JP2023159722A - Method for producing glycolic acid and polyglycolic acid - Google Patents

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    • C08G63/06Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds derived from hydroxycarboxylic acids

Abstract

To provide a method for efficiently producing plant-derived glycolic acid from sorghum useful as C4 plant, and a method for producing polyglycolic acid being biodegradable plastic from the plant-derived glycolic acid.SOLUTION: A method for producing glycolic acid includes: a first process of allowing enzyme to act on squeezed juice of sorghum, and saccharifying the squeezed juice to obtain sugar solution; a second process of executing alcohol fermentation on the sugar solution to obtain fermentation liquid containing ethanol; a third process of executing acetic fermentation on the fermentation liquid to obtain acetic acid; and a fourth process of introducing hydroxy group into α carbon of acetic acid to obtain glycolic acid.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、グリコール酸およびポリグリコール酸の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing glycolic acid and polyglycolic acid.

近年、生分解性プラスチックとしてポリグリコール酸が注目されている。ポリグリコール酸は、他の生分解性プラスチックでは達成できない、高いガスバリア性(酸素ガスや炭酸ガスを透過させにくい性質)を有し、各分野での使用が期待されている。 In recent years, polyglycolic acid has attracted attention as a biodegradable plastic. Polyglycolic acid has high gas barrier properties (properties that make it difficult for oxygen gas and carbon dioxide gas to permeate), which cannot be achieved with other biodegradable plastics, and is expected to be used in various fields.

ポリグリコール酸の原料単量体であるグリコール酸は、石油化学原料から製造されることが広く知られている(例えば、特許文献1)が、持続可能性の点から、植物原料からの製造が望まれている。 It is widely known that glycolic acid, which is the raw material monomer of polyglycolic acid, is manufactured from petrochemical raw materials (for example, Patent Document 1), but from the viewpoint of sustainability, it is difficult to manufacture it from plant raw materials. desired.

植物原料から発酵などによりグリコール酸を得る方法が知られている(例えば、特許文献2)が、発酵などの方法でグリコール酸を選択的に高い収率で得る方法は知られていない。 A method of obtaining glycolic acid from plant materials by fermentation or the like is known (for example, Patent Document 2), but a method of selectively obtaining glycolic acid with a high yield by a method such as fermentation is not known.

一方、ソルガムは光合成能率の高いC4植物であり、また容易に栽培できることから、これを生分解性プラスチックなどの加工品の原料として使用することが期待されている。 On the other hand, since sorghum is a C4 plant with high photosynthetic efficiency and can be easily cultivated, it is expected to be used as a raw material for processed products such as biodegradable plastics.

特開平8-198802号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-198802 特開2019-150824号公報JP2019-150824A

本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、C4植物として有用なソルガムから効率よく植物由来のグリコール酸を製造する方法および当該植物由来のグリコール酸から生分解性プラスチックであるポリグリコール酸を製造する方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and provides a method for efficiently producing plant-derived glycolic acid from sorghum, which is useful as a C4 plant, and a method for producing poly, which is a biodegradable plastic, from the plant-derived glycolic acid. An object of the present invention is to provide a method for producing glycolic acid.

前記課題を解決するために、本発明のグリコール酸の製造方法は、
ソルガムの搾汁に酵素を作用させて、前記搾汁を糖化して糖溶液を得る第1工程と、
前記糖溶液をアルコール発酵させてエタノールを含む発酵液を得る第2工程と、
前記発酵液を酢酸発酵させて酢酸を得る第3工程と、
前記酢酸のα炭素にヒドロキシ基を導入してグリコール酸を得る第4工程と、
を含むことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the method for producing glycolic acid of the present invention includes:
A first step of applying an enzyme to the squeezed sorghum juice to saccharify the squeezed juice to obtain a sugar solution;
a second step of alcohol-fermenting the sugar solution to obtain a fermentation liquid containing ethanol;
A third step of fermenting the fermented liquid with acetic acid to obtain acetic acid;
A fourth step of obtaining glycolic acid by introducing a hydroxy group into the α carbon of the acetic acid;
It is characterized by including.

また本発明のポリグリコール酸の製造方法は、
上記本発明のグリコール酸の製造方法によりグリコール酸を製造する工程と、
前記グリコール酸を脱水重縮合してポリグリコール酸を得る工程と
を含むことを特徴とする。
Furthermore, the method for producing polyglycolic acid of the present invention includes:
a step of producing glycolic acid by the method for producing glycolic acid of the present invention;
The method is characterized by comprising a step of dehydrating and polycondensing the glycolic acid to obtain polyglycolic acid.

本発明によれば、C4植物として有用なソルガムから効率よく植物由来のグリコール酸を製造する方法および当該植物由来のグリコール酸から生分解性プラスチックであるポリグリコール酸を製造する方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for efficiently producing plant-derived glycolic acid from sorghum, which is useful as a C4 plant, and a method for producing polyglycolic acid, which is a biodegradable plastic, from the plant-derived glycolic acid.

本実施形態に係るグリコール酸の製造方法の一例の工程フロー図である。FIG. 2 is a process flow diagram of an example of the method for producing glycolic acid according to the present embodiment. 図1に示すグリコール酸の製造方法の一例のより詳細な工程フロー図である。2 is a more detailed process flow diagram of an example of the method for producing glycolic acid shown in FIG. 1. FIG. 本実施形態に係るポリグリコール酸の製造方法の一例の工程フロー図である。FIG. 2 is a process flow diagram of an example of the method for producing polyglycolic acid according to the present embodiment. 実施例に係るポリグリコール酸の製造方法に用いる装置のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an apparatus used in a method for producing polyglycolic acid according to an example.

以下、必要に応じて図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
本明細書において、「~」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings as necessary. Note that, although various technically preferable limitations for carrying out the present invention are attached to the embodiments described below, the scope of the present invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.
In this specification, "~" is used to include the numerical values described before and after it as a lower limit value and an upper limit value.

[グリコール酸の製造方法]
本発明のグリコール酸の製造方法は、以下の第1工程~第4工程を含む。図1は、本実施形態に係るグリコール酸の製造方法の一例の工程フロー図である。
[Production method of glycolic acid]
The method for producing glycolic acid of the present invention includes the following first to fourth steps. FIG. 1 is a process flow diagram of an example of the method for producing glycolic acid according to the present embodiment.

第1工程は、ソルガムの搾汁に酵素を作用させて、前記搾汁を糖化して糖溶液を得る工程である。図1中、ソルガムの糖化工程S1で示す。以下、単に糖化工程S1ともいう。 The first step is a step in which an enzyme is applied to the squeezed sorghum juice to saccharify the squeezed juice to obtain a sugar solution. In FIG. 1, the sorghum saccharification step is indicated by S1. Hereinafter, it will also simply be referred to as saccharification step S1.

第2工程は、第1工程で得られた糖溶液をアルコール発酵させてエタノールを含む発酵液を得る工程である。図1中、アルコール発酵工程S2で示す。 The second step is a step in which the sugar solution obtained in the first step is subjected to alcohol fermentation to obtain a fermentation liquid containing ethanol. In FIG. 1, the alcohol fermentation step is shown as S2.

第3工程は、第2工程で得られた発酵液を酢酸発酵させて酢酸を得る工程である。図1中、酢酸発酵工程S3で示す。 The third step is a step of subjecting the fermentation liquid obtained in the second step to acetic acid fermentation to obtain acetic acid. In FIG. 1, the acetic acid fermentation step is shown as S3.

第4工程は、前記酢酸のα炭素にヒドロキシ基を導入してグリコール酸を得る工程である。図1中、化学処理によりグリコール酸を得る工程S4で示す。以下、単に化学処理工程S4ともいう。 The fourth step is a step of introducing a hydroxy group into the α carbon of the acetic acid to obtain glycolic acid. In FIG. 1, it is shown as step S4 of obtaining glycolic acid by chemical treatment. Hereinafter, it will also simply be referred to as chemical treatment step S4.

本発明のグリコール酸の製造方法においては、必要に応じて、上記第1工程~第4工程の他に、これらの工程の前後に追加の工程を含んでもよい。 In the method for producing glycolic acid of the present invention, in addition to the first to fourth steps described above, additional steps may be included before or after these steps, if necessary.

以下、各工程について、図2を参照しながら詳細に説明する。図2は、図1に示すグリコール酸の製造方法の一例をより詳細に示す、具体的には、糖化工程S1および化学処理工程S4を詳細に示す工程フロー図である。 Each step will be described in detail below with reference to FIG. 2. FIG. 2 is a process flow diagram showing in more detail an example of the method for producing glycolic acid shown in FIG. 1, specifically showing the saccharification step S1 and the chemical treatment step S4 in detail.

(第1工程;糖化工程S1)
第1工程においては、まず、ソルガムの搾汁を準備し、次いで搾汁を糖化する。
(First step; saccharification step S1)
In the first step, first, squeezed sorghum juice is prepared, and then the squeezed juice is saccharified.

原料となるソルガム(Sorghum bicolor (L.) Moench)は、エチオピア、スーダン周辺の北東アフリカ原産のC4植物であり世界の5大穀物の一つである。ソルガムは、熱帯原産地であるが現在は熱帯から温帯、例えば、EU諸国にわたる広い範囲で家畜の飼料などとして栽培されている。ソルガムは、日本でも栽培可能である。本発明のグリコール酸の製造方法の原料として用いることで、ソルガムの付加価値を高めることができ、休耕田の有効利用にも貢献できる。 The raw material, sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench), is a C4 plant native to northeastern Africa around Ethiopia and Sudan, and is one of the world's five major grains. Although sorghum is native to the tropics, it is currently cultivated as feed for livestock in a wide range of regions, from the tropics to the temperate regions, for example, in EU countries. Sorghum can also be cultivated in Japan. By using it as a raw material in the method for producing glycolic acid of the present invention, the added value of sorghum can be increased and it can also contribute to the effective use of fallow fields.

ソルガムは、イネ科に属するC4植物で外見はトウモロコシに類似し、最大4~5m程度の高さに達する。生育期間は3~4ヶ月と非常に短く、乾物生産量は20~50t/ha(総乾物収量)にもなる。植物全体として複合炭水化物を75%程度含んでおり、茎には糖を蓄積し、ブリックス値は12~19度程度であるとされる。 Sorghum is a C4 plant that belongs to the Poaceae family, looks similar to corn, and reaches a maximum height of about 4 to 5 meters. The growing period is very short, 3 to 4 months, and the dry matter production is 20 to 50 t/ha (total dry matter yield). The plant as a whole contains about 75% complex carbohydrates, accumulates sugar in its stems, and has a Brix value of about 12 to 19 degrees.

ソルガムには、主に種子を利用するグレインソルガムと糖を蓄積した茎を利用するスイートソルガムがある。本発明においては、原料として、ソルガムを部分的に使用してもよく、植物全体を使用してもよい。廃棄処理を考慮すれば、植物全体を使用することが好ましい。 There are two types of sorghum: grain sorghum, which mainly uses seeds, and sweet sorghum, which uses stems that accumulate sugar. In the present invention, sorghum may be used partially or the whole plant may be used as a raw material. Considering disposal, it is preferable to use the whole plant.

糖化工程では、例えば、デンプン、ペクチン、セルロースなどの多糖類を分解して少糖類、単糖類を得る。ソルガムは、植物全体として複合炭水化物を75質量%程度含有することから、適当な酵素あるいは、当該酵素を含有する微生物や菌類を用いることにより、植物全体を無駄なく使用することが可能となる。 In the saccharification step, for example, polysaccharides such as starch, pectin, and cellulose are decomposed to obtain oligosaccharides and monosaccharides. Since sorghum contains about 75% by mass of complex carbohydrates as a whole plant, by using an appropriate enzyme or a microorganism or fungus containing the enzyme, it is possible to use the whole plant without wasting it.

ソルガムから搾汁を得る方法は特に限定されないが、例えば、図2に示すようにソルガムを破砕(工程S11)し、蒸熱処理(工程S12)し、搾汁(工程S13)する方法で得る方法が、ソルガムから搾汁中により効果的に複合炭水化物を取り出すことができる点から好ましい。 The method for obtaining juice from sorghum is not particularly limited, but for example, as shown in FIG. , is preferable because complex carbohydrates can be extracted more effectively from sorghum during juice extraction.

<ソルガムの破砕;工程S11>
ソルガムは、典型的には、収穫後、乾燥された状態で保管される。効率のよい搾汁を行うために、乾燥されたソルガムを機械的処理により破砕してチップ(小片)とする。なお、「破砕」には、切断、粉砕、剪断、および細断などが含まれる。
<Crushing sorghum; Step S11>
After harvest, sorghum is typically stored in a dry state. In order to extract juice efficiently, dried sorghum is mechanically crushed into chips (small pieces). Note that "crushing" includes cutting, crushing, shearing, shredding, and the like.

ソルガムの破砕方法は、特に制限されず、従来公知の方法で行うことができる。例えば、従来公知の乾燥植物用の各種カッター、粉砕機などの破砕装置を用いて乾燥ソルガムを破砕することができる。ソルガムを破砕して得られるチップ(小片)の大きさとしては、例えば、最大径が2~5mm程度であることが好ましい。以下、工程S11で得られたチップ状のソルガムを「破砕ソルガム」ともいう。 The method for crushing sorghum is not particularly limited, and any conventionally known method can be used. For example, dried sorghum can be crushed using conventionally known crushing devices for dried plants, such as various cutters and crushers. As for the size of chips (small pieces) obtained by crushing sorghum, it is preferable that the maximum diameter is, for example, about 2 to 5 mm. Hereinafter, the chip-shaped sorghum obtained in step S11 will also be referred to as "crushed sorghum."

<蒸熱処理;工程S12>
次いで、工程S11で得られた破砕ソルガムに蒸熱処理を施す。なお、蒸熱処理は、水蒸気の雰囲気で加熱処理することをいう。
<Steaming treatment; Step S12>
Next, the crushed sorghum obtained in step S11 is subjected to steaming treatment. Note that the steam treatment refers to heat treatment in an atmosphere of steam.

ソルガムは、デンプン粒を含む複合炭水化物を70質量%以上、好ましくは75質量%程度含んでいる。一般的に天然デンプン粒はそのままでは酵素作用を受けにくい。これはデンプン分子が規則正しく配列して粒(β化デンプン)を形成し水に不溶であるため酵素とデンプン分子との結合が妨げられているからである。破砕ソルガムに蒸熱処理を施すことにより、複合炭水化物を膨潤活性化することができ、例えば、デンプン粒についても、水と共に加熱されてゲル状になり酵素作用を受けやすくなる。 Sorghum contains 70% by mass or more, preferably about 75% by mass of complex carbohydrates including starch granules. In general, natural starch granules are not susceptible to enzyme action as they are. This is because starch molecules are regularly arranged to form grains (beta starch) and are insoluble in water, which prevents the binding of enzymes and starch molecules. By steaming crushed sorghum, complex carbohydrates can be activated to swell. For example, starch granules can also be heated with water to become gel-like and susceptible to enzymatic action.

蒸熱処理は、例えば、水蒸気の雰囲気で加熱が可能な装置で行うことができる。具体的には、密閉可能な装置に破砕ソルガムを収容し、当該装置に水蒸気を導入し、装置を所定の温度に保ちつつ、破砕ソルガムを撹拌しながら破砕ソルガムと水蒸気を接触させることで行うことができる。 The steaming treatment can be performed, for example, with an apparatus capable of heating in a steam atmosphere. Specifically, this is done by storing crushed sorghum in a sealable device, introducing steam into the device, and bringing the crushed sorghum into contact with the steam while stirring the crushed sorghum while keeping the device at a predetermined temperature. I can do it.

なお、蒸熱処理は、破砕ソルガムを収容した装置に高温の水を供給して行ってもよい。蒸熱処理の温度は、例えば、100℃以上が好ましく、80~130℃の範囲で行うことがより好ましい。装置は、必要に応じて減圧または加圧されてもよい。 Note that the steaming treatment may be performed by supplying high-temperature water to an apparatus containing crushed sorghum. The temperature of the steaming treatment is preferably, for example, 100°C or higher, and more preferably in the range of 80 to 130°C. The device may be evacuated or pressurized as required.

蒸熱処理における破砕ソルガムに対する水の量は、破砕ソルガムの100Lに対して、例えば、水が50~200Lとなる量が挙げられ、80~120Lの量が好ましい。 The amount of water for crushed sorghum in the steaming treatment is, for example, 50 to 200 L per 100 L of crushed sorghum, and preferably 80 to 120 L.

蒸熱処理の時間は、水(水蒸気)の温度および破砕ソルガムに対する水の量などによるが、概ね1~12の処理時間が挙げられ、1~2時間程度が好ましい。 The time for the steaming treatment depends on the temperature of water (steam), the amount of water relative to the crushed sorghum, etc., but is generally 1 to 12 hours, preferably about 1 to 2 hours.

<搾汁;工程S13>
工程S12の後、蒸熱処理が施された破砕ソルガムと工程S12で加えた水の混合物を圧搾して搾汁を得る。得られる搾汁には、工程S12で膨潤活性化された複合炭水化物が水に溶解した状態で含有される。このように、水に溶解した複合炭水化物は老化しにくい。
<Juicing; Step S13>
After step S12, the mixture of the steam-treated crushed sorghum and the water added in step S12 is squeezed to obtain squeezed juice. The resulting squeezed juice contains the complex carbohydrates that were activated to swell in step S12 in a state dissolved in water. Thus, complex carbohydrates dissolved in water are less susceptible to aging.

なお、得られた搾汁に、可溶化できていない物質(不溶物)が含まれる場合には、当該不溶物は、濾過などの従来公知の方法で除去されることが好ましい。また、搾汁後のカス(固形物)は家畜の飼料原料として使用可能である。 In addition, when the obtained squeezed juice contains substances that have not been solubilized (insoluble substances), it is preferable that the insoluble substances are removed by a conventionally known method such as filtration. In addition, the residue (solid material) after squeezing the juice can be used as feed material for livestock.

<搾汁の糖化;工程S15>
工程S15は、工程S13で得られた搾汁を糖化して糖溶液を得る工程である。ソルガムの搾汁には、典型的には、デンプン、ペクチンおよびセルロースなどの多糖類が混合して含有される。搾汁には、多くの場合、少糖類や単糖類も含まれる。
<Saccharification of juice; Step S15>
Step S15 is a step of saccharifying the squeezed juice obtained in step S13 to obtain a sugar solution. Sorghum juice typically contains a mixture of polysaccharides such as starch, pectin, and cellulose. Juice often also contains oligosaccharides and monosaccharides.

ここで、搾汁を糖化するとは、多糖類を発酵処理により加水分解して、アルコール発酵が可能な少糖類や単糖類とすることをいう。例えば、デンプンであれば、以下の式により加水分解され、グルコースを生成する。 Here, saccharification of squeezed juice refers to hydrolyzing polysaccharides through fermentation treatment to produce oligosaccharides and monosaccharides that can undergo alcoholic fermentation. For example, starch is hydrolyzed according to the following formula to produce glucose.

(C10)n+n(HO)→nC12
上記式によれば、デンプン1kgからグルコース1.1kgが生成する。水が加わった分だけ、得られるグルコースの質量が増加する。
(C 6 H 10 O 5 )n+n(H 2 O)→nC 6 H 12 O 6
According to the above formula, 1.1 kg of glucose is produced from 1 kg of starch. The mass of glucose obtained increases by the amount of water added.

搾汁に含まれる多糖類を糖化、すなわち、加水分解するためには、例えば、搾汁に糖化酵素を添加して糖化反応を行う。糖化酵素としては、例えば、グルコアミラーゼ、α-アミラーゼ、セルラーゼ、ペクチナーゼなどを使用することができる。これらの酵素は、例えば、活性化されて加水分解に用いられる。 In order to saccharify, that is, hydrolyze the polysaccharides contained in the squeezed juice, for example, a saccharifying enzyme is added to the squeezed juice to perform the saccharification reaction. As the saccharifying enzyme, for example, glucoamylase, α-amylase, cellulase, pectinase, etc. can be used. These enzymes, for example, are activated and used for hydrolysis.

グルコアミラーゼはデンプンの非還元性末端からα-1,4結合をグルコース単位にエキソ型で切断する酵素である。グルコアミラーゼは、また、分岐点のα-1,6結合も分解する機能を有し、デンプンをほとんどグルコースに分解することができる酵素である。 Glucoamylase is an enzyme that cleaves α-1,4 bonds from the non-reducing end of starch into glucose units in exo form. Glucoamylase also has the function of decomposing α-1,6 bonds at branch points, and is an enzyme that can decompose starch into almost all glucose.

α-アミラーゼはデンプン、グリコーゲンなどのα-1,4結合をランダムに切断するエンド型酵素でデンプンゲルに作用させると粘度が急激に低下して水のようになる。デンプン液化酵素ともいう。 α-amylase is an endo-type enzyme that randomly cleaves α-1,4 bonds in starch, glycogen, etc. When it acts on starch gel, its viscosity rapidly decreases and becomes water-like. Also called starch liquefying enzyme.

セルラーゼは、セルロースのグルコシド結合を切断する加水分解酵素である。ペクチナーゼは、植物の果物類、細胞膜の間を埋めているガラクツロン酸の重合物であるペクチンに作用して、加水分解する酵素である。 Cellulases are hydrolytic enzymes that cleave glucosidic bonds in cellulose. Pectinase is an enzyme that acts on and hydrolyzes pectin, which is a polymer of galacturonic acid that fills the space between the cell membranes of fruit and plants.

これらの加水分解酵素は、例えば、(1)精製酵素として、(2)細菌から生成された酵素を含む酵素産生微生物の発酵ブロスとして、(3)酵素産生微生物の溶解細胞の抽出物として、または、(4)酵素反応と、反応再生に必要な酵素産生微生物の生存率(特定の補因子の利用可能性)との両方が可能となるように前処理した酵素産生微生物の生細胞として、用いることができる。 These hydrolytic enzymes can be used, for example, (1) as purified enzymes, (2) as fermentation broths of enzyme-producing microorganisms containing enzymes produced by bacteria, (3) as extracts of lysed cells of enzyme-producing microorganisms, or , (4) Used as living cells of enzyme-producing microorganisms that have been pretreated to enable both the enzyme reaction and the survival rate (availability of specific cofactors) of the enzyme-producing microorganisms necessary for reaction regeneration. be able to.

本発明においては、例えば、上記の(2)~(4)のいずれかの態様が好ましい。酵素産生微生物は、例えば、工程S13で得られた破砕ソルガム中に含まれており、破砕ソルガムを培養した培養液((2)または(4)の態様)を糖化に用いることもできる。また、得られた培養液を用いて(3)の態様とすることも可能である。 In the present invention, for example, any one of the above embodiments (2) to (4) is preferred. The enzyme-producing microorganism is contained, for example, in the crushed sorghum obtained in step S13, and the culture solution in which the crushed sorghum is cultured (aspect (2) or (4)) can also be used for saccharification. It is also possible to carry out the embodiment (3) using the obtained culture solution.

破砕ソルガムの培養に際しては、培地となる成分を追加することが好ましい。培地としては、従来公知の培地を用いることができる。 When culturing crushed sorghum, it is preferable to add a component to serve as a medium. As the culture medium, a conventionally known culture medium can be used.

培地としては、炭素源または炭素基質、窒素源、例えば、ペプトン、酵母抽出物、肉抽出物、麦芽抽出物、尿素、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウムおよびリン酸アンモニウム;リン源、例えば、リン酸一カリウムまたはリン酸二カリウム;微量元素(例えば、金属塩)、例えば、マグネシウム塩、コバルト塩および/またはマンガン塩;同様にアミノ酸およびビタミン等の成長因子等の細胞の維持および/または成長に不可欠または有益な栄養素を含む培地、例えば、無菌の液体培地が挙げられる。 The medium includes carbon sources or carbon substrates, nitrogen sources such as peptone, yeast extract, meat extract, malt extract, urea, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium nitrate and ammonium phosphate; potassium or dipotassium phosphate; trace elements (e.g. metal salts), such as magnesium salts, cobalt salts and/or manganese salts; as well as amino acids and growth factors such as vitamins essential for the maintenance and/or growth of cells or Media containing beneficial nutrients include, for example, sterile liquid media.

破砕ソルガムの培養は、例えば、破砕ソルガムに上記液体培地を添加し、嫌気培養槽で、好ましい温度として25~35℃の範囲で行うことができる。破砕ソルガムに対する上記液体培地の添加割合は、体積で概ね5~10倍とすることができる。 Crushed sorghum can be cultured, for example, by adding the above-mentioned liquid medium to crushed sorghum in an anaerobic culture tank at a preferable temperature range of 25 to 35°C. The addition ratio of the liquid medium to the crushed sorghum can be approximately 5 to 10 times the volume.

工程S15の搾汁の糖化においては、工程S13で得られた搾汁に、上記のような加水分解酵素の供給源として上記のように培養された破砕ソルガムの培養液が添加され、糖化(加水分解反応)が行なわれる。 In the saccharification of the squeezed juice in step S15, the culture solution of the crushed sorghum cultured as described above is added to the squeezed juice obtained in step S13 as a source of the hydrolytic enzyme, and the saccharification (hydration) is performed. decomposition reaction) takes place.

糖化の条件としては、pHを6~7、温度を30~50℃の範囲に調整することが好ましい。糖化は、例えば、撹拌手段を有する槽(糖化槽)で行われる。糖化処理の時間は、糖化槽の容量などにもよるが、例えば、糖溶液の糖分濃度が後述の好ましい濃度となるまでの時間であり、具体的には12~24時間程度が挙げられる。 As conditions for saccharification, it is preferable to adjust the pH to 6 to 7 and the temperature to a range of 30 to 50°C. Saccharification is performed, for example, in a tank (saccharification tank) having a stirring means. The time for the saccharification treatment depends on the capacity of the saccharification tank, etc., but is, for example, the time required for the sugar concentration of the sugar solution to reach the preferred concentration described below, and specifically, about 12 to 24 hours.

工程S15において、糖化槽の上澄みが次のアルコール発酵工程S2に用いられる。糖化槽下部の下澄みは、例えば、工程S12の蒸熱処理に戻して、再処理される。糖化槽下部の下澄みは、また、以下のアルコール発酵工程S2において、酵母の培養に用いてもよい。なお、糖化処理を撹拌しながら行った場合、撹拌終了後、糖化槽内の混合物を静置することで、上澄みと下澄みに分離できる。 In step S15, the supernatant of the saccharification tank is used in the next alcohol fermentation step S2. The bottom liquid at the bottom of the saccharification tank is reprocessed, for example, by returning it to the steaming treatment in step S12. The bottom liquid at the bottom of the saccharification tank may also be used for culturing yeast in the following alcohol fermentation step S2. In addition, when the saccharification treatment is performed while stirring, the mixture in the saccharification tank can be allowed to stand after stirring to separate it into a supernatant and a bottom liquid.

ここで、上記工程S15に際して、糖化して得られる糖溶液をより高い糖分濃度とするために、ソルガムの搾汁を糖化した場合の糖溶液の糖分濃度に比べて、糖化して得られる糖溶液の糖分濃度が高い植物の搾汁(以下、「その他の植物の搾汁」ともいう。)を加えること(工程S14)が好ましい。 Here, in step S15, in order to make the sugar solution obtained by saccharification have a higher sugar concentration, the sugar solution obtained by saccharification is made to have a higher sugar concentration than the sugar solution obtained by saccharifying squeezed sorghum juice. It is preferable to add the squeezed juice of a plant with a high sugar concentration (hereinafter also referred to as "squeezed juice of other plants") (step S14).

なお、工程S15で得られる糖溶液には、グルコース、フルクトース、ガラクトースなどの単糖類の他に、ショ糖、スクロース、ラクトースなどの二糖類が含まれていてもよい。糖分濃度は、これらの糖分全体の濃度として測定される。 Note that the sugar solution obtained in step S15 may contain disaccharides such as sucrose, sucrose, and lactose in addition to monosaccharides such as glucose, fructose, and galactose. Sugar concentration is measured as the total concentration of these sugars.

工程S15で得られる糖溶液の糖分濃度は、好ましくは20~40%であり、より好ましくは30~40%である。ソルガムの搾汁を糖化した場合の糖溶液の糖分濃度を高めて、30~40%とするために、上記その他の植物の搾汁として、例えば、ステビア、柿、サトウキビなどの搾汁が挙げられ、ステビアの搾汁が好ましい。 The sugar concentration of the sugar solution obtained in step S15 is preferably 20 to 40%, more preferably 30 to 40%. In order to increase the sugar concentration of the sugar solution when saccharifying sorghum juice to 30 to 40%, examples of the juice of other plants mentioned above include stevia, persimmon, sugarcane, etc. , Stevia juice is preferred.

ステビアは、(Stevia rebaudiana)は、南アメリカ原産のキク科ステビア属の多年草である。ステビアの搾汁は、例えば、上記ソルガムの搾汁を得る方法と同様の方法で製造することができる。 Stevia (Stevia rebaudiana) is a perennial plant of the genus Stevia in the family Asteraceae, native to South America. Stevia juice can be produced, for example, by a method similar to the method for obtaining the above-mentioned sorghum juice.

ソルガムの搾汁に対するその他の植物の搾汁の添加の割合は、ソルガムの搾汁の全量に対して体積で3~10%程度が好ましい。 The ratio of the juice of other plants added to the squeezed sorghum juice is preferably about 3 to 10% by volume based on the total amount of squeezed sorghum juice.

(第2工程;アルコール発酵工程S2)
第2工程S2では、第1工程S1で得られた糖溶液をアルコール発酵させて、エタノールを含む発酵液を得る。
(Second step; Alcohol fermentation step S2)
In the second step S2, the sugar solution obtained in the first step S1 is subjected to alcohol fermentation to obtain a fermentation liquid containing ethanol.

アルコール発酵は、酵母菌の作用により、グルコース、フルクトース、ショ糖などの糖を分解してエタノールと二酸化炭素を生成しエネルギーを得る代謝プロセスであり、酸素を必要としない嫌気的反応である。 Alcoholic fermentation is a metabolic process in which energy is obtained by decomposing sugars such as glucose, fructose, and sucrose to produce ethanol and carbon dioxide through the action of yeast, and is an anaerobic reaction that does not require oxygen.

具体的には、グルコースを例にすると、以下の式に示されるように、グルコース1分子を分解してエタノール2分子と二酸化炭素2分子を生成する反応である。
12→2COH+2CO
Specifically, taking glucose as an example, this is a reaction in which one molecule of glucose is decomposed to produce two molecules of ethanol and two molecules of carbon dioxide, as shown in the following formula.
C 6 H 12 O 6 →2C 2 H 5 OH+2CO 2

上記式によれば、グルコース1kgから約0.4kgのエタノールが得られる。エタノールの比重が0.7947なので容量で算出すると約0.5Lが生成できる。 According to the above formula, about 0.4 kg of ethanol can be obtained from 1 kg of glucose. Since the specific gravity of ethanol is 0.7947, approximately 0.5L can be produced when calculated in terms of volume.

アルコール発酵には、酵母菌を用いる。酵母菌としては、アルコール発酵を可能とする酵母菌であれば特に制限されない。 Yeast is used for alcoholic fermentation. The yeast is not particularly limited as long as it is capable of alcoholic fermentation.

例えば、サッカロマイセス属(Saccharomyces)、カンジダ属(Candida)、トルロプシス属(Torulopsis)、ジゴサッカロマイセス属(Zygosaccharomyces)、シゾサッカロマイセス属(Schizosaccharomyces)、ピチア属(Pichia)、ヤロウィア属(Yarrowia)、ハンセヌラ属(Hansenula)、クルイウェロマイセス属(Kluyveromyces)、デバリオマイセス属(Debaryomyces)、ゲオトリクム属(Geotrichum)、ウィッケルハミア属(Wickerhamia)、フェロマイセス属(Fellomyces)などの酵母菌が挙げられる。サッカロマイセス属(Saccharomyces)の酵母菌が好ましい。 For example, Saccharomyces, Candida, Torulopsis, Zygosaccharomyces, Schizosaccharomyces, Pichia ( Pichia), Yarrowia, Hansenula ( Examples include yeasts such as Hansenula, Kluyveromyces, Debaryomyces, Geotrichum, Wickerhamia, and Fellomyces. Yeasts of the genus Saccharomyces are preferred.

ここで、酵母菌はアルコール発酵に先立って培養されることが好ましい。酵母菌は上記のとおり糖を分解することでエネルギーをもらって成長と増殖をする。酵母菌の培養は、例えば、嫌気培養槽で、酵母に培地と糖を添加して行うことができる。糖としては、例えば、工程S15において糖化処理後に得られる糖化槽の下澄みを利用することができる。 Here, the yeast is preferably cultured prior to alcohol fermentation. As mentioned above, yeast obtains energy by decomposing sugar to grow and multiply. The yeast can be cultured, for example, in an anaerobic culture tank by adding a medium and sugar to the yeast. As the sugar, for example, the bottom liquid of the saccharification tank obtained after the saccharification treatment in step S15 can be used.

酵母の培養の条件としては、嫌気性であり、pH4~6、温度25~28℃が挙げられる。培地としては、上記糖化に際して、酵素産生微生物を培養するのに例示した培地と同様の培地を用いることが可能である。 Conditions for culturing yeast include anaerobic conditions, pH 4 to 6, and temperature 25 to 28°C. As the medium, it is possible to use the same medium as the medium exemplified for culturing the enzyme-producing microorganism during the saccharification.

アルコール発酵は、例えば、撹拌手段を有する槽(アルコール発酵槽)で行われる。アルコール発酵槽には、工程S15で得られる糖溶液と酵母菌の培養液が投入され、例えば、以下の条件でアルコール発酵が行なわれる。 Alcohol fermentation is performed, for example, in a tank (alcohol fermenter) having a stirring means. The sugar solution obtained in step S15 and the yeast culture solution are put into the alcohol fermentation tank, and alcohol fermentation is performed under, for example, the following conditions.

アルコール発酵の条件としては、pHを4~6、温度を22~28℃の範囲に調整することが好ましい。アルコール発酵における処理時間は、アルコール発酵槽の容量などにもよるが、例えば、アルコール発酵槽内の混合物におけるエタノール濃度が適度な濃度、例えば、15~25質量%程度となるまでの時間であり、具体的には24~48時間程度が挙げられる。 As conditions for alcoholic fermentation, it is preferable to adjust the pH to a range of 4 to 6 and the temperature to a range of 22 to 28°C. The processing time in alcohol fermentation depends on the capacity of the alcohol fermenter, but is, for example, the time until the ethanol concentration in the mixture in the alcohol fermenter reaches an appropriate concentration, for example, about 15 to 25% by mass, Specifically, about 24 to 48 hours may be mentioned.

(第3工程;酢酸発酵工程S3)
第3工程S3では、第2工程S2で得られたエタノールを含む発酵液(以下、「アルコール発酵液」ともいう。)を酢酸発酵させて酢酸を得る工程である。なお、アルコール発酵液はアルコール発酵槽の上澄みとして得られる。また、アルコール発酵槽の下澄みは、例えば、酢酸菌の培養などに利用できる。
(Third step; acetic acid fermentation step S3)
In the third step S3, the fermentation liquid containing ethanol obtained in the second step S2 (hereinafter also referred to as "alcoholic fermentation liquid") is subjected to acetic acid fermentation to obtain acetic acid. Note that the alcoholic fermentation liquid is obtained as the supernatant of the alcohol fermenter. Further, the bottom liquid of the alcohol fermenter can be used, for example, for culturing acetic acid bacteria.

酢酸発酵は、酢酸菌の働きにより、以下の式に示されるように、エタノールと酸素から酢酸と水を生成する反応である。
OH+O→CHCOOH+H
Acetic acid fermentation is a reaction in which acetic acid and water are produced from ethanol and oxygen by the action of acetic acid bacteria, as shown in the following formula.
C 2 H 5 OH + O 2 → CH 3 COOH + H 2 O

酢酸菌はエタノールや糖を不完全に酸化して有機酸を生成する細菌の総称である。酢酸発酵は、詳細には、酸化発酵の一種で空気中の酸素を利用する酢酸菌の働きでエタノールを好気的に酸化させてアセトアルデヒドから酢酸を作る発酵である。アルコールの酸化過程は2段階である。アルコール脱水素酵素によってエタノールがアセトアルデヒドに転換する。その次に、アセトアルデヒドがアルデヒド脱水素酵素によって酢酸に転換される。 Acetobacter is a general term for bacteria that incompletely oxidize ethanol and sugar to produce organic acids. Specifically, acetic acid fermentation is a type of oxidative fermentation in which ethanol is aerobically oxidized by the action of acetic acid bacteria that utilize oxygen in the air to produce acetic acid from acetaldehyde. The alcohol oxidation process is in two stages. Alcohol dehydrogenase converts ethanol to acetaldehyde. Acetaldehyde is then converted to acetic acid by aldehyde dehydrogenase.

酢酸菌としては、酢酸発酵を可能とする菌であれば、特に制限されない。例えば、アセトバクター属(Acetobacter)、グルコナセトバクター属(Gluconacetobacter)などの酢酸菌が挙げられる。グルコナセトバクター属(Gluconacetobacter)の酢酸菌が好ましい。 The acetic acid bacteria are not particularly limited as long as they are capable of acetic acid fermentation. Examples include acetic acid bacteria such as Acetobacter and Gluconacetobacter. Acetic acid bacteria of the genus Gluconacetobacter are preferred.

ここで、酢酸菌は酢酸発酵に先立って培養されることが好ましい。酢酸菌の培養は、例えば、好気培養槽で、破砕ソルガムに酢酸菌および培地を添加して行うことができる。酢酸菌の培養の条件としては、好気性であり、pH4~6、温度20~30℃の条件が挙げられる。培地としては、上記糖化に際して、酵素産生微生物を培養するのに例示した培地と同様の培地を用いることが可能である。酢酸菌の培養においては、培地にさらに、アルコール発酵工程S2後のアルコール発酵槽の下澄みを加えてもよい。 Here, the acetic acid bacteria are preferably cultured prior to acetic acid fermentation. Cultivation of acetic acid bacteria can be carried out, for example, by adding acetic acid bacteria and a medium to crushed sorghum in an aerobic culture tank. Conditions for culturing acetic acid bacteria include aerobic conditions, pH 4 to 6, and temperature 20 to 30°C. As the medium, it is possible to use the same medium as the medium exemplified for culturing the enzyme-producing microorganism during the saccharification. In culturing acetic acid bacteria, the lower liquid of the alcohol fermenter after the alcohol fermentation step S2 may be further added to the medium.

酢酸発酵は、例えば、撹拌手段を有する槽(酢酸発酵槽)で行われる。酢酸発酵槽には、アルコール発酵工程S2で得られるアルコール発酵液と酢酸菌の培養液が投入され、例えば、以下の条件で酢酸発酵が行なわれる。 Acetic acid fermentation is performed, for example, in a tank equipped with stirring means (acetic acid fermenter). The alcohol fermentation liquid obtained in the alcohol fermentation step S2 and the culture liquid of acetic acid bacteria are charged into the acetic acid fermentation tank, and acetic acid fermentation is performed under the following conditions, for example.

酢酸発酵の条件としては、pHを3.5~6.5、温度を25~30℃、アルコール濃度5~10質量%の範囲に調整することが好ましい。温度以外は、酢酸発酵を開始する前に適宜調整され、温度は酢酸発酵時に調整することが好ましい。酢酸発酵は、曝気を行いながら進めることが好ましい。曝気は継続して行ってもよいが、曝気と休止を繰り返して行うことが好ましい。 The conditions for acetic acid fermentation are preferably adjusted to a pH of 3.5 to 6.5, a temperature of 25 to 30°C, and an alcohol concentration of 5 to 10% by mass. Everything other than temperature is adjusted as appropriate before starting acetic acid fermentation, and it is preferable that temperature is adjusted during acetic acid fermentation. It is preferable to proceed with acetic acid fermentation while performing aeration. Although aeration may be performed continuously, it is preferable to repeat aeration and pause.

酢酸発酵における処理時間は、酢酸発酵槽の容量などにもよるが、例えば、酢酸発酵槽内の混合物における酢酸濃度が適度な濃度、例えば、10~20質量%程度となるまでの時間であり、具体的には24~48時間程度が挙げられる。 The processing time in acetic acid fermentation depends on the capacity of the acetic acid fermenter, but is, for example, the time until the acetic acid concentration in the mixture in the acetic acid fermenter reaches an appropriate concentration, for example, about 10 to 20% by mass, Specifically, about 24 to 48 hours may be mentioned.

このようにして、酢酸発酵工程S3により酢酸が得られる。ここで、酢酸発酵工程S3において、酢酸発酵後の酢酸は水溶液の状態である。工程4の化学処理に供する酢酸は、酢酸単体であることが好ましい。酢酸発酵で得られる発酵液における酢酸濃度は、例えば、10~20質量%程度である。発酵液から酢酸を単離する方法としては、酢酸と酢酸以外の成分の沸点差を利用する方法が挙げられる。発酵液中の酢酸以外の成分の殆どは水である。酢酸の沸点は118℃であり、水(沸点100℃)、未反応エタノール(沸点78℃)などの成分とは十分な沸点差があり、蒸留、好ましくは、減圧蒸留などの簡易な手段で単離可能である。 In this way, acetic acid is obtained through the acetic acid fermentation step S3. Here, in the acetic acid fermentation step S3, acetic acid after acetic acid fermentation is in the state of an aqueous solution. The acetic acid used in the chemical treatment in step 4 is preferably acetic acid alone. The acetic acid concentration in the fermentation liquor obtained by acetic acid fermentation is, for example, about 10 to 20% by mass. A method for isolating acetic acid from a fermentation liquid includes a method that utilizes the difference in boiling point between acetic acid and components other than acetic acid. Most of the components other than acetic acid in the fermentation liquid are water. The boiling point of acetic acid is 118°C, which has a sufficient boiling point difference from components such as water (boiling point 100°C) and unreacted ethanol (boiling point 78°C), and can be easily purified by distillation, preferably vacuum distillation. It is possible to separate.

発酵液から酢酸を単離する方法として、エーテル抽出法を用いてもよい。具体的には、発酵液にジエチルエーテルを添加して、撹拌などにより、十分に混合するとジエチルエーテルに酢酸が溶け込んだ混合液が得られる。ジエチルエーテルは水と相溶しないため、この混合物を静置すると、下層としての水層と上層としてのジエチルエーテル層に分離する。酢酸は、ジエチルエーテル層に溶解した状態で上層に存在する。 An ether extraction method may be used to isolate acetic acid from the fermentation liquid. Specifically, when diethyl ether is added to the fermentation liquid and thoroughly mixed by stirring or the like, a mixed liquid in which acetic acid is dissolved in diethyl ether is obtained. Since diethyl ether is not compatible with water, when this mixture is allowed to stand, it separates into a lower aqueous layer and an upper diethyl ether layer. Acetic acid is present in the upper layer in a state dissolved in the diethyl ether layer.

上記ジエチルエーテル層と水層を分離し、得られたジエチルエーテル層から蒸留によりジエチルエーテルと酢酸を分離する。エーテルの沸点は34.6℃であり、容易に酢酸を単離できる。 The diethyl ether layer and the aqueous layer are separated, and diethyl ether and acetic acid are separated from the obtained diethyl ether layer by distillation. The boiling point of ether is 34.6°C, and acetic acid can be easily isolated.

(第4工程;化学処理工程S4)
第4工程では、酢酸発酵工程S3で得られた酢酸を化学処理してグリコール酸を得る工程である。グリコール酸は、以下に示すとおり、酢酸のα炭素に結合する水素のひとつがOH基に置換した構造の化合物である。
(Fourth step; chemical treatment step S4)
In the fourth step, the acetic acid obtained in the acetic acid fermentation step S3 is chemically treated to obtain glycolic acid. Glycolic acid is a compound having a structure in which one of the hydrogens bonded to the α carbon of acetic acid is replaced with an OH group, as shown below.

Figure 2023159722000002
Figure 2023159722000002

酢酸から化学処理によりグリコール酸を得る方法は、特に制限されない。本発明において、好ましくは、酢酸のα炭素に塩素原子を導入してモノクロロ酢酸とした後、得られたモノクロロ酢酸の塩素原子をヒドロキシ基に置換する方法が挙げられる。 The method of obtaining glycolic acid from acetic acid by chemical treatment is not particularly limited. In the present invention, a preferred method is to introduce a chlorine atom into the alpha carbon of acetic acid to obtain monochloroacetic acid, and then replace the chlorine atom of the obtained monochloroacetic acid with a hydroxy group.

なお、酢酸のα炭素に塩素原子を導入してモノクロロ酢酸を得る方法としては、例えば、図2に示すように、酢酸から無水酢酸を生成(工程S41)し、無水酢酸からモノクロロ酢酸を生成(工程S42)する方法が挙げられる。そして、モノクロロ酢酸からグリコール酸を生成(工程S43)する。 In addition, as a method for obtaining monochloroacetic acid by introducing a chlorine atom into the alpha carbon of acetic acid, for example, as shown in FIG. Step S42) may be mentioned. Then, glycolic acid is generated from monochloroacetic acid (step S43).

<酢酸から無水酢酸を得る工程;工程S41>
酢酸発酵工程S3で得られた酢酸は、工程S41の化学処理により無水酢酸とされる。無水酢酸は、以下の式に示すとおり、2分子の酢酸が脱水縮合した構造を有する。酢酸からその無水物である無水酢酸を得る方法としては、特に制限されず、従来公知の方法を用いることができる。
<Step of obtaining acetic anhydride from acetic acid; Step S41>
The acetic acid obtained in the acetic acid fermentation step S3 is converted into acetic anhydride through chemical treatment in step S41. Acetic anhydride has a structure in which two molecules of acetic acid are dehydrated and condensed, as shown in the following formula. The method for obtaining acetic anhydride, which is an anhydride thereof, from acetic acid is not particularly limited, and conventionally known methods can be used.

2CHCOOH→(CHCO)O+H 2CH3COOH →( CH3CO ) 2O + H2O

酸無水物の製造方法としては、例えば、カルボン酸にメタンスルホニルクロライドを、トリエチルアミンの存在下で反応させる例が知られている(J. Chem. Res., Synop. 3 100(1984))。この方法では、例えば、カルボン酸、具体的には、酢酸2モルに対して、メタンスルホニルクロライドを1.05モル、トリエチルアミンを3.5モル用いてテトラヒドロフラン中、-15℃で反応させる。反応後はテトラヒドロフランを減圧留去し、酢酸エチルを加えて炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄後、有機相を無水硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去することで目的の酸無水物、具体的には、無水酢酸を得ることができる。 As a method for producing acid anhydrides, for example, a method is known in which a carboxylic acid is reacted with methanesulfonyl chloride in the presence of triethylamine (J. Chem. Res., Synop. 3 100 (1984)). In this method, for example, carboxylic acid, specifically 2 moles of acetic acid, 1.05 moles of methanesulfonyl chloride and 3.5 moles of triethylamine are reacted in tetrahydrofuran at -15°C. After the reaction, tetrahydrofuran is distilled off under reduced pressure, ethyl acetate is added, and after washing with an aqueous sodium bicarbonate solution, the organic phase is dried over anhydrous sodium sulfate, and the solvent is distilled off to obtain the desired acid anhydride. , acetic anhydride can be obtained.

無水酢酸は、また、酢酸の熱分解により発生させたケテン(CH=C=O)を酢酸と反応させる方法で製造することもできる。 Acetic anhydride can also be produced by a method in which ketene (CH 2 =C=O) generated by thermal decomposition of acetic acid is reacted with acetic acid.

<無水酢酸からモノクロロ酢酸を得る工程;工程S42>
次いで、工程S42において、無水酢酸からモノクロロ酢酸を製造する。モノクロロ酢酸は酢酸のα炭素に結合する水素原子のひとつが塩素原子に置換された構造を有する。モノクロロ酢酸は、例えば、以下の式に示すとおり、無水酢酸に次亜塩素酸を反応させることで製造できる。次亜塩素酸は塩素のオキソ酸の1つで水素原子と塩素原子が酸素原子に結合した構造H-O-Cを持つものである。
<Step of obtaining monochloroacetic acid from acetic anhydride; Step S42>
Next, in step S42, monochloroacetic acid is produced from acetic anhydride. Monochloroacetic acid has a structure in which one of the hydrogen atoms bonded to the alpha carbon of acetic acid is replaced with a chlorine atom. Monochloroacetic acid can be produced, for example, by reacting acetic anhydride with hypochlorous acid as shown in the following formula. Hypochlorous acid is one of the chlorine oxoacids and has a structure H-OC in which a hydrogen atom and a chlorine atom are bonded to an oxygen atom.

(CHCO)O+2HClO→2CClHCOOH+H( CH3CO ) 2O +2HClO→ 2CClH2COOH + H2O

無水酢酸と次亜塩素酸を反応させてモノクロロ酢酸を製造するには、無水酢酸1モルに対して2モルの次亜塩素酸を反応させる。この場合、次亜塩素酸は水溶液として用いられる。当該水溶液における次亜塩素酸の濃度は、例えば40~60質量%程度に調整される。反応温度としては、80~180℃の範囲が挙げられる。必要に応じて、触媒を用いてもよい。 To produce monochloroacetic acid by reacting acetic anhydride with hypochlorous acid, 2 moles of hypochlorous acid are reacted with 1 mole of acetic anhydride. In this case, hypochlorous acid is used as an aqueous solution. The concentration of hypochlorous acid in the aqueous solution is adjusted to, for example, about 40 to 60% by mass. The reaction temperature includes a range of 80 to 180°C. A catalyst may be used if necessary.

反応液には、モノクロロ酢酸(沸点189℃)の他に水、未反応原料などが含まれる。反応液からモノクロロ酢酸(沸点189℃)を単離する方法としては、例えば、蒸留、好ましくは減圧蒸留が挙げられる。 The reaction solution contains monochloroacetic acid (boiling point: 189°C), water, unreacted raw materials, and the like. Examples of the method for isolating monochloroacetic acid (boiling point: 189°C) from the reaction solution include distillation, preferably vacuum distillation.

<モノクロロ酢酸からグリコール酸を得る工程;工程S43>
工程S43は、工程S42で得られたモノクロロ酢酸からグリコール酸を得る工程である。モノクロロ酢酸からグリコール酸を得るには、例えば、以下の式に示される反応を行う。
<Step of obtaining glycolic acid from monochloroacetic acid; Step S43>
Step S43 is a step of obtaining glycolic acid from the monochloroacetic acid obtained in step S42. To obtain glycolic acid from monochloroacetic acid, for example, a reaction shown by the following formula is performed.

CClHCOOH+NaOH→C(OH)HCOOH+NaCl CClH 2 COOH + NaOH → C(OH)H 2 COOH + NaCl

モノクロロ酢酸に水酸化ナトリウムを反応させる場合、水酸化ナトリウムは水溶液として用いられる。当該水溶液における水酸化ナトリウムの濃度は、例えば20~40質量%程度に調整される。反応温度としては、115~145℃の範囲が挙げられる。必要に応じて、触媒を用いてもよい。 When sodium hydroxide is reacted with monochloroacetic acid, sodium hydroxide is used as an aqueous solution. The concentration of sodium hydroxide in the aqueous solution is adjusted to, for example, about 20 to 40% by mass. The reaction temperature includes a range of 115 to 145°C. A catalyst may be used if necessary.

反応液には、上記反応においてグリコール酸と共に生成される塩化ナトリウムが含まれる。反応液中の塩化ナトリウムは、電気透析などで除去可能である。塩化ナトリウム除去後の反応液から、蒸留、例えば、減圧蒸留などによりグリコール酸を単離できる。 The reaction solution contains sodium chloride produced together with glycolic acid in the above reaction. Sodium chloride in the reaction solution can be removed by electrodialysis or the like. Glycolic acid can be isolated from the reaction solution after sodium chloride has been removed by distillation, for example, vacuum distillation.

以上、本実施形態におけるグリコール酸の製造方法について説明した。本実施形態の製造方法によれば、植物であるソルガムを原料として、酵素や微生物を利用した糖化・発酵などの生化学反応と化学処理を組み合わせることで、効率よくグリコール酸を製造することが可能である。 The method for producing glycolic acid in this embodiment has been described above. According to the production method of this embodiment, it is possible to efficiently produce glycolic acid by combining biochemical reactions such as saccharification and fermentation using enzymes and microorganisms with chemical treatments using sorghum, a plant, as a raw material. It is.

[ポリグリコール酸の製造方法]
本発明のポリグリコール酸の製造方法は、上記本発明の製造方法によりグリコール酸を製造する工程と、グリコール酸を脱水重縮合してポリグリコール酸を得る工程とを含む。本発明の製造方法によりグリコール酸を製造する工程とは、具体的には、上記した第1工程S1~第4工程S4を含むものである。
[Production method of polyglycolic acid]
The method for producing polyglycolic acid of the present invention includes a step of producing glycolic acid by the above-described production method of the present invention, and a step of dehydrating and polycondensing glycolic acid to obtain polyglycolic acid. Specifically, the steps for producing glycolic acid by the production method of the present invention include the above-described first step S1 to fourth step S4.

図3は、本実施形態に係るポリグリコール酸の製造方法の一例の工程フロー図である。図3に示す第1工程S1~第4工程にそれぞれ相当する糖化工程S1、アルコール発酵工程S2、酢酸発酵工程S3および化学処理工程S4は、上に説明したとおり行うことができる。具体的には、上に説明した図2に示す工程により行われることが好ましい。 FIG. 3 is a process flow diagram of an example of the method for producing polyglycolic acid according to the present embodiment. The saccharification step S1, the alcohol fermentation step S2, the acetic acid fermentation step S3, and the chemical treatment step S4, which correspond to the first step S1 to the fourth step shown in FIG. 3, can be performed as described above. Specifically, it is preferable to perform the process shown in FIG. 2 described above.

図3において、グリコール酸を脱水重縮合してポリグリコール酸を得る工程を工程S5で示す。本発明のポリグリコール酸の製造方法においては、必要に応じて、上記工程S1~工程S5の他に、これらの工程の前後に追加の工程を含んでもよい。 In FIG. 3, step S5 represents the step of dehydrating and polycondensing glycolic acid to obtain polyglycolic acid. In the method for producing polyglycolic acid of the present invention, in addition to the above steps S1 to S5, additional steps may be included before or after these steps, if necessary.

工程S5におけるグリコール酸の脱水重縮合は、従来公知の方法で行うことができる。グリコール酸は下記化学式に示すとおり1分子中にヒドロキシ基とカルボキシ基の両方を有する化合物である。分子間でヒドロキシ基とカルボキシ基がエステル結合を繰り返すことで、下記化学式で示されポリグリコール酸が生成される。式中nは重合度を示し、2以上の整数である。 The dehydration polycondensation of glycolic acid in step S5 can be performed by a conventionally known method. Glycolic acid is a compound having both a hydroxy group and a carboxy group in one molecule as shown in the chemical formula below. By repeating ester bonds between hydroxy groups and carboxy groups between molecules, polyglycolic acid is produced as shown by the chemical formula below. In the formula, n indicates the degree of polymerization and is an integer of 2 or more.

ここで、グリコール酸をモノマーとして脱水重縮合によりポリグリコール酸を製造する方法の他に、グリコール酸をその環状ジエステルであるグリコリドとして、グリコリドを開環重合することでポリグリコール酸を製造してもよい。 Here, in addition to the method of producing polyglycolic acid by dehydration polycondensation using glycolic acid as a monomer, polyglycolic acid may also be produced by ring-opening polymerization of glycolide using glycolic acid as its cyclic diester, glycolide. good.

Figure 2023159722000003
Figure 2023159722000003

グリコール酸をモノマーとして脱水重縮合により、またはグリコリドを開環重合することで、ポリグリコール酸を製造する方法としては、例えば、塊状重合、乳化重合、溶液重合などが挙げられるが、溶液重合が好ましい。 Methods for producing polyglycolic acid by dehydration polycondensation using glycolic acid as a monomer or by ring-opening polymerization of glycolide include, for example, bulk polymerization, emulsion polymerization, solution polymerization, etc., but solution polymerization is preferred. .

溶液重合に用いる溶媒としては、グリコール酸またはグリコリドを溶解できる溶媒であれば、特に制限されない。具体的には、トルエン、キシレンなどが挙げられる。 The solvent used for solution polymerization is not particularly limited as long as it can dissolve glycolic acid or glycolide. Specific examples include toluene and xylene.

重合に際して、必要に応じて、塩化スズ(II)、2-エチルヘキサンスズ(II)、塩化スズ(II)2水和物、p-トルエンスルホン酸などの触媒を追加する。 During polymerization, a catalyst such as tin(II) chloride, 2-ethylhexanetin(II), tin(II) chloride dihydrate, p-toluenesulfonic acid, etc. is added as necessary.

なお、グリコリドの開環重合によって製造する場合に使用する触媒としては、ハロゲン化スズ、有機カルボン酸スズなどのスズ系化合物;アルコキシチタネートなどのチタン系化合物;アルコキシアルミニウムなどのアルミニウム系化合物;ジルコニウムアセチルアセトンなどのジルコニウム系化合物;ハロゲン化アンチモン、酸化アンチモンなどのアンチモン系化合物といった公知の開環重合触媒が挙げられる。 In addition, the catalysts used when producing glycolide by ring-opening polymerization include tin-based compounds such as tin halides and organic tin carboxylates; titanium-based compounds such as alkoxytitanate; aluminum-based compounds such as alkoxyaluminum; zirconium acetylacetone. Known ring-opening polymerization catalysts include zirconium-based compounds such as; and antimony-based compounds such as antimony halides and antimony oxide.

重合温度としては、120~300℃が好ましく、130~250℃がより好ましく、140~240℃が特に好ましく、150~230℃が最も好ましい。重合温度が上記下限未満になると、重合が十分に進行しない傾向にあり、他方、上記上限を超えると、生成した樹脂が熱分解する傾向にある。 The polymerization temperature is preferably 120 to 300°C, more preferably 130 to 250°C, particularly preferably 140 to 240°C, and most preferably 150 to 230°C. When the polymerization temperature is less than the above lower limit, polymerization tends not to proceed sufficiently, whereas when it exceeds the above upper limit, the produced resin tends to be thermally decomposed.

また、重合時間としては、目的とするポリグリコール酸の分子量によるが、2分間~50時間が好ましく、3分間~30時間がより好ましく、5分間~20時間が特に好ましい。重合時間が上記下限未満になると、重合が十分に進行しない傾向にあり、他方、上記上限を超えると、生成した樹脂が着色する傾向にある。 The polymerization time is preferably 2 minutes to 50 hours, more preferably 3 minutes to 30 hours, and particularly preferably 5 minutes to 20 hours, depending on the molecular weight of the target polyglycolic acid. When the polymerization time is less than the above-mentioned lower limit, polymerization tends not to proceed sufficiently, whereas when it exceeds the above-mentioned upper limit, the produced resin tends to be colored.

重合反応後の反応液から溶媒等の不純物を蒸留、例えば、減圧蒸留で除去し、粗ポリグリコール酸を得た後、水分を凍結乾燥により除去することで、精製されたポリグリコール酸が得られる。 Impurities such as the solvent are removed from the reaction solution after the polymerization reaction by distillation, for example, by vacuum distillation to obtain crude polyglycolic acid, and then the water is removed by freeze-drying to obtain purified polyglycolic acid. .

ポリグリコール酸の分子量は、用途に応じて適宜調整される。ポリグリコール酸の分子量は、重量平均分子量(Mw)として、概ね10,000~800,000の範囲が挙げられ、数平均分子量(Mn)として、概ね5,000~200,000の範囲が挙げられる。 The molecular weight of polyglycolic acid is adjusted as appropriate depending on the application. Regarding the molecular weight of polyglycolic acid, the weight average molecular weight (Mw) is generally in the range of 10,000 to 800,000, and the number average molecular weight (Mn) is generally in the range of 5,000 to 200,000. .

以上本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。 Although several embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes the scope of the invention described in the claims and equivalent ranges thereof. .

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、下記実施例において、特記しない限り、操作は室温(25℃)で行われたものとする。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. In the following examples, unless otherwise specified, operations were performed at room temperature (25° C.).

図4は、以下のポリグリコール酸の製造方法に係る実施例で用いた装置のブロック図を示す。以下の実施例では、図2に示す工程フロー図にしたがってグリコール酸を製造し、得られたグリコール酸を脱水重縮合してポリグリコール酸を製造した。 FIG. 4 shows a block diagram of an apparatus used in the following examples of the method for producing polyglycolic acid. In the following examples, glycolic acid was produced according to the process flowchart shown in FIG. 2, and the obtained glycolic acid was subjected to dehydration polycondensation to produce polyglycolic acid.

<工程S11>
破砕装置(1)でソルガムを破砕した。ソルガムとしては、岡山県と沖縄県内で栽培され、植物全体がそのまま乾燥された、水分含有量40質量%程度の乾燥ソルガムを用いた。破砕ソルガムの最大径は、平均して4mm程度であった。
<Step S11>
Sorghum was crushed using a crushing device (1). As the sorghum, dried sorghum with a water content of about 40% by mass, which was cultivated in Okayama Prefecture and Okinawa Prefecture and was dried as a whole plant, was used. The maximum diameter of the crushed sorghum was approximately 4 mm on average.

<工程S12>
蒸熱・搾汁装置(2)(3)(容量500L)において、破砕ソルガムが含有する複合炭水化物を膨張活性化させるため80~130℃程度に加熱した循環水100Lと破砕ソルガム100Lを1~2時間撹拌する蒸熱処理を行った。なお、循環水は、図4中の酢酸減圧蒸留装置から排出された水を収容する水槽から送水される。この蒸熱処理によって、酵素作用を受けやすくして、効率良い糖化を行う。結果としてグリコール酸の生産性が高まる。
<Step S12>
In the steaming/squeezing equipment (2) (3) (capacity 500L), 100L of circulating water heated to about 80 to 130°C and 100L of crushed sorghum are heated for 1 to 2 hours to expand and activate the complex carbohydrates contained in the crushed sorghum. Steaming treatment with stirring was performed. Note that the circulating water is fed from a water tank containing water discharged from the acetic acid vacuum distillation apparatus shown in FIG. This steaming process makes it more susceptible to enzymatic action, resulting in efficient saccharification. As a result, the productivity of glycolic acid increases.

<工程S13>
工程S12の後、蒸熱・搾汁装置(2)(3)内の処理物を搾汁して、循環水を含むソルガムの搾汁(150~180L)を得る。
<Step S13>
After step S12, the processed material in the steaming/juicing devices (2) and (3) is squeezed to obtain squeezed sorghum juice (150 to 180 L) containing circulating water.

<工程S15>
糖化工程S1(工程S15)は、糖化槽(4)(容量500L)で行われる。糖化槽(4)には、工程S13で得られたソルガムの搾汁と、以下のとおり破砕ソルガムを嫌気培養槽(11)で培養した培養液が投入される。
<Step S15>
The saccharification step S1 (step S15) is performed in a saccharification tank (4) (capacity 500L). The saccharification tank (4) is charged with the squeezed sorghum juice obtained in step S13 and a culture solution obtained by culturing crushed sorghum in the anaerobic culture tank (11) as described below.

嫌気培養槽(11)(容量20L)に、液体培地14Lと破砕ソルガム2Lを投入して温度25℃前後で撹拌して、24~48時間程度の嫌気培養を行う。培養液を糖化槽(4)に送る。破砕ソルガムには、多糖類の加水分解を触媒する加水分解酵素を産生する酵素産生微生物が含まれる。嫌気培養では、この酵素産生微生物が培養される。 14 L of liquid medium and 2 L of crushed sorghum are put into an anaerobic culture tank (11) (capacity 20 L), stirred at a temperature of around 25° C., and anaerobically cultured for about 24 to 48 hours. The culture solution is sent to the saccharification tank (4). Crushed sorghum contains enzyme-producing microorganisms that produce hydrolytic enzymes that catalyze the hydrolysis of polysaccharides. In anaerobic culture, this enzyme-producing microorganism is cultured.

糖化槽(4)(容量500L)には、上記成分に加えて、ステビアの搾汁を加える(工程S14)。ステビアとしては、岡山県と沖縄県内で栽培され、植物全体がそのまま乾燥された、水分含有量50質量%程度の乾燥ステビアを用いた。乾燥ステビアは、上記ソルガムから搾汁を得るのと同様に、破砕、蒸熱処理、搾汁により得られたものである。 In addition to the above components, squeezed stevia juice is added to the saccharification tank (4) (capacity 500 L) (step S14). As the stevia, dried stevia with a moisture content of about 50% by mass, which was cultivated in Okayama prefecture and Okinawa prefecture and was dried as a whole plant, was used. Dried stevia is obtained by crushing, steaming, and squeezing the juice in the same manner as the above-mentioned juice is obtained from sorghum.

ステビアの搾汁は、ソルガムの搾汁100Lに対して3~10Lの割合で投入される。糖化処理は、PH6~7、温度30~50℃で、撹拌しながら24~48時間行われた。撹拌停止後、静置して糖化槽(4)内の混合物を上澄みと下澄みに分離させる。上澄みは糖溶液として、次のアルコール発酵槽に送液され、下澄みは、一部が後述する酵母菌の培養に用いられ、残部が蒸熱・搾汁装置(2)(3)に返送させる。上澄みの糖分濃度は30~40%程度である。 Stevia juice is added at a ratio of 3 to 10 L per 100 L of sorghum juice. The saccharification treatment was carried out at pH 6-7 and temperature 30-50°C for 24-48 hours with stirring. After the stirring is stopped, the mixture in the saccharification tank (4) is separated into a supernatant and a subnatant by allowing the mixture to stand still. The supernatant liquid is sent as a sugar solution to the next alcohol fermentation tank, a portion of the bottom liquid is used for culturing yeast, which will be described later, and the remainder is returned to the steaming and juice extraction devices (2) and (3). The sugar concentration of the supernatant is about 30 to 40%.

<工程S2>
糖化槽(4)の上澄みと、以下のとおり酵母菌を酵母嫌気培養槽(13)で培養した培養液を用いて、アルコール発酵槽(5)(容量500L)でアルコール発酵工程S2が行なわれる。
<Step S2>
An alcohol fermentation step S2 is performed in an alcohol fermentation tank (5) (capacity 500 L) using the supernatant of the saccharification tank (4) and a culture solution obtained by culturing yeast in a yeast anaerobic culture tank (13) as described below.

酵母嫌気培養槽(13)(容量20L)において、アルコール発酵に用いるSaccharomyces属の酵母菌を培養する。最初酵母菌500ml、液体培地14Lと糖化槽(4)の下澄み2Lを入れて、温度25~28℃で、24~48時間、嫌気培養し、酵母菌を増殖させる。 In a yeast anaerobic culture tank (13) (capacity 20 L), yeast of the genus Saccharomyces used for alcohol fermentation is cultured. First, 500 ml of yeast, 14 L of liquid medium, and 2 L of the subnatant from the saccharification tank (4) are added, and the yeast is cultured anaerobically at a temperature of 25 to 28°C for 24 to 48 hours to grow the yeast.

アルコール発酵槽(5)(容量500L)に、糖化槽(4)の上澄み約150Lと上記で得られた酵母菌の培養液を投入し、22~28℃で24~48時間撹拌し、アルコール発酵を行う。アルコール発酵終了時の発酵液におけるエタノール濃度は、約20質量%であった。 Approximately 150 L of the supernatant from the saccharification tank (4) and the yeast culture solution obtained above were put into the alcohol fermentation tank (5) (capacity 500 L), and the mixture was stirred at 22 to 28°C for 24 to 48 hours to complete alcohol fermentation. I do. The ethanol concentration in the fermentation liquid at the end of alcoholic fermentation was about 20% by mass.

<工程S3>
アルコール発酵槽(5)の発酵液(上澄み)と、以下のとおり酢酸菌を好気培養槽(12)で培養した培養液を用いて、酢酸好気発酵槽(6)(容量1000L)で酢酸発酵工程S3が行なわれる。
<Step S3>
Using the fermentation liquid (supernatant) of the alcohol fermentation tank (5) and the culture liquid obtained by culturing acetic acid bacteria in the aerobic culture tank (12) as shown below, acetic acid was produced in the acetic acid aerobic fermentation tank (6) (capacity 1000 L). Fermentation step S3 is performed.

好気培養槽(12)(容量20L)において、酢酸発酵に用いるGluconacetobacter属の酢酸菌を培養する。最初酢酸菌500ml、アルコール発酵槽(5)の下澄み2L、液体培地14Lを入れて、温度25~30℃で、24時間、好気培養(45分曝気、15分休止で培養)し、酢酸菌を増殖させる。 In an aerobic culture tank (12) (capacity 20 L), acetic acid bacteria of the genus Gluconacetobacter used for acetic acid fermentation are cultured. First, add 500 ml of acetic acid bacteria, 2 L of the lower liquid from the alcohol fermenter (5), and 14 L of liquid medium, and culture aerobically at a temperature of 25 to 30°C for 24 hours (45 minutes of aeration, 15 minutes of rest). Propagate bacteria.

酢酸好気発酵槽(6)(容量1000L)に、エタノール濃度10質量%以内となるように循環水で希釈したアルコール発酵液の約300Lと上記酢酸菌の培養液を投入し、以下の酢酸菌の生育最適条件下で、45分曝気、15分休止の好気培養を24-48時間行う。 Approximately 300 L of the alcoholic fermentation liquid diluted with circulating water so that the ethanol concentration was within 10% by mass and the culture solution of the acetic acid bacteria were introduced into the acetic acid aerobic fermentation tank (6) (capacity 1000 L), and the following acetic acid bacteria were added. Under optimal growth conditions, aerobic culture is performed for 24-48 hours with 45 minutes of aeration and 15 minutes of rest.

(酢酸菌の生育最適条件)
pH;3.5~6.5
温度;25~30℃
エタノール濃度;5~10質量%
(Optimal growth conditions for acetic acid bacteria)
pH: 3.5-6.5
Temperature: 25-30℃
Ethanol concentration: 5-10% by mass

得られた酢酸発酵液における酢酸濃度は約15質量%であった。酢酸発酵液から、固形分を除去した後、酢酸を得る。このようにして、破砕ソルガム100Lから、約300Lの酢酸が産生できる。酢酸と水の分離は、減圧蒸留により行い、分離された水は水槽に送水され、循環水として使用される。 The acetic acid concentration in the obtained acetic acid fermentation liquid was about 15% by mass. After removing the solid content from the acetic acid fermentation liquid, acetic acid is obtained. In this way, about 300 L of acetic acid can be produced from 100 L of crushed sorghum. Separation of acetic acid and water is performed by vacuum distillation, and the separated water is sent to a water tank and used as circulating water.

<工程S4>
上記で得られた酢酸を、図2に示すのと同じ化学処理工程S4、すなわち、工程S41~工程S43によりグリコール酸に変換した。
<Step S4>
The acetic acid obtained above was converted to glycolic acid by the same chemical treatment step S4 as shown in FIG. 2, that is, steps S41 to S43.

まず工程S41により、酢酸2モルに対して1モルの割合で無水酢酸を生成した。具体的には、得られた酢酸の半分を熱分解によりケテン(CH=C=O)とし、これを残りの半分の酢酸と反応させて無水酢酸を製造した。得られた無水酢酸は、無水酢酸槽(7)に収容される。 First, in step S41, acetic anhydride was produced at a ratio of 1 mole to 2 moles of acetic acid. Specifically, half of the obtained acetic acid was converted into ketene (CH 2 =C=O) by thermal decomposition, and this was reacted with the remaining half of acetic acid to produce acetic anhydride. The obtained acetic anhydride is stored in an acetic anhydride tank (7).

次いで、得られた無水酢酸と次亜塩素酸水槽に準備された次亜塩素酸水(濃度40~60質量%;)を無水酢酸:次亜塩素酸がモル比で2:1となるように、無水酢酸・次亜塩素酸混合槽で混合させて、90~140℃の温度で、12~24時間反応させた(工程S42)。得られた反応液から、減圧蒸留装置により水を除去してモノクロロ酢酸(沸点は189℃)を得た。得られたモノクロロ酢酸はモノクロロ酢酸槽(8)に収容される。 Next, the obtained acetic anhydride and hypochlorous acid water (concentration 40 to 60 mass%;) prepared in a hypochlorous acid water tank were mixed so that the molar ratio of acetic anhydride to hypochlorous acid was 2:1. were mixed in an acetic anhydride/hypochlorous acid mixing tank and reacted at a temperature of 90 to 140°C for 12 to 24 hours (Step S42). Water was removed from the resulting reaction solution using a vacuum distillation apparatus to obtain monochloroacetic acid (boiling point: 189°C). The obtained monochloroacetic acid is stored in a monochloroacetic acid tank (8).

さらに、工程S43により、上記工程S42で得られたモノクロロ酢酸と水酸化ナトリウムを反応させてグリコール酸を得る。工程S43の反応は、モノクロロ酢酸と水酸化ナトリウム混合槽で行う。水酸化ナトリウムは、20~40質量%程度の濃度の水溶液として水酸化ナトリウムス溶液槽で調整される。反応に用いるモノクロロ酢酸と水酸化ナトリウムの割合は、モル比で1:1である。工程S43の反応は、115~145℃の温度で、
30~48時間行われた。
Furthermore, in step S43, the monochloroacetic acid obtained in step S42 is reacted with sodium hydroxide to obtain glycolic acid. The reaction in step S43 is performed in a monochloroacetic acid and sodium hydroxide mixed tank. Sodium hydroxide is prepared in a sodium hydroxide solution tank as an aqueous solution with a concentration of about 20 to 40% by mass. The molar ratio of monochloroacetic acid and sodium hydroxide used in the reaction is 1:1. The reaction in step S43 is performed at a temperature of 115 to 145°C,
It lasted 30-48 hours.

工程S43で得られる反応液中は、グリコール酸以外の成分として塩化ナトリウムを含有する。反応液を電気透析装置に掛けることで、反応液から塩化ナトリウムを除去し、さらに減圧蒸留などの精製手段を用いて、精製グリコール酸を得る。精製されたグリコール酸はグリコール酸槽(9)に収容される。除去された塩化ナトリウムは塩化ナトリウム槽に収容される。 The reaction solution obtained in step S43 contains sodium chloride as a component other than glycolic acid. By applying the reaction solution to an electrodialysis device, sodium chloride is removed from the reaction solution, and purified glycolic acid is obtained using a purification means such as vacuum distillation. The purified glycolic acid is stored in a glycolic acid tank (9). The removed sodium chloride is stored in a sodium chloride tank.

<ポリグリコール酸の製造工程S5>
最後に工程S5により、上記で得られたグリコール酸を脱水重縮合してポリグリコール酸を製造する。
<Production process S5 of polyglycolic acid>
Finally, in step S5, the glycolic acid obtained above is subjected to dehydration polycondensation to produce polyglycolic acid.

具体的には、グリコール酸を秤量して、触媒としてp-トルエンスルホン酸をグリコール酸の1~5モル%添加した。 Specifically, glycolic acid was weighed, and p-toluenesulfonic acid was added as a catalyst in an amount of 1 to 5 mol % based on the glycolic acid.

脱水重縮合装置としてはディーン・スターク装置を用いた。10~15分かけて装置内の雰囲気をアルゴン置換することで酸素を除去した後、110℃で一晩(12時間)かけて、グリコール酸を脱水重縮合した。反応終了後、ロータリーエバポレーターを用いてトルエン(溶媒)を除去した。水浴温度は50~60℃とした。除去したトルエン(溶媒)は、不純物槽に収容される。 A Dean-Stark apparatus was used as the dehydration polycondensation apparatus. After removing oxygen by replacing the atmosphere in the apparatus with argon over 10 to 15 minutes, glycolic acid was subjected to dehydration polycondensation at 110° C. overnight (12 hours). After the reaction was completed, toluene (solvent) was removed using a rotary evaporator. The water bath temperature was 50-60°C. The removed toluene (solvent) is stored in an impurity tank.

トルエン除去後の粗ポリグリコール酸5~10gに対して、NMR測定のため、1~2mLのDMSO(ジメチルスルホキシド)を添加して、500MHzでNMR測定を行い、ポリグリコール酸の存在を確認した。 For NMR measurement, 1 to 2 mL of DMSO (dimethyl sulfoxide) was added to 5 to 10 g of crude polyglycolic acid after toluene removal, and NMR measurement was performed at 500 MHz to confirm the presence of polyglycolic acid.

溶媒除去後の粗ポリグリコール酸を凍結乾燥装置に掛け、水分を除去して、精製されたポリグリコール酸を得た。精製されたポリグリコール酸はポリグリコール酸槽(10)に収容される。なお、得らえたポリグリコール酸の重量平均分子量(Mw)は、10,000以上であった。 The crude polyglycolic acid after the solvent was removed was placed in a freeze-drying device to remove moisture, thereby obtaining purified polyglycolic acid. The purified polyglycolic acid is stored in a polyglycolic acid tank (10). The weight average molecular weight (Mw) of the obtained polyglycolic acid was 10,000 or more.

Claims (5)

ソルガムの搾汁に酵素を作用させて、前記搾汁を糖化して糖溶液を得る第1工程と、
前記糖溶液をアルコール発酵させてエタノールを含む発酵液を得る第2工程と、
前記発酵液を酢酸発酵させて酢酸を得る第3工程と、
前記酢酸のα炭素にヒドロキシ基を導入してグリコール酸を得る第4工程と、
を含むグリコール酸の製造方法。
A first step of applying an enzyme to the squeezed sorghum juice to saccharify the squeezed juice to obtain a sugar solution;
a second step of alcohol-fermenting the sugar solution to obtain a fermentation liquid containing ethanol;
A third step of fermenting the fermented liquid with acetic acid to obtain acetic acid;
A fourth step of obtaining glycolic acid by introducing a hydroxy group into the α carbon of the acetic acid;
A method for producing glycolic acid comprising:
前記第1工程を、前記ソルガムの搾汁に、ソルガムの搾汁を糖化した場合の糖溶液の糖分濃度に比べて、糖化して得られる糖溶液の糖分濃度が高い植物の搾汁を加えて行う請求項1記載の製造方法。 The first step is performed by adding to the squeezed sorghum juice a squeezed juice of a plant whose sugar concentration is higher in the sugar solution obtained by saccharification than the sugar concentration of the sugar solution obtained by saccharifying the squeezed sorghum juice. The manufacturing method according to claim 1, wherein the manufacturing method is carried out. 前記植物が、ステビアを含む請求項2記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 2, wherein the plant contains stevia. 前記第4工程を、前記酢酸のα炭素に塩素原子を導入してモノクロロ酢酸とした後、前記モノクロロ酢酸の塩素原子をヒドロキシ基に置換する方法で行う請求項1に記載の製造方法。 2. The manufacturing method according to claim 1, wherein the fourth step is performed by introducing a chlorine atom into the alpha carbon of the acetic acid to obtain monochloroacetic acid, and then substituting the chlorine atom of the monochloroacetic acid with a hydroxy group. 請求項1~4のいずれか一項に記載の製造方法によりグリコール酸を製造する工程と、
前記グリコール酸を脱水重縮合してポリグリコール酸を得る工程と
を含むポリグリコール酸の製造方法。
A step of producing glycolic acid by the production method according to any one of claims 1 to 4;
and a step of dehydrating and polycondensing the glycolic acid to obtain polyglycolic acid.
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