JP5297455B2 - α−ヒドロキシ酸の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩からα−ヒドロキシ酸を製造する実用的な工業的方法に関するものであり、とりわけα−ヒドロキシニトリルの加水分解によって得られたα−ヒドロキシ酸アンモニウム塩からα−ヒドロキシ酸を製造する方法に関する。当該方法で得られるα−ヒドロキシ酸は、ポリα−ヒドロキシ酸を製造するための原料として好適な品質を有するものである。
ポリα−ヒドロキシ酸は、生分解性ポリマーであって、生体内で加水分解され、自然環境下では微生物によって水と炭酸ガスに代謝・分解される。このため、近年ポリα−ヒドロキシ酸は環境に優しいポリマー材料として注目されている。その中でも、ポリ乳酸やポリグリコール酸は、医療用材料や汎用樹脂に代替する環境に優しいポリマー材料として、更にポリグリコール酸については、その大きな特性であるガスバリヤー性からガスバリヤー用途のポリマー材料として注目されている。
高分子量のポリα−ヒドロキシ酸は、α−ヒドロキシ酸の脱水縮合によって直接得ることは困難であるため、環状二量体エステルを経由して、開環重合で高分子量ポリα−ヒドロキシ酸を得る方法が知られている。例えば、ポリ乳酸やポリグリコール酸の場合、環状二量体エステルであるラクチドまたはグリコリドを合成し、このラクチドまたはグリコリドを触媒の存在下に開環重合して製造する方法が知られている。但し、ラクチドまたはグリコリドの開環重合で高分子量のポリ乳酸またはポリグリコール酸を得るには、高純度のラクチドまたはグリコリドを用いることが必要である。乳酸またはグリコール酸から高純度のラクチドまたはグリコリドを得る方法として、一旦、乳酸またはグリコール酸オリゴマーを合成し、高沸点の極性有機溶媒中で解重合する方法が開示されている（特許文献１）。
また、グリコール酸オリゴマーを解重合してグリコリドを製造する方法において、オリゴマーに含まれている微量アルカリ金属イオンが解重合反応系を不安定にする原因となるが、この反応系に二価以上のカチオンの硫酸塩もしくは有機酸塩を添加することで、アルカリ金属イオンが存在していても解重合反応の長期安定性が得られることが開示されている（特許文献２）。
このようにポリα−ヒドロキシ酸の原料となるα−ヒドロキシ酸は、α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩をα−ヒドロキシ酸に変換することによって得ることができる。
カルボン酸アンモニウム塩をカルボン酸に変換するための最も一般的な方法として、硫酸等の強酸を添加して、副生硫安と共に遊離酸を得る方法が考えられる。しかしながら、昨今の環境問題を考えると硫安のような大量の廃棄物を生成するプロセスは望ましくない。
また、カルボン酸アンモニウム塩をカルボン酸に変換する方法として、アンモニウム塩の加熱加水分解を行い、イナートガスと共に生成物であるアンモニアをガスとして系外へ抜くことで、加熱加水分解反応生成物側へ平衡をずらし、α−ヒドロキシカルボン酸を製造する方法（特許文献３）や、加圧加熱することで加熱加水分解反応生成物側へ平衡のずれを助長し、アンモニアを水と共に蒸発させることで２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸アンモニウムから２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸を製造する方法（特許文献４）等が開示されている。
しかしながら、カルボン酸アンモニウムの加熱加水分解には多大なエネルギーを要し、しかも100%遊離酸に転化するためには時間もかかるため、実用的な方法とは言えない。そもそも、カルボン酸アンモニウムから、加熱加水分解のみでアンモニアを取り除こうとすると、カルボン酸アニオンとアンモニウムカチオンの結合を引き離すだけのエネルギーが必要とされるところ、アンモニウムカチオンが不足すればするほどそのエネルギーは大きくなるので、ますます困難となる。さらに、カルボン酸アンモニウムを加熱処理すると、カルボン酸アミドが生成するという問題があり、最終製品の品質上、大きな問題となる。
そこで、単なる加熱加水分解ではなく、何らかの反応物を使用する方法が提案されている。例えば、コハク酸アンモニウムをアルコール又は水と反応させてアンモニアを脱離させ、コハク酸又はその誘導体を得るとともに脱離したアンモニアを回収する方法が開示されている（特許文献５）。しかしながら、アルコールと反応すると、コハク酸のエステルが生成するため、再び加水分解を行う必要があり、工程が複雑となる。
また、水に不混和性である有機アミンの存在下で乳酸アンモニウムを加熱して分解させ、乳酸と有機アミンを含む反応生成物を生成させる方法が開示されている（特許文献６）。この方法によれば、確かにアンモニウム塩からアンモニアを除去することはできる。しかしながら、得られた有機アミンとの混合物から遊離酸を高純度で取得するには、さらなる精製が必要であり、工程が複雑になることが容易に予想される。
また、α−ヒドロキシ−４−メチルチオブチロニトリルを生物学的に加水分解した後濃縮して得たα−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸アンモニウム塩を、エーテル結合を２つ以上有するエーテル溶媒中で加熱し、アンモニアを遊離させて留出除去することで、α−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸を製造する方法が開示されている（特許文献７）。この方法によれば、アンモニアの残存率が0.12%程度となるまでアンモニウム塩からアンモニアが除去されているが、カルボン酸アミドが生成するという問題があり、最終製品の品質上、大きな問題となる。
その他にも、外来の反応物を添加することなく、ヒドロキシカルボン酸自身の脱水縮合反応を利用してアンモニアを除去する方法が提案されている。例えば、第１工程でα−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸アンモニウム塩を加熱することにより低分子量ポリα−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸としつつ水とアンモニアを除去し、第２工程で水を添加して加熱することにより低分子量ポリマーを加水分解して遊離酸を得る方法が開示されている（特許文献８）。しかしながら、第１工程におけるアミドの副生は避けようがなく、第２工程における加水分解でその一部が再びα−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸アンモニウム塩となるため、純度よくアンモニアを除去することはできない。また、第２工程における加水分解反応転化率が100%に到達せず、一部低分子量ポリα−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸が残存することとなり、品質上問題である。事実、特許文献８においても、純度は80%程度で、更に純度の高いα−ヒドロキシ酸を得るには、抽出等の精製が必要との記述がある。
更に別法として、イオン交換樹脂を利用する方法が提案されている。例えば、メタクリル酸アンモニウム水溶液から陽イオン交換樹脂を用いてアンモニウムカチオンを吸着させ、次いで有機溶媒を用いて吸着したアンモニウムカチオンをアンモニアとして回収しカルボン酸を得る方法が開示されている（特許文献９）。しかしながら、アンモニア分解率は満足できるレベルではなく、とても実用的な方法とは言えない。
更に別法として、バイポーラ膜−アニオン膜−バイポーラ膜のシステムを用いた電気透析法によるカルボン酸アンモニウムからのカルボン酸とアンモニアの回収方法が開示されている（特許文献１０）。しかしながら、不純物としてカルボン酸アミドが含まれていると、電気透析によって精製されない、或いは、精製できたとしてもリサイクル液に蓄積されるという問題があった。
その他、ジカルボン酸、トリカルボン酸又はアミノ酸等のカルボン酸のアンモニウム塩から、それらの酸より酸電離指数の低い揮発性のカルボン酸を使用する反応晶析によって目的の遊離酸を得て、母液に含まれる揮発性酸のアンモニウム塩から該揮発性酸を回収することを含む方法が開示されている（特許文献１１）。しかしながら、得られる遊離酸の結晶中のアンモニアを完全に除去することは困難で、2〜3%程度は残存してしまうことが品質上問題である。
一方、α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩は、例えば、α−ヒドロキシニトリル化合物から合成することができる。α−ヒドロキシニトリル化合物からのカルボン酸化合物の合成は、ニトリル加水分解活性を有する生体触媒を利用して行うことができる。ニトリル加水分解活性を有し、ニトリル化合物をカルボン酸化合物に変換できる生体触媒の例としては、ニトリラーゼや、ニトリルヒドラターゼとアミダーゼとの組み合わせを挙げることができる。
この方法は、反応条件が穏和であるため反応プロセスが簡略化できること、副生成物が比較的少なく高純度の反応生成物を取得できること等の利点があるため、近年、様々なカルボン酸化合物の製造への適用が検討されている。しかしながら、少ないとはいえ、α−ヒドロキシニトリル化合物の加水分解において、α−アミノニトリルやイミノジアルキルニトリル等のニトリル類、それらの加水分解物であるアミド類、カルボン酸類などの不純物が生じる。
また、いずれの生体触媒を用いても反応生成物はカルボン酸アンモニウム塩として得られるため、これを上述の方法でカルボン酸に変換する必要があり、当該工程でもα−ヒドロキシ酸アミド等の不純物が残存する。
ニトリル化合物を利用する例として、α−ヒドロキシニトリルから生体触媒を用いて調製されたα−ヒドロキシカルボン酸アンモニウム塩からα−ヒドロキシカルボン酸カルシウムを製造する方法が提案されている。具体的には、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブチロニトリルを生物学的に加水分解して得られる２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸アンモニウム塩にカルシウム源を接触させることで２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸カルシウム塩を製造する方法が開示されている（特許文献１２）。しかしながら、この文献では、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸カルシウム塩をそのまま飼料添加剤として使用することが想定されており、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸カルシウム塩を脱塩して２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸を得ることや、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸を原料としてポリα−ヒドロキシ酸を製造することについては開示されていない。従って、当然のことながら、α−ヒドロキシ酸中の不純物がポリα−ヒドロキシ酸にどのように影響するかについても触れられておらず、どのような条件とすればポリマー原料として最適なα−ヒドロキシ酸を得られるかについても記載されていない。
また、ニトリルを水和する能力を有する微生物またはその処理物をα−ヒドロキシニトリルに作用させて対応するα−ヒドロキシ酸アミド及びまたはα−ヒドロキシ酸アンモニウム塩を生成させ、生成したα−ヒドロキシ酸アミドを塩基の存在下で加水分解すると共に、α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩を塩交換して、対応するα−ヒドロキシ酸の塩とアンモニアを生成させ、アンモニアを除いた後、電気透析でα−ヒドロキシ酸と塩基を生成する方法（特許文献１３）が開示されている。しかしながら、この文献でも、実施例ではそのまま飼料等に用いられる２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸の製造例が示されているのみであり、得られた２−ヒドロキシ−４−メチルチオブタン酸カルシウム塩からポリα−ヒドロキシ酸を製造することについては、まったく記載されていない。従って、ポリマー原料として最適なα−ヒドロキシ酸を得るための条件についても記載されていない。
特許文献１２又は１３の方法を用いても、最終的に得られるα−ヒドロキシ酸に、α−ヒドロキシ酸アミド、α−ヒドロキシニトリルの加水分解における副生成物と考えられるα−アミノニトリルやイミノジアルキルニトリル等のニトリル類、それらの加水分解物であるアミド類、カルボン酸類などの不純物が残存することが十分に考えられる。これらの不純物は、ポリマー原料としての品質に多大な影響を及ぼすところ、いずれの文献にも、これらの不純物を十分に除去する条件については触れられていない。
特開平９−３２８４８１号公報 特開２００４−５１９４８５号公報 ＷＯ２０００５９８４７ Ａ１ 特開２０００−１１９２１４号公報 特開２００５−１３２８３６号公報 特開２００４−５３２８５５号公報 ＷＯ１９９９００３５０ Ａ１ ＷＯ１９９７３０９６２ Ａ１ 特開昭６２−２３８２３号公報 ＵＳ５８１４４９ Ａ１ 特開２００４−１９６７６８号公報 特開平１１−７５８８５号公報 特開平１０−１７９１８３号公報
そこで、本発明は、廃棄物を大量に副生することなく、経済性があり、ポリマー原料として十分な品質を有する、α−ヒドロキシ酸の製造方法を提供することを目的とする。より具体的には、本発明の課題は、α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩を原料としてα−ヒドロキシ酸を製造する方法であって、残存アンモニアが非常に少なく、副生α−ヒドロキシ酸アミド等の不純物を極限的に低減でき、ポリα−ヒドロキシ酸の原料として理想的なα−ヒドロキシ酸を得る工業的な方法を提供することにある。
本発明者らは、鋭意検討を行ったところ、α−ヒドロキシ酸中にα−ヒドロキシ酸アミドが残存していると、このα−ヒドロキシ酸を原料としてポリα−ヒドロキシ酸を製造した場合に着色等の悪影響が生じることを見出した。そして、α−ヒドロキシ酸アミドは、α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩水溶液に塩基性金属類を接触させてα−ヒドロキシ酸金属塩を得る工程で加水分解される一方で、条件によっては当該加水分解の逆反応が起こり副生されることを見出した。
さらに、α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩をα−ヒドロキシニトリルの加水分解によって得る場合、塩基性金属による加水分解工程を行っても、α−ヒドロキシニトリルの加水分解における副生成物と考えられるα−アミノニトリルやイミノジアルキルニトリル等のニトリル類、それらの加水分解物であるアミド類、カルボン酸類などの不純物が残存することがあるが、これらの不純物も、α−ヒドロキシ酸のポリマー原料としての品質に重大な影響を及ぼすことを確認した。
そして、塩基性金属による加水分解反応を十分に進行させれば、上記不純物を十分に減少させ、ポリマー原料として十分な品質を有するα−ヒドロキシ酸を製造できること；塩基性金属類添加による不純物の加水分解反応の進行の程度は、α−ヒドロキシ酸アミドの残存量を指標として定量することが最適であること；特に、α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩水溶液に塩基性金属類を接触させてα−ヒドロキシ酸金属塩を得る工程において、溶液中に残存するα−ヒドロキシ酸アミドを５００［重量ｐｐｍ／α−ヒドロキシ酸］以下にすると、ポリマー原料として十分に高品質なα−ヒドロキシ酸を得られること；こうして得られたα−ヒドロキシ酸を原料にすると、α−ヒドロキシ酸オリゴマーを合成する工程と該α−ヒドロキシ酸オリゴマーの解重合で環状二量体エステルを合成する工程において着色することなく高品質の環状二量体エステルを合成できること等を見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、
〔１〕α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩水溶液に塩基性金属類を接触させてα−ヒドロキシ酸金属塩を製造する工程であって、溶液中に残存するα−ヒドロキシ酸アミドを５００［重量ｐｐｍ／α−ヒドロキシ酸]以下にする工程（１）と、前記α−ヒドロキシ酸金属塩を脱塩してα−ヒドロキシ酸を製造する工程（２）と、を含むα−ヒドロキシ酸の製造方法；
〔２〕前記工程（１）において、溶液中に残存するアンモニア濃度を３［重量％／α−ヒドロキシ酸］以下にする、上記〔１〕に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法；
〔３〕前記工程（１）において、発生したアンモニアを気相部に回収する、上記〔１〕または〔２〕に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法；
〔４〕前記アンモニアを気相部に回収するときの温度を、６０℃以上とする、上記〔３〕に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法；
〔５〕前記α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩水溶液がα−ヒドロキシニトリルの加水分解反応によって得られたものである、上記〔１〕から〔４〕のいずれか１項に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法；
〔６〕前記α−ヒドロキシニトリルの加水分解を、ニトリラーゼ、及び／又はニトリルヒドラターゼとアミダーゼの組み合わせによって酵素触媒的に行う、上記〔５〕に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法；
〔７〕前記α−ヒドロキシニトリルの加水分解が、ニトリラーゼによって行われる、上記〔５〕に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法；
〔８〕前記ニトリラーゼが、Acinetobacter属由来である、上記〔６〕または〔７〕に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法；
〔９〕前記ニトリラーゼが、Acinetobacter sp.AK226由来である、上記〔８〕に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法；
〔１０〕前記塩基性金属類が、アルカリ金属類、ベリリウムまたはマグネシウムの水酸化物、酸化物及び炭酸塩からなる群から選択される一種以上であって、前記工程（２）において、前記α−ヒドロキシ酸金属塩をイオン交換法によって脱塩する、上記〔１〕から〔９〕のいずれか１項に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法；
〔１１〕前記塩基性金属類が、アルカリ金属類、ベリリウム、またはマグネシウムの水酸化物、酸化物及び炭酸塩からなる群から選択される一種以上であって、且つ、前記工程（２）において、前記α−ヒドロキシ酸金属塩を電気透析法によって脱塩する、上記〔１〕から〔９〕のいずれか１項に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法；
〔１２〕前記塩基性金属類が、カルシウム、ストロンチウム、バリウムまたはラジウムの水酸化物、酸化物及び炭酸塩からなる群から選択される一種以上であって、前記工程（２）において、前記α−ヒドロキシ酸金属塩を、硫酸を添加することによって脱塩する、上記〔１〕から〔９〕のいずれか１項に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法；
〔１３〕前記工程（１）の後、固液分離により固体のα−ヒドロキシ酸金属塩を回収、洗浄し、前記工程（２）において、該固体のα−ヒドロキシ酸金属塩又はこれに水を加えたα−ヒドロキシ酸金属塩スラリーに硫酸を添加する、上記〔１２〕に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法；
〔１４〕前記塩基性金属類が、水酸化カルシウム、酸化カルシウム及び炭酸カルシウムからなる群から選択される一種以上である、上記〔１２〕又は〔１３〕に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法；
〔１５〕前記工程（２）の後、アニオン交換樹脂によって不純物アニオンを除去する工程と、カチオン交換樹脂によって不純物カチオンを除去する工程と、をさらに含む、上記〔１〕から〔１４〕のいずれか１項に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法；
〔１６〕前記不純物カチオンが、副生α−アミノ酸またはイミノジアルキル酸を含む、上記〔１５〕に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法；
〔１７〕前記α−ヒドロキシ酸が、乳酸またはグリコール酸である、上記〔１〕から〔１６〕のいずれか１項に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法；
〔１８〕前記α−ヒドロキシ酸が、グリコール酸である、上記〔１７〕に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法；
〔１９〕上記〔１〕から〔１８〕のいずれか１項に記載の方法で得られたα−ヒドロキシ酸の水溶液を原料としてα−ヒドロキシ酸オリゴマーを合成する工程と、前記α−ヒドロキシ酸オリゴマーを解重合させてその環状二量体エステルを得る工程と、を含む、環状二量体エステルの製造方法；及び
〔２０〕上記〔１９〕に記載の方法で得られた環状二量体エステルを原料として開環重合反応でポリα−ヒドロキシ酸を得る工程を含む、ポリα−ヒドロキシ酸の製造方法、に関する。
本発明に係るα−ヒドロキシ酸の製造方法によれば、α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩水溶液に塩基性金属類を接触させてα−ヒドロキシ酸金属塩を製造する工程で、溶液中に残存するα−ヒドロキシ酸アミドを５００［重量ｐｐｍ／α−ヒドロキシ酸］以下にすることによって、不純物が十分に低減され、ポリα−ヒドロキシ酸の原料として十分に高品質なα−ヒドロキシ酸を得ることができる。本発明の方法で得られたα−ヒドロキシ酸を原料にすると、α−ヒドロキシ酸オリゴマーを合成する工程とα−ヒドロキシ酸オリゴマーの解重合で環状二量体エステルを合成する工程において、着色することなく高品質の環状二量体エステルを合成することができる。
本発明に係るα−ヒドロキシ酸の製造方法に用いられるα−ヒドロキシ酸アンモニウム塩は、いかなる製法によって得られたものでも構わないが、例えば、青酸とアルデヒド類或いはケトン類から合成されたα-−ヒドロキシニトリルを酵素触媒的に加水分解して製造されたものが有用である。
α−ヒドロキシニトリルの加水分解に使用する酵素触媒は、ニトリルを加水分解する能力を持っていれば如何なる形態ものでも構わないが、ニトリラーゼを単独で用いたり、ニトリルヒドラターゼとアミダーゼを組み合わせて用いたり、ニトリラーゼとニトリルヒドラターゼとアミダーゼとを組み合わせて用いることが好ましい。
ニトリラーゼ、ニトリルヒドラターゼ、またはアミダーゼ酵素は、微生物・動植物細胞等に由来するものを用いることができるが、重量当たりの酵素発現量や取り扱いの容易性から、微生物菌体に由来するものを使用することが好ましい。微生物種としては、多くのものが知られているが、例えばニトリラーゼ高活性を有するものとして、Rhodococcus属、Acinetobacter属、Alcaligenes属、Pseudomonas属、Corynebacterium属等が挙げられる。また、ニトリルヒドラターゼ及びアミダーゼ高活性を有するものとして、Rhodococcus属、Pseudomonas属等が挙げられる。本発明に係るα−ヒドロキシ酸アンモニウム塩の製造には、特にニトリラーゼ高活性を有するものが好ましく、特にグラム陰性菌であるAcinetobacter属、Alcaligenes属が好ましく、更に好ましくはAcinetobacter属が好ましい。具体的には、 Acinetobacter sp.AK226 (FERM BP-08590)、Acinetobacter sp.AK227(FERM BP-08591)である。
［寄託された生物材料への言及１］
１）寄託機関の名称及びあて名
独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター
日本国茨城県つくば市東１丁目１番地１中央第６（郵便番号３０５−８５６６）
２）寄託日
２００４年１月７日（原寄託日）
３）受託番号
ＦＥＲＭ ＢＰ−０８５９０
また例えば、天然の或いは人為的に改良したニトリラーゼ遺伝子を遺伝子工学的手法によって組み込んだ微生物、あるいはそこから取り出したニトリラーゼ酵素であっても構わない。尚、ニトリラーゼの発現量が少ない微生物或いはニトリル化合物からカルボン酸アンモニウム塩への変換活性の低いニトリラーゼを発現した微生物を少量用いてα−ヒドロキシ酸アンモニウム塩を製造するには、より多くの反応時間を要する。そのため、可能な限りニトリラーゼを高発現した微生物や、変換活性の高いニトリラーゼを発現した微生物、或いはそこから取り出したニトリラーゼ酵素を用いることが望ましい。
酵素触媒の形態としては、微生物・動植物細胞等をそのまま用いてもよく、微生物・動植物細胞等を破砕等の処理をしたものや、微生物・動植物細胞等から必要なニトリラーゼ酵素を取り出したものを用いてもよい。これらの酵素触媒は、そのまま用いてもよく、一般的な包括法、架橋法、担体結合法等で固定化して用いてもよい。尚、固定化する際の固定化担体の例としては、ガラスビーズ、シリカゲル、ポリウレタン、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、カラギーナン、アルギン酸、光架橋樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
微生物・動植物細胞等をそのまま用いる場合、水(蒸留水及び又はイオン交換水)のみに懸濁させても構わないが、通常、浸透圧の関係からバッファー液に懸濁させて使用する。この場合のバッファーとしてはリン酸バッファー等の一般的な無機塩でも構わないが、不純物の混入を極力低減するには、反応生成物であるα−ヒドロキシ酸アンモニウム塩を用いたバッファーが最も好ましい。また、酵素触媒は、固定化する場合にも、通常、浸透圧の関係からバッファー液に懸濁させて使用する。この時のバッファー液濃度は、反応液中の不純物低減の観点からは低ければ低いほど良いが、酵素の安定性、活性の維持という観点からは、通常0.1M未満であり、好ましくは0.01〜0.08M、より好ましくは0.02〜0.06Mである。
α−ヒドロキシニトリルの加水分解反応は、pH6〜8で行うことが好ましく、さらに好ましくはpH6.5〜7である。α−ヒドロキシニトリルは非常に不安定な物質であるため、通常、安定剤として硫酸、リン酸、有機酸などの酸成分を加える。そのため、反応系中のpHを調整するには反応系へのアルカリの添加が必須となる。その場合使用するアルカリは、反応に影響を及ぼさなければ特に限定されないが、生成物の一つであるアンモニアを使用するのが望ましい。アンモニアの形態はガスであっても、アンモニア水であってもよいが、通常、取り扱いの容易さからアンモニア水が望ましい。また、反応温度は、30〜60℃が好ましく、さらに好ましくは40〜50℃である。反応温度が低すぎると反応活性が低くなり、高濃度のα−ヒドロキシ酸アンモニウム塩を製造する場合により多くの反応時間を要する。一方、反応温度が高すぎると酵素が熱劣化し、目的とするα−ヒドロキシ酸アンモニウム塩の濃度が高い場合、該濃度まで到達させることが困難となり、結果として新たな酵素の追添等の処置が必要となり触媒コストが高くなる。また、温度が高すぎると、基質α−ヒドロキシニトリルの青酸とアルデヒド類或いはケトン類への分解促進にも繋がり、それらによる反応阻害や失活等、ますますの反応活性低下を引き起こす。
α−ヒドロキシニトリルの加水分解反応は、固定床、移動層、流動層、撹拌槽等いずれで行ってもよく、また連続反応でも半回分反応でもよいが、固定化されていない微生物菌体を用いる場合、反応の容易性から攪拌槽を用いた半回分反応が好ましい。その場合、反応効率の観点から、適切な攪拌を行うことが好ましい。半回分反応を行う場合、酵素触媒は1バッチ使い捨てでもよいし、繰り返し反応を行ってもよい。繰り返し反応を行う場合、酵素触媒をα−ヒドロキシ酸アンモニウム高濃度から低濃度へ急激に変化させるため、浸透圧の影響等で比活性が低下する場合があるので注意を要する。
反応基質であるα−ヒドロキシニトリルの定常濃度については、2重量％以下が好ましく、より好ましくは0.1〜1.5重量％、更に好ましくは0.1〜1.0重量％、最も好ましくは0.2〜0.5重量％にコントロールする。α−ヒドロキシニトリルの濃度が高すぎると、生成物であるグリコール酸アンモニウム塩から遊離したアンモニアとの間で起こる副反応が顕著となり、高生成物蓄積濃度で初めて顕著となる基質阻害や酵素失活の影響が急激に大きくなり、それまで進行していた反応が停止してしまう場合がある。また、α−ヒドロキシニトリルの濃度が低すぎると反応速度を低下させることとなり、効率的にα−ヒドロキシ酸アンモニウム塩を製造できないので不利である。以上の理由から、反応中のα−ヒドロキシニトリル定常濃度を管理することは非常に重要である。
製造されるα−ヒドロキシ酸アンモニウム塩に対する使用乾燥酵素触媒重量は1/100以下がよく、好ましくは1/100〜1/500、より好ましくは1/200〜1/500、更に好ましくは1/300〜1/500である。製造されるα−ヒドロキシ酸アンモニウム塩に対する使用乾燥酵素触媒重量が多すぎると酵素触媒懸濁液由来の不純物が反応液中に多く同伴されるため精製コストが上がり、製品品質が低下するので好ましくない。逆に、製造されるα−ヒドロキシ酸アンモニウム塩に対する使用乾燥酵素触媒重量が少なすぎるとリアクターボリューム当たりの生産性が低下し、大きなリアクターサイズが必要となり経済的に不利となる。
以上のような方法で得られたα−ヒドロキシニトリルの加水分解反応物から、菌体或いはその処理物を濾過、遠心分離、MF処理等の方法で除去し、α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩水溶液を得る。更に、着色物質及び／又は着色原因物質を除去する目的で適時活性炭処理を行っても良い。使用する活性炭としては、一般的な椰子殻活性炭、合成活性炭が挙げられるが、これらに限定されない。活性炭使用量は、着色物質及び／又は着色原因物質を目的スペックまで低減できる量であればよい。
α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩としては、グリコール酸、乳酸、マンデル酸、α−ヒドロキシ酪酸、α−ヒドロキシイソ酪酸、α−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸、α−ヒドロキシ−２−メチルプロピオン酸、α−ヒドロキシ−２−フェニルプロピオン酸、α，β−ジヒドロキシ−３，３−ジメチル酪酸、α−ヒドロキシ−３−ブテン酸、α−ヒドロキシ−３−メチル−３−ブテン酸、２−ピリジニル−α−ヒドロキシ酢酸等のアンモニウム塩を具体的に挙げることができる。
次に、α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩水溶液に塩基性金属塩を添加して、α−ヒドロキシ酸金属塩を製造する工程（１）について説明する。
本発明で用いる塩基性金属類は、アンモニアよりも塩基性の強い金属であって、α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩水溶液と接触させたときに、効率よく、好ましくない副生成物を生じることなくα−ヒドロキシ酸金属塩が得られ、また加熱処理によりアンモニアを気相部に除くことができるものであれば如何なるものでも構わないが、例えば、酸化リチウム、水酸化リチウム、炭酸リチウム、酸化ナトリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、酸化カリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、酸化ルビジウム、水酸化ルビジウム、炭酸ルビジウム、酸化セシウム、水酸化セシウム、炭酸セシウム、酸化フランシウム、水酸化フランシウム、炭酸フランシウム、酸化ベリリウム、水酸化ベリリウム、炭酸ベリリウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸化ストロンチウム、水酸化ストロンチウム、炭酸ストロンチウム、酸化バリウム、水酸化バリウム、炭酸バリウム、酸化ラジウム、水酸化ラジウム、炭酸ラジウム等を具体的に挙げることができる。
上記α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩水溶液に対し、塩基性金属類を固体のまま、または水溶液として、または水と混ぜたスラリー状態で混合することができる。取り扱いの容易さから、室温における該塩基性金属類の水に対する溶解度が十分高い場合は水溶液として使用するのが望ましく、溶解度が低い場合はスラリー状態で使用するのが望ましい。スラリー状態で使用する場合は、その流動性から、或いは攪拌しながら均一な状態で扱えることから、固形分重量濃度を10〜50重量%にすることが好ましく、より好ましくは20〜40重量%、更に好ましくは25〜35重量%である。
塩基性金属類の添加量はα−ヒドロキシ酸アンモニウム塩に対して0.8〜1.5当量の範囲から任意に選択され、好ましくは1.0〜1.2当量の範囲である。本発明においては製品品質上、生成するアンモニアを出来る限り除くことが望まれるが、アンモニアの水に対する溶解度が高いため、アンモニアを除くための工夫が必要となる。その場合、反応液のpHをアルカリ領域に持っていった方がアンモニアの溶解度が下がるため、塩基性金属類の添加量をα−ヒドロキシ酸アンモニウムと当量よりも多く使用したほうがよい。しかしながら、塩基性金属類を過剰に添加すると、得られるα−ヒドロキシ酸金属塩中の不純物が多くなる。これらの観点から塩基性金属類の添加量の適正値は決まってくる。
尚、工程（１）に用いるα−ヒドロキシ酸アンモニウム塩水溶液の濃度は特に限定されないが、後述するとおり、工程（２）において、イオン交換法または電気透析法で脱塩する場合は、工程（１）で得られるα−ヒドロキシ酸金属塩が析出せず完全に溶解している必要がある。そのため、α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩水溶液の濃度をα−ヒドロキシ金属塩が析出しない程度に予め低めにしておくことも好ましい。
その他にも、アンモニアの溶解度を下げるためには、反応液の温度を上げることも有効である。一方、開放系において反応液の温度を上げていくと、やがて水の蒸発も起こり、蒸発する水に同伴されてアンモニアも抜けやすくなる。
本発明で言うアンモニアを気相部に回収するときの温度とは、α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩に塩基性金属類を添加する時、あるいは添加した後の反応液の温度を意味するが、以上より、当該温度は60℃を超え約100℃までの範囲、好ましくは約70〜約100℃、より好ましくは約80〜約100℃である。この範囲であれば、水と共にアンモニアを気相部に回収することができる。また、アンモニア除去及びα−ヒドロキシ酸アミドの低減に掛かる時間の短縮化の観点からは、100℃程度が望ましい。
また、工程（１）は、大気圧で行うこともできるし、減圧条件下で行うこともできる。減圧条件下で行う場合は、各設定減圧度における水の沸騰温度で行うことが望ましい。また、工程（１）では、液中に窒素やヘリウムガス等の不活性ガスを導入することでアンモニアを気相部に抜けやすくすることができる。このようにして、品質上問題の無い程度までアンモニアが除去されたα−ヒドロキシ酸金属塩の水溶液或いはスラリーを得ることができる。
工程（１）では、α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩からの熱分解によって副生するα−ヒドロキシ酸アミド（α−ヒドロキシ酸アミド加水分解の逆反応であり両者は平衡反応である）或いは、前工程（α−ヒドロキシニトリル加水分解反応）の不純物として含まれるα−ヒドロキシ酸アミドを加水分解し、α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩を経由してα−ヒドロキシ酸金属塩と遊離アンモニアに変換できる。工程（１）でα−ヒドロキシ酸アミドを十分に除去できない場合、後工程のオリゴマー化工程まで該α−ヒドロキシ酸アミドが残存し、オリゴマー化工程での熱分解によって、再び逆反応によってアンモニアが生成し、着色の原因となり大きな問題を引き起こす。
また、工程（１）では、原料として用いるα−ヒドロキシ酸アンモニウム塩がα−ヒドロキシニトリルの加水分解反応で得られたものである場合、該加水分解の副生成物として含まれるα−アミノニトリルやイミノジアルキルニトリル等のニトリル類、それらの加水分解物であるアミド類、カルボン酸類等を、塩基性金属類による加水分解でカルボン酸へと変換できる。これらのニトリル類、アミド類、カルボン酸類もα−ヒドロキシ酸のポリマー原料としての品質を低下させる。
しかしながら、工程（１）において、溶液中の残存α−ヒドロキシ酸アミド濃度が500[重量ppm／α−ヒドロキシ酸]以下になるまで加水分解反応を行うことにより、α−ヒドロキシ酸アミドを含むアミド類のほか、ニトリル類、カルボン酸類といった不純物を十分に分解させることができる。溶液中の残存α−ヒドロキシ酸アミド濃度は、200[重量ppm／α−ヒドロキシ酸]以下とすることが好ましく、100[重量ppm／α−ヒドロキシ酸]以下とすることがさらに好ましく、1[重量ppm／α−ヒドロキシ酸]以下とすることが最も好ましい。
溶液中のα−ヒドロキシ酸アミド濃度[重量ppm／α−ヒドロキシ酸]は、当業者であれば公知の方法に従って測定することができるが、例えば、液体クロマトグラフィーによってα−ヒドロキシ酸アミド濃度とα−ヒドロキシ酸濃度を測定し、前者を後者で除すことによって求めることができる。
また、本発明では、塩基性金属類による加水分解反応の進行の指標として、溶液中に残存するアンモニア濃度を測定することも好ましい。十分に高品質なα−ヒドロキシ酸を得るためには、工程（１）において溶液中の残存アンモニア濃度を3[重量%／α−ヒドロキシ酸]以下にすることが好ましく、さらに好ましくは1[重量%／α−ヒドロキシ酸]以下、より好ましくは0.1[重量%／α−ヒドロキシ酸]以下である。 次に、工程（１）で得られたα−ヒドロキシ酸アンモニウム塩を脱塩してα−ヒドロキシ酸を得る工程（２）について説明する。工程（２）におけるα−ヒドロキシ酸金属塩の脱塩方法は特に限定されることは・BR>ネく、如何なる方法であっても構わないが、好ましくは、得られるα−ヒドロキシ酸金属塩の状態によって、(I)イオン交換法、(II)電気透析法、(III)固液分離法の中から選ばれる。
使用する塩基性金属類がベリリウム、マグネシウムおよびアルカリ金属類の中から選択される一種以上の金属の水酸化物、酸化物及び炭酸塩からなる群から選択される一種以上である場合、脱塩方法としては、(i)イオン交換法或いは(ii)電気透析法が選択される。この場合の塩基性金属類としては、例えば、酸化リチウム、水酸化リチウム、炭酸リチウム、酸化ナトリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、酸化カリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、酸化ルビジウム、水酸化ルビジウム、炭酸ルビジウム、酸化セシウム、水酸化セシウム、炭酸セシウム、酸化フランシウム、水酸化フランシウム、炭酸フランシウム、酸化ベリリウム、水酸化ベリリウム、炭酸ベリリウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム等が具体的には挙げることができるが、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムが好ましい。
なお、(i)イオン交換法及び(ii)電気透析法によって脱塩する場合には、α−ヒドロキシ酸金属塩が水溶液であることが必須である。工程（１）において固体が析出する場合は、完全に溶解するまで水を加えて希釈する必要がある。
α−ヒドロキシ酸金属塩水溶液をイオン交換法によって脱塩する方法は大きく分けて２つある。一つはカチオン交換樹脂を用いる方法であり、もう一つはアニオン交換樹脂を用いる方法である。カチオン交換樹脂を用いる方法の場合、使用する樹脂は強酸性カチオン交換樹脂であっても、弱酸性カチオン交換樹脂であっても構わないが、強酸性カチオン交換樹脂が好ましい。具体的には、例えば、ダイヤイオンＳＫ１Ｂ、同ＳＫ１０４、同ＳＫ１１０、同ＳＫ１１２、同ＳＫ１１６、同ＰＫ２０８、同ＰＫ２１２、同ＰＫ２１６、同ＰＫ２２０、同ＰＫ２２８、同ＵＢＫ５３０、同ＵＢＫ５５０、同ＵＢＫ５３５、同ＵＢＫ５５５（以上三菱化学社製）、レバチットＳ１００、同Ｓ１０９、同、ＳＰ１１２、同ＳＴＶ４０、同ＭＳＤ１３６８（以上バイエル社製）、アンバーライトＩＲ１２０Ｂ、同１２０ＢＮ、同ＩＲ１２４、同１００６Ｆ、同２００ＣＴ、同２５２（以上オルガノ社製）、ダウエックス モノスフィア６５０Ｃ、同マラソンＣ、同ＨＣＲ−Ｓ、同マラソンＭＳＣ（以上ダウケミカル・カンパニー社製）等が挙げられるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。これらのカチオン交換樹脂は、通常の方法で、予めプロトン（Ｈ＋）型に再生処理してから使用する。
本発明におけるカチオン交換樹脂の使用方法としては、通常の方法が採用される。即ち、α−ヒドロキシ酸金属塩水溶液に所定量のカチオン交換樹脂を添加するバッチ式でもよいし、或いは、カチオン交換樹脂を樹脂塔に充填して、α−ヒドロキシ酸金属塩水溶液を通液するカラム法を採用することもできる。バッチ式の場合、金属カチオンがカチオン交換樹脂への平衡吸着に達するのに十分な時間の撹拌を行った後、上澄みを回収すればα−ヒドロキシ酸水溶液を得ることができる。また、カラム法の場合は、カラム下部より金属カチオンの漏れ出しが起こるまでの樹脂通過液が、α−ヒドロキシ酸水溶液となる。
カチオン交換樹脂の使用量としては、樹脂の総交換容量が金属カチオンと当量以上に相当する量が必須であり、更に確実に金属カチオンを除去するためには、通常１．２倍当量以上の樹脂を使用するのがよい。また、カラム法の場合、樹脂の破過、樹脂の再生を行うまでの時間を長くとるために、より過剰の樹脂を使用することは通常行われることである。
樹脂処理時の温度は常温でもよいが、必要であれば樹脂の耐熱性が保証される範囲で加温しても構わない。通常は７０℃以下で行われる。また、カラム法の場合、通液速度は空間速度（Ｌ／Ｌ−樹脂／Ｈｒ）で１〜２０の範囲、好ましくは２〜１０の範囲がよい。
カラム法の場合、樹脂通過液に金属カチオンがスペック以上に混入することが確認される点を破過点とし、そこから通常の洗浄、再生操作(例えば希塩酸、希硫酸等の鉱酸による再生)を行えば、樹脂は繰り返し使用が可能である。
また、アニオン交換樹脂を用いる方法の場合、使用する樹脂は強塩基性アニオン交換樹脂であっても、中塩基性アニオン交換樹脂であっても、弱塩基性アニオン交換樹脂であっても構わないが、好ましくは弱塩基性或いは中塩基性アニオン交換樹脂がよい。具体的には、例えば、アンバーライトＩＲＡ−９３（オルガノ社製）、ダイヤイオンＷＡ２０、同ＷＡ３０（以上三菱化学社製）、レバチットＭＰ６４（バイエル社製）等が挙げられる。
本発明におけるアニオン交換樹脂の使用方法としては、通常の方法が採用される。即ち、上記α−ヒドロキシ酸金属塩水溶液に所定量のアニオン交換樹脂を添加するバッチ式でもよいし、或いはまた、アニオン交換樹脂を樹脂塔に充填して、α−ヒドロキシ酸金属塩水溶液を通液するカラム法を採用することもできる。バッチ式の場合は、α−ヒドロキシ酸アニオンが該アニオン交換樹脂への平衡吸着に達するのに十分な時間の撹拌を行った後、該樹脂を回収・洗浄した後、鉱酸（塩酸、硫酸、硝酸等）で処理すればα−ヒドロキシ酸水溶液を得ることができる。また、カラム法の場合は、カラム下部よりα−ヒドロキシ酸アニオンの漏れ出しが起こった後、更に十分量のα−ヒドロキシ金属塩水溶液を通液し、出口液が入口液と同組成になるまで通液を継続することで、最大量のα−ヒドロキシ酸アニオンを樹脂に吸着させる。その後、十分な洗浄を行った後、鉱酸（塩酸、硫酸、硝酸等）を通液することでα−ヒドロキシ酸アニオンを脱着させα−ヒドロキシ酸水溶液を得ることができる。
樹脂処理時の温度は常温でもよいが、必要であれば樹脂の耐熱性が保証される範囲で加温しても構わない。通常は７０℃以下で行われる。また、カラム法の場合、通液速度は空間速度（Ｌ／Ｌ−樹脂／Ｈｒ）で１〜２０の範囲、好ましくは２〜１０の範囲がよい。
カラム法の場合、鉱酸によるα−ヒドロキシ酸アニオンの脱着操作時の樹脂通過液に鉱酸アニオンがスペック以上に混入することが確認される点を破過点とし、更に出口液が入口液と同組成になるまで通液を継続した後、そこから通常の洗浄、再生操作 (例えば水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液等の強アルカリ水溶液による再生)を行えば、樹脂は繰り返し使用が可能である。
次に、得られたα−ヒドロキシ酸金属塩水溶液を電気透析法によって脱塩する方法は大きく分けて３つある。一つはバイポーラ膜と陽イオン交換膜とを交互に配列し、酸室と塩基室を形成させた二室式水分解電気透析装置を用いてα−ヒドロキシ金属塩水溶液中の金属カチオンに陽イオン交換膜中を移動させる方法である。もう一つはバイポーラ膜と陰イオン交換膜とを交互に配列し、酸室と塩基室を形成させた二室式水分解電気透析装置を用いてα−ヒドロキシ金属塩水溶液中のα−ヒドロキシ酸アニオンに陰イオン交換膜中を移動させる方法である。更にもう一つはバイポーラ膜と陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを順番に配列し、原料室と酸室と塩基室を形成させた三室式水分解電気透析装置を用いて、α−ヒドロキシ酸金属塩水溶液中の金属カチオンに陽イオン交換膜中を、α−ヒドロキシ酸アニオンに陰イオン交換膜中を移動させる方法である。これらのどの方法でも構わないが、得られるα−ヒドロキシ酸水溶液の品質と電気効率の観点から、バイポーラ膜と陽イオン交換膜とを交互に配列し、酸室と塩基室を形成させた二室式水分解電気透析装置を用いて、α−ヒドロキシ金属塩水溶液中の金属カチオンに陽イオン交換膜中を移動させる方法が好ましい。
本発明におけるバイポーラ膜としては、従来公知のバイポーラ膜、すなわち陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを貼り合わせた構造を有するバイポーラ膜を使用できる。具体的には、例えば、ネオセプタＢＰ−１（株式会社アストム製）を挙げることができる。陽イオン交換膜としてはネオセプタＣＭＢ（株式会社アストム製）、陰イオン交換膜としてはネオセプタＡＨＡ（株式会社アストム製）を挙げることができる。
本発明における電気透析工程の一例としてバイポーラ膜と陽イオン交換膜からなる二室法について説明する。本法においては、α−ヒドロキシ酸水溶液を酸室より回収し、塩基性金属水溶液を塩基室より回収する。
図１に、本法において使用される水分解電気透析装置の代表的な様態の概略図を示す。図１において、水分解電気透析装置は、陽電極１および陰電極２の間に、膜としてバイポーラ膜(Ｂ)３、陽イオン交換膜(Ｃ)４の２種類が交互に配列され、酸室７および塩基室８の二室が形成されている。バイポーラ膜(Ｂ)３と陽電極１との空隙５、およびバイポーラ膜(Ｂ)３と陰電極２の空隙６には電極液が満たされている。ここで、バイポーラ膜(Ｂ)３の陰イオン交換体側と陽イオン交換膜(Ｃ)４の間の室が塩基室８、バイポーラ膜(Ｂ)３の陽イオン交換体側と陽イオン交換膜(Ｃ)４の間の室が酸室７となる。
本発明において、上記公知の水分解電気透析装置を使用した水分解電気透析工程は、酸室７、塩基室８のそれぞれの室に供給する液の外部タンクを設けて、それぞれの室と外部タンクとの間で液を循環させながら電気透析を行う方法が好ましく用いられる。
原料であるα−ヒドロキシ酸金属塩水溶液を酸室７に供給し、通電を行うことで金属カチオンは、陽イオン交換膜(Ｃ)４を通過して塩基室８に移動し、このときバイポーラ膜(Ｂ)３から生成したOH-イオンと結合して塩基性金属水溶液となる。また、酸室７ではバイポーラ膜から生成したプロトンとα−ヒドロキシ酸アニオンが結合して非解離性のα−ヒドロキシ酸となり、そのまま酸室７に留まり回収することができる。水分解電気透析時の温度は、通常５〜７０℃、好ましくは２０〜５０℃で行われる。尚、分離した塩基性金属塩水溶液は、濃縮してまたはしないで、前工程のα−ヒドロキシ酸アンモニウム塩水溶液のアルカリ処理に利用できる。
一方、α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩の加水分解に使用する塩基性金属類がカルシウム、ストロンチウム、バリウムおよびラジウムからなる群から選択される一種以上の水酸化物、酸化物及び炭酸塩からなる群から選択される一種以上である場合、脱塩方法としては、固液分離法が選択される。この場合の塩基性金属類としては、例えば、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸化ストロンチウム、水酸化ストロンチウム、炭酸ストロンチウム、酸化バリウム、水酸化バリウム、炭酸バリウム、酸化ラジウム、水酸化ラジウム、炭酸ラジウム等を挙げることができるが、水酸化カルシウムや酸化カルシウムが好ましい。
この場合、得られるα−ヒドロキシ酸金属塩はスラリーであり、このα−ヒドロキシ酸金属塩スラリーに直接硫酸を添加して、α−ヒドロキシ酸水溶液と硫酸金属塩を生成することもできるし、一旦、α−ヒドロキシ酸金属塩を遠心分離等の方法で固液分離した後、水或いはα−ヒドロキシ酸金属塩飽和水溶液を用いて、α−ヒドロキシ酸金属塩結晶を洗浄し、不純物の除去を行った上で硫酸を添加することもできる。洗浄することによって、製品への混入が懸念される様々な不純物を低減することができ、α−ヒドロキシ酸の品質を向上させることができる。
本工程に使用する硫酸の濃度は任意の範囲でよいが、最終的に得られるα−ヒドロキシ酸水溶液の濃度を低くしないという観点から50重量%以上がよい。また、硫酸が接液する部分の腐食を防止するという観点から、希硫酸よりも濃硫酸の方が望ましく、一般的に市販されている濃硫酸の濃度である95〜98重量%程度が望ましい。
また、硫酸を添加する時の温度は任意の温度とすることができるが、通常、α−ヒドロキシ酸金属塩スラリーの流動状態がよく、α−ヒドロキシ酸金属塩と硫酸との反応を効率よく行う温度を下限とし、また該反応による反応熱によって突沸現象がおこらない温度を上限と考えると、50〜80℃程度が望ましい。また、硫酸の添加量はα−ヒドロキシ酸金属塩に対し0.8〜1.2当量の範囲から任意に選択され、好ましくは0.9〜1.1当量で、限りなく1当量に近いほど好ましい。
硫酸を添加すると、硫酸金属塩のα−ヒドロキシ酸水溶液への溶解度が低いことから、固体の硫酸金属塩とα−ヒドロキシ酸水溶液が得られる。本工程で得られる硫酸金属塩には様々な水和物の形態が考えられるが、如何なる形態の結晶であってもよい。
このようにして得られたα−ヒドロキシ酸水溶液と硫酸金属塩の混合物から、遠心分離等の固液分離を行うことでα−ヒドロキシ酸水溶液を得ることができる。α−ヒドロキシ酸の一部は硫酸金属塩結晶中に付着水の形で存在するが、硫酸金属塩結晶を洗浄することによって、このα−ヒドロキシ酸を回収することができる。硫酸金属塩の洗浄には通常、水を用いる。洗浄水の温度は特に限定されないが、通常は常温で行えばよい。但し、結晶中にα−ヒドロキシ酸金属塩が存在する場合は、得られる硫酸金属塩結晶の品質向上の観点から温水を用いる方がよい。硫酸金属塩の水への溶解度に対する温度依存性がほとんどないのに対し、α−ヒドロキシ酸金属塩の水への溶解度に対する温度依存性が高いので、温水による結晶洗浄で、選択的にα−ヒドロキシ酸金属塩を洗浄除去することが可能となる。この場合の温水の温度は50〜100℃がよく、好ましくは50〜80℃がよい。
洗浄方法は、遠心分離機中でのノズル洗浄や、スラリーの向流接触洗浄等が挙げられる。得られるα−ヒドロキシ酸水溶液濃度を低下させないためには、より少ない洗浄水量で効率よく洗浄するのがよい。
本発明に係るα−ヒドロキシ酸の製造方法によれば、α−ヒドロキシ酸は水溶液として得ることができるが、当該α−ヒドロキシ酸水溶液中には様々な不純物が含まれる。例えば、脱塩方法がイオン交換の場合、カチオン交換では一部漏出した金属カチオン、アンモニウムカチオンや全く吸着されないアニオン成分等が不純物として含まれ、また、アニオン交換では洗浄しきれていない金属カチオン、アンモニウムカチオンやα−ヒドロキシ酸と同様の挙動を示すアニオン成分等が不純物として含まれる。
一方、脱塩方法が電気透析の場合、脱塩率100%を達成することは困難で、一部金属カチオン、アンモニウムカチオンが混入し、α−ヒドロキシ酸と同様の挙動を示すアニオン成分等が不純物として含まれる。
また、脱塩方法が固液分離法の場合、硫酸金属塩の溶解度分の金属カチオンと硫酸アニオン、前工程で使用した塩基性金属類由来の、その他金属カチオン、脱NH3工程での残存アンモニウムカチオン、酵素反応副生成物であるアミノ酸類、菌体由来の培地成分である微量成分、或いは硫酸アニオンが不純物として含まれる。
得られるα−ヒドロキシ酸水溶液中に金属カチオン類や不純物アニオン成分が多く含まれる場合、次工程における環状二量体エステル合成反応を回分反応の繰り返し反応で行う場合、これらカチオン類やアニオン類が蓄積されることによる影響を避けるため適度な濃度に低減する必要がある。また、アンモニウムカチオンやアミノ酸類は着色の原因となり、製品ポリマーの物性に悪影響を与えるため、出来る限り低減することが望ましい。
溶液中の金属カチオン類、アンモニウムカチオン等のカチオン性不純物は一般的なカチオン交換法の操作によって精製・除去することができる。また、中性のアミノ酸類であっても、高濃度のグリコール酸水溶液中では平衡状態がカチオン性のものに偏っており、同じくカチオン交換によって精製・除去することが可能である。また、硫酸アニオンのようなアニオン性不純物も、一般的なアニオン交換法の操作によって精製・除去することが可能である。
本発明はまた、上述した本発明に係るα−ヒドロキシ酸の製造方法によって得られたα−ヒドロキシ酸の水溶液を原料としてα−ヒドロキシ酸オリゴマーを合成する工程と、α−ヒドロキシ酸オリゴマーを解重合させて環状二量体エステルを得る工程と、を含む環状二量体エステルの製造法も含む。さらに、該環状二量体エステルを開環重合してポリα−ヒドロキシ酸を得る工程を含むポリα−ヒドロキシ酸の製造方法をも含む。本発明の方法で得られたα−ヒドロキシ酸を原料として用いれば、着色が生じることなく、高品質の環状二量体エステルを得ることができる。
以下、α−ヒドロキシ酸の例として、グリコール酸の場合を取り上げ、ポリマー合成までの製造方法を説明するが、α−ヒドロキシ酸がグリコール酸に限定されるものではない。
グリコール酸オリゴマーを合成する工程では、原料グリコール酸を必要に応じて脱水縮合触媒の存在下に、減圧もしくは加圧下、通常100〜250℃、好ましくは140〜230℃の温度に加熱し、水の留出が実質的に無くなるまで縮合反応を行う。縮合反応終了後、生成したグリコール酸オリゴマーは、そのまま次工程の原料として使用することができる。また、得られたグリコール酸オリゴマーを反応系から取り出して、ベンゼンやトルエンなどの非水溶媒で洗浄して、未反応物や低重合物または触媒などを除去してから使用することもできる。グリコール酸オリゴマーは、環状でも直鎖状でもよい。重合度は、特に限定されないが、解重合反応を行う際の、グリコリド収率の点から、融点（Tm）が通常140℃以上、好ましくは160℃以上、より好ましくは180℃以上のものであることが望ましい。ここで、Tmは示差走査熱量計（DSC）を用いて、不活性ガス雰囲気下、10℃／分の速度で昇温して検出されるグリコール酸オリゴマーの融点である。
グリコール酸オリゴマーを解重合させてグリコリドを得る工程では、解重合方法は、特に限定されず、一般的な溶融解重合法や固相解重合法などを採用することができる。その場合の解重合反応系は、採用する解重合法に対応して、実質的にグリコール酸オリゴマーのみからなる系と、グリコール酸オリゴマーと極性有機溶媒とを含有する系の二つに大別される。
実質的にグリコール酸オリゴマーのみからなる解重合反応系を常圧下または減圧下において加熱すると、解重合反応により生成したグリコリドが昇華または蒸発する。よって、不活性ガスを吹き込む等の方法により、該グリコリドを解重合反応系外に排出することによりグリコリドを得ることができる。
また、グリコール酸オリゴマーと極性有機溶媒とを含有する混合物からなる解重合反応系を加熱すると、解重合反応により生成したグリコリドが極性有機溶媒と共留出する。留出物からグリコリドを晶析等の方法により分離して、グリコリドを回収することができる。この場合も、常圧下または減圧下に解重合反応系を加熱して解重合反応を行う。
解重合法としては、原料として使用するグリコール酸オリゴマーの重質物化防止やグリコリドの生成効率の観点から、グリコール酸オリゴマーを溶液相の状態で解重合させる溶液解重合法が好ましい。
さらに、本発明で得られたグリコリドは、開環重合法によりポリグリコール酸にすることができる。開環重合は、触媒の存在下、通常100℃以上の温度で行われるが、好ましくは160〜180℃程度がよい。触媒としては、各種環状エステルの開環重合触媒として使用されているものであればよく、特に限定されないが、具体的な例としては、例えば、スズ(Sn)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、アンチモン(Sb)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)など金属化合物の酸化物、ハロゲン化物、カルボン酸塩、アルコキシドなどが挙げられる。触媒の使用量は、一般的に、環状エステルに対して少量でよく、環状エステルを基準として、通常0.0001〜0.5重量%、好ましくは0.001〜0.1重量%の範囲内であればよい。
以下実施例の中で、α−ヒドロキシ酸としてグリコール酸および乳酸を例に挙げて、より具体的に本発明内容を説明するが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
＜乾燥菌体触媒重量測定法＞
菌体懸濁液中の乾燥菌体触媒重量の測定は、以下のごとく実施した。まず、適当な濃度の菌体触媒懸濁液を適量取り、−80℃まで冷却した後、凍結乾燥機を用いて完全に乾燥し、その重量値から前記菌体触媒懸濁液の濃度を算出した。既知濃度となった菌体触媒懸濁液を適当な複数の濃度に希釈し、分光光度計を用いて室温において透過光度(600nm)を測定し、該分光光度計での該菌体触媒の検量線を作成した。以後、該分光光度計の指示値から任意の該菌体触媒懸濁液の乾燥菌体触媒濃度を算出した。
＜反応液分析法＞
反応液及び処理液の分析は、以下のごとく実施した。基質であるグリコロニトリル及び生成物であるグリコール酸(アンモニウム)と乳酸（アンモニウム）及び副生成物であるグリコロアミドと乳酸アミドは、高速液体クロマトグラフィーで測定した。カラムはイオン排除カラム(島津Shim-pack SCR-101H)、カラム温度は40℃、移動相はリン酸水溶液(pH=2.3)、流速は0.7cc/min、検出器はUV(島津SPD-10AV vp、210nm)及びRI(島津RID-6A)で実施した。
その他副生成物である、グリシン、イミノジ酢酸、アラニン、イミノジイソプロピオン酸については、イオンペアー剤を用いたイオンペアークロマトシステム（日立D-7000）で測定した。カラムはODS-80TS（東ソー）、カラム温度は40℃、移動相は50mMリン酸水溶液＋10mMペンタスルホン酸ナトリウム溶液、流速は0.5cc/min、検出器はRI（島津RID-6A）、注入量は10μLで実施した。
また、反応液及び処理液中のナトリウムイオン、カルシウムイオン及びアンモニウムイオンの分析はイオンクロマトグラフィーで実施した。カラムはカチオン交換カラム(東ソー Tsk gel IC-Cation )、カラム温度は40℃、移動相は2mM硝酸水溶液、流速は0.5cc/min、検出器は電導度計(東ソーCM-8020)で実施した。
さらに、反応液及び処理液中の硫酸イオンの分析はイオンクロマトグラフィーで実施した。カラムはアニオン交換カラム(東ソー Tsk gel IC-AnionSW )、カラム温度は40℃、移動相はアニオン分析用溶離液(東ソー製)、流速は1.2cc/min、検出器は電導度計(東ソーCM-8020)で実施した。
合成グリコリド及びラクチドの分析は、ガスクロマトグラフィーで実施した。検出器はFID、カラムは中極性キャピラリーカラム（J&W SCIENTIFIC製 DB-1701、長さ：60m、内径：0.25mm、膜厚：1μm）、キャリアー：ヘリウム(300kPa)、インジェクション温度：200℃、検出器温度：200℃、操作温度：100℃×5分、20℃/分、270℃×10分で行った。
＜酵素触媒の調製＞
塩化ナトリウム0.1重量%、リン酸二水素カリウム0.1重量%、硫酸マグネシウム七水和物0.05重量%、硫酸第一鉄七水和物0.005重量%、硫酸アンモニウム0.1重量%、硝酸カリウム0.1重量%硫酸マンガン五水和物0.005重量%を含む培養液250mlを三角フラスコに仕込み、pH7になるように水酸化ナトリウムで調整し、121℃で20分間滅菌した後、アセトニトリル0.5重量%を添加した。これにAcinetobacter sp.AK226を接種して30℃で振とう培養した(前培養)。ミーストパウダー0.3重量%、グルタミン酸ナトリウム0.5重量%、硫酸アンモニウム0.5重量%、リン酸水素二カリウム0.2重量%、リン酸ニ水素カリウム0.15重量％、塩化ナトリウム0.1重量%、硫酸マグネシウム七水和物0.18重量%、塩化マンガン4水和物0.02重量%、塩化カルシウム二水和物0.01重量%、硫酸鉄7水和物0.003重量%、硫酸亜鉛7水和物0.002重量%、硫酸銅5水和物0.002重量%、大豆油2重量%を含む培養液3Lを5Lジャーファーメンターに仕込み、121℃で20分間滅菌した後、前記の前培養液を接種して30℃で通気攪拌を行った。培養開始10時間後から大豆油のフィードを開始した。pH7になるようにリン酸及びアンモニア水でコントロールし、最終的に約5重量%のAcinetobacter sp.AK226懸濁液を得た。更に0.06Mリン酸バッファーを用いて2回洗浄を行い、最終的にリン酸バッファーに懸濁されたAcinetobacter sp.AK226懸濁液(乾燥菌体濃度5重量%)を得た。
＜グリコール酸アンモニウム塩水溶液の調製＞
前記のように得られたAcinetobacter sp.AK226懸濁液(5.1重量%)1.8gと蒸留水225gを1L四ツ口フラスコに仕込み懸濁させた。該フラスコにpH計と温度計を設置し反応液のpHと温度をモニタリングできるようにして、50℃恒温水槽に入れてスターラー攪拌を実施し、内温が50℃になるまでしばらく保持した。次に原料の55重量%グリコロニトリル水溶液(東京化成製)を、液体クロマトグラフィー用ポンプを用いて0.33g/minでフィードした。原料グリコロニトリル中に安定剤として含まれる硫酸を中和するため、チューブポンプで1.5重量%アンモニア水をフィードした。尚、アンモニア水フィードポンプはpH計による制御で内液pHが6.9±0.1になるようにセットした。反応中は定期的にサンプリングを行い、高速液体クロマトグラフィーでグリコロニトリルとグリコール酸アンモニウム濃度を測定し、定常グリコロニトリル濃度が2重量%以下になるように原料の添加量を調節した。最終的なグリコール酸アンモニウム蓄積濃度は52重量%、基質のグリコロニトリルは検出されなかった。次に得られたグリコール酸アンモニウム塩水溶液を、遠心分離機(クボタ製：高速遠心機7700)を用いて、回転数：10000pm、処理時間：20min、処理温度：4℃で処理し、上澄みを回収後、MF(旭化成ケミカルズ製：PSP-003)を用いて、流速2ml/min、処理温度：30℃で処理して52重量%のグリコール酸アンモニウム塩水溶液を1065g得た。本液は若干の着色を生じていたため、0.83gの市販活性炭（白鷺A：日本エンバイロケミカルズ製）を加えて、室温で45分攪拌した後、デカンテーションで処理液を回収し、着色成分を除去した。グリコール酸アンモニウム濃度52重量%、副生グリコロアミド濃度0.33重量%であった。
＜乳酸アンモニウム塩水溶液の調製＞
本実施例で使用した乳酸アンモニウム塩水溶液は、市販の40%乳酸アンモニウム（和光純薬製）に市販の97%乳酸アミド（和光純薬製）を添加して調製した。乳酸アンモニウム濃度40重量%、乳酸アミド濃度は0.35重量%であった。
［実施例１］
52重量%グリコール酸アンモニウム塩水溶液400gを1L四ツ口フラスコに仕込み、側管に温度計と還流器とN2バブリング用キャピラリーを取り付け、中央にスリーワンモーターの撹拌羽根を取り付け、恒温水槽に全体を浸した。N2バブリングを行いながら、内液を70℃に昇温させ、40重量%水酸化ナトリウム水溶液225gを徐々に滴下した。20分間常圧での操作を行った後、徐々に真空ポンプで減圧操作を行い、最終的に140mmHgまで減圧した。その間、N2バブリングは継続し、内温は63℃となった。
本条件で2時間脱アンモニア操作を継続し、36.9重量%粗グリコール酸ナトリウム水溶液582gを得た。最終的なアンモニア濃度は0.241[重量%／グリコール酸]以下、グリシン濃度は1.78[重量%／グリコール酸]、イミノジ酢酸濃度は0.080[重量%／グリコール酸]となり、脱アンモニア率は98.8%以上となった。また、グリコロアミドは検出されなかった。
引き続き、市販の強酸性カチオン交換樹脂（アンバーライトIR120B）を予めプロトン型に再生処理したもの70mLを純水で懸濁させ、直径1.4cmのガラス製カラムに充填し、十分洗浄した後、前記脱アンモニア操作後液（グリコール酸ナトリウム水溶液）を4.7mL/minの流速で流通した。回収液はフラクションコレクターで10mL/本ずつ回収し、分析結果よりナトリウムカチオンの漏れ出しが起こる直前のフラクションまでの液を混合して回収液とした。回収液中にアンモニウムカチオン、ナトリウムカチオン、グリシン、イミノジ酢酸は検出されなかった。
引き続き、市販の弱塩基性アニオン交換樹脂（アンバーライトIRA96SB）を予めOH型に再生処理したもの70mLを純水で懸濁させ、直径1.4cmのガラス製カラムに充填し、十分洗浄した後、前記カチオン交換処理したグリコール酸水溶液を4.7mL/minの流速で流通した。回収液はフラクションコレクターで10mL/本ずつ回収し、分析結果より不純物アニオン成分（培地由来の硫酸アニオン、リン酸アニオン等）の漏れ出しが起こる直前のフラクションまでの液を混合して回収液とした。回収液中に硫酸アニオン及びリン酸アニオンは検出されなかった。
得られたグリコール酸水溶液の一部を50mLナスフラスコに仕込み、窒素置換後、窒素フロー下において加熱を開始し、常圧でスターラー攪拌を行いながら170℃から200℃まで昇温加熱し、生成水を留去しながら縮合反応させた。次いで真空ポンプで40mmHgまで減圧し、200℃で2時間加熱して未反応グリコール酸等の低沸物を留去した。得られたプレポリマーは、ほぼ無色透明であった。
さらに、260℃まで昇温し、減圧度を3〜5mmHgに上げて解重合反応を行った。留出液を氷水で冷却トラップ回収し、ガスクロマトグラフィー分析の結果、グリコリド以外のピークは認められなかった。フラスコ内の残液は薄く着色していたが、トラップされたグリコリドはほぼ無色であった。
［実施例２］
実施例１と同様にグリコール酸アンモニウムの脱アンモニア操作を行い、アンモニア濃度0.225[重量%／グリコール酸]、グリコロアミドが検出限界(1重量ppm)以下の37.2重量%粗グリコール酸ナトリウム水溶液583gを得た。
引き続き、電気透析装置としてアシライザーEX3B（アストム社製）を用いて、陽イオン交換膜ネオセプタCMB（図１の４）（アストム社製）とバイポーラ膜ネオセプタBP-1（図１の３）（アストム社製）が交互に10対配置（有効膜面積550cm2）し、酸室（図１の７）、塩基室（図１の８）、電極室（図１の５，６）を形成させた。酸室には前記粗グリコール酸ナトリウム水溶液を、塩基室には0.4重量%水酸化ナトリウム水溶液を、電極室には2.0重量%水酸化ナトリウム水溶液をそれぞれ対応するタンクを設け、供給、循環した。原料室には冷却用ジャケットを設け、処理温度40℃以下で、一定電圧30V（電流は成り行き）で2時間電気透析を行った。その結果、酸室からはグリコール酸濃度33.1重量%、アンモニア濃度12重量ppm、ナトリウム濃度480重量ppmのグリコール酸水溶液439gが得られた。
引き続き、市販の弱塩基性アニオン交換樹脂（アンバーライトIRA96SB）を予めOH型に再生処理したもの70mLを純水で懸濁させ、直径1.4cmのガラス製カラムに充填し、十分洗浄した後、前記電気透析処理したグリコール酸水溶液を4.7mL/minの流速で流通した。回収液はフラクションコレクターで10mL/本ずつ回収し、分析結果より不純物アニオン成分（培地由来の硫酸アニオン、リン酸アニオン等）の漏れ出しが起こる直前のフラクションまでの液を混合して回収液とした。回収液中に硫酸アニオン及びリン酸アニオンは検出されなかった。
引き続き、市販の強酸性カチオン交換樹脂（アンバーライトIR120B）を予めプロトン型に再生処理したもの70mLを純水で懸濁させ、直径1.4cmのガラス製カラムに充填し、十分洗浄した後、前記アニオン交換処理したグリコール酸水溶液を4.7mL/minの流速で流通した。回収液はフラクションコレクターで10mL/本ずつ回収し、分析結果よりナトリウムカチオンの漏れ出しが起こる直前のフラクションまでの液を混合して回収液とした。回収液中にアンモニウムカチオン、ナトリウムカチオン、グリシン、イミノジ酢酸は検出されなかった。
得られたグリコール酸水溶液の一部を50mLナスフラスコに仕込み、窒素置換後、窒素フロー下において加熱を開始し、常圧でスターラー攪拌を行いながら170℃から200℃まで昇温加熱し、生成水を留去しながら縮合反応させた。次いで真空ポンプで40mmHgまで減圧し、200℃で2時間加熱して未反応グリコール酸等の低沸物を留去した。得られたプレポリマーは、ほぼ無色透明であった。さらに、260℃まで昇温し、減圧度を3〜5mmHgに上げて解重合反応を行った。留出液を氷水で冷却トラップ回収し、ガスクロ分析の結果、グリコリド以外のピークは認められなかった。フラスコ内の残液は薄く着色していたが、トラップされたグリコリドはほぼ無色であった。
［比較例１〜２、実施例３〜４］
52重量%グリコール酸アンモニウム塩水溶液50gを100mL四ツ口フラスコに仕込み、側管に温度計と還流器を取り付け、中央にスリーワンモーターの撹拌羽根を取り付け、恒温水槽に全体を入れ、内液を40℃、60℃、80℃または100℃まで上昇させ、30重量%の水酸化カルシウムスラリー37.9gを15minかけて滴下した。これにより、グリコール酸アンモニウム塩1molに対して0.55molの水酸化カルシウムを用いたことになる。
表１に示す時間処理した後、得られたグリコール酸カルシウムスラリーをサンプリングし、適当な濃度まで蒸留水で希釈し、高速液体クロマトグラフィーでグリコール酸濃度及びグリコロアミド濃度を、イオンクロマトグラフィーでアンモニア濃度を測定し、グリコール酸重量当たりのアンモニア重量%とグリコロアミド濃度を求めた。結果を表１及び図２に示す。
実施例３で得られたグリコール酸カルシウムスラリーの一部を、ガラスフィルター付漏斗で濾過した。得られたグリコール酸カルシウムの湿潤結晶に対し、同重量の50℃に加温した蒸留水を加えてスパチュラで撹拌した後、ガラスフィルター付漏斗で濾過する操作を3回繰り返した。得られたグリコール酸カルシウムの湿潤結晶の一部に、グリコール酸カルシウム1molに対し1.03molのモル比になるように、50重量%硫酸を60℃の温度を保ちながら添加して、1時間程熟成した。得られた硫酸カルシウムの結晶をガラスフィルター付漏斗で濾過分離した濾液として、54.1重量%のグリコール酸水溶液を得た。
該グリコール酸水溶液中のその他不純物濃度を測定したところ、カルシウムカチオンが3400重量ppm/GA、硫酸アニオンが6500重量ppm/GA、アンモニアが2重量ppm/GA以下、グリコロアミドは検出されなかった。
引き続き、市販の弱塩基性アニオン交換樹脂（アンバーライトIRA96SB）を予めOH型に再生処理したもの70mLを純水で懸濁させ、直径1.4cmのガラス製カラムに充填し、十分洗浄した後、前記固液分離処理したグリコール酸水溶液を4.7mL/minの流速で流通した。回収液はフラクションコレクターで10mL/本ずつ回収し、分析結果より不純物アニオン成分（硫酸アニオン）の漏れ出しが起こる直前のフラクションまでの液を混合して回収液とした。回収液中に硫酸アニオンは検出されなかった。
引き続き、市販の強酸性カチオン交換樹脂（アンバーライトIR120B）を予めプロトン型に再生処理したもの70mLを純水で懸濁させ、直径1.4cmのガラス製カラムに充填し、十分洗浄した後、前記アニオン交換処理したグリコール酸水溶液を4.7mL/minの流速で流通した。回収液はフラクションコレクターで10mL/本ずつ回収し、分析結果よりカルシウムカチオンの漏れ出しが起こる直前のフラクションまでの液を混合して回収液とした。回収液中にアンモニウムカチオン、カルシウムカチオン、グリシン、イミノジ酢酸は検出されなかった。
得られたグリコール酸水溶液の一部を50mLナスフラスコに仕込み、窒素置換後、窒素フロー下において加熱を開始し、常圧でスターラー攪拌を行いながら170℃から200℃まで昇温加熱し、生成水を留去しながら縮合反応させた。次いで真空ポンプで40mmHgまで減圧し、200℃で2時間加熱して未反応グリコール酸等の低沸物を留去した。得られたプレポリマーは、ほぼ無色透明であった。
さらに、260℃まで昇温し、減圧度を3〜5mmHgに上げて解重合反応を行った。留出液を氷水で冷却トラップ回収し、ガスクロマトグラフィー分析の結果、グリコリド以外のピークは認められなかった。フラスコ内の残液は薄く着色していたが、トラップされたグリコリドはほぼ無色であった。
次に、比較例１で得られたグリコール酸カルシウムスラリーをガラスフィルター付漏斗で濾過し、グリコール酸カルシウムの湿潤結晶32.4gを得た。この結晶の一部を採り、適当な濃度まで水に希釈して、液体高速クロマトグラフィーでグリコール酸濃度を、イオンクロマトグラフィーでアンモニア濃度を測定して、本サンプルを洗浄前サンプルとした。次に残ったグリコール酸カルシウム湿潤結晶に対し、同重量の50℃に加温した蒸留水を加えてスパチュラで撹拌した後、ガラスフィルター付漏斗で濾過し、グリコール酸カルシウムの湿潤結晶を得た(１回目洗浄)。該結晶の一部を洗浄前サンプルと同様に分析した後、該結晶の一部を前出と同様の洗浄操作と分析を行った(２回目洗浄)。更に同様にして３回目洗浄操作と分析を行った。結果は表２に示す。
引き続き、３回洗浄したグリコール酸カルシウムスラリーの一部を実施例３と同様の操作で硫酸処理し、52.8重量%のグリコール酸水溶液を得た後、アニオン交換、カチオン交換精製工程を経て精製グリコール酸水溶液を回収した。回収液中にアンモニウムカチオン、カルシウムカチオン、グリシン、イミノジ酢酸は検出されなかった。
続いて実施例３と同様に、グリコール酸水溶液の一部を50mLナスフラスコに仕込み、窒素置換後、窒素フロー下において加熱を開始し、常圧でスターラー攪拌を行いながら170℃から200℃まで昇温加熱し、生成水を留去しながら縮合反応させた。次いで真空ポンプで40mmHgまで減圧し、200℃で2時間加熱して未反応グリコール酸等の低沸物を留去した。得られたプレポリマーは、やや黄色に着色していた。
さらに、260℃まで昇温させ、減圧度を3〜5mmHgに上げて解重合反応を行った。留出液を氷水で冷却トラップ回収し、ガスクロ分析の結果、グリコリド以外のピークは認められなかった。フラスコ内の残液は茶色く着色し、トラップされたグリコリドも黄色く着色していた。
［比較例３］
比較例として、α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩の加熱加水分解により、アンモニアを除去した。
52重量%グリコール酸アンモニウム塩水溶液50gを100mL四ツ口フラスコに仕込み、側管に内液温度測定用の温度計とトップ温度測定用の温度計を付けたトの字管を挟んでリービッヒ冷却管を取り付け、中央にスリーワンモーターの撹拌羽根を取り付け、オイルバスに全体を浸して、内液を表３に示す温度に昇温させて水と共にアンモニアを除去した。最終的な留去重量は23.3gであった。表２に示す各時間での分析値を基に、アンモニア及びグリコロアミドの経時変化を求めた。最終的に得られたグリコール酸は着色が激しく、粘性の高い液体となった。処理条件を表３に、アンモニア濃度とグリコロアミドの測定結果を図３に示す。
［実施例５］
40重量%乳酸アンモニウム塩水溶液50gを100mL四ツ口フラスコに仕込み、側管に温度計と還流器を取り付け、中央にスリーワンモーターの撹拌羽根を取り付け、恒温水槽に全体を浸して、内液を80℃まで昇温させ、30重量%の水酸化カルシウムスラリー25.1gを15minかけて滴下した。これにより、乳酸アンモニウム塩1molに対して0.55molの水酸化カルシウムを用いたことになる。
80℃で3時間処理した後、得られた乳酸カルシウムスラリーをサンプリングし、適当な濃度まで蒸留水で希釈し、高速液体クロマトグラフィーで乳酸濃度及び乳酸アミド濃度を、イオンクロマトグラフィーでアンモニア濃度を測定したころ、乳酸重量当たりのアンモニア濃度は0.027[重量%／乳酸]で、乳酸アミドは検出されなかった。
引き続き、得られた乳酸カルシウムスラリーの一部を実施例４と同様に、ガラスフィルター付漏斗で濾過した。得られた乳酸カルシウムの湿潤結晶に対し、同重量の50℃に加温した蒸留水を加えてスパチュラで撹拌した後、ガラスフィルター付漏斗で濾過する操作を3回繰り返した。得られた乳酸カルシウムの湿潤結晶の一部に対し、乳酸カルシウム1molに対し1.03molのモル比になるように、50重量%硫酸を60℃の温度を保ちながら添加して1時間程熟成した。得られた硫酸カルシウムの結晶をガラスフィルター付漏斗で濾過分離した濾液として、52.2重量%の乳酸水溶液を得た。該乳酸水溶液中には、アンモニア及び乳酸アミドは検出されなかった。
得られた乳酸水溶液の一部を50mLナスフラスコに仕込み、窒素置換後、窒素フロー下において加熱を開始し、常圧でスターラー攪拌を行いながら130℃から150℃まで昇温加熱し、生成水を留去しながら縮合反応させた。次いで真空ポンプで40mmHgまで減圧し、160℃で2時間加熱して未反応乳酸等の低沸物を留去した。得られたプレポリマーは、ほぼ無色透明であった。さらに、220℃まで昇温し、減圧度を3〜5mmHgに上げて解重合反応を行った。留出液を氷水で冷却トラップ回収し、ガスクロ分析の結果、ラクチド以外のピークは認められなかった。フラスコ内の残液は薄く着色していたが、トラップされたラクチドはほぼ無色であった。
本発明に使用する二室式水分解電気透析装置の概略図である。 グリコール酸アンモニウム塩に水酸化カルシウムを加えてグリコール酸カルシウムを得る反応の反応時間と、グリコロアミド濃度との関係を示す。 従来の方法でグリコール酸アンモニウムからアンモニアを除去した場合のアンモニア及びグリコロアミドの経時変化を示す。

Claims (20)

  1. α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩水溶液に塩基性金属類を接触させてα−ヒドロキシ酸金属塩を製造する工程であって、溶液中に残存するα−ヒドロキシ酸アミドを５００［重量ｐｐｍ／α−ヒドロキシ酸]以下にする工程（１）と、
    前記α−ヒドロキシ酸金属塩を脱塩してα−ヒドロキシ酸を製造する工程（２）と、
    を含むα−ヒドロキシ酸の製造方法。
  2. 前記工程（１）において、溶液中に残存するアンモニア濃度を３［重量％／α−ヒドロキシ酸］以下にする、請求項１に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
  3. 前記工程（１）において、発生したアンモニアを気相部に回収する、請求項１または２に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
  4. 前記アンモニアを気相部に回収するときの温度を、６０℃以上とする、請求項３に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
  5. 前記α−ヒドロキシ酸アンモニウム塩水溶液がα−ヒドロキシニトリルの加水分解反応によって得られたものである、請求項１から４のいずれか１項に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
  6. 前記α−ヒドロキシニトリルの加水分解を、ニトリラーゼ、及び／又はニトリルヒドラターゼとアミダーゼの組み合わせによって酵素触媒的に行う、請求項５に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
  7. 前記α−ヒドロキシニトリルの加水分解が、ニトリラーゼによって行われる、請求項５に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
  8. 前記ニトリラーゼが、Acinetobacter属由来である、請求項６または７に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
  9. 前記ニトリラーゼが、Acinetobacter sp.AK226由来である、請求項８に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
  10. 前記塩基性金属類が、アルカリ金属類、ベリリウムまたはマグネシウムの水酸化物、酸化物及び炭酸塩からなる群から選択される一種以上であって、前記工程（２）において、前記α−ヒドロキシ酸金属塩をイオン交換法によって脱塩する、請求項１から９のいずれか１項に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
  11. 前記塩基性金属類が、アルカリ金属類、ベリリウム、またはマグネシウムの水酸化物、酸化物及び炭酸塩からなる群から選択される一種以上であって、且つ、前記工程（２）において、前記α−ヒドロキシ酸金属塩を電気透析法によって脱塩する、請求項１から９のいずれか１項に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
  12. 前記塩基性金属類が、カルシウム、ストロンチウム、バリウムまたはラジウムの水酸化物、酸化物及び炭酸塩からなる群から選択される一種以上であって、前記工程（２）において、前記α−ヒドロキシ酸金属塩を、硫酸を添加することによって脱塩する、請求項１から９のいずれか１項に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
  13. 前記工程（１）の後、固液分離により固体のα−ヒドロキシ酸金属塩を回収、洗浄し、前記工程（２）において、該固体のα−ヒドロキシ酸金属塩又はこれに水を加えたα−ヒドロキシ酸金属塩スラリーに硫酸を添加する、請求項１２に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
  14. 前記塩基性金属類が、水酸化カルシウム、酸化カルシウム及び炭酸カルシウムからなる群から選択される一種以上である、請求項１２又は１３に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
  15. 前記工程（２）の後、アニオン交換樹脂によって不純物アニオンを除去する工程と、カチオン交換樹脂によって不純物カチオンを除去する工程と、をさらに含む、請求項１から１４のいずれか１項に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
  16. 前記不純物カチオンが、副生α−アミノ酸またはイミノジアルキル酸を含む、請求項１５に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
  17. 前記α−ヒドロキシ酸が、乳酸またはグリコール酸である、請求項１から１６のいずれか１項に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
  18. 前記α−ヒドロキシ酸が、グリコール酸である、請求項１７に記載のα−ヒドロキシ酸の製造方法。
  19. 請求項１から１８のいずれか１項に記載の方法で得られたα−ヒドロキシ酸の水溶液を原料としてα−ヒドロキシ酸オリゴマーを合成する工程と、前記α−ヒドロキシ酸オリゴマーを解重合させてその環状二量体エステルを得る工程と、を含む、環状二量体エステルの製造方法。
  20. 請求項１９に記載の方法で得られた環状二量体エステルを原料として開環重合反応でポリα−ヒドロキシ酸を得る工程を含む、ポリα−ヒドロキシ酸の製造方法。
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