JP2019513379A - 乳酸マグネシウム発酵方法 - Google Patents

乳酸マグネシウム発酵方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、炭素源から乳酸マグネシウムを製造するための発酵方法であって、発酵性炭素源を含む発酵培地を発酵反応器に供給する工程、アルカリ性マグネシウム塩の存在下で乳酸産生微生物によって発酵培地を発酵させて乳酸マグネシウムを含有する発酵ブロスを得る工程、及び乳酸マグネシウムを含有する発酵ブロスから固体乳酸マグネシウムを回収する工程を含んでおり、当該発酵方法の操作時間の４０％以上の期間、発酵ブロス中の固体乳酸マグネシウム濃度が、発酵ブロスの全量に対する固体乳酸マグネシウム結晶として計算して、５〜４０体積％の範囲内に維持される、方法に関する。本発明によって、効率的な生成物分離と併せて、高い生産性での安定な操作が可能となる。【選択図】 なし

Description

本発明は、発酵による乳酸マグネシウムの製造に関する。
乳酸マグネシウムは数多くの用途を有しており、その一つは乳酸の原料である。乳酸は、食品の保存及び生分解性ポリマーの製造などの多くの用途に使用し得る。これらの用途の幾つかでは、出発原料としての乳酸の品質が最も重要である。例えば、ラクチド及びポリ乳酸の製造においては、立体化学純度の高い乳酸を出発原料とするのが望ましい。さらに、出発乳酸中に不純物が存在すると、乳酸基の望ましくないラセミ化が起きて低品質のラクチド及びポリ乳酸生成物を生じかねない。
日用品市場に適合した生産コストを達成するニーズと併せて高品質の製品に対する要求の高まりに伴って、品質を損なうことなく乳酸製造のための原料コストを下げることができるようにすることが必須とされる。
乳酸は微生物による炭水化物の発酵によって製造されることが多い。反応培地のｐＨを微生物が十分に増殖する値に保つため、発酵中に、乳酸の生成によるｐＨの低下を補うべくアルカリ性の塩が添加されることが多い。その結果、乳酸塩が生成する。アルカリ性のマグネシウム塩、例えばマグネシウムの（水）酸化物又は炭酸塩が使用される場合、乳酸マグネシウムが形成される。
乳酸マグネシウムが形成される発酵方法（発酵プロセス）は、乳酸マグネシウム発酵とも呼ばれ、当技術分野で公知である。
例えば、オランダ国特許出願第２８８８２９号には、発酵中にマグネシウム塩又は亜鉛塩を添加して、不溶性の乳酸マグネシウム又は乳酸亜鉛を生成させ、これらを発酵培地から除去する、乳酸製造のための連続発酵方法が記載されている。
米国特許出願公開第２０１０／０３２３４１６号にも、マグネシウム塩を添加して、カルボン酸を生成させる発酵方法が記載されている。
国際公開第２０１３／１６０３５２号には、数ある生成物の中で、乳酸マグネシウムの製造のための発酵方法が記載されている。この方法は、ハイドロサイクロン及び固液分離工程を含む固体生成物分離工程を包含する。
Yong Wang et al., Efficient magnesium lactate production with in situ product removal by crystallization, BioResourceTechnology, Vol. 198, 26- September 2015, pp. 658-663には、発酵中に乳酸マグネシウムを除去する乳酸マグネシウム発酵について記載されている。発酵中の固体生成物の除去は、１４０ｇ／ｌの乳酸マグネシウム濃度で実施すべきであると示されている。１４０ｇ／ｌという乳酸マグネシウム濃度は、４２℃で５体積％の結晶濃度に相当する。この文献の図３において、発酵中の生成物濃度は（７０ｇ／ｌの値に達する前の２５時間の開始期間を伴って）発酵中７０〜１５０ｇ／ｌに保たれている。結晶の生成は１１０ｇ／ｌの濃度で始まるが、このことは、発酵のかなりの部分については、固体結晶が全く存在せず、存在するにしても低濃度でしか存在しないことを意味している。
オランダ国特許出願第２８８８２９号 米国特許出願公開第２０１０／０３２３４１６号 国際公開第２０１３／１６０３５２号
Yong Wang et al., Efficient magnesium lactate production with in situ product removal by crystallization, BioResourceTechnology, Vol. 198, 26- September 2015, pp. 658-663
製品の品質を損なうことなくコストを低減できる乳酸源を得るという目的を達成するため、当技術分野では、効率的な生成物分離と併せて、高い生産性で安定に操作することのできる乳酸マグネシウム発酵方法が必要とされている。本発明はかかる方法を提供する。
本発明は、炭素源から乳酸マグネシウムを製造するための発酵方法であって、
発酵性炭素源を含む発酵培地を発酵反応器に供給する工程、
アルカリ性マグネシウム塩の存在下で乳酸産生微生物によって発酵培地を発酵させて乳酸マグネシウムを含有する発酵ブロスを得る工程、及び
乳酸マグネシウムを含有する発酵ブロスから固体乳酸マグネシウムを回収する工程
を含んでおり、当該発酵方法の操作時間の４０％以上の期間、発酵ブロス中の固体乳酸マグネシウム濃度が、発酵ブロスの全量に対する固体乳酸マグネシウム結晶として計算して、５〜４０体積％の範囲内に維持される、方法に関する。
操作時間の４０％以上の期間、発酵ブロス中の固体乳酸マグネシウムの濃度が５〜４０体積％の範囲内に確実に維持されるようにすることによって、高い収率と効率的な生成物分離特性とを併せもつ方法が得られることが判明した。効率的な生成物分離特性は、良好なプロセス安定性だけでなく、夾雑物からの乳酸マグネシウムの良好な分離が可能となるので高い製品品質にもつながる。
さらに具体的には、本方法の実質的割合の期間、固体乳酸マグネシウム濃度が高すぎると、方法の生産性が低下することが判明した。理論に束縛されるものではないが、これは、乳酸マグネシウム発酵生成物の存在が発酵方法に何らかの影響を与えること、例えば、系中の水分活性に影響を与えること及び／又は微生物に何らかの影響を与えることに起因し得ると考えられる。これは、固体発酵生成物は発酵に影響を与えないという従来の知見とは対照的である。
一方、本方法の実質的割合の期間、乳酸マグネシウム濃度が低すぎると、発酵ブロスからの乳酸マグネシウムの分離が一段と困難になることが判明した。
発酵ブロス中の固体乳酸マグネシウム濃度は１０体積％以上であるのが好ましいことがある。固体乳酸マグネシウムの濃度が高いほど、改善された濾過特性（これにより、生成物の洗浄が容易になる）を含めて特性の改善された生成物が得られることが判明したからである。発酵ブロス中の固体乳酸マグネシウム濃度は、操作時間の上記割合の期間、１０〜３５体積％の範囲内、特に１０〜３０体積％の範囲内、幾つかの実施形態では１０〜２５体積％の範囲内にあるのが好ましいことがある。発酵ブロス中の固体乳酸マグネシウム濃度は、操作時間の上記割合の期間、１５〜４０体積％の範囲内、特に１５〜３５体積％の範囲内、さらには１５〜３０体積％の範囲内、幾つかの実施形態では１５〜２５体積％の範囲内にあるのがさらに好ましいことがある。幾つかの実施形態では、発酵ブロス中の固体乳酸マグネシウム濃度は、操作時間の上記割合の期間、２０〜４０体積％の範囲内、特に２０〜３５体積％の範囲内、さらには２０〜３０体積％の範囲内、幾つかの実施形態では２０〜２５体積％の範囲内にあるのが好ましいことがある。
発酵ブロス中の固体乳酸マグネシウムの濃度は、以下の手順で決定される。エッペンドルフチューブを用いて、発酵ブロスから１ｍｌの均質試料を採取する。試料を２分間１３００ｒｐｍで遠心分離する。固体層の体積百分率を目視により決定する。
この固体層は固体乳酸マグネシウムとバイオマスを両方含んでいる。バイオマスの量について補正するには、バイオマスの量を当技術分野で公知の方法で（例えばＫＯＨでｐＨ８に調整した０．５Ｎ ＥＤＴＡの溶液中に発酵ブロス試料を５体積％に希釈することによって結晶が除かれた発酵ブロス試料の６００ｎｍにおける光学密度を測定し、標準バイオマス溶液のＯＤ６００ｎｍと比較することによって）別途測定すればよい。
次いで、上述の遠心分離法で得られた百分率からバイオマスの体積百分率を減算することによって、固体乳酸マグネシウムの体積百分率を求めることができる。
発酵方法の操作時間の始点は、反応器にすべての培地成分が供給され、発酵培地が発酵条件（例えば所定のｐＨ及び温度）に置かれ、かつ微生物が反応器に供給された時点である。この時点において、発酵を開始するためのすべての条件が満たされる。
発酵方法の操作時間の終点は、生成物の形成が本質的に停止した時点、すなわちｇ／ｌ・ｈ単位での生成量が、当該方法におけるｇ／ｌ・ｈ単位での最大生成量の値の１０％未満となる時点である。これは一般に炭素源が枯渇した時点である。
本発明の方法の全操作時間は広い範囲で変更し得る。商業運転に関しては、好適な最短操作時間は１０時間である。操作時間がこの値を下回ると、乳酸マグネシウム濃度が上記に規定する範囲内にある期間（時間）が短くなりすぎて意味のある商業運転を達成するのが難しくなる。本発明の全操作時間は２４時間以上、特に４８時間以上であるのが好ましい。最長時間の長さは重要ではない。本明細書の他の箇所に記載されているように、連続法の場合、全操作時間は原理的には無限となり得る。一般的な最長値として２年の値を挙げることができる。
発酵ブロス中の固体乳酸マグネシウムの濃度は、一般に、全操作時間にわたって上記規定の体積百分率の範囲内にあるわけではない。例えば、発酵の初期は、培地中に乳酸マグネシウムが存在しないことがある。発酵の開始に伴って、乳酸マグネシウムが生成するが、これは最初は溶解状態にある。乳酸マグネシウムの生成量が増すと、発酵培地が乳酸マグネシウムで飽和し、固体乳酸マグネシウム結晶が生成し始める。それから１０体積％の値に達するにはある程度の時間がかかる。
一方、発酵の終わり近くで、炭素源の供給が止まったときは、それ以上生成物を除去せずに発酵させておくのが望ましく、その結果、発酵ブロス中の固体乳酸マグネシウム濃度が４０体積％よりも高くなることがある。さらに、特に生成物の除去が間欠的である場合、固体乳酸マグネシウムの濃度が、本方法のある時点で４０体積％を超える値に達することもある。
従って、固体乳酸マグネシウム濃度が上記に規定する範囲内に維持される操作時間の割合（％）は、上述の始期及び終期に費やされる時間の長さによって左右され、かかる始期と終期との間の時間に関係する。従って、操作時間が長いほど、固体乳酸マグネシウム濃度が上記に規定する範囲内にある操作時間の割合が高くなる。
発酵方法の操作時間の６０％以上の期間、発酵ブロス中の固体乳酸マグネシウム濃度が上記に規定する範囲内に維持されるのが好ましく、好ましくは操作時間の７０％以上の期間、さらに好ましくは操作時間の８０％以上の期間、場合によっては操作時間の９０％以上の期間、発酵ブロス中の固体乳酸マグネシウム濃度が上記に規定する範囲内に維持される。
本発明の方法は、回分法、流加法（fed-batch process）又は連続法とし得る。
一実施形態では、本発明の発酵方法は回分法である。本明細書において、回分法とは、炭素源を反応開始時に発酵反応器に供給し、プロセスの途中は炭素源を一切（その実質的部分）を添加しないプロセスと定義される。
一実施形態では、本発明の発酵方法は流加法である。本明細書において、流加法とは、少なくとも炭素源を反応開始時及び反応中に発酵反応器に供給するプロセスであって、所定の終点を有し、それ以降は、例えば不純物の蓄積のため、発酵を継続することができないプロセスと定義される。
一実施形態では、本発明の発酵方法は連続発酵法である。本明細書において、連続発酵法は、少なくとも炭素源を反応開始時及び反応中に発酵反応器に供給するプロセスであって、決まった終点をもたないプロセスである。一般に、発酵培地の総体積は、ほぼ一定に保たれる。このことは、発酵中に炭素源の添加によって発酵培地の体積が増加することを考慮すると、発酵中に内容物が、本発明の場合には固体乳酸マグネシウムの形態で、任意には若干量の液体発酵培地と共に、除去されることを意味する。原理上、連続発酵は無限に実施できるが、装置のメインテナンスのためある時点で停止される。回分発酵、流加発酵及び連続発酵の概念は、当業者に公知である。
従来の回分発酵及び流加発酵では、発酵は、発酵が止まる程度まで炭素源が枯渇するまで継続される。発酵ブロス中の乳酸マグネシウムの濃度は炭素源の量によって決まり、非常に高い値、例えば発酵ブロスの合計量に基づいて計算して約５０体積％程度まで増加する可能性がある。このような非常に高い濃度を得ることができるのは、乳酸マグネシウムが固体の形態で存在するからである。
しかるに、本発明では、方法は、発酵ブロスから固体乳酸を適切に回収することによって、操作時間の上記割合の期間、固体乳酸マグネシウム濃度が上記に規定する範囲内に保たれるように実施される。
本発明の一実施形態では、発酵方法は連続発酵法である。連続発酵法では、炭素源及びその他の化合物が発酵プロセス中に添加され、方法は原理上無限に実施できる。連続発酵法では、発酵を継続するための十分なスペースを反応容器内に確保するため、間欠的な生成物の除去が行われる。例えばオランダ国特許出願第２８８８２９号等の文献に記載された乳酸マグネシウム発酵では、生成物の除去が行われるときの発酵ブロス中の乳酸マグネシウム濃度に関する情報は一切提供されていない。対照的に、本発明では、予想に反して、操作時間の上記割合の期間、固体乳酸マグネシウム濃度を上記に規定する範囲内に保つことによって、良好な分離特性を示す生成物と、高い体積生産性とを併せもつ発酵プロセスが得られることが判明した。特に固体乳酸マグネシウム濃度を上記に規定する範囲内に維持する期間が操作時間のうちの７０％以上である場合、さらに好ましくは操作時間のうちの８０％以上である場合、さらに一段と好ましくは操作時間のうちの９０％以上である場合、連続発酵の使用が本発明の好ましい実施形態である。
発酵ブロス中の固体乳酸マグネシウムの濃度は、発酵ブロスから固体乳酸マグネシウムを回収することによって調節される。
固体乳酸マグネシウムの回収は概してプロセスの途中で実施される。これは当技術分野で公知の態様、例えば、発酵反応器から固体乳酸マグネシウムを含む発酵ブロスを抜き取る工程、及び発酵ブロスから固体乳酸マグネシウムを除去する工程等によって行うことができる。発酵ブロスからの固体乳酸マグネシウムの除去は、当技術分野で公知の方法、例えば濾過、遠心分離、デカンテーション又はこれらの組合せ等によって行うことができる。
一実施形態では、固体乳酸マグネシウムが除去された発酵ブロスは、その一部又は全部が発酵反応器に再循環される。これは、発酵ブロスからのバイオマスを発酵反応器に返すので魅力的であることがある。
乳酸マグネシウムの除去は、複数の別個の工程で間欠的に実施することもできるし、連続的に実施することもできる。発酵ブロス中に存在する乳酸マグネシウムの量を正確に制御することができるようになるので、連続的な乳酸マグネシウムの除去が好ましいと考えられる。これは、本発明の好ましい実施形態である連続発酵法に効率的に統合することもできる。
一般に、固体乳酸マグネシウムを含む発酵ブロスを反応器から抜き取る工程を行う場合、個々の工程で抜き取られる発酵ブロスの体積は、反応器内に存在する発酵培地の４０体積％以下である。この割合が高くなると、固体乳酸マグネシウムの濃度を上記に規定する範囲内に維持するのが難しくなる。個々の工程で抜き取られる発酵ブロスの体積が、反応器内に存在する発酵培地の３０体積％以下、特に２０体積％以下、さらには１０体積％以下であるのが好ましい。
本発明の方法は、発酵性炭素源を含む発酵培地を発酵反応器に供給する工程、及びアルカリ性マグネシウム塩の存在下で乳酸産生微生物によって発酵培地を発酵させて乳酸マグネシウムを含有する発酵ブロスを得る工程も包含する。これらの工程は当業者に公知である。これらについては、背景的情報として以下で説明する。
本発明の方法では、発酵性炭素源を含む発酵培地が発酵反応器に供給される。本明細書で用いる「発酵性炭素源」という用語は、乳酸産生微生物によって発酵することのできる炭水化物をいう。発酵性炭素源の例は、Ｃ５糖、Ｃ６糖、それらのオリゴマー（例えば、二量体型Ｃ１２糖）及び／又はポリマーであるが、グリセロールのような化合物も挙げられる。Ｃ５糖及びＣ６糖とは、それぞれ炭素原子数５及び６の糖類を意味し、Ｃ１２糖とは、炭素原子数１２の糖類（例えば、二糖）を意味する。特定の微生物が発酵することができる発酵性炭素源の種類は様々であり、通例、使用する乳酸産生微生物に依存する。乳酸産生微生物によって発酵できる一般的な糖の具体例は、アラビノース、キシロース及びリボースのようなＣ５糖、グルコース、フルクトース、ガラクトース、ラムノース及びマンノースのようなＣ６糖、スクロース、マルトース、イソマルトースのようなＣ１２糖などが挙げられる。技術常識に基づいて、炭素源と微生物との適切な組合せを選択することは、当業者の技能の範囲内である。
反応培地中の炭素源の濃度は、炭素源の特質、微生物の特質、さらには発酵条件に依存する。適切な濃度を選択することは当業者の技能の範囲内である。
発酵培地は、炭素源及び水に追加の栄養素を組合せることによって用意し得る。追加の栄養素は、任意の順序で、固体の形態、溶液として、又は懸濁物（例えば水中懸濁液）として添加し得る。
乳酸又は乳酸塩の製造のための発酵で使用するのに適した栄養素は当技術分野で公知である。追加の栄養素は、例えば、無機塩（例えば、無機窒素源、リン酸源、硫黄源並びに亜鉛、マグネシウム、カルシウム、マンガン、カリウム、ナトリウム、ホウ素、鉄、コバルト、銅、モリブデン、ニッケル、アルミニウムなどの微量元素源）及び有機窒素源（例えば酵母自己分解物及び加水分解物、植物タンパク質加水分解物、動物タンパク質加水分解物、並びに小麦又はトウモロコシ浸漬液からの可溶性副産物）の１種以上から選択し得る。かかる有機窒素源は、概して、例えば遊離アミノ酸、オリゴペプチド、ペプチド、ビタミン及び微量の酵素補因子の形態の窒素を与える。かかる有機窒素源は、個別に及び／又は純粋な形態でさらに添加してもよい。
播種前に、発酵培地のｐＨを、選択した微生物での発酵に適したｐＨに調整してもよい。一般に、ｐＨは約２．０〜約８．０、特に約４．０〜約７．５のｐＨに調整し得る。発酵培地の初期ｐＨに応じて、ｐＨの調整は塩基（例えばアルカリ性マグネシウム塩等）又は酸（例えばＨ２ＳＯ４等）の添加によって行うことができる。発酵培地は、アルカリ性マグネシウム塩の存在下で乳酸産生微生物によって発酵され、乳酸マグネシウムを含有する発酵ブロスをもたらす。発酵は、一般に、発酵培地を微生物と共に適切な温度で適切な期間インキュベートすることによって行われる。
発酵中、乳酸マグネシウムが固体の形態で沈殿する。乳酸マグネシウムの沈殿が起こるか否かは、発酵培地中の発酵性炭水化物の濃度、発酵温度、発酵培地の他の成分の濃度、乳酸マグネシウム濃度並びに添加されたアルカリ性マグネシウム塩の希釈倍率に依存する。
好適な乳酸産生微生物は当技術分野で公知であり、細菌、真菌及び酵母を挙げることができ、（ａ）ホモ乳酸型乳酸産生菌又は（ｂ）乳酸を産生するヘテロ発酵型微生物である微生物から選択し得る。微生物は、乳酸を産生又は過剰産生するように遺伝子操作し得る。かかる微生物の例としては、ラクトバチルス属（Lactobacillus）、ロイコノストック属（Leuconostoc）、ペディオコッカス属（Pediococcus）、ラクトコッカス属（Lactococcus）、ストレプトコッカス属（Streptococcus）、アエロコッカス属（Aerococcus）、カルノバクテリウム属（Carnobacterium）、エンテロコッカス属（Enterococcus）、オエノコッカス属（Oenococcus）、スポロラクトバチルス属（Sporolactobacillus）、テトラジェノコッカス属（Tetragenococcus）、バゴコッカス属（Vagococcus）、ワイセラ属（Weissella）、バチルス属（Bacillus；バチルス・コアグランス（Bacillus coagulans）、バチルス・リケニフォルミス（Bacilluslicheniformis）、バチルス・スミシイ（Bacillus smithii）、バチルス・サーモラクチス（Bacillus thermolactis）及びバチルス・サーモアミロボランス（Bacillusthermoamylovorans）等）、ゲオバチルス属（Geobacillus；ゲオバチルス・ステアロサーモフィルス（Geobacillus stearothermophilus）及びゲオバチルス・サーモグルコシダンス（Geobacillus thermoglucosidans）等）、カルディセルロシルプター属（Caldicellulosiruptor；カルディセルロシルプター・サッカロリティカス（Caldicellulosiruptorsaccharolyticus）等）、クロストリジウム属（Clostridium；クロストリジウム・サーモセラム（Clostridium thermocellum）等）、サーモアナエロバクテリウム属（Thermoanaerobacterium；サーモアナエロバクテリウム・サッカロリティカム（Thermoanaerobacterium saccharolyticum）等）、サーモアナエロバクター属（Thermoanaerobacter）及びエシェリキア属（Escherichia；大腸菌（Escherichia coli）等）の細菌種、並びにサッカロミセス属（Saccharomyces；サッカロミセス・セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）等）、クルイベロマイセス属（Kluyveromyces；クルイベロマイセス・ラクティス（Kluyveromyces lactis）及びクルイベロマイセス・マルキシアヌス（Kluyveromycesmarxianus）等）、イサチェンキア属（Issatchenkia；イサチェンキア・オリエンタリス（Issatchenkia orientalis）等）、ピキア属（Pichia；ピキア・スティピティス（Pichia stipitis））、カンジダ属（Candida；カンジダ・ボイジニイ（Candida boidinii）、カンジダ・マグノリア（Candidamagnolia）、カンジダ・メタノソルボーサ（Candida methanosorbosa）、カンジダ・ソノレンシス（Candida sonorensis）及びカンジダ・ユチリス（Candidautilis）等）並びにリゾプス属（Rhizopus；リゾプス・アリズス（Rhizopus arrhizus）、リゾプス・ミクロスポラス（Rhizopusmicrospores）及びリゾプス・オリゼ（Rhizopus oryzae）等）の真菌及び酵母種が挙げられるが、これらに限定されない。
特に興味深い細菌の属は、ラクトバチルス属、バチルス属（バチルス・コアグランス、バチルス・リケニフォルミス、バチルス・スミシイ、バチルス・サーモラクチス及びバチルス・サーモアミロボランス）等）、ゲオバチルス属（ゲオバチルス・ステアロサーモフィルス及びゲオバチルス・サーモグルコシダンス等）及びエシェリキア属（大腸菌等）である。
これに加えて又は代えて、好ましい菌種は約６〜約８の範囲のｐＨで最適な増殖を呈するものである。
インキュベーション温度は、使用する微生物に依存する。例えば、使用すべき最適温度は、様々な温度条件下での発酵微生物の活性を解析することによって確立し得る。一般に、温度は約２０〜約８０℃の範囲内、特に約２５〜約７０℃の範囲内、さらには約３０〜約６０℃の範囲内とし得る。
発酵培地に添加されるアルカリ性マグネシウム塩は、発酵中に微生物から排出される乳酸を中和するために用いられ、乳酸マグネシウム塩を生じる。このプロセスで使用される微生物に依存して、臨界値未満にｐＨが下がると、微生物の代謝プロセスを損なって、発酵プロセスが止まるおそれがある。ｐＨは、発酵中に一般に約２．０〜約８．０、特に約４．０〜約７．５に調整される。ｐＨの調整は、発酵培地のｐＨの制御、及び必要に応じて適量の塩基の添加によって行うことができる。アルカリ性マグネシウム塩は、例えばＭｇＯ、Ｍｇ（ＯＨ）２、ＭｇＣＯ３及びＭｇ（ＨＣＯ３）２の１種以上から選択し得る。アルカリ性マグネシウム塩は、少量の他のカチオンを含んでいてもよい。
本発明に係る方法で得られる乳酸マグネシウムは、所望通り処理することができる。乳酸マグネシウムは、精製乳酸マグネシウムを生じる当技術分野で公知の態様の中間精製工程（例えば再結晶によるもの）に付される。
乳酸マグネシウムは、例えば乳酸に転化することができる。これは様々な方法で行うことができ、例えばイオン交換法（例えばイオン交換カラム又は電気透析の使用によるもの）、或いは無機強酸（例えば硫酸、ＨＣｌ又はＨＮＯ３）を用いる酸性化によって水性媒体中で乳酸とマグネシウム塩の混合物を得ることが挙げられる。この混合物は、次いで乳酸／マグネシウム塩分離工程に付すことができ、乳酸と別個のマグネシウム塩とが形成される。
分離工程は、当技術分野で公知の方法で行うことができる。マグネシウム塩が固体形態の場合、例えば酸性化工程で硫酸を使用する場合、乳酸／マグネシウム塩分離工程は固／液分離工程の形態とすることができ、固体マグネシウム塩が除去されて、乳酸水溶液が形成される。
マグネシウム塩が溶解塩として混合物中に存在する場合（例えば、酸性化工程でＨＣｌを使用したときの塩化マグネシウムの場合）、マグネシウム塩溶液からの乳酸の分離は、例えば、塩水溶液と混和しない有機抽出溶媒を用いて塩溶液から乳酸を抽出することによって実施できる。乳酸は、次いで、例えば蒸発による溶媒の除去、又は抽出溶媒から乳酸を水で抽出して乳酸水溶液を形成することによって、抽出溶媒から回収することができる。
乳酸水溶液は、当技術分野で公知の方法、例えば活性炭での処理、によって精製することができる。乳酸水溶液は水の除去によって濃縮することができる。乳酸は、例えば蒸留によって精製することができ、精製乳酸が得られる。所望に応じて、乳酸を結晶化して、固体結晶性乳酸を形成することができる。また、水の除去によるオリゴマー化工程に付して、乳酸オリゴマーを形成することもできる。
本発明に係る方法で得られる乳酸は、ラクチドに転化することができる。ラクチド又は乳酸自体をポリ乳酸に転化することができる。
乳酸マグネシウムの処理、乳酸への転化、乳酸の追加の処理並びにラクチド及びポリ乳酸の製造のための様々な方法は慣用技術であり、これ以上の説明は必要とされない。
以下の実施例によって本発明をさらに説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
実施例１
本発明に係る乳酸マグネシウム発酵を以下の通り実施した。炭素源としてのスクロースを追加の栄養素及び水と共に発酵反応器に導入して、発酵培地を形成した。この発酵培地を、所定のｐＨ及び温度を含む発酵条件に導いた。培地に乳酸産生微生物を播種した。発酵中、発酵培地のｐＨをモニターし、水酸化マグネシウムスラリーの添加により所定の値に保った。基質としてのスクロースを発酵培地に連続的に添加した。
固体乳酸マグネシウム濃度がプロセス全体で１０〜４０体積％の範囲内にあり、操作時間の約５０％の期間で１５〜３０体積％の範囲内になるように、固体の乳酸マグネシウムの定期的な除去を行った。これは、４〜１０時間毎に反応器の底部から結晶スラリーを除去し、それから固体乳酸マグネシウムを除去し、液体流出物を反応器に再循環させることによって行った。
本発明の方法を用いると、発酵の開始から起算して５０時間の期間（１０回の生成物除去）にわたり、高い平均生産性（毎時１リットル当たりの乳酸マグネシウムのグラム数として表される）が得られた。
本発明の方法で得られた乳酸マグネシウムを濾過により結晶スラリーから分離した。得られた濾過ケークは、２６〜３２重量％の水分含有量を有していた。このことは、乳酸マグネシウムの濾過特性が効率的な生成物分離が可能となるものであることを示している。固体乳酸マグネシウム濃度が５体積％を下回る期間が長すぎると、水分含有量が格段に高い濾過ケークが得られ、製品分離が難しくなる。

Claims (15)

  1. 炭素源から乳酸マグネシウムを製造するための発酵方法であって、
    発酵性炭素源を含む発酵培地を発酵反応器に供給する工程、
    アルカリ性マグネシウム塩の存在下で乳酸産生微生物によって発酵培地を発酵させて乳酸マグネシウムを含有する発酵ブロスを得る工程、及び
    乳酸マグネシウムを含有する発酵ブロスから固体乳酸マグネシウムを回収する工程
    を含んでおり、当該発酵方法の操作時間の４０％以上の期間、発酵ブロス中の固体乳酸マグネシウムの濃度が、発酵ブロスの全量に対する固体乳酸マグネシウム結晶として計算して、５〜４０体積％の範囲内に維持される、方法。
  2. 発酵ブロス中の固体乳酸マグネシウムの濃度が、操作時間の上記割合の期間、５〜３５体積％の範囲内、特に１０〜３０体積％の範囲内、幾つかの実施形態では１０〜２５体積％の範囲内にある、請求項１に記載の方法。
  3. 発酵ブロス中の固体乳酸マグネシウムの濃度が、操作時間の上記割合の期間、１５〜４０体積％の範囲内、特に１５〜３５体積％の範囲内、さらには１５〜３０体積％の範囲内、幾つかの実施形態では１５〜２５体積％の範囲内にある、請求項１に記載の方法。
  4. 発酵ブロス中の固体乳酸マグネシウムの濃度が、操作時間の上記割合の期間、２０〜４０体積％の範囲内、特に２０〜３５体積％の範囲内、さらには２０〜３０体積％の範囲内、幾つかの実施形態では２０〜２５体積％の範囲内にある、請求項１に記載の方法。
  5. 当該発酵方法の操作時間の６０％以上の期間、好ましくは操作時間の７０％以上の期間、さらに好ましくは操作時間の８０％以上の期間、場合によっては操作時間の９０％以上の期間、発酵ブロス中の固体乳酸マグネシウムの濃度が上記に規定する範囲内に維持される、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 当該方法が、回分法、流加法又は連続法である、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 当該方法が、操作時間の７０％以上の期間、好ましくは操作時間の８０％以上の期間、さらに好ましくは操作時間の９０％以上の期間、固体乳酸マグネシウムの濃度が上記に規定する範囲内に維持される連続法である、請求項６に記載の方法。
  8. 発酵ブロスから乳酸マグネシウムを回収する工程が、発酵反応器から固体乳酸マグネシウムを含む発酵ブロスを抜き取る工程、及び発酵ブロスから固体乳酸マグネシウムを除去する工程を含む、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の方法。
  9. 固体乳酸マグネシウムが除去された発酵ブロスが発酵反応器に再循環される、請求項８に記載の方法。
  10. 発酵ブロスから乳酸マグネシウムを回収する工程が、複数の別個の工程で間欠的に実施される、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の方法。
  11. 発酵ブロスから乳酸マグネシウムを回収する工程が、連続的に実施される、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の方法。
  12. 当該発酵方法が連続発酵法であって、発酵ブロスから乳酸マグネシウムを回収する工程が連続的に実施され、操作時間の７０％以上の期間、好ましくは操作時間の８０％以上の期間、さらに好ましくは操作時間の９０％以上の期間、固体乳酸マグネシウムの濃度が上記に規定する範囲内に好ましくは維持される、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の方法。
  13. 乳酸マグネシウムが、精製乳酸マグネシウムを生じる精製工程、例えば再結晶工程に付される、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
  14. 乳酸マグネシウムが、例えばイオン交換法又は酸性化によって、乳酸に転化され、但し酸性化の後には、酸性化工程で生成したマグネシウム塩から乳酸を分離する工程が続く、これにより例えば乳酸水溶液が得られ、該乳酸水溶液を任意には精製工程又は濃縮工程の１以上に付すことができる、請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
  15. 乳酸が、精製乳酸の形成をもたらす１以上の精製工程、例えば蒸留工程、固体結晶物としての乳酸の形成をもたらす結晶化工程、又は乳酸オリゴマーの形成をもたらすオリゴマー化工程に付されるか、或いはラクチドに、又は直接にもしくはラクチドを介してポリ乳酸に転化される、請求項１４に記載の方法。
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