycarboxylic acid-containing solution may be a fermentation broth.

工程Aで用いるナノ濾過膜とは、ナノフィルター(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 step A is also called a nanofilter (nanofiltration membrane, NF membrane) and is generally defined as “a membrane that transmits monovalent ions and blocks divalent ions”. It is a film. 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、「ナノ濾過膜に通じて濾過する」とは、ヒドロキシカルボン酸含有溶液を、ナノ濾過膜に通じて濾過し、溶解または固体として析出している無機塩を除去または阻止または濾別し、ヒドロキシカルボン酸溶液を濾液として透過させることを意味する。ここで、無機塩には、ヒドロキシカルボン酸含有溶液中に含まれる無機塩のいずれの形態のものも含まれ、また該溶液中において溶解しているもの、該溶液中に析出し若しくは沈殿して含まれているもののいずれも含まれる。   In addition, “filtering through a nanofiltration membrane” means that a hydroxycarboxylic acid-containing solution is filtered through a nanofiltration membrane to remove or prevent or filter out inorganic salts precipitated as dissolved or solid, It means that the hydroxycarboxylic acid solution is permeated as a filtrate. Here, the inorganic salt includes any form of the inorganic salt contained in the hydroxycarboxylic acid-containing solution, and is dissolved in the solution, or precipitated or precipitated in the solution. Anything included is included.

工程Aにおけるナノ濾過膜に供するヒドロキシカルボン酸含有溶液のpHは、2以上5以下であることが好ましい。ナノ濾過膜は、溶液中にイオン化している物質の方が、イオン化していない物質に比べて除去または阻止しやすいことが知られていることから、ヒドロキシカルボン酸含有溶液のpHを5以下とすることで、ヒドロキシカルボン酸が該溶液中で解離してヒドロキシカルボン酸イオンとして存在している割合を少なくし、ヒドロキシカルボン酸が透過しやすくなる。また、pHが2未満である場合、ナノ濾過膜の損傷に影響するおそれがある。さらに、pHをヒドロキシカルボン酸のpKa以下とする場合、ヒドロキシカルボン酸イオンと水素イオンに解離していないヒドロキシカルボン酸の方がヒドロキシカルボン酸含有溶液中に多く含まれるため、効率的にヒドロキシカルボン酸をナノ濾過膜に透過することができることから、より好ましい。なお、ヒドロキシカルボン酸含有溶液が発酵法による製造品である場合、培養液のpH調整は微生物発酵時であっても、微生物発酵後であってもよい。   The pH of the hydroxycarboxylic acid-containing solution used for the nanofiltration membrane in step A is preferably 2 or more and 5 or less. In the nanofiltration membrane, it is known that the ionized substance in the solution is easier to remove or prevent than the non-ionized substance. Therefore, the pH of the hydroxycarboxylic acid-containing solution is 5 or less. As a result, the proportion of the hydroxycarboxylic acid dissociated in the solution and existing as hydroxycarboxylic acid ions is reduced, and the hydroxycarboxylic acid is easily transmitted. Moreover, when pH is less than 2, there exists a possibility of affecting the damage of a nanofiltration membrane. Furthermore, when the pH is set to pKa or less of hydroxycarboxylic acid, hydroxycarboxylic acid that is not dissociated into hydroxycarboxylic acid ions and hydrogen ions is more contained in the hydroxycarboxylic acid-containing solution. Is more preferable because it can permeate through the nanofiltration membrane. In the case where the hydroxycarboxylic acid-containing solution is a product manufactured by fermentation, the pH of the culture solution may be adjusted during microbial fermentation or after microbial fermentation.

ヒドロキシカルボン酸がヒドロキシカルボン酸塩として溶解している場合、ナノ濾過膜を透過する前に酸性物質を添加してもよい。酸性物質を添加することで、ヒドロキシカルボン酸塩をフリーのヒドロキシカルボン酸とすることができる。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。具体的には、例えばヒドロキシカルボン酸カルシウム塩を含有する溶液に硫酸を添加してヒドロキシカルボン酸をフリー体とし、該溶液中のカルシウム成分を、難溶性硫酸塩である硫酸カルシウムとして沈殿、濾別する工程を行い、その濾液(ヒドロキシカルボン酸を含む分離液)を工程Aのナノ濾過膜に通じることで、より効果的にカルシウム成分を除去または阻止することができる。ヒドロキシカルボン酸含有溶液中のカルシウム成分を難溶性硫酸塩として沈殿、濾別する場合、該溶液に添加する硫酸の当量がカルシウムの当量を超えると(硫酸当量>カルシウム当量)、過剰分の硫酸がナノ濾過膜を一部透過し、その後、透過液を濃縮などの加熱条件下に晒すと、透過した硫酸がヒドロキシカルボン酸のオリゴマー化を促進する触媒として働き、収率が低減されるおそれがある。このことから、ヒドロキシカルボン酸含有溶液中のカルシウム成分を難溶性硫酸塩として沈殿、濾別する場合、該溶液中のカルシウム成分の当量以下で硫酸を添加することが好ましく、pHで添加当量を調整する場合は、pH2以上であれば、カルシウム成分の当量以下となることから好ましい。   When the hydroxycarboxylic acid is dissolved as a hydroxycarboxylate, an acidic substance may be added before permeating the nanofiltration membrane. By adding an acidic substance, the hydroxycarboxylate can be converted to a free hydroxycarboxylic acid. Examples of the acidic substance to be added include sulfuric acid, hydrochloric acid, carbonic acid, phosphoric acid, and nitric acid. Specifically, for example, sulfuric acid is added to a solution containing calcium hydroxycarboxylate to make hydroxycarboxylic acid free, and the calcium component in the solution is precipitated as calcium sulfate, which is a hardly soluble sulfate, and filtered. The calcium component can be removed or prevented more effectively by passing the filtrate (separate containing hydroxycarboxylic acid) through the nanofiltration membrane of step A. When the calcium component in the hydroxycarboxylic acid-containing solution is precipitated as a sparingly soluble sulfate and filtered, if the equivalent of sulfuric acid added to the solution exceeds the equivalent of calcium (sulfuric acid equivalent> calcium equivalent), the excess sulfuric acid If the nanofiltration membrane is partially permeated and then the permeate is exposed to heating conditions such as concentration, the permeated sulfuric acid acts as a catalyst for promoting oligomerization of hydroxycarboxylic acid, which may reduce the yield. . Therefore, when the calcium component in the hydroxycarboxylic acid-containing solution is precipitated as a poorly soluble sulfate and filtered, it is preferable to add sulfuric acid below the equivalent of the calcium component in the solution, and the addition equivalent is adjusted with pH In this case, the pH is preferably 2 or more because it is less than or equal to the calcium component equivalent.

本発明で使用されるナノ濾過膜の、無機塩の除去、阻止または濾別の程度を評価する方法としては、無機イオン除去率(阻止率)を算出することで評価できる。無機塩阻止率(除去率)は、イオンクロマトグラフィーに代表される分析により、原水(培養液)中に含まれる無機塩濃度(原水無機塩濃度)および透過液(ヒドロキシカルボン酸溶液)中に含まれる無機塩の濃度(透過液無機塩濃度)を測定することで、式1によって算出することができる。   The nanofiltration membrane used in the present invention can be evaluated by calculating the inorganic ion removal rate (blocking rate) as a method for evaluating the degree of inorganic salt removal, blocking or filtration. Inorganic salt rejection (removal rate) is included in the concentration of inorganic salt (raw water inorganic salt concentration) and permeate (hydroxycarboxylic acid solution) contained in raw water (culture solution) by analysis typified by ion chromatography. By measuring the concentration of the inorganic salt (permeated inorganic salt concentration), it can be calculated by Equation 1.

無機塩除去率(%)=(1−(透過液無機塩濃度/原水無機塩濃度))×100・・・(式1)。   Inorganic salt removal rate (%) = (1− (permeate inorganic salt concentration / raw water inorganic salt concentration)) × 100 (Formula 1).

工程Aで用いるナノ濾過膜の膜分離性能としては特に限定はないが、ナノ濾過膜の硫酸マグネシウム透過率が、操作圧力0.5MPa、原水温度25℃、原水濃度1000ppmにおいて、1.5%以下であるものが好ましく用いられる。上記条件におけるナノ濾過膜の硫酸マグネシウム透過率が1.5%を上回る場合、ナノ濾過膜を透過したヒドロキシカルボン酸溶液を濃縮すると無機塩が析出するおそれがあり、さらに、加熱濃縮操作を行うと、透過した無機塩の影響でヒドロキシカルボン酸のラセミ化及びオリゴマー化が発生しやすく、また、収率が低下するおそれがある。より好ましくはナノ濾過膜の硫酸マグネシウム透過率が1.0%以下のものが用いられる。ここで、硫酸マグネシウム透過率は、イオンクロマトグラフィーに代表される分析により、原水中に含まれる硫酸マグネシウム濃度(原水硫酸マグネシウム濃度)および透過液中に含まれる硫酸マグネシウム濃度(透過液硫酸マグネシウム濃度)を測定し、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 step A is not particularly limited, but the magnesium sulfate permeability of the nanofiltration membrane is 1.5% or less at an operating pressure of 0.5 MPa, a raw water temperature of 25 ° C., and a raw water concentration of 1000 ppm. Are preferably used. When the magnesium sulfate permeability of the nanofiltration membrane under the above conditions exceeds 1.5%, there is a possibility that an inorganic salt precipitates when the hydroxycarboxylic acid solution that has passed through the nanofiltration membrane is concentrated. The racemic and oligomerization of hydroxycarboxylic acid is likely to occur due to the influence of the permeated inorganic salt, and the yield may be reduced. More preferably, a nanofiltration membrane having a magnesium sulfate permeability of 1.0% or less is used. Here, the magnesium sulfate permeability is determined by analysis represented by ion chromatography. The magnesium sulfate concentration contained in the raw water (raw water magnesium sulfate concentration) and the magnesium sulfate concentration contained in the permeate (permeate magnesium sulfate concentration). And can be calculated by Equation 2.

硫酸マグネシウム透過率(%)=(透過液硫酸マグネシウム濃度)/(原水硫酸マグネシウム濃度)×100・・・(式2)。   Magnesium sulfate permeability (%) = (permeate magnesium sulfate concentration) / (raw water magnesium sulfate concentration) × 100 (Equation 2).

また、クエン酸透過率に対する硫酸マグネシウム透過率の比が、操作圧力0.5MPa、原水温度25℃、原水濃度1000ppmにおいて、3以上であるものが好ましく用いられる。上記条件におけるナノ濾過膜のクエン酸透過率に対する硫酸マグネシウム透過率の比が3以上であれば、ヒドロキシカルボン酸含有溶液中に含まれる無機塩を除去して、効率的にヒドロキシカルボン酸を透過させることができることから好ましい。ここで、クエン酸透過率は後述のヒドロキシカルボン酸透過率の算出方法によって算出される。   Moreover, the ratio of the magnesium sulfate permeability to the citric acid permeability is preferably 3 or more at an operating pressure of 0.5 MPa, a raw water temperature of 25 ° C., and a raw water concentration of 1000 ppm. If the ratio of the magnesium sulfate permeability to the citric acid permeability of the nanofiltration membrane under the above conditions is 3 or more, the inorganic salt contained in the hydroxycarboxylic acid-containing solution is removed and the hydroxycarboxylic acid is efficiently permeated. This is preferable. Here, the citric acid permeability is calculated by a method for calculating the hydroxycarboxylic acid permeability described later.

その他、塩化ナトリウム(500mg/L)の除去率が45%以上のナノ濾過膜が好ましく用いられる。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、膜単位面積当たりの塩化ナトリウム(500mg/L)の透過流量(m/m/day)が0.5以上0.8以下のナノ濾過膜が好ましく用いられる。膜単位面積当たりの透過流量(膜透過流束)の評価方法としては、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。 In addition, a nanofiltration membrane having a removal rate of sodium chloride (500 mg / L) of 45% or more is preferably used. The permeation performance of the nanofiltration membrane is such that the permeate flow rate (m 3 / m 2 / day) of sodium chloride (500 mg / L) per unit area of the membrane is 0.5 or more and 0.3 at a filtration pressure of 0.3 MPa. A nanofiltration membrane of 8 or less is preferably used. As a method for evaluating the permeation flow rate (membrane permeation flux) per membrane unit area, the permeate amount, the time during which the permeate amount was sampled, and the membrane area can be calculated by Equation 3.

膜透過流束(m/m/day)=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 (formula 3).

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フィルター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 nanofilter composed of a polyamide functional layer is formed on a support membrane made of polysulfone as a membrane material can be used.

これらの中でも高耐圧性と高透水性、高溶質除去性能を兼ね備え、優れたポテンシャルを有する、ポリアミドを機能層とした複合膜が好ましい。操作圧力に対する耐久性と、高い透水性、阻止性能を維持できるためには、ポリアミドを機能層とし、それを多孔質膜や不織布からなる支持体で保持する構造のものが適している。また、ポリアミド系ナノ濾過膜としては、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との重縮合反応により得られる架橋ポリアミドの機能層を支持体に有してなる複合ナノ濾過膜が適している。   Among these, a composite film having a high-pressure resistance, high water permeability, and high solute removal performance and having an excellent potential and using a polyamide as a functional layer is preferable. In order to maintain durability against operating pressure, high water permeability, and blocking performance, a structure in which polyamide is used as a functional layer and is held by a support made of a porous membrane or nonwoven fabric is suitable. As the polyamide nanofiltration membrane, a composite nanofiltration membrane having a functional layer of a crosslinked polyamide obtained by a polycondensation reaction between a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide is suitable.

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、およびこれらの混合物がより好ましい。   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, benzophenone tetracarboxylic 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, and a mixture thereof are 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し、かつ、前記化学式(1)で示される構成成分を含有するポリアミドであり、さらに好ましくは架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ、前記化学式(1)で示される構成成分を含有するポリアミドである。また、前記化学式(1)中、n=3のものが好ましく用いられる。架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ前記化学式(1)で示される構成成分を含有するポリアミドを機能層とする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、架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ、前記化学式(1)中、n=3のものを構成成分として含有するポリアミドを機能層とする、東レ株式会社製の架橋ピペラジンポリアミド系ナノ濾過膜の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, the cross-linked piperazine polyamide or the cross-linked piperidine polyamide is a main component and a polyamide containing the constituent represented by the chemical formula (1), and more preferably the cross-linked piperazine polyamide is a main component, and the chemical formula It is a polyamide containing the structural component shown by (1). In the chemical formula (1), n = 3 is preferably used. Examples of the nanofiltration membrane having a functional layer made of a polyamide containing a crosslinked piperazine polyamide as a main component and containing the component represented by the chemical formula (1) include those described in JP-A No. 62-201606. As a specific example, a cross-linked piperazine polyamide system manufactured by Toray Industries, Inc., which has a cross-linked piperazine polyamide as a main component and a functional layer including a polyamide containing n = 3 in the chemical formula (1) as a constituent component. One example is a nanofiltration 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好ましく使用される。好ましいナノ濾過膜エレメントの具体例としては、例えば、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、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またはNF99HF、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またはNF−400、あるいは架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ前記化学式(1)で示される構成成分を含有するポリアミドを機能層とする、東レ株式会社製のUTC60を含む同社製ナノ濾過膜モジュールSU−210、SU−220、SU−600またはSU−610が挙げられ、より好ましく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またはNF99HF、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またはNF−400、あるいは架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ前記化学式(1)で示される構成成分を含有するポリアミドを機能層とする、東レ株式会社製のUTC60を含む同社製ナノ濾過膜モジュールSU−210、SU−220、SU−600またはSU−610であり、さらに好ましくは架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ前記化学式(1)で示される構成成分を含有するポリアミドを機能層とする、東レ株式会社製のUTC60を含む同社製ナノ濾過膜モジュールSU−210、SU−220、SU−600またはSU−610である。   The nanofiltration membrane is generally used as a spiral membrane element, but the nanofiltration membrane used in the present invention is also preferably used as a spiral membrane element. Specific examples of preferred nanofiltration membrane elements include, for example, GEsepa, a nanofiltration membrane manufactured by GE Osmonics, which is a cellulose acetate-based nanofiltration membrane, NF99 or NF99HF, which is a nanofiltration membrane manufactured by Alfa Laval, whose functional layer is polyamide. NF-45, NF-90, NF-200, or NF-400, a nanofiltration membrane manufactured by Filmtec Co., Ltd. having a cross-linked piperazine polyamide as a functional layer, and having the cross-linked piperazine polyamide as a main component and represented by the chemical formula (1) The nanofiltration membrane module SU-210, SU-220, SU-600 or SU-610 made by the company including UTC60 made by Toray Industries, Inc. having a functional layer of polyamide containing a constituent component, more preferably polyamide is used. NF of Alfa Laval nanofiltration membrane as functional layer 9 or NF99HF, NF-45, NF-90, NF-200, or NF-400, a nanofiltration membrane manufactured by Filmtec Co., Ltd. having a functional layer of cross-linked piperazine polyamide and a cross-linked piperazine polyamide as a main component, and the chemical formula (1 It is a nanofiltration membrane module SU-210, SU-220, SU-600 or SU-610 manufactured by Toray Industries, Inc., which has a functional layer of a polyamide containing the structural component shown in FIG. Is a nanofiltration membrane module SU-210, SU- manufactured by the same company, including UTC60 manufactured by Toray Industries, Inc., which has a cross-linked piperazine polyamide as a main component and a functional layer of a polyamide containing the component represented by the chemical formula (1). 220, SU-600 or SU-610.

工程Aにおけるヒドロキシカルボン酸含有溶液のナノ濾過膜による濾過は、圧力をかけてもよく、その濾過圧は、0.1MPa以上8MPa以下の範囲で好ましく用いられる。濾過圧が0.1MPaより低ければ膜透過速度が低下し、8MPaより高ければ膜の損傷に影響を与えるおそれがある。また、濾過圧が0.5MPa以上7MPa以下で用いれば、膜透過流束が高いことから、ヒドロキシ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、1MPa以上6MPa以下で用いることが特に好ましい。   Filtration of the hydroxycarboxylic acid-containing solution in the step A with a nanofiltration membrane may be applied, and the filtration pressure is preferably used in the range of 0.1 MPa to 8 MPa. If the filtration pressure is lower than 0.1 MPa, the membrane permeation rate decreases, and if it is higher than 8 MPa, the membrane may be damaged. In addition, if the filtration pressure is 0.5 MPa or more and 7 MPa or less, the membrane permeation flux is high, so that the hydroxycarboxylic acid solution can be efficiently permeated, and the possibility of affecting the membrane damage is low. It is more preferable that it is used at 1 MPa or more and 6 MPa or less.

工程Aのナノ濾過膜に通じて濾過するヒドロキシカルボン酸含有溶液中のヒドロキシカルボン酸の濃度は、特に限定されないが、高濃度であれば、透過液中に含まれるヒドロキシカルボン酸の濃度も高いため、濃縮する時間を短縮することができることからコスト削減に好適である。   The concentration of the hydroxycarboxylic acid in the hydroxycarboxylic acid-containing solution that is filtered through the nanofiltration membrane in step A is not particularly limited, but if the concentration is high, the concentration of the hydroxycarboxylic acid contained in the permeate is also high. Since the time for concentration can be shortened, it is suitable for cost reduction.

工程Aにおけるヒドロキシカルボン酸含有溶液中に含まれる無機塩の濃度は特に限定はなく、飽和溶解度以上であってもよい。すなわち、無機塩が飽和溶解度以下であれば培養溶液中に溶解しており、飽和溶解度以上であれば、一部析出しているが、本発明のヒドロキシカルボン酸の製造方法は、ヒドロキシカルボン酸含有溶液中において溶解しているもの、該溶液中に析出し若しくは沈殿して含まれているもののいずれも除去または阻止することが可能であるので、無機塩の濃度に拘束されずにヒドロキシカルボン酸を濾過することができる。   The concentration of the inorganic salt contained in the hydroxycarboxylic acid-containing solution in step A is not particularly limited and may be equal to or higher than the saturation solubility. That is, if the inorganic salt is less than or equal to the saturation solubility, it is dissolved in the culture solution, and if the solubility is greater than or equal to the saturation solubility, it is partially precipitated. Since it is possible to remove or prevent any dissolved or dissolved in the solution, the hydroxycarboxylic acid can be used without being restricted by the concentration of the inorganic salt. It can be filtered.

上記の方法によってヒドロキシカルボン酸含有溶液からヒドロキシカルボン酸を分離する際の、ヒドロキシカルボン酸のナノ濾過膜透過性の評価方法としては、ヒドロキシカルボン酸透過率を算出して評価することができる。ヒドロキシカルボン酸透過率は、高速液体クロマトグラフィーに代表される分析により、原水(培養液)中に含まれるヒドロキシカルボン酸濃度(原水ヒドロキシカルボン酸濃度)および透過液(ヒドロキシカルボン酸含有溶液)中に含まれるヒドロキシカルボン酸濃度(透過液ヒドロキシカルボン酸濃度)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 hydroxycarboxylic acid permeability can be calculated and evaluated as an evaluation method of the hydroxycarboxylic acid nanofiltration membrane permeability when separating the hydroxycarboxylic acid from the hydroxycarboxylic acid-containing solution by the above method. The hydroxycarboxylic acid permeability is determined by analyzing the hydroxycarboxylic acid concentration (raw water hydroxycarboxylic acid concentration) contained in the raw water (culture solution) and the permeating solution (hydroxycarboxylic acid-containing solution) by analysis typified by high performance liquid chromatography. By calculating the concentration of hydroxycarboxylic acid contained (permeate hydroxycarboxylic acid concentration), it can be calculated by Equation 4.

ヒドロキシカルボン酸透過率(%)=(透過液ヒドロキシカルボン酸濃度/原水ヒドロキシカルボン酸濃度)×100・・・(式4)。   Hydroxycarboxylic acid permeability (%) = (permeated liquid hydroxycarboxylic acid concentration / raw water hydroxycarboxylic acid concentration) × 100 (Formula 4).

本発明のヒドロキシカルボン酸の製造方法は、工程Aのヒドロキシカルボン酸含有溶液をナノ濾過膜で濾過して得られる無機塩が除去されたヒドロキシカルボン酸含有溶液を、さらに再結晶する工程Cに供することで、高純度のヒドロキシカルボン酸を得ることを特徴としている。工程Cにおけるヒドロキシカルボン酸の再結晶の方法に特に制限はなく、冷却結晶化や蒸発結晶化など、既知の結晶化手法が適用可能である。本発明においてヒドロキシカルボン酸結晶を得る具体例としては、工程Aまたは工程Bで回収したヒドロキシカルボン酸含有溶液を冷却することで、該結晶を高純度で得ることができる。また、結晶化を促進することを目的として、ヒドロキシカルボン酸含有溶液の冷却過程でヒドロキシカルボン酸の種結晶を添加してもよい。得られた結晶は定性濾紙による濾過、または遠心分離によって回収することができる。また、回収した結晶にヒドロキシカルボン酸水溶液を添加して攪拌し、再度定性濾紙で濾過することにより、結晶を洗浄することができ、より高純度のヒドロキシカルボン酸結晶を得ることができる。   The method for producing hydroxycarboxylic acid of the present invention is used for the step C of further recrystallizing the hydroxycarboxylic acid-containing solution from which the inorganic salt obtained by filtering the hydroxycarboxylic acid-containing solution of step A with a nanofiltration membrane is removed. Thus, it is characterized by obtaining a high purity hydroxycarboxylic acid. There is no restriction | limiting in particular in the method of recrystallization of the hydroxycarboxylic acid in process C, Known crystallization techniques, such as cooling crystallization and evaporation crystallization, are applicable. As a specific example of obtaining a hydroxycarboxylic acid crystal in the present invention, the crystal can be obtained with high purity by cooling the hydroxycarboxylic acid-containing solution recovered in Step A or Step B. Further, for the purpose of promoting crystallization, a seed crystal of hydroxycarboxylic acid may be added during the cooling process of the hydroxycarboxylic acid-containing solution. The obtained crystals can be recovered by filtration with qualitative filter paper or by centrifugation. Further, by adding a hydroxycarboxylic acid aqueous solution to the recovered crystals, stirring, and filtering again with a qualitative filter paper, the crystals can be washed, and a higher purity hydroxycarboxylic acid crystal can be obtained.

また、前記工程Cに供する前に、ナノ濾過膜を透過したヒドロキシカルボン酸含有溶液を濃縮してもよい。濃縮の方法としては、エバポレーターに代表される濃縮装置を用いてヒドロキシカルボン酸含有溶液を濃縮してもよく、また、工程Aで得られるヒドロキシカルボン酸含有溶液を、さらに、逆浸透膜で濾過してヒドロキシカルボン酸濃度を高める工程Bに供してもよい。なお、濃縮のためのエネルギー削減という観点から、逆浸透膜で濾過してヒドロキシカルボン酸濃度を高める工程Bが好ましく採用される。   Moreover, you may concentrate the hydroxycarboxylic acid containing solution which permeate | transmitted the nanofiltration membrane before using for the said process C. FIG. As a concentration method, the hydroxycarboxylic acid-containing solution may be concentrated using a concentrator represented by an evaporator, and the hydroxycarboxylic acid-containing solution obtained in Step A is further filtered through a reverse osmosis membrane. The step B may be used for increasing the hydroxycarboxylic acid concentration. In addition, from the viewpoint of energy reduction for concentration, Step B is preferably employed in which the concentration of hydroxycarboxylic acid is increased by filtration through a reverse osmosis membrane.

ここでいう逆浸透膜とは、被処理水の浸透圧以上の圧力差を駆動力にイオンや低分子量分子を除去する濾過膜であり、例えば酢酸セルロースなどのセルロース系や、多官能アミン化合物と多官能酸ハロゲン化物とを重縮合させて微多孔性支持膜上にポリアミド分離機能層を設けた膜などが採用できる。逆浸透膜表面の汚れすなわちファウリングを抑制するために、酸ハライド基と反応する反応性基を少なくとも1個有する化合物の水溶液をポリアミド分離機能層の表面に被覆して、分離機能層表面に残存する酸ハロゲン基と該反応性基との間で共有結合を形成させた主に下水処理用の低ファウリング逆浸透膜なども好ましく採用できる。本発明の工程Aで2価のカルシウムイオンを大部分除去できているため、逆浸透膜面でのスケールの生成もなく安定した膜濃縮が行える。また、工程Bで濃縮したヒドロキシカルボン酸含有溶液は、ヒドロキシカルボン酸を再結晶する工程Cに好適に用いることができる。工程Aで無機塩などの不純物の大部分を除去でき、工程Bで加熱せずに濃縮できるため、ヒドロキシカルボン酸を高効率で回収することができる。   The reverse osmosis membrane here is a filtration membrane that removes ions and low molecular weight molecules by using a pressure difference equal to or higher than the osmotic pressure of water to be treated as a driving force. For example, a cellulose-based cellulose compound such as cellulose acetate or a polyfunctional amine compound A film in which a polyamide separation functional layer is provided on a microporous support film by polycondensation with a polyfunctional acid halide can be employed. In order to suppress fouling on the reverse osmosis membrane surface, the surface of the polyamide separation functional layer is coated with an aqueous solution of a compound having at least one reactive group that reacts with an acid halide group and remains on the surface of the separation functional layer. A low fouling reverse osmosis membrane mainly for sewage treatment in which a covalent bond is formed between the acid halogen group to be reacted and the reactive group can also be preferably employed. Since most of the divalent calcium ions can be removed in the step A of the present invention, stable membrane concentration can be performed without generating scale on the reverse osmosis membrane surface. Moreover, the hydroxycarboxylic acid containing solution concentrated at the process B can be used suitably for the process C which recrystallizes a hydroxycarboxylic acid. Since most of impurities such as inorganic salts can be removed in Step A and concentrated without heating in Step B, the hydroxycarboxylic acid can be recovered with high efficiency.

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.

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モジュールである低圧タイプのSU−710、SU−720、SU−720F、SU−710L、SU−720L、SU−720LF、SU−720R、SU−710P、SU−720Pの他、逆浸透膜としてUTC70を含む高圧タイプの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, low pressure type SU-710, SU-720, SU-720F, SU-710L, SU, which are polyamide-based reverse osmosis membrane modules manufactured by Toray Industries, Inc. -720L, SU-720LF, SU-720R, SU-710P, SU-720P, high pressure type SU-810, SU-820, SU-820L, SU-820FA, SU-820FA, cellulose acetate System reverse osmosis membrane SC-L100R, SC-L200R, SC-1100, SC-1200, SC-2100, SC-2200, SC-3100, SC-3200, SC-8100, SC-8200, manufactured by Nitto Denko Corporation NTR-759HR, NTR-729HF, NTR-70SWC, ES10-D, ES20-D, ES20 U, ES15-D, ES15-U, LF10-D, Alfa Laval RO98pHt, RO99, HR98PP, CE4040C-30D, GE GE Sepa, Filmtec BW30-4040, TW30-4040, XLE-4040, LP-4040, LE-4040, SW30-4040, SW30HRLE-4040, etc. are mentioned.

次に、本発明のヒドロキシカルボン酸の製造方法に供されうる微生物の発酵培養によるヒドロキシカルボン酸生産について説明する。   Next, production of hydroxycarboxylic acid by fermentation culture of microorganisms that can be used in the method for producing hydroxycarboxylic acid of the present invention will be described.

微生物はヒドロキシカルボン酸を生産しうるものであれば特に限定されない。ヒドロキシカルボン酸を生産しうる微生物の具体例としては、特開平10−174593号公報記載の酵母のほか、特開平10−174594号公報記載の放線菌や大腸菌、特開平9−234091号公報記載の緑膿菌、特開2005−27533号公報記載のコリネ型細菌、バチルス属細菌などの微生物が挙げられる。動物細胞、昆虫細胞等の培養細胞も、本発明で使用される微生物に含まれる。使用する微生物は、自然環境から単離されたものでもよく、また、突然変異や遺伝子組換えによって一部性質が改変されたものであってもよい。   The microorganism is not particularly limited as long as it can produce hydroxycarboxylic acid. Specific examples of microorganisms capable of producing hydroxycarboxylic acid include yeast described in JP-A-10-174593, actinomycetes described in JP-A-10-174594, Escherichia coli, and JP-A-9-234091. Examples thereof include microorganisms such as Pseudomonas aeruginosa, coryneform bacteria described in JP-A-2005-27533, and Bacillus bacteria. Cultured cells such as animal cells and insect cells are also included in the microorganism used in the present invention. The microorganism to be used may be isolated from the natural environment, or may be partially modified by mutation or genetic recombination.

微生物の発酵培養によるヒドロキシカルボン酸生産に使用する発酵原料としては、培養する微生物の生育を促し、目的とする発酵生産物であるヒドロキシカルボン酸を良好に生産させうるものであればよく、炭素源、窒素源、無機塩類、及び必要に応じてアミノ酸、ビタミンなどの有機微量栄養素を適宜含有する通常の液体培地が良い。炭素源としては、グルコース、シュークロース、フラクトース、ガラクトース、ラクトース等の糖類、これら糖類を含有する澱粉糖化液、甘藷糖蜜、甜菜糖蜜、ハイテストモラセス、更には酢酸等の有機酸、エタノールなどのアルコール類、グリセリンなども使用される。窒素源としてはアンモニアガス、アンモニア水、アンモニウム塩類、尿素、硝酸塩類、その他補助的に使用される有機窒素源、例えば油粕類、大豆加水分解液、カゼイン分解物、その他のアミノ酸、ビタミン類、コーンスティープリカー、酵母または酵母エキス、肉エキス、ペプトン等のペプチド類、各種発酵菌体およびその加水分解物などが使用される。無機塩類としてはリン酸塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、鉄塩、マンガン塩等を適宜添加することができる。本発明に使用する微生物が生育のために特定の栄養素(例えば、アミノ酸など)を必要とする場合には、その栄養物をそれ自体もしくはそれを含有する天然物として添加する。また、消泡剤も必要に応じて使用してもよい。本発明において、培養液とは、発酵原料に微生物または培養細胞が増殖した結果得られる液のことを言う。培養液に追加する発酵原料の組成は、目的とするヒドロキシカルボン酸の生産性が高くなるように、培養開始時の発酵原料組成から適宜変更しても良い。   The fermentation raw material used for the production of hydroxycarboxylic acid by fermentation culture of microorganisms may be any material that promotes the growth of the microorganism to be cultured and can produce the desired fermentation product hydroxycarboxylic acid satisfactorily. A normal liquid medium containing a nitrogen source, inorganic salts, and if necessary, organic micronutrients such as amino acids and vitamins is preferable. Carbon sources include sugars such as glucose, sucrose, fructose, galactose, lactose, starch saccharified solution containing these sugars, sweet potato molasses, sugar beet molasses, high test molasses, and organic acids such as acetic acid, alcohols such as ethanol And glycerin are also used. Nitrogen sources include ammonia gas, aqueous ammonia, ammonium salts, urea, nitrates, and other supplementary organic nitrogen sources such as oil cakes, soybean hydrolysates, casein degradation products, other amino acids, vitamins, corn Steep liquor, yeast or yeast extract, meat extract, peptides such as peptone, various fermented cells and hydrolysates thereof are used. As inorganic salts, phosphates, magnesium salts, calcium salts, iron salts, manganese salts, and the like can be appropriately added. When the microorganism used in the present invention requires a specific nutrient (for example, an amino acid) for growth, the nutrient is added as such or as a natural product containing it. Moreover, you may use an antifoamer as needed. In the present invention, the culture solution refers to a solution obtained as a result of growth of microorganisms or cultured cells as fermentation raw materials. You may change suitably the composition of the fermentation raw material added to a culture solution from the fermentation raw material composition at the time of a culture | cultivation start so that the productivity of the target hydroxycarboxylic acid may become high.

微生物の培養初期にBatch培養またはFed−Batch培養を行って微生物濃度を高くした後に、連続培養(引き抜き)を開始しても良いし、高濃度の菌体をシードし、培養開始とともに連続培養を行っても良い。適当な時期から原料培養液の供給及び培養物の引き抜きを行うことが可能である。原料培養液供給と培養物の引き抜きの開始時期は必ずしも同じである必要はない。また、原料培養液の供給と培養物の引き抜きは連続的であってもよいし、間欠的であってもよい。原料培養液には上記に示したような菌体増殖に必要な栄養素を添加し、菌体増殖が連続的に行われるようにすればよい。培養液中の微生物または培養細胞の濃度は、培養液の環境が微生物または培養細胞の増殖にとって不適切となって死滅する比率が高くならない範囲で、高い状態で維持することが効率よい生産性を得るのに好ましく、一例として、乾燥重量として5g/L以上に維持することで良好な生産効率が得られる。   After cultivating microorganisms, batch culture or fed-batch culture is performed to increase the concentration of microorganisms, and then continuous culture (pulling) may be started. You can go. It is possible to supply the raw material culture solution and extract the culture from an appropriate time. The starting times of the supply of the raw material culture solution and the withdrawal of the culture are not necessarily the same. Further, the supply of the raw material culture solution and the withdrawal of the culture may be continuous or intermittent. What is necessary is just to add a nutrient required for microbial cell growth as shown above to a raw material culture solution so that microbial cell growth may be performed continuously. The concentration of microorganisms or cultured cells in the culture solution should be maintained at a high level so that the environment of the culture solution is not suitable for the growth of microorganisms or cultured cells and the rate of death does not increase. As an example, good production efficiency can be obtained by maintaining the dry weight at 5 g / L or more.

発酵生産能力のあるフレッシュな菌体を増殖させつつ行う連続培養操作は、通常、単一の発酵槽で行うのが、培養管理上好ましい。しかしながら、菌体を増殖しつつ生産物を生成する連続培養法であれば、発酵槽の数は問わない。発酵槽の容量が小さい等の理由から、複数の発酵槽を用いることもあり得る。この場合、複数の発酵槽を配管で並列または直列に接続して連続培養を行っても発酵生産物の高生産性は得られる。   The continuous culture operation performed while growing fresh cells having fermentation production ability is usually preferably performed in a single fermenter in terms of culture management. However, the number of fermenters is not limited as long as it is a continuous culture method for producing a product while growing cells. A plurality of fermenters may be used because the capacity of the fermenter is small. In this case, high productivity of the fermented product can be obtained even if continuous fermentation is performed by connecting a plurality of fermenters in parallel or in series by piping.

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.

(参考例1) ナノ濾過膜の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整した。次いで、図1に示す、膜濾過装置の原水層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系ナノ濾過膜“UTC60”(ナノ濾過膜1;東レ製)、架橋ピペラジンポリアミド系ナノ濾過膜“NF−400”(ナノ濾過膜2;フィルムテック製)、ポリアミド系ナノ濾過膜“NF99”(ナノ濾過膜3;アルファラバル製)、酢酸セルロース系ナノ濾過膜“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4を回収した。原水槽1、透過液4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阻止率を計算した。
(Reference Example 1) Evaluation of magnesium sulfate rejection rate of nanofiltration membrane 10 g of magnesium sulfate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 10 g 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 layer 1 of the membrane filtration apparatus shown in FIG. As the 90 φ nanofiltration membrane indicated by reference numeral 7 in FIG. 2, a crosslinked piperazine polyamide-based nanofiltration membrane “UTC60” (Nanofiltration membrane 1; manufactured by Toray), a crosslinked piperazine polyamide-based nanofiltration membrane “NF-400” (nanofiltration membrane) 2; manufactured by Filmtech), a polyamide-based nanofiltration membrane “NF99” (nanofiltration membrane 3; manufactured by Alfa Laval), and a cellulose acetate-based nanofiltration membrane “GEsepa” (nanofiltration membrane 4; manufactured by GE Osmonics) are each made of stainless steel (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 4 was collected. The concentration of magnesium sulfate contained in the raw water tank 1 and the permeate 4 was analyzed by ion chromatography (manufactured by DIONEX) under the following conditions, and the rejection rate 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1に示す。   The results are shown in Table 1.

Figure 2010126512
表1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。
Figure 2010126512
From the results in Table 1, it was shown that UTC60 (nanofiltration membrane 1: manufactured by Toray Industries, Inc.) had the highest inorganic salt rejection.

(参考例2) ナノ濾過膜のクエン酸透過性評価
超純水10Lにクエン酸(和光純薬工業株式会社製)10g添加して25℃で1時間攪拌し、1000ppmクエン酸水溶液を調整した。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4に含まれる、クエン酸濃度を、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、クエン酸の透過率およびクエン酸透過率/硫酸マグネシウム透過率を計算した。
Reference Example 2 Citric Acid Permeability Evaluation of Nanofiltration Membrane 10 g of citric acid (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 citric acid aqueous solution. Subsequently, the permeate of the nanofiltration membranes 1 to 4 was collected under the same conditions as in Reference Example 1. The citric acid concentration contained in the raw water tank 1 and the permeate 4 is analyzed by high performance liquid chromatography (manufactured by Shimadzu Corporation) under the following conditions, and the citric acid permeability and citric acid permeability / magnesium sulfate 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2に示す。   The results are shown in Table 2.

Figure 2010126512
(参考例3〜14)ナノ濾過膜のヒドロキシカルボン酸透過性評価
超純水20Lにグリコール酸(和光純薬工業株式会社製)10g、2−ヒドロキシカルボン酸(和光純薬工業株式会社製)10g、3−ヒドロキシカルボン酸(和光純薬工業株式会社製)10g、リンゴ酸(和光純薬工業株式会社製)10gを添加して25℃1時間攪拌して各ヒドロキシカルボン酸を500ppm含有する水溶液を調製した。次いで、図1に示す、膜濾過装置の原水槽1に上記ヒドロキシカルボン酸含有溶液20L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(参考例3〜6)、3MPa(参考例7〜10)、5MPa(参考例11〜14)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に含まれる各ヒドロキシカルボン酸濃度を高速液体クロマトグラフィー(BECKMAN COULTER社製)により分析し、ヒドロキシカルボン酸の透過率を算出した。
Figure 2010126512
(Reference Examples 3 to 14) Hydroxycarboxylic acid permeability evaluation of nanofiltration membrane 10 g of glycolic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 20 g of 2-hydroxycarboxylic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) in 20 L of ultrapure water 10 g of 3-hydroxycarboxylic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 10 g of malic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added and stirred at 25 ° C. for 1 hour to prepare an aqueous solution containing 500 ppm of each hydroxycarboxylic acid. Prepared. Next, the hydroxycarboxylic acid-containing solution 20L was injected into the raw water tank 1 of the membrane filtration apparatus shown in FIG. As the 90φ nanofiltration membrane of reference numeral 7 in FIG. 2, the nanofiltration membranes 1 to 4 are set in cells made of stainless steel (manufactured by SUS316), and the pressure of the high-pressure pump 3 is 1 MPa (Reference Examples 3 to 6), 3 MPa ( Reference Examples 7 to 10) were adjusted to 5 MPa (Reference Examples 11 to 14), and the permeate 5 at each pressure was recovered. Each hydroxycarboxylic acid concentration contained in the raw water tank 1 and the permeate 5 was analyzed by high performance liquid chromatography (manufactured by BECKMAN COULTER), and the hydroxycarboxylic acid permeability was calculated.

カラム:Inertsil ODS-3(GL Science社製)、ZORBAX SB-CN(Agilent社製)、移動相:アセトニトリル/0.1%リン酸水溶液=5/95(流速1mL/min)、検出方法:UV210nm、温度:40℃
結果を表3に示す。
Column: Inertsil ODS-3 (manufactured by GL Science), ZORBAX SB-CN (manufactured by Agilent), mobile phase: acetonitrile / 0.1% phosphoric acid aqueous solution = 5/95 (flow rate 1 mL / min), detection method: UV 210 nm , Temperature: 40 ° C
The results are shown in Table 3.

Figure 2010126512
(参考例15)ナノ濾過膜で濾過する発酵培養液の準備
ヒドロキシカルボン酸の分離精製実験に供するヒドロキシカルボン酸含有溶液として、乳酸発酵培養液に各種ヒドロキシカルボン酸を添加したヒドロキシカルボン酸含有モデル培養液を調製した。以下に乳酸発酵培養液の作製方法を示す。
Figure 2010126512
(Reference Example 15) Preparation of fermentation broth to be filtered through nanofiltration membrane Hydroxycarboxylic acid-containing model culture in which various hydroxycarboxylic acids are added to lactic acid fermentation broth as a hydroxycarboxylic acid-containing solution for separation and purification experiment of hydroxycarboxylic acid A liquid was prepared. A method for preparing a lactic acid fermentation broth is shown below.

(乳酸生産能力を持つ酵母株の作製)
乳酸生産能力を持つ酵母株は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(宝酒造株式会社製)、あるいはKOD-Plus-polymerase(東洋紡株式会社製)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)
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 Co., Ltd.) 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(宝酒造株式会社製)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(宝酒造株式会社製)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ヒト由来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 (Takara Shuzo Co., Ltd.), and then ligated to pUC118 vector (cut with restriction enzyme HincII and the cut surface was dephosphorylated). Ligation was performed using DNA Ligation Kit Ver.2 (Takara Shuzo Co., Ltd.). Escherichia coli DH5α was transformed with the ligation plasmid product, and the plasmid DNA was recovered to obtain a plasmid in which the human-derived L-LDH gene (accession number; AY009108, SEQ ID NO: 3) was 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. In this way, a human-derived L-LDH gene expression plasmid pL-LDH5 was obtained.

ヒト由来L−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L−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。   1.3 kb human-derived L-LDH gene by PCR using plasmid pL-LDH5 containing human-derived L-LDH gene as an amplification template and oligonucleotides represented by SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 5 as a primer set, and Saccharomyces -A DNA fragment containing the terminator sequence of the TDH3 gene derived from cerevisiae 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されている細胞であることの確認は、下記のように行った。まず、形質転換細胞のゲノムDNAを常法に従って調製し、これを増幅鋳型とした配列番号8および配列番号9で表されるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとしたPCRにより0.7kbの増幅DNA断片が得られることで確認した。また、形質転換細胞が乳酸生産能力を持つかどうかは、SC培地(METHODS IN YEAST GENETICS 2000 EDITION、CSHL PRESS)で形質転換細胞を培養した培養上澄に乳酸が含まれていることを下記に示す条件でHPLC法により乳酸量を測定することで確認した。   Confirmation that the obtained transformed cells were cells in which the human-derived L-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.

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−乳酸が検出され、D−乳酸は検出限界以下であった。以上の検討により、この形質転換体がL−乳酸生産能力を持つことを確認した。得られた形質転換細胞を酵母SW−1株として、続くバッチ発酵に用いた。   As a result of HPLC analysis, 4 g / L of L-lactic acid was detected, and D-lactic acid was below the detection limit. From the above examination, it was confirmed that this transformant has L-lactic acid production ability. The obtained transformed cell was used for subsequent batch fermentation as yeast strain SW-1.

(バッチ発酵によるL−乳酸発酵培養液の製造)
微生物を用いた発酵形態として最も典型的なバッチ発酵を行い、その乳酸生産性を評価した。表4に示す乳酸発酵培地を用い、バッチ発酵試験を行った。該培地は高圧蒸気滅菌(121℃、15分)して用いた。微生物として参考例1で造成した酵母SW−1株を用い、生産物である乳酸の濃度の評価には、参考例1に示したHPLCを用いて評価し、グルコース濃度の測定にはグルコーステストワコーC(和光純薬工業株式会社製)を用いた。発酵培養の運転条件を以下に示す。
(Production of L-lactic acid fermentation broth by batch fermentation)
The most typical batch fermentation was performed as a fermentation form using microorganisms, and the lactic acid productivity was evaluated. A batch fermentation test was performed using the lactic acid fermentation medium shown in Table 4. 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, Ltd.) was used. The operating conditions for fermentation culture 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。   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.

Figure 2010126512
(実施例1〜17)ナノ濾過膜によるグリコール酸の分離実験
(ナノ濾過膜で濾過する培養液の準備)
参考例15で発酵した培養液2Lに、グリコール酸80gを添加し、グリコール酸を40g/L含有するモデル培養液を調製した。
Figure 2010126512
Examples 1 to 17 Glycolic acid separation experiment using nanofiltration membrane (Preparation of culture solution to be filtered through nanofiltration membrane)
Glycolic acid 80 g was added to 2 L of the culture broth fermented in Reference Example 15 to prepare a model culture solution containing 40 g / L of glycolic acid.

(硫酸による難溶性カルシウム塩の生成)
上記で調製したグリコール酸含有培養液2LをpHが1.9、2.0、2.2、2.6、4.0となるまで濃硫酸(和光純薬工業株式会社製)を滴下後、1時間25℃で攪拌し、培養液中のグリコール酸カルシウムからグリコール酸と硫酸カルシウムを生成した。次いで、沈殿した硫酸カルシウムを定性濾紙No.2(アドバンテック株式会社製)にて吸引濾過し、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17)。
(Generation of sparingly soluble calcium salt with sulfuric acid)
Concentrated sulfuric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added dropwise to 2 L of the glycolic acid-containing culture solution prepared above until the pH was 1.9, 2.0, 2.2, 2.6, 4.0, It stirred at 25 degreeC for 1 hour, and produced | generated glycolic acid and calcium sulfate from the calcium glycolate in a culture solution. Subsequently, the precipitated calcium sulfate was suction filtered with qualitative filter paper No. 2 (manufactured by Advantech Co., Ltd.), the precipitate was filtered off, and 2 L of filtrate was collected. In addition, a separation experiment was also performed on a culture solution (2 L) having a pH of 5 to which no concentrated sulfuric acid was added (Example 17).

(ナノ濾過膜によるグリコール酸の分離)
次いで、図1に示す、膜濾過装置の原水槽1に上記で得られた濾液2Lを注入した。図2の符号7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、5MPaに調整し、それぞれの圧力における透過液4を回収した。原水槽1、透過液4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1と同様の条件でイオンクロマトグラフィー(DIONEX製)、グリコール酸濃度を、参考例3〜14と同様の条件で高速液体クロマトグラフィー(BECKMAN COULTER社製)により分析した。結果を表5に示す。
(Separation of glycolic acid by nanofiltration membrane)
Next, 2 L of the filtrate obtained above was injected into the raw water tank 1 of the membrane filtration apparatus shown in FIG. As the 90φ nanofiltration membrane of reference numeral 7 in FIG. 2, the nanofiltration membranes 1 to 4 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, 3 MPa, and 5 MPa, respectively. The permeate 4 at the pressure of The concentration of sulfate ion and calcium ion contained in raw water tank 1 and permeate 4 is the same as in Reference Example 1, ion chromatography (manufactured by DIONEX), and the concentration of glycolic acid is the same as in Reference Examples 3-14. And analyzed by high performance liquid chromatography (manufactured by BECKMAN COULTER). The results are shown in Table 5.

Figure 2010126512
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1〜17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。
Figure 2010126512
As shown in Table 5, it was found that calcium sulfate was removed with high efficiency at all pH and filtration pressures. In Examples 1 to 17, calcium sulfate was removed with high efficiency in the filtration and pressurization without replacing the nanofiltration membrane with a new membrane.

(実施例18〜34)ナノ濾過膜による3−ヒドロキシ酪酸の分離実験
参考例15で発酵した培養液2Lに3−ヒドロキシ酪酸80gを添加して3−ヒドロキシ酪酸を40g/L含有するモデル培養液を調製し、実施例1〜17と同様の操作によりナノ濾過膜による3−ヒドロキシ酪酸の分離実験を行った。透過液中の3−ヒドロキシ酪酸濃度は参考例3〜14と同様の条件で高速液体クロマトグラフィー(BECKMAN COULTER社製)により分析した。結果を表6に示す。
(Examples 18 to 34) Separation experiment of 3-hydroxybutyric acid by nanofiltration membrane Model culture solution containing 80 g of 3-hydroxybutyric acid in 2 L of the culture solution fermented in Reference Example 15 and containing 40 g / L of 3-hydroxybutyric acid The sample was subjected to a separation experiment of 3-hydroxybutyric acid using a nanofiltration membrane in the same manner as in Examples 1 to 17. The 3-hydroxybutyric acid concentration in the permeate was analyzed by high performance liquid chromatography (manufactured by BECKMAN COULTER) under the same conditions as in Reference Examples 3-14. The results are shown in Table 6.

Figure 2010126512
(実施例35〜51)ナノ濾過膜によるリンゴ酸の分離実験
参考例15で発酵した培養液2Lにリンゴ酸80gを添加してリンゴ酸を40g/L含有するモデル培養液を調製し、実施例1〜17と同様の操作によりナノ濾過膜によるリンゴ酸の分離実験を行った。透過液中のリンゴ酸濃度は参考例3〜14と同様の条件で高速液体クロマトグラフィー(BECKMAN COULTER社製)により分析した。結果を表7に示す。
Figure 2010126512
(Examples 35 to 51) Separation experiment of malic acid with nanofiltration membrane A model culture solution containing 40 g / L of malic acid was prepared by adding 80 g of malic acid to 2 L of the culture solution fermented in Reference Example 15, and Examples A separation experiment of malic acid using a nanofiltration membrane was performed in the same manner as in 1-17. The malic acid concentration in the permeate was analyzed by high performance liquid chromatography (manufactured by BECKMAN COULTER) under the same conditions as in Reference Examples 3-14. The results are shown in Table 7.

Figure 2010126512
(比較例1〜3)定性濾紙を用いた培養液からの難溶性硫酸塩の除去実験
実施例9、26、43と同様の方法で調製したグリコール酸、3−ヒドロキシ酪酸、リンゴ酸含有培養液(各2L)をpHが2.6になるまで濃硫酸を滴下後、1時間25℃で攪拌し、培養液中のグリコール酸カルシウム、3−ヒドロキシ酪酸カルシウム、リンゴ酸カルシウムをそれぞれグリコール酸、3−ヒドロキシ酪酸、リンゴ酸、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No.2を用いて吸引濾過により、沈殿物を濾別し、濾液(各2L)を回収した。得られた濾液中の硫酸イオン、カルシウムイオン、グリコール酸(比較例1)、3−ヒドロキシ酪酸(比較例2)、リンゴ酸(比較例3)の濃度を上記と同様に測定した。結果を表8に示す。
Figure 2010126512
(Comparative Examples 1 to 3) Removal experiment of hardly soluble sulfate from culture solution using qualitative filter paper Glycolic acid, 3-hydroxybutyric acid, malic acid-containing culture solution prepared in the same manner as in Examples 9, 26 and 43 Concentrated sulfuric acid was added dropwise until pH of 2.6 (each 2 L) was stirred for 1 hour at 25 ° C., and calcium glycolate, calcium 3-hydroxybutyrate, and calcium malate in the culture solution were glycolic acid, 3 -Converted to hydroxybutyric acid, malic acid, calcium sulfate. Subsequently, the precipitated calcium sulfate was added to the qualitative filter paper No. The precipitate was filtered off by suction filtration using 2 and the filtrate (2 L each) was recovered. The concentrations of sulfate ion, calcium ion, glycolic acid (Comparative Example 1), 3-hydroxybutyric acid (Comparative Example 2), and malic acid (Comparative Example 3) in the obtained filtrate were measured in the same manner as described above. The results are shown in Table 8.

Figure 2010126512
表8に示すように、定性濾紙を用いて濾過した濾液中のカルシウムイオンは、ナノ濾過膜を用いて濾過した濾液中のカルシウムイオンの約1000倍もの残存が検出された。このことから、ナノ濾過膜を用いることで難溶性塩の効率的な除去が可能であることが示され、さらにはヒドロキシカルボン酸結晶の純度向上につながることが示唆された。
Figure 2010126512
As shown in Table 8, about 1000 times as many calcium ions in the filtrate filtered using the qualitative filter paper as the calcium ions in the filtrate filtered using the nanofiltration membrane were detected. From this, it was shown that the use of the nanofiltration membrane enables efficient removal of the hardly soluble salt, and further suggests that the purity of the hydroxycarboxylic acid crystal is improved.

(実施例52〜54)逆浸透膜を用いたヒドロキシカルボン酸溶液からの再結晶精製
実施例9(グリコール酸含有溶液、ナノ濾過膜1、pH2.6)の透過液、実施例26(3−ヒドロキシ酪酸含有溶液、ナノ濾過膜1、pH2.6)の透過液、実施例43(リンゴ酸含有溶液、ナノ濾過膜1、pH2.6)の透過液、各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逆浸透膜として、ポリアミド製逆浸透膜(UTC−70、東レ株式会社製)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3MPaに調整し、逆浸透膜濃縮液5を回収した。逆浸透膜濃縮液に含まれるヒドロキシカルボン酸濃度は参考例3〜14と同様の条件で高速液体クロマトグラフィー(BECKMAN COULTER社製)により分析した。その結果、グリコール酸濃度は130.3g/L、3−ヒドロキシ酪酸濃度は124g/L、リンゴ酸濃度は102.2g/Lであった。この濃縮液を10℃に冷却し、グリコール酸結晶、2−ヒドロキシ酪酸結晶、リンゴ酸結晶をそれぞれ析出させた。定性濾紙No.2(アドバンテック株式会社製)にて吸引濾過し、各ヒドロキシカルボン酸結晶を濾別した。得られた各ヒドロキシカルボン酸結晶は、結晶を洗浄するために結晶重量の15倍量のヒドロキシカルボン酸水溶液に攪拌し、再度吸引濾過にて回収した。各ヒドロキシカルボン酸の再結晶前後の光学純度をHPLC法により以下の条件で測定した。
(Examples 52 to 54) Recrystallization purification from hydroxycarboxylic acid solution using reverse osmosis membrane Permeate of Example 9 (glycolic acid-containing solution, nanofiltration membrane 1, pH 2.6), Example 26 (3- The permeate of hydroxybutyric acid-containing solution, nanofiltration membrane 1, pH 2.6), the permeate of Example 43 (malic acid-containing solution, nanofiltration membrane 1, pH 2.6), 2 L of each, membrane filtration shown in FIG. It poured into the raw water tank 1 of the apparatus. As a 90φ reverse osmosis membrane of reference numeral 7 in FIG. 2, polyamide reverse osmosis membrane (UTC-70, manufactured by Toray Industries, Inc.) is set in a cell made of stainless steel (SUS316), and the pressure of the high pressure pump 3 is set to 3 MPa. After adjustment, the reverse osmosis membrane concentrate 5 was recovered. The hydroxycarboxylic acid concentration contained in the reverse osmosis membrane concentrate was analyzed by high performance liquid chromatography (manufactured by BECKMAN COULTER) under the same conditions as in Reference Examples 3-14. As a result, the glycolic acid concentration was 130.3 g / L, the 3-hydroxybutyric acid concentration was 124 g / L, and the malic acid concentration was 102.2 g / L. This concentrated liquid was cooled to 10 ° C. to precipitate glycolic acid crystals, 2-hydroxybutyric acid crystals, and malic acid crystals. Qualitative filter paper No. Suction filtration was performed using 2 (manufactured by Advantech Co., Ltd.) to separate each hydroxycarboxylic acid crystal. Each obtained hydroxycarboxylic acid crystal was stirred in a hydroxycarboxylic acid aqueous solution of 15 times the weight of the crystal in order to wash the crystal, and collected again by suction filtration. The optical purity before and after recrystallization of each hydroxycarboxylic acid was measured by the HPLC method under the following conditions.

カラム:TSK-gel Enantio L1(東ソー株式会社製)、移動相 :1mM 硫酸銅水溶液、流速:1.0ml/min、検出方法 :UV254nm、温度 :30℃。   Column: TSK-gel Enantio L1 (manufactured by Tosoh Corporation), mobile phase: 1 mM copper sulfate aqueous solution, flow rate: 1.0 ml / min, detection method: UV254 nm, temperature: 30 ° C.

また、再結晶後の各ヒドロキシカルボン酸結晶の重量を測定し、式5により再結晶収率を算出した。   Further, the weight of each hydroxycarboxylic acid crystal after recrystallization was measured, and the recrystallization yield was calculated according to Formula 5.

再結晶収率(%)=100×逆浸透膜濃縮液中のヒドロキシカルボン酸重量/ヒドロキシカルボン酸結晶の重量・・・(式5)。   Recrystallization yield (%) = 100 × hydroxycarboxylic acid weight in reverse osmosis membrane concentrated liquid / hydroxycarboxylic acid crystal weight (formula 5).

結果を表9に示す。   The results are shown in Table 9.

Figure 2010126512
表9に示すように、ナノ濾過膜による無機塩などの不純物の除去、逆浸透膜濃縮によるラセミ化やオリゴマー化の抑制により、高純度のヒドロキシカルボン酸結晶が得られた。
Figure 2010126512
As shown in Table 9, high-purity hydroxycarboxylic acid crystals were obtained by removing impurities such as inorganic salts with a nanofiltration membrane, and suppressing racemization and oligomerization by reverse osmosis membrane concentration.

(比較例4〜6)定性濾紙で無機塩を除去したヒドロキシカルボン酸溶液からの再結晶精製
比較例1(グリコール酸含有溶液、定性濾紙No.2、pH2.6)の透過液、比較例2(3−ヒドロキシ酪酸含有溶液、定性濾紙No.2、pH2.6)の透過液、比較例3(リンゴ酸含有溶液、定性濾紙No.2、pH2.6)の透過液、各2Lを、図1に示す膜濾過装置の原水槽1に注入し、実施例52〜54と同様の操作により逆浸透膜濃縮、再結晶精製を行った。逆浸透膜濃縮液に含まれるヒドロキシカルボン酸濃度は参考例3〜14と同様の条件で高速液体クロマトグラフィー(BECKMAN COULTER社製)により分析した。また、各ヒドロキシカルボン酸の再結晶前後の光学純度はHPLC法により分析し、再結晶収率は式5により算出した。結果を表10に示す。
(Comparative Examples 4 to 6) Recrystallization purification from hydroxycarboxylic acid solution from which inorganic salts were removed with qualitative filter paper Permeate of Comparative Example 1 (glycolic acid-containing solution, qualitative filter paper No. 2, pH 2.6), Comparative Example 2 The permeate of (3-hydroxybutyric acid-containing solution, qualitative filter paper No. 2, pH 2.6), the permeate of Comparative Example 3 (malic acid-containing solution, qualitative filter paper No. 2, pH 2.6), 2 L each It injected into the raw | natural water tank 1 of the membrane filtration apparatus shown in 1, and reverse osmosis membrane concentration and recrystallization refinement | purification were performed by the same operation as Examples 52-54. The hydroxycarboxylic acid concentration contained in the reverse osmosis membrane concentrate was analyzed by high performance liquid chromatography (manufactured by BECKMAN COULTER) under the same conditions as in Reference Examples 3-14. In addition, the optical purity of each hydroxycarboxylic acid before and after recrystallization was analyzed by HPLC method, and the recrystallization yield was calculated by Formula 5. The results are shown in Table 10.

Figure 2010126512
表10に示したように、実施例52〜54と比較して、ヒドロキシカルボン酸結晶収率が20%程度低い結果が得られ、定性濾紙で除去しきれなかった不純物の影響により再結晶が阻害されたことが示唆された。
Figure 2010126512
As shown in Table 10, as compared with Examples 52 to 54, a result of about 20% lower hydroxycarboxylic acid crystal yield was obtained, and recrystallization was inhibited by the influence of impurities that could not be removed by qualitative filter paper. It was suggested that

以上の実施例及び比較例の結果から、ナノ濾過膜により、培養液中の硫酸カルシウムを高効率で除去できることが明らかとなった。すなわち、本発明によって、ヒドロキシカルボン酸含有培養液中のカルシウム成分をナノ濾過膜によって高効率で除去することができ、濃縮してもカルシウム成分が析出せず、さらに、再結晶することで高純度なヒドロキシカルボン酸を生産できることが明らかとなった。また、逆浸透膜で濃縮することで、ヒドロキシカルボン酸含有溶液の加熱を回避し、ヒドロキシカルボン酸のラセミ化やオリゴマー化を抑制して高収率かつ低コストにヒドロキシカルボン酸結晶を得ることが可能となった。   From the results of the above Examples and Comparative Examples, it was revealed that calcium sulfate in the culture solution can be removed with high efficiency by the nanofiltration membrane. That is, according to the present invention, the calcium component in the hydroxycarboxylic acid-containing culture solution can be removed with high efficiency by the nanofiltration membrane, and the calcium component does not precipitate even when concentrated, and further recrystallized to achieve high purity. It was revealed that a hydroxycarboxylic acid can be produced. Also, by concentrating with a reverse osmosis membrane, it is possible to avoid heating of the hydroxycarboxylic acid-containing solution and suppress the racemization and oligomerization of the hydroxycarboxylic acid to obtain a hydroxycarboxylic acid crystal at a high yield and low cost. It has become possible.

本発明で用いたナノ濾過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 separation device used by the present invention. 本発明で用いたナノ濾過膜分離装置のナノ濾過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 a schematic diagram which shows one embodiment of cell sectional drawing with which the nanofiltration membrane of the nanofiltration 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 膜透過液の流れ
5 膜濃縮液の流れ
6 高圧ポンプにより送液された培養液の流れ
7 ナノ濾過膜
8 支持板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Raw water tank 2 Cell equipped with nanofiltration membrane or reverse osmosis membrane 3 High pressure pump 4 Flow of membrane permeate 5 Flow of membrane concentrate 6 Flow of culture solution sent by high pressure pump 7 Nanofiltration membrane 8 Support plate

Claims (9)

ヒドロキシカルボン酸(乳酸を除く)含有溶液をナノ濾過膜に通じて濾過して、透過側からヒドロキシカルボン酸を回収する工程Aを含む、ヒドロキシカルボン酸の製造方法。   A method for producing hydroxycarboxylic acid, comprising a step A in which a hydroxycarboxylic acid (excluding lactic acid) -containing solution is filtered through a nanofiltration membrane to recover hydroxycarboxylic acid from the permeation side. 前記ヒドロキシカルボン酸が、グリコール酸、ヒドロキシ酪酸、リンゴ酸、酒石酸、ヒドロキシ吉草酸、ヒドロキシカプロン酸、グルコン酸およびクエ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に記載のヒドロキシカルボン酸の製造方法。   The hydroxycarboxylic acid is one or a mixture of two or more selected from glycolic acid, hydroxybutyric acid, malic acid, tartaric acid, hydroxyvaleric acid, hydroxycaproic acid, gluconic acid and citric acid. A process for producing a hydroxycarboxylic acid. 前記工程Aにおけるナノ濾過膜に通じるヒドロキシカルボン酸含有溶液のpHが2以上5以下である、請求項1または2に記載のヒドロキシカルボン酸の製造方法。   The method for producing hydroxycarboxylic acid according to claim 1 or 2, wherein the pH of the hydroxycarboxylic acid-containing solution leading to the nanofiltration membrane in Step A is 2 or more and 5 or less. 前記ナノ濾過膜の硫酸マグネシウム透過率が、操作圧力0.5MPa、原水温度25℃、原水濃度1000ppmにおいて、1.5%以下である、請求項1から3のいずれかに記載のヒドロキシカルボン酸の製造方法。   Magnesium sulfate permeability of the nanofiltration membrane is 1.5% or less at an operating pressure of 0.5 MPa, a raw water temperature of 25 ° C., and a raw water concentration of 1000 ppm. Production method. クエン酸透過率に対する硫酸マグネシウム透過率の比が、操作圧力0.5MPa、原水温度25℃、原水濃度1000ppmにおいて、3以上である、請求項1から4のいずれかに記載のヒドロキシカルボン酸の製造方法。   The production of hydroxycarboxylic acid according to any one of claims 1 to 4, wherein the ratio of the magnesium sulfate permeability to the citric acid permeability is 3 or more at an operating pressure of 0.5 MPa, a raw water temperature of 25 ° C, and a raw water concentration of 1000 ppm. Method. 前記ナノ濾過膜の機能層がポリアミドを含む、請求項1から5のいずれかに記載のヒドロキシカルボン酸の製造方法。   The method for producing a hydroxycarboxylic acid according to any one of claims 1 to 5, wherein the functional layer of the nanofiltration membrane contains polyamide. 前記ポリアミドが架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ、化学式1で示される構成成分を含有することを特徴とする請求項6に記載のヒドロキシカルボン酸の製造方法。
Figure 2010126512
(式中、Rは−Hまたは−CH、nは0から3までの整数を表す。)
The method for producing a hydroxycarboxylic acid according to claim 6, wherein the polyamide comprises a crosslinked piperazine polyamide as a main component and a constituent represented by the chemical formula 1.
Figure 2010126512
(In the formula, R represents —H or —CH 3 , and n represents an integer of 0 to 3.)
前記工程Aで得られるヒドロキシカルボン酸含有溶液を逆浸透膜で濾過してヒドロキシカルボン酸濃度を高める工程Bを含む、請求項1から7のいずれかに記載のヒドロキシカルボン酸の製造方法。   The method for producing a hydroxycarboxylic acid according to any one of claims 1 to 7, comprising a step B in which the hydroxycarboxylic acid-containing solution obtained in the step A is filtered through a reverse osmosis membrane to increase the hydroxycarboxylic acid concentration. 前記工程Aから回収された透過液または工程Bから回収された濃縮液を、再結晶する工程Cに供する、請求項1から8のいずれかに記載のヒドロキシカルボン酸の製造方法。   The method for producing hydroxycarboxylic acid according to claim 1, wherein the permeate collected from Step A or the concentrate collected from Step B is subjected to Step C for recrystallization.
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