JP5564783B2 - Method for producing lactic acid - Google Patents

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Description

本発明は、微生物の発酵培養により培養液中に生産された乳酸を精製する工程を含む乳酸の製造方法に関する。詳しくは、微生物培養液をナノフィルターに通じることによって非透過液側から高純度の乳酸カルシウムを含んだ溶液を得る工程を含む、乳酸の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing lactic acid, comprising a step of purifying lactic acid produced in a culture solution by fermentation culture of microorganisms. Specifically, the present invention relates to a method for producing lactic acid, including a step of obtaining a solution containing high-purity calcium lactate from the non-permeate side by passing a microorganism culture solution through a nanofilter.

乳酸は、食品用、医薬用などといった用途の他に、生分解性プラスチックのモノマー原料として工業的用途にまで広く適用され、需要が増加している。2−ヒドロキシプロピオン酸、即ち乳酸は、微生物による発酵により生産されることが知られており、微生物はグルコースに代表される炭水化物を含有する基質を乳酸に変換する。乳酸は、カルボニルα位の炭素に結合している水酸基の立体により、(L)−体および(D)−体の光学異性体に分類される。微生物発酵によれば、微生物を適宜選択することにより(L)−体または(D)−体の乳酸を選択的に、または(L)−体及び(D)−体の混合体(ラセミ体)の乳酸を生産することができる。   Lactic acid is widely applied to industrial uses as a monomer raw material for biodegradable plastics in addition to uses such as foods and pharmaceuticals, and the demand is increasing. 2-Hydroxypropionic acid, i.e., lactic acid, is known to be produced by fermentation by a microorganism, and the microorganism converts a substrate containing a carbohydrate typified by glucose into lactic acid. Lactic acid is classified into (L) -form and (D) -form optical isomers depending on the configuration of the hydroxyl group bonded to the carbon at the carbonyl α-position. According to microbial fermentation, (L) -form or (D) -form lactic acid is selectively selected by appropriately selecting microorganisms, or a mixture of (L) -form and (D) -form (racemic form). Of lactic acid.

微生物発酵による乳酸の生産は、一般に、培養液中にアルカリ性物質を添加することで、微生物発酵に最適なpHに保持されながら行われる。微生物発酵により生産された酸性物質である乳酸の多くは、アルカリ性物質が添加されているために、培養液中で乳酸の多くは乳酸塩として存在している。この場合、フリーの乳酸は、発酵終了後、培養液に酸性物質を添加することで得られる。   The production of lactic acid by microbial fermentation is generally carried out while maintaining an optimum pH for microbial fermentation by adding an alkaline substance to the culture solution. Since most of lactic acid, which is an acidic substance produced by microbial fermentation, is added with an alkaline substance, most of lactic acid exists as lactate in the culture solution. In this case, free lactic acid can be obtained by adding an acidic substance to the culture solution after the end of fermentation.

具体的には、培養液中に添加するアルカリ性物質として水酸化カルシウムがしばしば用いられるが、この場合、微生物発酵により生産された乳酸は培養液中では乳酸カルシウムとして存在している。なお、乳酸カルシウムは、カルシウム吸収性が高いことから、良質なカルシウム供給源として食品用途に注目されている。   Specifically, calcium hydroxide is often used as an alkaline substance added to the culture solution. In this case, lactic acid produced by microbial fermentation exists as calcium lactate in the culture solution. In addition, since calcium lactate has high calcium absorptivity, it attracts attention for food use as a good quality calcium supply source.

乳酸カルシウムを得る方法として、培養液を減圧濃縮して水を蒸発させる方法がある。しかしながら、微生物発酵液から取り出した乳酸カルシウムには、発酵過程で生産される乳酸以外の有機酸、例えば、酢酸等の不純物が含まれていることが多く、乳酸カルシウムの純度が低い上に、水を蒸発させるために加熱する必要があり、エネルギーコストが高いという問題点があった。   As a method for obtaining calcium lactate, there is a method of concentrating a culture solution under reduced pressure to evaporate water. However, calcium lactate extracted from microbial fermentation liquor often contains impurities other than lactic acid produced in the fermentation process, such as acetic acid, and the purity of calcium lactate is low. In order to evaporate, there is a problem that heating is required and the energy cost is high.

これまでに、乳酸カルシウム含有食品を製造する際に、乳酸カルシウムを濃縮するためにナノフィルター処理する技術が開示されているが(特許文献1参照)、本技術は、乳酸カルシウムが含まれる発酵液をナノフィルターで処理した透過液をpH調整し、乳酸カルシウムを得ているが、透過液には乳酸以外に酢酸も含まれていることは当業者であれば容易に予測されることから、得られる乳酸カルシウムの純度は高いものとは言えない。
特開2001−299281号公報
So far, when manufacturing calcium lactate-containing foods, a technology for nanofiltering to concentrate calcium lactate has been disclosed (see Patent Document 1), but this technology is a fermented liquid containing calcium lactate. The pH of the permeate treated with a nanofilter was adjusted to obtain calcium lactate. However, it is easily predicted by those skilled in the art that the permeate contains acetic acid in addition to lactic acid. The purity of the calcium lactate to be obtained cannot be said to be high.
JP 2001-299281 A

本発明は、上述したような課題、すなわち、微生物発酵により乳酸を生産する場合において、培養液中の乳酸以外の有機酸を除去するという課題を解決し、効率よく高純度の乳酸カルシウムを回収する方法を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned problem, that is, the problem of removing organic acids other than lactic acid in the culture solution when lactic acid is produced by microbial fermentation, and efficiently recovers high-purity calcium lactate. It aims to provide a method.

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、pH6〜11に調整した微生物発酵培養液を、ナノフィルターに通じることにより、培養液中の乳酸カルシウムを含んだ水溶液を非透過液側から回収し、透過液側から乳酸以外の有機酸を高効率で除去することができることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、次の(1)〜()から構成される。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention passed a microbial fermentation broth adjusted to pH 6-11 through a nanofilter, thereby removing an aqueous solution containing calcium lactate in the broth. It was recovered from the permeate side and found that organic acids other than lactic acid could be removed from the permeate side with high efficiency, and the present invention was completed. That is, this invention is comprised from following (1)-( 4 ).

(1)カルシウム塩の存在下での微生物の発酵培養により培養液中に生産された乳酸カルシウムを精製する工程を含む乳酸の製造方法であって、該培養液のpHを6以上11以下に調整し、該培養液をナノフィルターに通じて該培養液中の酢酸を透過液側に除去し、非透過液側から乳酸カルシウムを含んだ水溶液を回収する工程を含む、乳酸の製造方法。 (1) A method for producing lactic acid comprising a step of purifying calcium lactate produced in a culture solution by fermentation of microorganisms in the presence of a calcium salt, wherein the pH of the culture solution is adjusted to 6 or more and 11 or less And passing the culture solution through a nanofilter to remove acetic acid in the culture solution on the permeate side, and recovering an aqueous solution containing calcium lactate from the non-permeate side.

(2)前記ナノフィルターの機能層がポリアミドを含む、(1)に記載の乳酸の製造方法。   (2) The method for producing lactic acid according to (1), wherein the functional layer of the nanofilter contains polyamide.

(3)前記ポリアミドが架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ、化学式1で示される構成成分を含有することを特徴とする(2)に記載の乳酸の製造方法。   (3) The method for producing lactic acid according to (2), wherein the polyamide contains a cross-linked piperazine polyamide as a main component and a constituent represented by Chemical Formula 1.

Figure 0005564783
Figure 0005564783

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

)前記培養液のpHの調整において、該培養液に水酸化カルシウムを添加することを特徴とする、(1)から()のいずれかに記載の乳酸の製造方法。 ( 4 ) The method for producing lactic acid according to any one of (1) to ( 3 ), wherein in adjusting the pH of the culture solution, calcium hydroxide is added to the culture solution.

本発明に係る乳酸の製造方法は、発酵培養液中に含まれる乳酸以外の有機酸である酢酸を簡単な操作により効果的に除去することができる。従って、高純度の乳酸カルシウムを含んだ水溶液を得ることが出来る。 The method for producing lactic acid according to the present invention can effectively remove acetic acid, which is an organic acid other than lactic acid, contained in the fermentation broth by a simple operation. Therefore, an aqueous solution containing high-purity calcium lactate can be obtained.

以下、本発明をより詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

本発明の乳酸の製造方法は、カルシウム塩の存在下で微生物の発酵培養により培養液中に生産された乳酸カルシウムを精製する工程を含む方法であって、該培養液のpHを6以上11以下に調整し、該培養液をナノフィルターに通じて該培養液中の乳酸以外の有機酸を透過液側に除去し、非透過液側から乳酸カルシウムを含んだ水溶液を回収するものである。   The method for producing lactic acid according to the present invention includes a step of purifying calcium lactate produced in a culture solution by fermentation culture of a microorganism in the presence of a calcium salt, and the pH of the culture solution is 6 or more and 11 or less. And the organic medium other than lactic acid in the culture medium is removed to the permeate side through the nanofilter, and an aqueous solution containing calcium lactate is recovered from the non-permeate side.

本発明の乳酸の製造方法で用いるナノフィルターとは、ナノ濾過膜(ナノフィルトレーション膜、NF膜)とも呼ばれるものであり、「一価のイオンは透過し、二価のイオンを阻止する膜」と一般に定義される膜である。数ナノメートル程度の微小空隙を有していると考えられる膜で、主として、水中の微小粒子や分子、イオン、塩類等を阻止するために用いられる。   The nanofilter used in the method for producing lactic acid of the present invention is also called a nanofiltration membrane (nanofiltration membrane, NF membrane), and “a membrane that transmits monovalent ions and blocks divalent ions”. Is a film generally defined as It is a membrane that is considered to have a minute gap of about several nanometers, and is mainly used to block minute particles, molecules, ions, salts, and the like in water.

ナノフィルターの素材には、酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子素材を使用することができるが、前記1種類の素材で構成される膜に限定されず、複数の膜素材を含む膜であってもよい。またその膜構造は、膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜や、非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い機能層を有する複合膜のどちらでもよい。複合膜としては、例えば、特開昭62−201606号公報に記載のように、ポリスルホンを膜素材とする支持膜にポリアミドの機能層からなるナノフィルターを構成させた複合膜を用いることができる。   The material of the nanofilter may be a polymer material such as cellulose acetate polymer, polyamide, polyester, polyimide, vinyl polymer, but is not limited to the film composed of the one kind of material, It may be a film containing a film material. In addition, the membrane structure has a dense layer on at least one side of the membrane, and on the asymmetric membrane having fine pores gradually increasing from the dense layer to the inside of the membrane or the other side, or on the dense layer of the asymmetric membrane. Either a composite film having a very thin functional layer formed of another material may be used. As the composite membrane, for example, as described in JP-A No. 62-201606, a composite membrane in which a nanofilter composed of a functional layer of polyamide is formed on a support membrane made of polysulfone as a membrane material can be used.

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

ポリアミドを機能層とするナノフィルターにおいて、ポリアミドを構成する単量体の好ましいカルボン酸成分としては、例えば、トリメシン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、トリメリット酸、ピロメット酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルカルボン酸、ピリジンカルボン酸などの芳香族カルボン酸が挙げられるが、製膜溶媒に対する溶解性を考慮すると、トリメシン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、およびこれらの混合物がより好ましい。   In the nanofilter having a polyamide as a functional layer, preferable carboxylic acid components of monomers constituting the polyamide include, for example, trimesic acid, benzophenone tetracarboxylic acid, trimellitic acid, pyrometic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, naphthalene dicarboxylic acid Examples thereof include aromatic carboxylic acids such as acid, diphenylcarboxylic acid, and pyridinecarboxylic acid, but considering solubility in a film-forming solvent, trimesic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, and mixtures thereof are more preferable.

前記ポリアミドを構成する単量体の好ましいアミン成分としては、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、ベンジジン、メチレンビスジアニリン、4,4’−ジアミノビフェニルエーテル、ジアニシジン、3,3’,4−トリアミノビフェニルエーテル、3,3’,4,4’−テトラアミノビフェニルエーテル、3,3’−ジオキシベンジジン、1,8−ナフタレンジアミン、m(p)−モノメチルフェニレンジアミン、3,3’−モノメチルアミノ−4,4’−ジアミノビフェニルエーテル、4,N,N’−(4−アミノベンゾイル)−p(m)−フェニレンジアミン−2,2’−ビス(4−アミノフェニルベンゾイミダゾール)、2,2’−ビス(4−アミノフェニルベンゾオキサゾール)、2,2’−ビス(4−アミノフェニルベンゾチアゾール)等の芳香環を有する一級ジアミン、ピペラジン、ピペリジンまたはこれらの誘導体等の二級ジアミンが挙げられ、中でもピペラジンまたはピペリジンを単量体として含む架橋ポリアミドを機能層とするナノフィルターは耐圧性、耐久性の他に、耐熱性、耐薬品性を有していることから好ましく用いられる。より好ましくは前記架橋ピペラジンポリアミドまたは架橋ピペリジンポリアミドを主成分とし、かつ、前記化学式1で示される構成成分を含有するポリアミドであり、さらに好ましくは架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ、前記化学式1で示される構成成分を含有するポリアミドである。また、前記化学式1中、n=3のものが好ましく用いられる。架橋ピペリジンポリアミドを主成分とし、かつ前記化学式1で示される構成成分を含有するポリアミドとしては、例えば、特開昭62−201606号公報に記載のものが挙げられる。   Preferred amine components of the monomers constituting the polyamide include m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, benzidine, methylenebisdianiline, 4,4′-diaminobiphenyl ether, dianisidine, 3,3 ′, 4- Triaminobiphenyl ether, 3,3 ′, 4,4′-tetraaminobiphenyl ether, 3,3′-dioxybenzidine, 1,8-naphthalenediamine, m (p) -monomethylphenylenediamine, 3,3′- Monomethylamino-4,4′-diaminobiphenyl ether, 4, N, N ′-(4-aminobenzoyl) -p (m) -phenylenediamine-2,2′-bis (4-aminophenylbenzimidazole), 2 , 2′-bis (4-aminophenylbenzoxazole), 2,2′-bis (4-aminophenyl) Examples include secondary diamines such as primary diamines having an aromatic ring such as (nylbenzothiazole), piperazine, piperidine or derivatives thereof, among which a nanofilter having a functional layer of a crosslinked polyamide containing piperazine or piperidine as a monomer is pressure resistant. It is preferably used because of its heat resistance and chemical resistance in addition to its properties and durability. More preferably, the cross-linked piperazine polyamide or the cross-linked piperidine polyamide is a main component, and the component includes the constituent represented by the chemical formula 1. More preferably, the cross-linked piperazine polyamide is the main component, and the chemical formula 1 Polyamide containing the indicated constituents. In the above chemical formula 1, those having n = 3 are preferably used. Examples of the polyamide containing a crosslinked piperidine polyamide as a main component and containing the constituent represented by the above chemical formula 1 include those described in JP-A No. 62-201606.

ナノフィルターは一般にスパイラル型の膜エレメントとして使用されるが、本発明で用いるナノフィルターも、スパイラル型の膜エレメントとして使用されることが好ましく採用できる。好ましいナノフィルターの具体例としては、例えば、架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ前記化学式(1)で示される構成成分を含有するポリアミドを機能層とする、東レ株式会社製のUTC60を含む同社製ナノフィルターモジュールSU−210、SU−220、SU−600、SU−610も使用することができる。また、架橋ピペラジンポリアミドを機能層とするフィルムテック社製ナノフィルターのNF−45、NF−90、NF−200、NF−400、あるいはポリアミドを機能層とするアルファラバル社製ナノフィルターのNF99、NF97,NF99HF、酢酸セルロース系のナノフィルターであるGE Osmonics社製ナノフィルターのGEsepaなどが挙げられる。   The nanofilter is generally used as a spiral membrane element, but the nanofilter used in the present invention can also be preferably used as a spiral membrane element. As a specific example of a preferable nanofilter, for example, manufactured by the same company including UTC60 manufactured by Toray Industries, Inc. having a functional layer of a polyamide containing a cross-linked piperazine polyamide as a main component and a component represented by the chemical formula (1). Nanofilter modules SU-210, SU-220, SU-600, SU-610 can also be used. In addition, NF-45, NF-90, NF-200, NF-400 made by Filmtec Co., Ltd., which uses crosslinked piperazine polyamide as a functional layer, or NF99, NF97, made by Alfa Laval Corp., which uses polyamide as a functional layer. , NF99HF, GE Sepa made by GE Osmonics, which is a cellulose acetate-based nanofilter, and the like.

本発明の乳酸の製造方法における、「ナノフィルターに通じる」とは、微生物の発酵培養により生産された乳酸を含む培養液を、ナノフィルターに通じて濾過し、非透過液側に乳酸カルシウムを含んだ水溶液を濾別回収し、透過液側に酢酸を濾液として透過させることを意味する。   In the method for producing lactic acid of the present invention, “through a nanofilter” means that a culture solution containing lactic acid produced by fermentation of microorganisms is filtered through a nanofilter, and calcium lactate is contained on the non-permeate side. This means that the aqueous solution is recovered by filtration, and acetic acid is permeated as a filtrate to the permeate side.

乳酸水溶液のナノフィルター透過性の評価方法としては、乳酸透過率を算出して評価する方法が挙げられるが、この方法に限定されるものではない。乳酸透過率は、高速液体クロマトグラフィーに代表される分析により、原水(培養液)中に含まれる乳酸濃度(原水乳酸濃度)および透過水(乳酸溶液)中に含まれる乳酸濃度(透過水乳酸濃度)を測定することで、式1によって算出することができる。   Examples of the method for evaluating the nanofilter permeability of an aqueous lactic acid solution include a method of calculating and evaluating lactic acid permeability, but the method is not limited to this method. Lactic acid permeability is determined by analysis represented by high performance liquid chromatography. Lactic acid concentration in raw water (culture solution) (raw water lactic acid concentration) and lactic acid concentration in permeated water (lactic acid solution) (permeated lactic acid concentration) ) Can be calculated by Equation 1.

乳酸透過率(%)=(透過水乳酸濃度/原水乳酸濃度)×100・・・(式1)。
式1と同様に、酢酸透過率を式2によって算出することができる。
Lactic acid permeability (%) = (permeated lactic acid concentration / raw water lactic acid concentration) × 100 (Formula 1).
Similar to Equation 1, the acetic acid permeability can be calculated by Equation 2.

酢酸透過率(%)=(透過水酢酸濃度/原水酢酸濃度)×100・・・(式2)。   Acetic acid permeability (%) = (permeated water acetic acid concentration / raw water acetic acid concentration) × 100 (Equation 2).

膜単位面積、単位圧力当たりの透過流量(膜透過流束)の評価方法としては、透過水量および透過水量を採水した時間および膜面積を測定することで、式3によって算出することができる。   As a method for evaluating the membrane unit area and the permeation flow rate (membrane permeation flux) per unit pressure, the permeated water amount, the time during which the permeated water amount was collected, and the membrane area can be calculated by Equation 3.

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

本発明の乳酸の製造方法において、微生物培養液のナノフィルターによる濾過は、圧力をかけて行ってもよい。その濾過圧は、0.1MPa以上8MPa以下の範囲で好ましく用いられるが、0.1MPaより低ければ膜透過速度が低下し、8MPaより高ければ膜の損傷に影響を与えるため、0.5MPa以上7MPa以下で用いれば、膜透過流束が高いことから、乳酸溶液を効率的に透過させることができ、膜の損傷に影響を与える可能性が少ないことからより好ましく、1MPa以上6MPa以下で用いることが特に好ましい。   In the method for producing lactic acid according to the present invention, filtration of the microorganism culture solution with the nanofilter may be performed under pressure. The filtration pressure is preferably used in the range of 0.1 MPa or more and 8 MPa or less, but if it is lower than 0.1 MPa, the membrane permeation rate decreases, and if it is higher than 8 MPa, it affects the damage of the membrane. When used in the following, the membrane permeation flux is high, so that the lactic acid solution can be efficiently permeated and is less likely to affect the membrane damage, and is preferably used at 1 MPa or more and 6 MPa or less. Particularly preferred.

本発明の乳酸の製造方法で用いるナノフィルターの膜分離性能としては、温度25℃、pH6.5に調整した塩化ナトリウム水溶液(500mg/L)を0.75MPaの濾過圧で評価したとき塩除去率が45%以上のものが好ましく用いられる。ここでいう塩除去率は前記塩化ナトリウム水溶液の透過水塩濃度を測定することにより、式4によって算出することができる。   As the membrane separation performance of the nanofilter used in the method for producing lactic acid of the present invention, the salt removal rate when an aqueous sodium chloride solution (500 mg / L) adjusted to a temperature of 25 ° C. and a pH of 6.5 was evaluated at a filtration pressure of 0.75 MPa. Is preferably 45% or more. The salt removal rate referred to here can be calculated by Equation 4 by measuring the permeated water salt concentration of the sodium chloride aqueous solution.

塩除去率=100×{1−(透過水中の塩濃度/供給水中の塩濃度)}・・・(式4)。   Salt removal rate = 100 × {1− (salt concentration in permeated water / salt concentration in feed water)} (Formula 4).

また、ナノフィルターの膜の透過性能としては、塩化ナトリウム(500mg/L)で0.3MPaの濾過圧において、膜透過流束(m/(m・日))が0.5以上のものが好ましく用いられる。 In addition, the membrane permeation performance of the nanofilter has a membrane permeation flux (m 3 / (m 2 · day)) of 0.5 or more at a filtration pressure of 0.3 MPa with sodium chloride (500 mg / L). Is preferably used.

また、硫酸マグネシウム透過率が、操作圧力0.5MPa、原水温度25℃、原水濃度1000ppmにおいて、1.5%以下であるものが好ましく用いられる。上記条件におけるナノフィルターの硫酸マグネシウム透過率が1.5%を上回る場合、乳酸カルシウムを含んだ水溶液の一部がナノフィルターを透過し、非透過側からの回収率が低減する場合がある。より好ましくはナノフィルターの硫酸マグネシウム透過率が1.0%以下のものが用いられる。硫酸マグネシウム透過率は、イオンクロマトグラフィーに代表される分析により、原水中に含まれる硫酸マグネシウム濃度(原水硫酸マグネシウム濃度)および透過液中に含まれる硫酸マグネシウム濃度(透過液硫酸マグネシウム濃度)を測定し、式5によって算出することができる。   Moreover, what has a magnesium sulfate permeability of 1.5% or less at an operating pressure of 0.5 MPa, a raw water temperature of 25 ° C., and a raw water concentration of 1000 ppm is preferably used. When the magnesium sulfate permeability of the nanofilter under the above conditions exceeds 1.5%, a part of the aqueous solution containing calcium lactate may permeate the nanofilter and the recovery rate from the non-permeation side may be reduced. More preferably, a nanofilter having a magnesium sulfate permeability of 1.0% or less is used. Magnesium sulfate permeability is determined by measuring the magnesium sulfate concentration (raw water magnesium sulfate concentration) contained in the raw water and the magnesium sulfate concentration (permeated magnesium sulfate concentration) contained in the permeate by analysis typified by ion chromatography. , Can be calculated by Equation 5.

硫酸マグネシウム透過率(%)=(透過液硫酸マグネシウム濃度)/(原水硫酸マグネシウム濃度)×100・・・(式5)。   Magnesium sulfate permeability (%) = (permeate magnesium sulfate concentration) / (raw water magnesium sulfate concentration) × 100 (Equation 5).

本発明の乳酸の製造方法において、ナノフィルターに通じる培養液のpHは6以上11以下であることを特徴とする。ナノフィルターは、溶液中にイオン化(解離)している物質の方が、イオン化していない(非解離)物質に比べて阻止しやすい特性から、培養液のpHを6以上とすることで、培養液中で乳酸が解離してイオンとして存在している割合(解離乳酸/非解離乳酸)の方が、酢酸が解離してイオンとして存在している割合(解離酢酸/非解離酢酸)より多くなり、非透過液側から効率的に乳酸カルシウムを含んだ水溶液を回収することができ、透過液側から乳酸以外の有機酸を効率的に分離することができる。さらに、培養液のpHが11を越えると、ナノフィルターの耐久性に悪影響を及ぼすため、好ましくない。   In the method for producing lactic acid according to the present invention, the pH of the culture solution leading to the nanofilter is 6 or more and 11 or less. Nanofilters are characterized by the fact that substances that are ionized (dissociated) in solution are more easily blocked than substances that are not ionized (non-dissociated). The proportion of lactic acid dissociated and present as ions in the liquid (dissociated lactic acid / non-dissociated lactic acid) is greater than the proportion of acetic acid dissociated and present as ions (dissociated acetic acid / non-dissociated acetic acid). The aqueous solution containing calcium lactate can be efficiently recovered from the non-permeate side, and organic acids other than lactic acid can be efficiently separated from the permeate side. Furthermore, if the pH of the culture solution exceeds 11, the durability of the nanofilter is adversely affected.

本発明の乳酸の製造方法において、ナノフィルターの透過液側から分離される乳酸以外の有機酸は、発酵培養の副生物由来または発酵原料由来の有機酸であるが、本発明においては酢酸が好ましく分離されうる。   In the method for producing lactic acid of the present invention, the organic acid other than lactic acid separated from the permeate side of the nanofilter is an organic acid derived from a by-product of fermentation culture or a fermentation raw material. In the present invention, acetic acid is preferred. Can be separated.

本発明の乳酸の製造方法において、培養液のpHを調整するための手段としては、塩基性カルシウムが好ましく用いられ、例えば、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、酸化カルシウム、酢酸カルシウムの固体、または水溶液を添加することが好ましく、水酸化カルシウムがより好ましい。水溶液を添加する場合、塩基性カルシウムの濃度は限定されるものではなく、飽和溶解度を越えた、スラリー状のものを添加してもよい。   In the method for producing lactic acid of the present invention, as a means for adjusting the pH of the culture solution, basic calcium is preferably used. For example, calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium phosphate, calcium oxide, calcium acetate solid, or It is preferable to add an aqueous solution, and calcium hydroxide is more preferable. When the aqueous solution is added, the concentration of basic calcium is not limited, and a slurry in excess of the saturation solubility may be added.

ナノフィルターによる分離で用いる微生物培養液中の乳酸カルシウム溶液中の乳酸の濃度は、特に限定されないが、高濃度であれば、濃縮する時間を短縮することができることからコスト削減に好適であり、例えば10g/L以上100g/L以下が好ましい。   The concentration of lactic acid in the calcium lactate solution in the microorganism culture solution used for separation by the nanofilter is not particularly limited, but if the concentration is high, the concentration time can be shortened. 10 g / L or more and 100 g / L or less are preferable.

上記の通りナノフィルターで非透過側から回収される乳酸カルシウムを含む溶液に酸性物質を添加することで、高純度のフリーの乳酸が得られる。添加する酸性物質としては、硫酸、塩酸、硝酸などが挙げられる。   As described above, high-purity free lactic acid can be obtained by adding an acidic substance to a solution containing calcium lactate collected from the non-permeating side with a nanofilter. Examples of the acidic substance to be added include sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid and the like.

以下、本発明の乳酸の製造方法に供される、微生物の発酵培養による乳酸生産について説明する。   Hereinafter, lactic acid production by fermentation culture of microorganisms, which is used in the method for producing lactic acid according to the present invention, will be described.

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

本発明では、微生物の培養は、通常pH4−8、温度20−40℃の範囲で行われる。培養液のpHはアルカリ性物質、具体的には塩基性のカルシウム塩によって上記範囲内のあらかじめ定められた値に調節する。塩基性カルシウム塩としては、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、酸化カルシウム、酢酸カルシウムなどが好ましく用いられ、水酸化カルシウムがより好ましく用いられる。   In the present invention, microorganisms are usually cultured in the range of pH 4-8 and temperature 20-40 ° C. The pH of the culture solution is adjusted to a predetermined value within the above range with an alkaline substance, specifically, a basic calcium salt. As the basic calcium salt, calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium phosphate, calcium oxide, calcium acetate and the like are preferably used, and calcium hydroxide is more preferably used.

微生物の培養において、酸素の供給速度を上げる必要があれば、空気に酸素を加えて酸素濃度を21%以上に保つ、あるいは培養を加圧する、攪拌速度を上げる、通気量を上げるなどの手段を用いることができる。   In the culture of microorganisms, if it is necessary to increase the oxygen supply rate, add oxygen to the air to maintain the oxygen concentration at 21% or higher, or pressurize the culture, increase the stirring speed, increase the aeration rate, etc. Can be used.

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

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

本発明で使用される微生物については特に制限はないが、例えば、発酵工業においてよく使用されるパン酵母などの酵母、乳酸菌、大腸菌、コリネ型細菌などのバクテリア、糸状菌、放線菌などが挙げられる。動物細胞、昆虫細胞等の培養細胞も、本発明で使用される微生物に含まれる。前記微生物の中でも、酵母、乳酸菌および大腸菌のいずれかから選択されることが好ましい。使用する微生物は、自然環境から単離されたものでもよく、また、突然変異や遺伝子組換えによって一部性質が改変されたものであってもよい。   The microorganism used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include yeasts such as baker's yeast often used in the fermentation industry, bacteria such as lactic acid bacteria, Escherichia coli, coryneform bacteria, filamentous fungi, actinomycetes, and the like. . Cultured cells such as animal cells and insect cells are also included in the microorganism used in the present invention. Among the microorganisms, it is preferably selected from yeast, lactic acid bacteria, and Escherichia coli. The microorganism to be used may be isolated from the natural environment, or may be partially modified by mutation or genetic recombination.

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, this invention is not limited to a following example.

(乳酸生産能力を持つ酵母株の作製)
参考例1 乳酸生産能力を持つ酵母株の作製
乳酸生産能力を持つ酵母株を下記のように造成した。具体的には、ヒト由来LDH遺伝子を酵母ゲノム上のPDC1プロモーターの下流に連結することでL−乳酸生産能力を持つ酵母株を造成した。ポリメラーゼ・チェーン・リアクション(PCR)には、La−Taq(宝酒造社製)、あるいはKOD-Plus-polymerase(東洋紡社製)を用い、付属の取扱説明に従って行った。
(Production of yeast strains capable of producing lactic acid)
Reference Example 1 Production of Yeast Strain Having Lactic Acid Production Capacity A yeast strain having a lactic acid production capacity was constructed as follows. Specifically, a yeast strain capable of producing L-lactic acid was constructed by linking a human-derived LDH gene downstream of the PDC1 promoter on the yeast genome. For polymerase chain reaction (PCR), La-Taq (manufactured by Takara Shuzo) or KOD-Plus-polymerase (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was used according to the attached instruction manual.

ヒト乳ガン株化細胞(MCF−7)を培養回収後、TRIZOL Reagent(Invitrogen社製)を用いてtotal RNAを抽出し、得られたtotal RNAを鋳型としてSuperScript Choice System(Invitrogen社製)を用いた逆転写反応によりcDNAの合成を行った。これらの操作の詳細は、それぞれ付属のプロトコールに従った。得られたcDNAを続くPCRの増幅鋳型とした。   After culturing and recovering human breast cancer cell line (MCF-7), total RNA was extracted using TRIZOL Reagent (Invitrogen), and SuperScript Choice System (Invitrogen) was used with the obtained total RNA as a template. CDNA was synthesized by reverse transcription reaction. Details of these operations followed the attached protocol. The obtained cDNA was used as an amplification template for subsequent PCR.

上記操作で得られたcDNAを増幅鋳型とし、配列番号1および配列番号2で表されるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとしたKOD-Plus-polymeraseによるPCRによりL−ldh遺伝子のクローニングを行った。各PCR増幅断片を精製し末端をT4 Polynucleotide Kinase(TAKARA社製)によりリン酸化後、pUC118ベクター(制限酵素HincIIで切断し、切断面を脱リン酸化処理したもの)にライゲーションした。ライゲーションは、DNA Ligation Kit Ver.2(TAKARA社製)を用いて行った。ライゲーションプラスミド産物で大腸菌DH5αを形質転換し、プラスミドDNAを回収することにより各種L−ldh遺伝子(アクセッションナンバー;AY009108、配列番号3)がサブクローニングされたプラスミドを得た。得られたL−ldh遺伝子が挿入されたpUC118プラスミドを制限酵素XhoIおよびNotIで消化し、得られた各DNA断片を酵母発現用ベクターpTRS11のXhoI/NotI切断部位に挿入した。このようにしてヒト由来L−ldh遺伝子発現プラスミドpL−ldh5(L−ldh遺伝子)を得た。   The L-ldh gene was cloned by PCR using KOD-Plus-polymerase using the cDNA obtained by the above operation as an amplification template and the oligonucleotides represented by SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 as a primer set. Each PCR amplified fragment was purified and the end was phosphorylated with T4 Polynucleotide Kinase (manufactured by TAKARA), and then ligated to a pUC118 vector (cut with the restriction enzyme HincII and the cut surface was dephosphorylated). Ligation was performed using DNA Ligation Kit Ver.2 (manufactured by TAKARA). Escherichia coli DH5α was transformed with the ligation plasmid product, and plasmid DNA was collected to obtain a plasmid in which various L-ldh genes (accession number; AY009108, SEQ ID NO: 3) were subcloned. The obtained pUC118 plasmid into which the L-ldh gene was inserted was digested with restriction enzymes XhoI and NotI, and each of the obtained DNA fragments was inserted into the XhoI / NotI cleavage site of the yeast expression vector pTRS11. In this way, a human-derived L-ldh gene expression plasmid pL-ldh5 (L-ldh gene) was obtained.

ヒト由来LDH遺伝子を含むプラスミドpL−ldh5を増幅鋳型とし、配列番号4および配列番号5で表されるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとしたPCRにより1.3kbのヒト由来LDH遺伝子、及びサッカロミセス・セレビセ由来のTDH3遺伝子のターミネーター配列含むDNA断片を増幅した。また、プラスミドpRS424を増幅鋳型として、配列番号6および配列番号7で表されるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとしたPCRにより1.2kbのサッカロミセス・セレビセ由来のTRP1遺伝子を含むDNA断片を増幅した。それぞれのDNA断片を1.5%アガロースゲル電気泳動により分離、常法に従い精製した。ここで得られた1.3kb断片、1.2kb断片を混合したものを増幅鋳型とし、配列番号4および配列番号7で表されるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとしたPCR法によって得られた産物を1.5%アガロースゲル電気泳動して、ヒト由来LDH遺伝子及びTRP1遺伝子が連結された2.5kbのDNA断片を常法に従い調製した。この2.5kbのDNA断片で出芽酵母NBRC10505株を常法に従いトリプトファン非要求性に形質転換した。   By PCR using the plasmid pL-ldh5 containing the human-derived LDH gene as an amplification template and the oligonucleotides represented by SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 5 as primer sets, a 1.3-kb human-derived LDH gene and Saccharomyces cerevisiae derived A DNA fragment containing the terminator sequence of the TDH3 gene was amplified. In addition, a DNA fragment containing the TRP1 gene derived from Saccharomyces cerevisiae of 1.2 kb was amplified by PCR using the plasmid pRS424 as an amplification template and the oligonucleotides represented by SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 7 as a primer set. Each DNA fragment was separated by 1.5% agarose gel electrophoresis and purified according to a conventional method. A product obtained by the PCR method using a mixture of the 1.3 kb fragment and the 1.2 kb fragment obtained here as an amplification template and the oligonucleotides represented by SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 7 as a primer set is 1 2.5% agarose gel electrophoresis was carried out to prepare a 2.5 kb DNA fragment linked with human-derived LDH gene and TRP1 gene according to a conventional method. Saccharomyces cerevisiae strain NBRC10505 was transformed with this 2.5 kb DNA fragment in a conventional manner so as not to require tryptophan.

得られた形質転換細胞がヒト由来LDH遺伝子を酵母ゲノム上のPDC1プロモーターの下流に連結されている細胞であることの確認は、下記のように行った。まず、形質転換細胞のゲノムDNAを常法に従って調製し、これを増幅鋳型とした配列番号8および配列番号9で表されるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとしたPCRにより0.7kbの増幅DNA断片が得られることで確認した。また、形質転換細胞が乳酸生産能力を持つかどうかは、SC培地(METHODS IN YEAST GENETICS 2000 EDITION、 CSHL PRESS)で形質転換細胞を培養した培養上澄に乳酸が含まれていることを下記に示す条件でHPLC法により乳酸量を測定することで確認した。   Confirmation that the obtained transformed cells were cells in which the human-derived LDH gene was linked downstream of the PDC1 promoter on the yeast genome was performed as follows. First, genomic DNA of a transformed cell was prepared according to a conventional method, and a 0.7 kb amplified DNA fragment was obtained by PCR using the oligonucleotides represented by SEQ ID NO: 8 and SEQ ID NO: 9 as a primer set. Confirmed by being. In addition, whether or not the transformed cell has lactic acid production ability is shown below that lactic acid is contained in the culture supernatant obtained by culturing the transformed cell in SC medium (METHODS IN YEAS GENETIC 2000 EDITION, CSHL PRESS). It confirmed by measuring the amount of lactic acid by HPLC method on conditions.

カラム:Shim-Pack SPR-H(島津社製)、移動相:5mM p−トルエンスルホン酸(流速0.8mL/min)、反応液:5mM p−トルエンスルホン酸、20mM ビストリス、0.1mM EDTA・2Na(流速0.8mL/min)、検出方法:電気伝導度、温度:45℃。   Column: Shim-Pack SPR-H (manufactured by Shimadzu Corporation), mobile phase: 5 mM p-toluenesulfonic acid (flow rate 0.8 mL / min), reaction solution: 5 mM p-toluenesulfonic acid, 20 mM Bistris, 0.1 mM EDTA 2Na (flow rate 0.8 mL / min), detection method: electrical conductivity, temperature: 45 ° C.

また、L−乳酸の光学純度測定は以下の条件でHPLC法により測定した。   The optical purity of L-lactic acid was measured by the HPLC method under the following conditions.

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

また、L−乳酸の光学純度は式4で計算される。ここで、LはL−乳酸の濃度、DはD−乳酸の濃度を表す。   Moreover, the optical purity of L-lactic acid is calculated by Formula 4. Here, L represents the concentration of L-lactic acid, and D represents the concentration of D-lactic acid.

光学純度(%)=100×(L−D)/(L+D)‥‥‥(式6)。   Optical purity (%) = 100 × (LD) / (L + D) (formula 6).

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

参考例2 バッチ発酵によるL−乳酸の製造
微生物を用いた発酵形態として最も典型的なバッチ発酵を行い、その乳酸生産性を評価した。表1に示す乳酸発酵培地を用い、バッチ発酵試験を行った。該培地は高圧蒸気滅菌(121℃、15分)して用いた。微生物として参考例1で造成した酵母SW−1株を用い、生産物である乳酸の濃度の評価には、参考例1に示したHPLCを用いて評価し、グルコース濃度の測定にはグルコーステストワコーC(和光純薬)を用いた。参考例2の運転条件を以下に示す。
Reference Example 2 Production of L-lactic acid by batch fermentation The most typical batch fermentation was performed as a fermentation form using microorganisms, and the lactic acid productivity was evaluated. A batch fermentation test was conducted using the lactic acid fermentation medium shown in Table 1. The medium was used after autoclaving (121 ° C., 15 minutes). The yeast SW-1 strain constructed in Reference Example 1 was used as a microorganism, and the concentration of lactic acid as a product was evaluated using the HPLC shown in Reference Example 1, and the glucose concentration was measured using a glucose test Wako. C (Wako Pure Chemical Industries) was used. The operating conditions of Reference Example 2 are shown below.

反応槽容量(乳酸発酵培地量):2(L)、 温度調整:30(℃)、反応槽通気量:0.2(L/min)、反応槽攪拌速度:400(rpm)、pH調整:1N 水酸化カルシウムによりpH5に調整。   Reaction tank capacity (lactic acid fermentation medium amount): 2 (L), temperature adjustment: 30 (° C.), reaction tank aeration rate: 0.2 (L / min), reaction tank stirring speed: 400 (rpm), pH adjustment: Adjust to pH 5 with 1N calcium hydroxide.

まず、SW−1株を試験管で5mlの乳酸発酵培地で一晩振とう培養した(前々培養)。前々培養液を新鮮な乳酸発酵培地100mlに植菌し500ml容坂口フラスコで24時間振とう培養した(前培養)。温度調整、pH調整を行い、発酵培養を行った。この時の菌体増殖量は、600nmでの吸光度で15であった。回分発酵の結果を表2に示す。   First, the SW-1 strain was cultured with shaking in a 5 ml lactic acid fermentation medium overnight in a test tube (pre-culture). The culture solution was inoculated into 100 ml of fresh lactic acid fermentation medium and cultured with shaking in a 500 ml Sakaguchi flask for 24 hours (pre-culture). Temperature adjustment and pH adjustment were performed, and fermentation culture was performed. The amount of bacterial cell growth at this time was 15 in terms of absorbance at 600 nm. The results of batch fermentation are shown in Table 2.

Figure 0005564783
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Figure 0005564783
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参考例3 ナノフィルターの無機塩(硫酸マグネシウム)阻止率評価
超純水10Lに硫酸マグネシウム(和光純薬工業株式会社製)10g添加して25℃1時間攪拌し、1000ppm硫酸マグネシウム水溶液を調製した。次いで、図1に示す、膜濾過装置の原水槽1に上記で調整した硫酸マグネシウム水溶液10Lを注入した。図2の符号7に示される90φナノフィルターとして、架橋ピペラジンポリアミド系ナノフィルター“UTC60”(ナノフィルター1;東レ株式会社製)、架橋ピペラジンポリアミド系ナノフィルター“NF−400”(ナノフィルター2;フィルムテック製)、ポリアミド系ナノフィルター“NF99”(ナノフィルター3;アルファラバル製)、酢酸セルロース系ナノフィルター“GEsepa”(ナノフィルター4;GE Osmonics製)をそれぞれステンレス(SUS316製)製のセルにセットし、原水温度を25℃、高圧ポンプ3の圧力を0.5MPaに調整し、透過液5を回収した。原水槽1、透過液5に含まれる、硫酸マグネシウムの濃度をイオンクロマトグラフィー(DIONEX製)により以下の条件で分析し、硫酸マグネシウムの透過率を計算した。
Reference Example 3 Evaluation of inorganic filter (magnesium sulfate) rejection rate of nanofilter 10 g of magnesium sulfate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to 10 L of ultrapure water and stirred at 25 ° C. for 1 hour to prepare a 1000 ppm magnesium sulfate aqueous solution. Next, 10 L of the magnesium sulfate aqueous solution prepared above was injected into the raw water tank 1 of the membrane filtration apparatus shown in FIG. As the 90φ nanofilter indicated by reference numeral 7 in FIG. 2, a crosslinked piperazine polyamide-based nanofilter “UTC60” (Nanofilter 1; manufactured by Toray Industries, Inc.), a crosslinked piperazine polyamide-based nanofilter “NF-400” (nanofilter 2; film) Tech), polyamide-based nanofilter “NF99” (Nanofilter 3; manufactured by Alfa Laval), and cellulose acetate-based nanofilter “GEsepa” (Nanofilter 4; manufactured by GE Osmonics) are each set in a cell made of stainless steel (manufactured by SUS316). The raw water temperature was adjusted to 25 ° C. and the pressure of the high-pressure pump 3 was adjusted to 0.5 MPa, and the permeate 5 was recovered. The concentration of magnesium sulfate contained in the raw water tank 1 and the permeate 5 was analyzed by ion chromatography (manufactured by DIONEX) under the following conditions, and the transmittance of magnesium sulfate was calculated.

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

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

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

Figure 0005564783
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実施例1〜3
(ナノフィルターモジュールで分離する培養液の準備)
参考例1、2で乳酸発酵した培養液(2L)をpHが7.5(実施例1)、pHが9.0(実施例2)、pHが10.0(実施例3)になるまで水酸化カルシウム(和光純薬製)を添加した。
Examples 1-3
(Preparation of culture solution to be separated by nano filter module)
The culture solution (2 L) fermented with lactic acid in Reference Examples 1 and 2 until pH 7.5 (Example 1), pH 9.0 (Example 2), and pH 10.0 (Example 3). Calcium hydroxide (Wako Pure Chemical Industries) was added.

(ナノフィルターモジュールによる分離実験)
次いで、図1に示す、膜濾過装置の原水槽1に上記で得られた培養液2Lを注入した。4インチナノフィルターモジュール2(架橋ピペラジンポリアミド系ナノフィルターモジュールSU−610、東レ株式会社製)を専用ベッセルにセットし、高圧ポンプ3の圧力を2MPaに調整して運転し、それぞれのpHにおける非透過液4、透過液5を回収した。非透過液4、透過液5に含まれる、乳酸、酢酸濃度を、高速液体クロマトグラフィー(島津製作所製)により分析した。結果を表4に示す。
(Separation experiment with nano filter module)
Next, 2 L of the culture solution obtained above was injected into the raw water tank 1 of the membrane filtration apparatus shown in FIG. A 4-inch nanofilter module 2 (crosslinked piperazine polyamide-based nanofilter module SU-610, manufactured by Toray Industries, Inc.) is set in a dedicated vessel, and the pressure of the high-pressure pump 3 is adjusted to 2 MPa. Liquid 4 and permeate 5 were collected. The concentration of lactic acid and acetic acid contained in the non-permeate 4 and the permeate 5 was analyzed by high performance liquid chromatography (manufactured by Shimadzu Corporation). The results are shown in Table 4.

Figure 0005564783
Figure 0005564783

表4に示すように、7.5、9.0、10.0のすべてのpHにおいて、酢酸が透過液側に高効率で除去され、高純度の乳酸カルシウムを含んだ水溶液を非透過液側から高効率で回収できたことがわかった。   As shown in Table 4, at all pH values of 7.5, 9.0, and 10.0, acetic acid is efficiently removed on the permeate side, and an aqueous solution containing high-purity calcium lactate is removed on the non-permeate side. From the above, it was found that the recovery was possible with high efficiency.

また、上記実施例1から実施例3において、ナノフィルターモジュールを新しい膜に取り換えることなく、一つの膜を用いて実施したが、上記の濾過圧において、酢酸が高効率で除去された。   In Examples 1 to 3, the nanofilter module was replaced with a new membrane without using a new membrane, but acetic acid was removed with high efficiency at the filtration pressure.

実施例4〜15
(90φナノフィルターで分離する培養液の準備)
参考例1、2で乳酸発酵した培養液(2L)をpHが7.5、9.0、10.0になるまで水酸化カルシウム(和光純薬製)を添加した。
Examples 4-15
(Preparation of culture solution to be separated by 90φ nano filter)
Calcium hydroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to the culture solution (2 L) fermented with lactic acid in Reference Examples 1 and 2 until the pH was 7.5, 9.0, 10.0.

(ナノ濾過膜による分離実験)
次いで、図1に示す、膜濾過装置の原水槽1に上記実施例で得られた濾液2Lを注入した。図2の符号7の90φナノフィルターとして、前記ナノフィルター1〜4をステンレス(SUS316製)製のセルにそれぞれセットし、高圧ポンプ3の圧力を2MPaに調整して運転し、それぞれのpHにおける非透過液4、透過液5を回収した。非透過液4、透過液5に含まれる、乳酸、酢酸濃度を、高速液体クロマトグラフィー(島津製作所製)により分析した。結果を表5に示す。
(Separation experiment with nanofiltration membrane)
Next, 2 L of the filtrate obtained in the above example was injected into the raw water tank 1 of the membrane filtration apparatus shown in FIG. As the 90φ nanofilter denoted by reference numeral 7 in FIG. 2, the nanofilters 1 to 4 are set in cells made of stainless steel (manufactured by SUS316), and the pressure of the high-pressure pump 3 is adjusted to 2 MPa. Permeate 4 and permeate 5 were collected. The concentration of lactic acid and acetic acid contained in the non-permeate 4 and the permeate 5 was analyzed by high performance liquid chromatography (manufactured by Shimadzu Corporation). The results are shown in Table 5.

Figure 0005564783
Figure 0005564783

表5に示すように、すべてのpHにおいて、酢酸が透過液側から高効率で除去され、高純度の乳酸カルシウムを含んだ水溶液を非透過液側から高効率で回収できたことがわかった。また、上記実施例4〜15において、ナノフィルターを新しい膜に取り換えることなく、上記の濾過圧において、酢酸が高効率で除去された。   As shown in Table 5, it was found that at all pHs, acetic acid was removed with high efficiency from the permeate side, and an aqueous solution containing high-purity calcium lactate could be recovered with high efficiency from the non-permeate side. In Examples 4 to 15, acetic acid was removed with high efficiency at the above filtration pressure without replacing the nanofilter with a new membrane.

比較例1
(ナノフィルターモジュールで分離する培養液の準備)
参考例1、2で乳酸発酵した培養液(2L)を(pH5.0)を使用した。
Comparative Example 1
(Preparation of culture solution to be separated by nano filter module)
The culture solution (2 L) fermented with lactic acid in Reference Examples 1 and 2 was used (pH 5.0).

(ナノフィルターモジュールによる分離実験)
次いで、図1に示す、膜濾過装置の原水槽1に上記で得られた培養液2Lを注入した。ナノフィルターモジュール2(ピペラジンポリアミド半透膜SU−610、東レ社製)を専用ベッセルにセットし、高圧ポンプ3の圧力を2MPaに調整して運転し、pH4.5における非透過液4、透過液5を回収した。非透過液4、透過液5に含まれる、乳酸、酢酸濃度を、高速液体クロマトグラフィー(島津製作所製)により分析した。結果を表6に示す。
(Separation experiment with nano filter module)
Next, 2 L of the culture solution obtained above was injected into the raw water tank 1 of the membrane filtration apparatus shown in FIG. The nanofilter module 2 (piperazine polyamide semipermeable membrane SU-610, manufactured by Toray Industries, Inc.) is set in a dedicated vessel, the pressure of the high-pressure pump 3 is adjusted to 2 MPa, and the non-permeate 4 and permeate at pH 4.5 are operated. 5 was recovered. The concentration of lactic acid and acetic acid contained in the non-permeate 4 and the permeate 5 was analyzed by high performance liquid chromatography (manufactured by Shimadzu Corporation). The results are shown in Table 6.

Figure 0005564783
Figure 0005564783

表6に示すように、pH5.0においては、酢酸は透過液側に高効率で除去されるが、乳酸も透過液側に含まれているために乳酸カルシウムの回収率が低く、効率的に分離されていないことがわかった。   As shown in Table 6, at pH 5.0, acetic acid is removed with high efficiency on the permeate side, but since lactate is also contained on the permeate side, the recovery rate of calcium lactate is low and efficient. It was found that they were not separated.

以上の実施例及び比較例の結果から、pH6〜11に調整した微生物発酵培養液を、ナノフィルターに通じることにより、培養液中の乳酸カルシウムを含んだ水溶液を非透過液側から回収し、透過液側から酢酸を高効率で除去することができることが明らかとなった。   From the results of the above Examples and Comparative Examples, by passing the microbial fermentation broth adjusted to pH 6-11 through the nanofilter, the aqueous solution containing calcium lactate in the broth was collected from the non-permeate side and permeated. It was revealed that acetic acid can be removed from the liquid side with high efficiency.

本発明で用いたナノフィルター膜分離装置の一つの実施の形態を示す概要図である。It is a schematic diagram showing one embodiment of a nano filter membrane separation device used by the present invention. 本発明で用いたナノフィルター膜分離装置のナノフィルターが装着されたセル断面図の一つの実施の形態を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows one Embodiment of cell sectional drawing with which the nano filter of the nano filter membrane separator used by this invention was mounted | worn.

符号の説明Explanation of symbols

1 原水槽
2 ナノフィルターモジュール
3 高圧ポンプ
4 非透過液の流れ
5 透過液の流れ
6 高圧ポンプにより送液された培養液の流れ
7 90φナノフィルター
8 支持板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Raw water tank 2 Nano filter module 3 High pressure pump 4 Flow of non-permeate 5 Flow of permeate 6 Flow of culture solution sent by high pressure pump 7 90φ nano filter 8 Support plate

Claims (4)

カルシウム塩の存在下での微生物の発酵培養により培養液中に生産された乳酸カルシウムを精製する工程を含む乳酸の製造方法であって、該培養液のpHを6以上11以下に調整し、該培養液をナノフィルターに通じて該培養液中の酢酸を透過液側に除去し、非透過液側から乳酸カルシウムを含んだ水溶液を回収する工程を含む、乳酸の製造方法。 A method for producing lactic acid comprising a step of purifying calcium lactate produced in a culture solution by fermentation culture of a microorganism in the presence of a calcium salt, the pH of the culture solution being adjusted to 6 or more and 11 or less, A method for producing lactic acid, comprising: passing a culture solution through a nanofilter to remove acetic acid in the culture solution on the permeate side, and collecting an aqueous solution containing calcium lactate from the non-permeate side. 前記ナノフィルターの機能層がポリアミドを含む、請求項1に記載の乳酸の製造方法。   The method for producing lactic acid according to claim 1, wherein the functional layer of the nanofilter contains polyamide. 前記ポリアミドが架橋ピペラジンポリアミドを主成分とし、かつ、化学式1で示される構成成分を含有することを特徴とする請求項2に記載の乳酸の製造方法。
Figure 0005564783
(式中、Rは−Hまたは−CH、nは0から3までの整数を表す。)
The method for producing lactic acid according to claim 2, wherein the polyamide comprises a crosslinked piperazine polyamide as a main component and a constituent represented by the chemical formula 1.
Figure 0005564783
(In the formula, R represents —H or —CH 3 , and n represents an integer of 0 to 3.)
前記培養液のpHの調整において、該培養液に水酸化カルシウムを添加することを特徴とする、請求項1からのいずれかに記載の乳酸の製造方法。 The method for producing lactic acid according to any one of claims 1 to 3 , wherein in adjusting the pH of the culture solution, calcium hydroxide is added to the culture solution.
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