KR20140108636A - 중합성 젖산의 품질 테스트 및 이의 제조방법 - Google Patents

중합성 젖산의 품질 테스트 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140108636A
KR20140108636A KR1020147015019A KR20147015019A KR20140108636A KR 20140108636 A KR20140108636 A KR 20140108636A KR 1020147015019 A KR1020147015019 A KR 1020147015019A KR 20147015019 A KR20147015019 A KR 20147015019A KR 20140108636 A KR20140108636 A KR 20140108636A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lactic acid
stage
process step
fermentation
permeate
Prior art date
Application number
KR1020147015019A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101919647B1 (ko
Inventor
조아킴 슐제
레이너 하겐
볼프강 티에쯔
샤샹크 가네가온카르
우도 뮤흘바우어
윌리 테크린
Original Assignee
티센크루프 인더스트리얼 솔루션스 아게
우데 인벤타-피셔 게엠바하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE201210002498 external-priority patent/DE102012002498A1/de
Application filed by 티센크루프 인더스트리얼 솔루션스 아게, 우데 인벤타-피셔 게엠바하 filed Critical 티센크루프 인더스트리얼 솔루션스 아게
Publication of KR20140108636A publication Critical patent/KR20140108636A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101919647B1 publication Critical patent/KR101919647B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/02—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/06—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds derived from hydroxycarboxylic acids
    • C08G63/08—Lactones or lactides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D319/00—Heterocyclic compounds containing six-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D319/10—1,4-Dioxanes; Hydrogenated 1,4-dioxanes
    • C07D319/12—1,4-Dioxanes; Hydrogenated 1,4-dioxanes not condensed with other rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/78—Preparation processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/88—Post-polymerisation treatment
    • C08G63/89—Recovery of the polymer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/88—Post-polymerisation treatment
    • C08G63/90—Purification; Drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/02—Separating microorganisms from their culture media
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/56—Lactic acid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/02—Food
    • G01N33/04—Dairy products
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/44—Resins; Plastics; Rubber; Leather
    • G01N33/442—Resins; Plastics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
    • Y10T436/20—Oxygen containing
    • Y10T436/200833—Carbonyl, ether, aldehyde or ketone containing
    • Y10T436/201666—Carboxylic acid

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Polyesters Or Polycarbonates (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)

Abstract

본 발명은 젖산의 품질 측정하는 시험에 있어서, a) 젖산을 중축합하여 예비중합체를 형성하기 위한 수단 b) 이를 해중합하여 디락티드를 형성하기 위한 수단, 및 c) 디락티드 수율 및/또는 라세미화를 측정하기 위한 분석 방법들을 수행하기 위한 수단을 포함하되, 상기 시험을 충족시키고 중합에 적당한 젖산은 90%를 초과하는 디락티드 수율 및 5% 미만의 라세미화를 보이는 시험에 관한 것이다.

Description

중합성 젖산의 품질 테스트 및 이의 제조방법{QUALITY TEST FOR POLYMERIZABLE LACTIC ACID AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
본 발명은 중합성 젖산의 품질 테스트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
발효에 의한 탄수화물 함유 물질들로부터 젖산의 제조는 그 중요성이 증대되고 있다. 그러나, 예를 들면, 락토니트릴의 가수분해와 같이 석유화학으로부터 유도되는 반응물들의 화학적 변형을 통한 젖산의 수득에 대한 다른 가능성도 당업자에게 알려져 있다. 젖산은 세정제, 액체 비누, 스케일 제거제 및 섬유 첨가제 제조용의 환경적으로 무해한 중간체이다. 젖산의 중합체 형태인, 폴리락티드가 퇴비성(compostable)이기 때문에, 젖산에 대한 관심은 최근에 더 증대되었다. 폴리락티드 또는 폴리젖산은 식품 업계, 화장품 및 의학 기술에 있어서 생물학적으로 분해가능하고 양호하게 견뎌내는 플라스틱으로 이용된다. 종래 플라스틱으로 제작된 장바구니는 환경에 분해되지 않으므로 중대한 환경 오염 물질이기 때문에, 퇴비성 폴리젖산 필름으로 제작된 장바구니에 특히 관심이 있다. 반면에, 폴리젖산으로 제작된 플라스틱 장바구니는 생물학적으로 분해가능해서, 종래 플라스틱으로 제작된 장바구니에 대한 환경적으로 무해한 대안이다.
젖산은 2 개의 부분입체 이성질체 형태인 L(+)- 및 D(-)-젖산으로 발생한다. 젖산의 발효 생산을 위한 출발 물질은 이에 적합한 미생물로 처리하여 젖산으로 변환되는 탄수화물-함유 물질이다. 이에 적합한 박테리아는 예를 들면, 락토바실라세아(Lactobacillaceae) 속의 젖산균일뿐만 아니라, 사카로마이세스(Saccharomyces) 또는 리조푸스(Rhizopus) 속의 미생물이다. 사용된 미생물의 속에 따르면, 젖산의 상기한 부분입체 이성질체 형태들 중 하나 또는 양쪽이 수득된다.
다양한 미생물들에 의하여 탄수화물 함유 기질들의 발효에 의하여 발생된 젖산의 산업적 활용에 대하여 결정적인 것은 젖산 또는 젖산 염류와는 별개로 다른 유기산들, 발효의 다른 부산물들, 미생물들 및 그 구성요소들 및 당과 같은 기질의 잔류물들도 함유하는 이러한 수용성 발효 용액으로부터 젖산의 분리 및 정제의 경제성 및 효율이다.
이러한 불순물들은 이후 젖산의 폴리젖산으로의 중합을 방해하여 생물학적 분해성 플라스틱류의 생성을 방해한다. 젖산의 높은 중합도를 달성하기 위하여 극도로 순수한 단량체가 이용되어야 하는 것은 예를 들면, J. Dahlmann 등, British Polymer Journal, Bd. 23 (1990), p. 235. 240로부터 오랫동안 알려져 있다. 원하는 높은 중합도를 달성하기 위하여, 정제를 거친 후에 젖산은 80 wt.% 이상의 농도를 가져야 한다는 것이다.
문헌에 젖산의 정제에 관한 수많은 방법들이 알려져 있다.
예를 들면, 일부 특허들에서 교시는 수용액들로부터 젖산을 정제하기 위한 증류를 이용하는 것이다. 그러한 공정은 유럽 특허 번호 EP 0986532 B2호에서 이용된다. 독일 특허 번호 DE 10 2007 045 701 B3호에, 선형 n-트리옥틸아민(TOA)으로의 추출 및 증류 결합이 개시되어 있다. 문헌에 알려진 다른 가능성들은 전기 투석(electrodialysis) 또는 알코올과의 에스테르화이며, 이를 수행한 이후에, 마찬가지로 증류를 수행하고 이후 형성된 에스테르의 가수분해가 수행된다. 이러한 공정들은 극히 비용-집약적이다. 또한, 증류는 탄수화물류의 일부는 항상 또한 동시에 추출되고, 이로 인하여 전체 공정의 수율을 악화시키고 생성물의 단리를 복잡하게 하는 단점이 있다.
부산물로서 석고가 다량으로 형성되는 수산화 칼슘 및 황산을 이용한 공정들도 알려져 있다. 이와 연계하여, 또한, 젖산은 예를 들면, 크로마토그래피 방법들에 의하여 유리 젖산뿐만 아니라 암모늄 및 황산염 이온들을 함유하는, 황산으로 산성화된 발효액으로부터 단리될 수 있다는 것도 알게 되었다. 특히, 예를 들면, 독일 특허 번호 DE 69815369 T2호는 고체 흡착제, 및 바람직하게는, 본원에 이용된 젖산 대 젖산염을 흡수하는 고체 흡착제로의 흡착에 의하여 수용성 혼합물들로부터 젖산의 분리를 기재하고 있다. 특히, 상기 문서에 따르면, 젖산의 단리를 위해 약음이온 교환기가 가능하다. 또한, 독일 특허 번호 DE 10 2009 019 248 A1호는 모사 이동층 크로마토그래피를 이용하여 유기산류, 특히 젖산을 정제하기 위한 크로마토그래피 방법들을 기재하고 있다.
WO 2006/124633 A1호는 발효에 의한 젖산 암모늄의 제조 공정을 기재하고 있다. 상기 발효에 있어서, 예컨대, 추출에 의하여 발효 용액으로부터 분리될 수 있는 젖산의 암모늄염이 형성된다. 암모늄염은 약산류 또는 이산화탄소와의 후속 단계에서 매우 용이하게 분해될 수 있다. 이에 의하여, 유리 젖산이 수득되며, 이후 예를 들면, 증류에 의하여 정제될 수 있다.
많은 공정들의 단점은 생성물에 더 이상 함유되어서는 안 되거나 목적 생성물에 소량이라도 존재하게 되면, 생성물의 품질 및 이용가능성에 제한을 줄 수 있는 추가적인 물질들이 상기 공정에 첨가된다는 것이다. 이에, 종래 기술의 정제 공정들은 종종 정제된 젖산의 품질이 부적절하게 되며, 폴리젖산으로의 중합은 원하는 정도로 가능하지 않다. 상기 공정들의 실질적인 구현도 때때로 상당한 기술 및 에너지 지출과 연관되어 있다. 정제된 젖산의 품질은 폴리젖산이 제조되려는 경우 종종 우선적으로 명백해진다.
본 발명의 목적은 폴리젖산을 제조하기 전에 존재하는 젖산이 중합성 물질인지의 여부를 확립하는 것을 가능하게 하는 젖산의 품질을 결정하는 시험을 제공하는 것이다. 또한, 품질 측정을 위한 시험으로 결정되는 중합성 물질에 대한 품질 기준을 충족시키며 다른 공정들의 알려진 단점들을 회피하는 발효 주류로부터 젖산류의 분리 및 정제 공정이 제공되어야 한다.
본 발명에 따르면,
a) 젖산을 예비중합체로 중축합하기 위한 수단
b) 디락티드로의 해중합하기 위한 수단, 및
c) 디락티드 수율 및/또는 라세미화를 측정하기 위한 분석 방법들을 수행하기 위한 수단을 포함하되,
상기 시험을 충족시키고 중합에 적당한 젖산은 90%를 초과하는 디락티드 수율 및 5% 미만의 라세미화를 보이도록 하여 젖산의 품질을 측정하는 시험을 이용하여 문제가 해결된다.
이러한 품질 측정을 위한 시험으로 인하여 폴리젖산의 제조를 위한 젖산 표본의 적정성을 측정 가능하도록 한다. 상술한 디락티드 수율 및 5% 미만의 라세미화는 예를 들면, 실시예 1 및 2에 기재된 장치들 및 거기에 기재된 기술 공정 조건으로 수득될 수 있다. 본 발명에 따른 시험은 두 부분으로 이루어져 있다: 젖산의 중축합 및 중축합물의 락티드로의 해중합.
유리하게는, 품질 점검을 위한 시험에 이용된 젖산은 93%를 초과하는 디락티드 수율을 보여준다. 또한, 품질 점검을 위한 시험에 이용된 젖산이 3% 미만의 라세미화를 보인다면 이점이 있다. 이러한 것은 바람직하게는 젖산의 품질 측정을 위한 공정에 의하여 수득되는 기준이므로, 상기 젖산은 중합에 적합하다.
중축합에 있어서, 바람직하게는 88% 내지 92%이어야 하는 젖산은 120℃ 내지 180℃에서 5 내지 7 시간의 시간 간격에 걸쳐서 단계적으로 가열되며 동시에 압력은 350mbar에서 450mbar, 100mbr, 25mbr로 감소된다. 또한, 130℃ 내지 160℃의 온도 및 150 mbar 내지 250 mbar의 압력에서 1 내지 3 시간의 시간 간격 이후에 단계 a)의 공정에서, 촉매가 첨가되며, 상기 촉매는 바람직하게는 산화 부틸주석이다. 이에 의하여 6 시간 이내에 온도를 단계적으로 증가시키고 동시에 압력을 감소시킴으로써 시험되는 젖산은 예비중합체로 중축합된다.
또한, 중축합에서 얻어지는 예비중합체는 분자량의 측정을 위한 분석 절차를 위해 보내지며, 카르복실 말단기들이 바람직하게 측정된다. 이를 위하여, PLA 올리고머는 아세톤에 용해된다. 메탄올을 첨가한 이후에, 상기 용액은 0.1 N 벤질 알코올성 KOH 용액으로 적정된다. 종말점은 전압측정법에 의하여 검출된다. mmol/kg으로 측정된 카르복실 말단기 농도(“COOH”)로부터, 분자량의 수평균은 하기 방정식에 따라서 계산될 수 있다:
Figure pct00001
.
시간이 경과함에 따라 분자량의 증가로 인하여 이미 젖산의 품질의 제1 평가를 가능하게 한다.
중축합을 위한 필요한 수단은 교반기가 있는 3구 둥근 바닥 플라스크, 온도 센서 및 핏팅된 분별 증류관(fractionating column)을 포함한다. 상기 플라스크는 핫플레이트로 가열되는 유욕(oil-bath)에 침지된다. 상기 분별 증류관의 헤드에는 온도-조절된 물로 50℃ 내지 70℃로 유지되는 핏팅된 환류 응축기가 있다. 상기 환류 응축기 상에는 용기로 개방되는, 찬물로 냉각된 리비히(Liebig) 응축기가 놓여져 있다. 물과 같은 중축합의 부산물들이 거기에 수거된다. 이에 수반되는 젖산은 증류관 내의 물로부터 분리되고 중축합물로 환류된다. 진공 펌프는 리비히 응축기의 출구에서 사이드 커넥터를 통해 상기 장치에 연결된다. 니들 밸브에 의하여 진공이 조절된다. 응축기 온도에서 응축될 수 없는 성분들은 예를 들면, 드라이 아이스로 냉각된 냉각 트랩에 의하여 진공 펌프로 들어오기 이전에 제거된다. 일반적으로, 당업자에게 알려진 것과 벗어나는 젖산의 중축합을 위한 임의의 설계가 가능하다.
해중합에 있어서, 상기 3구 둥근 바닥 플라스크 내에 존재하는, 중축합에서 얻어진 예비중합체는 150℃ 내지 215℃의 온도 및 180 내지 220 mbar의 압력에서 1.5 내지 2.5 시간 동안 우선 방치되고 압력은 이후 단계적으로 50 내지 3 mbar의 범위에서 감소된다. 이 도중에, 예비중합체로부터 형성된 락티드는 공정 단계 c)에서 수행되는 분석 방법들의 결과로 측정되는 중량을 조정하기 위하여 예비중합체로부터 형성된 락티드는 바람직하게는 시간으로 칭량된다.
디락티드로의 해중합에 대하여, 기재된 중축합을 위한 수단은 분별 증류관이 3구 둥근 바닥 플라스크 옆에 배치되고 브리징 튜브(bridging tube)를 통해 이것과 연결되도록 변형되어, 둥근 바닥 플라스크로부터 나온 증기가 분별 증류관을 통해 바닥으로부터 꼭대기로 유동할 수 있으며 분별 증류관으로부터 3구 플라스크로의 어떠한 환류도 가능하지 않다. 형성된 디락티드는 플라스크로부터 증기 형태로 이탈하여, 증류관의 환류 응축기에서 응축되고 바닥에서 증류관을 폐쇄하는 별개의 둥근 바닥 플라스크 내에 수거된다. 물과 젖산과 같은 부산물들은 분별 증류관의 헤드에서 리비히 응축기 내에 응축되고 용기 내에서 수거된다.
해중합에서 생성된 디락티드는 예를 들면, HPLC를 통한 분리 및 UV 검출기에 의한 후속 측정을 통해 이루어지는 라세미화의 측정 및/또는 락티드 변환을 위한 분석 방법들을 수행하기 위한 수단에 전해진다. 이와 같은 방식으로, 락티드 수율(이용된 예비중합체를 기초로 생성된 락티드) 및 락티드의 거울상 이성질체 순도가 측정된다. 이를 위하여, 락티드 표본은 n-헥산/에탄올 90/10 ㎖/㎖의 혼합물에 용해된다. 용해된 성분들은 키랄(chiral) 칼럼 상에서 HPLC에 의하여 분리되고 UV 검출기로 223 ㎚에서 분석된다. 이로부터 라세미화 및 디락티드 변환의 정도는 다음과 같은 방정식들에 따라 계산된다:
(1) 라세미화의 계산
Figure pct00002
- mi: 락티드 표본 i)의 질량
- wi,meso: 락티드 표본 i에서 메조락티드의 질량 분율
- wi,D: 락티드 표본 i에서 D-락티드의 질량 분율
(2) 변환의 계산:
Figure pct00003
- mPP: 중축합 이후의 예비중합체의 중량
또한, 본 발명의 목적은 90% 초과의 디락티드 수율 및 5% 미만의 라세미화를 보이는, 발효 주류로부터 중합성 젖산의 분리 및 정제 공정이다. 이러한 수치들은 본 발명에 따른 품질 시험에 의하여 측정되며, 중합에 적당한 폴리젖산을 나타낸다.
발효 주류로부터 젖산의 분리 및 정제 공정의 바람직한 일 구성에 하기 공정 단계들이 포함된다
a) 적어도 2 개의 연속적인 단계에서 발효 주류로부터 바이오매스 및 임의의 존재하는 고체들의 분리 단계,
b) 바이오매스가 없는 발효 주류로부터 모사 이동층 크로마토그래피(SMB)에 의한 젖산 용액의 분리 단계,
c) 이온 교환에 의한 정제 단계,
d) 제1 단일 또는 다중스테이지 증발 단계,
e) 이온 교환에 의한 정제 단계,
f) 제2 단일 또는 다중스테이지 증발 단계.
이 공정을 이용하여, 80 wt.%를 초과하는 높은 생성물 순도를 보이는 젖산이 생성된다.
공정의 바람직한 일 구성에 있어서, 공정 단계 c)에서 이온 교환에 의한 정제는 나노여과와 조합되며, 상기 이온 교환에 의한 정제 및 나노여과는 임의의 순서로 배치된다. 이에 의하여 효과적인 미세 정제가 일어난다.
젖산을 젖산 암모늄, 바이오매스 및 기재의 성분들의 형태로 함유하는 발효 주류는 프리코트(precoat) 여과 및/또는 마이크로여과 및/또는 원심분리로 연속적으로 공급된다. 여기에 있어서, 온도 및 pH는 발효를 위한 수치들에 해당하는데, 이는 온도를 상승시키고 산을 첨가하여 pH를 낮춤으로써 바이오매스의 비활성화를 통해, 바이오매스의 자가분해가 촉진되며 더 많은 용해 생성물들이 상기 발효 주류로 방출되는 것이 확립되어 있기 때문이다. 또한, 발효의 종료 및 바이오매스의 분리 사이의 시간은 가능한 한 짧게 유지되어야 하며, 2 시간 이하, 바람직하게는 1 내지 2 시간 미만이어야 한다. 여과액 내의 바이오매스 농도는 1 g/l를 초과하지 않아야 한다. 최종 생성물 품질은 바람직하게는 이 절차에 의하여 영향 받는다.
프리코트 또는 마이크로여과로부터 여과액은 공정 단계 a)에서 단일 또는 2개-스테이지 한외여과로 이루어진 제2 스테이지를 통과한다. 여기서, 잔류 바이오매스 분율들, 비가용성 고체들 및 더 높은 분자량의 화합물들은 제거된다. 10 kDa 이하의 분리 한계의 막들은 생성물 품질 및 막의 유동 속도 사이에서 최적인 것으로 확인되었다. 물에서의 젖산 암모늄의 용해도 계수 때문에, 액체 매질의 온도는 30℃ 이상이어야 한다. 농축액(retentate)은 프리코트 또는 마이크로여과를 위해 리사이클링되거나 대안적으로는 수거되어 기술적 품질의 디카르복실산의 제조를 위한 출발 생성물로 이용되며, 투과액(permeate)은 다른 공정 단계들로 공급된다.
한외여과 투과액에서, 젖산은 젖산 암모늄으로서 그 염의 형태로 존재한다. 이를 젖산으로 변환하기 위하여, 농축된 황산의 첨가 및 부가혼합 및 이와 연관하여, 용액의 pH가 2.2에서 2.4 사이의 수치로 저하된다. 여기서, 산성화는 2 단계로 수행되는데, 제1 단계에서, 공정 단계 a)의 제1 스테이지로부터 나온 발효 주류는 농축된 황산으로 pH 4.4 내지 4.6으로 산성화되며, 제2 단계에서, 공정 단계 a)의 제2 스테이지로부터 나온 한외여과 투과액은 농축된 황산으로 pH 2.0 내지 2.4로 산성화되어, 정제된 발효 용액에 함유된 젖산의 염은 젖산으로 변환되고 염은 화학양론적 비율로 형성된다. 여기서, 황산 암모늄은 화학양론적 비율로 형성된다. 원하지 않는 침전을 회피하기 위하여, 이 공정 단계는 30℃에서 60℃ 사이의 온도에서 바람직하게는 30℃ 내지 40℃ 범위에서 이루어진다. 이 예비 정제된 용액은 젖산의 분리 및 정제를 위해 이용가능하다.
산성 한외여과 침투수의 분리는 모사 이동층 크로마토그래피 내에서 이루어진다. 이는 고성능 액체 크로마토그래피의 특히 효율적인 변형으로서, 연속적인 루프 내에서 밸브들을 통해 상호 연결된 연속적인 몇몇 분리 칼럼들을 통해 다수의 이론적인 플레이트들이 구비되며 크로마토그래피의 분리 효율은 상당히 개선된다. 양이온 교환기들 및 음이온 교환기들이 정지상으로 이용된다. 젖산 및 황산 암모늄에 대한 상이한 체류 시간들을 기초로 2 개의 중심 구성성분들의 분리가 일어난다. 탈미네랄화된 물 및/또는 증기 축합물이 용리액으로 이용된다. 추출물에서 한외여과 투과액에 함유된 젖산이 95% 초과하여 회수될 수 있으며, 상기 범위에서 한외여과 투과액 및 용리액 사이의 비율은 1:1에서 1:2.5 사이에서 변하며 연속적인 루프에 연결된 8 개의 음이온 교환기 칼럼들이 이용된다는 것이 보여질 수 있다. 상기 추출물은 발효 주류로부터 황산 암모늄, 아세트산 및 채색 물질들을 소량만 여전히 함유한다. 용리된 추잔액(raffinate)은 최대 1 g/l의 젖산 및 황산 암모늄 및, 인산염류, 질산염류 및 염화물들과 같이, 발효로부터 부수된 염류를 함유한다.
채색 물질들 및 이에 동반하는 물질들의 잔류물이 여전히 존재하기 때문에, 고도로 순수하고 중합성인 품질의 젖산의 제조를 달성하기 위하여, 이온 교환 및 나노여과에 의한 2-스테이지 정제는 공정 단계 c)에서 SMB의 하류에 첨가된다. 이러한 2 스테이지들은 임의의 순서로 배치될 수 있다. 불순물들의 화학적 분석에 따라, 이온 교환 수지들로서, 양이온 및/또는 음이온 교환기들이 가능하다. 여기서, 동일한 음이온 또는 양이온 교환 수지들이 SMB에서처럼 이용되거나, 대안적으로는 상이한 이온 교환 수지들이 SMB를 위하여 이용된다. 나노여과는 주로 이전의 공정 단계들로부터 추출물의 미세 정제를 위해 작용하며, 막들은 100 내지 400 Da의 분리 크기를 갖는다. 약 200 Da의 분리 한계를 갖는 나노여과는 양호한 품질 결과들을 낳는다는 것이 보여질 수 있다. 이 도중에, 공정은 나노여과로부터 나온 농축액이 전체 생산량의 10% 이하가 되도록 수행된다. 침투수는 추가적인 제조 단계들을 거치게 된다.
정제 공정의 추가적인 구성에 있어서, 공정 단계 c)로부터 침투수는 제1 단일 또는 다중스테이지 증발을 거치게 된다. 여기에 있어서, 45 내지 55 wt.% 젖산 농도로 증발이 발생한다.
이후, 이로 인한 사전농축되고 사전정제된 젖산 용액은 공정 단계 d)에서 다시 한번 이온 교환을 거친다. 여기서, 또한, 이전의 이온 교환 단계들과 비교하여, 동일한 크로마토그래피 수지들 또는 이와는 상이한 수지들이 이용된다.
본 발명에 따른 공정들의 공정 단계 f)에서, 공정 단계 e)로부터 정제된 젖산 용액은 단계를 거쳐 80 wt.% 이상, 바람직하게는 88 내지 92 wt.% 의 젖산 농도가 된다.
또한, 본 발명의 목적은 제1항 내지 제3항에서 청구된 바와 같이 품질 측정을 위한 시험에서 제5항 내지 제16항의 공정들에 따라 처리된 젖산의 용도이다. 여기에 있어서, 본 발명에 따른 품질 기준을 기초로 하여, 젖산이 중합에 적합한지의 여부는 평가될 수 있다.
또한, 제5항 내지 제16항에서 청구된 바와 같이 공정에 따라 제조된 젖산은 폴리락티드류의 제조에 이용될 수 있다. 여기에, 폴리락티드류의 제조 공정은 바람직하게는 하기의 공정 단계들을 포함한다:
- 상기 젖산을 98 wt.% 이상으로 농축하는 단계
- 농축된 젖산을 500 내지 2000 g/mol의 평균 분자량으로 예비축합하는 단계
- 상기 락티드가 발생되는 고리화 해중합 단계,
- 상기 락티드의 정제 단계
- 개환 중합 단계
- 탈모노머화 단계
- 과립화 및 결정화 단계.
이하, 본 발명은 실시예들 및 도면들에 기초하여 더욱 더 상세히 예시될 것이다.
도 1은 젖산의 품질 측정 시험을 수행하는데 적합한 젖산의 중축합용 장치의 개략적인 배치도이다.
도 2는 젖산의 품질 측정 시험을 수행하는데 적합한, 축합으로부터 중축합물의 해중합용 장치의 개략적인 배치도이다.
실시예 1
중축합
중축합은 도 1에 실시예에 의하여 도시된 장치를 기초로 하여 수행된다. 3구 둥근 바닥 플라스크(20)는 핫플레이트(22)로 가열된 염욕(21)에 침지된다. 상기 3구 둥근 바닥 플라스크(20)는 상기 염욕(21)에 침지되기 이전에 칭량되고 칭량된 젖산으로 충진된다. 상기 3구 둥근 바닥 플라스크에 핏팅된 2구 플라스크(15)는 밸브(14)를 통해 질소(13)를 도입하는 역할을 한다. 상기 2구 플라스크(15)의 헤드상에 핏팅된 환류 응축기(11)는 열전달제 출구(9) 및 자동 온도 조절기(10)에 의하여 온도-조절된 물로 50℃ 내지 70℃에서 유지된다. 상기 환류 응축기(11) 상에는 용기로 방출되는, 찬물(6)로 냉각된 리비히 응축기(7)가 놓여져 있다. 물과 같은 중축합의 부산물들이 거기에 수거된다. 이에 수반되는 젖산은 분별 증류관(12) 내의 물로부터 분리되고 중축합물로 환류된다. 진공 펌프(1)는 상기 리비히 응축기(7)의 출구에서 사이드 커넥터(4)를 통해 장치에 연결된다. 진공은 니들 밸브에 의하여 조절된다. 응축기 온도에서 응축될 수 없는 성분들은 밸브(3)로 연결된, 예를 들면, 드라이 아이스로 냉각된 냉각 트랩(2)에 의하여 상기 진공 펌프로 들어오기 이전에 예를 들면 제거된다. 공정의 온도를 모니터링하기 위하여, 다양한 온도계들(8, 18 및 19)이 제공된다. 상기 3구 둥근 바닥 플라스크(20)을 유욕에 침지한 이후, 그 온도는 6 시간의 시간 간격에 걸쳐서 120℃ 내지 180℃로 단계적으로 증가되고, 압력은 400에서 50 mbar로 낮춰진다. 이 도중에, 내용물은 교반 장치(16) 및 교반축(17)에 의하여 교반된다. 2 시간 이후에, 150℃의 욕 온도 및 200 mbar의 압력에서 제1 표본이 취해지고, 촉매가 계량되어 유입된다. 상기 촉매로서, 산화 부틸주석(Acima 사의 TW30, 부탄디올 및 메틸 이소부틸 케톤의 혼합물에 용해됨)이 이용되며, 농도는 예비중합체의 질량을 기준으로 주석 원소 500 ppm이다. 예비중합체의 다른 표본들은 4 시간 이후(180℃, 200 mbar) 및 6 시간 이후(실험의 종결, 180℃, 50 mbar)에 취해진다.
실시예 2
해중합
해중합에 대하여, 예비중합체는 유리 플라스크 내에 남아 있으며, 설계는 분별 증류관이 상기 3구 둥근 바닥 플라스크(20) 옆에 배치되고 브리징 튜브를 통해 이것과 연결되도록 변형되어, 상기 둥근 바닥 플라스크로부터 나온 증기가 상기 분별 증류관을 통해 바닥으로부터 꼭대기로 유동할 수 있으며 상기 분별 증류관으로부터 3구 플라스크로의 어떠한 환류도 가능하지 않다. 이는 도 2에 도시되어 있다. 이에 대하여, 상기 3구 둥근 바닥 플라스크에 관한 구조는 다음과 같다. 상기 3구 둥근 바닥 플라스크(20)는 제1 증류 헤드(24) 및 스크류 마개(25)가 있는 스레드(threaded) 튜브를 통해 온도계(26)와 연결된다. 상기 제1 증류 헤드(24)는 제2 증류 헤드(27)에 연결되어 있으며, 이의 하부 말단에, 중공 유리 커넥터(29)가 부착된다. 상기 제2 증류 헤드(27) 상에, 충전 칼럼(28) 및 환류 응축기(11)가 있다. 상기 환류 응축기(11) 상에 다른 중공 유리 커넥터(30)로 방출하는 리비히 응축기(7)가 배치된다. 상기 3구 둥근 바닥 플라스크(20) 내에서 반응이 일어나는 동안에, 혼합물이 연속적으로 교반된다. 이는 상기 교반기 축(17)를 통해 교반기(23)에 연결된 교반 장치(16)를 통해 이루어진다. 형성된 디락티드는 상기 3구 플라스크(20)으로부터 증기 형태로 빠져나오고, 상기 칼럼의 리비히 응축기(11) 내에서 응축되며, 바닥에서 칼럼을 폐쇄하는 상기 별도의 중공 유리 커넥터(29) 내에서 수거된다. 물 및 젖산과 같은 부산물들은 상기 분별 증류관의 헤드에서 상기 리비히 응축기(7) 내에서 응축되고 상기 중공 유리 커넥터(30) 내에서 수거된다. 이를 위하여, 상기 3구 둥근 바닥 플라스크(20)는 210℃로 가열된 염욕(1)에 침지되고, 압력은 200 mbar로 조절되며 상기 교반기(4)는 시동한다. 욕 온도는 115 분 이후에 220℃로 증가되고 거기에서 유지된다. 압력은 30 분 후에 50 mbar로, 45 분 후에 10 mbar로 그리고 165 분 후에 5 mbar로 감소된다. 75 분 이후에, 상기 장치는 공기 배출되며, 형성된 락티드가 수거되는 상기 중공 유리 커넥터(29)는 교체된다. 추가적인 교체는 135 분 후에 이루어져, 총 3 개의 락티드 표본들이 제조된다. 상기 장치 내의 온도는 상이한 온도계들(3 및 26)을 통해 모니터링된다.
실시예 3
중합성 젖산의 제조를 위한 본 발명에 따른 공정에서 바이오매스 및 고체들의 분리
pH 6.8 및 젖산으로 계산된 12.2 wt.%의 젖산 암모늄의 함유량을 갖는 발효 주류는 분리기를 통해 바이오메스의 분리를 거친다.
미처리 주류 내의 건조 물질(DS)의 함유량은 약 6.9 g/l였다. 상기 분리기 이후에, 0.03 g/l 미만의 DS 함유량은 청정해진 주류에서 측정되었다. 상기 분리된 바이오메스 내의 고체 함유량은 약 34.7 wt.%였다. 상기 분리기는 약 360 l/hr로 가동되었다.
본 발명에 따르면, 상기 발효 주류의 산성화는 황산으로 2 스테이지로 이루어지는데, 한외여과 이전에는 pH 4.5 로 한외여과 이후에는 pH 2.2가 된다.
한외여과는 나권형 모듈(spiral-wound module)을 통해 수행되었다. 막은 7 ㎡의 면적을 갖는 폴리에테르 설포네이트(PES)로 이루어져 있다.
상기 분리기 내에서 양호한 사전명료화(preclarification)로 인하여, 매우 높은 유동 수치가 달성되었는데, 실험 기간 동안에 실질적으로 일정하게 유지되었다. 농축액은 매우 짙은 색을 가졌으며, 투석여과를 거쳐서 젖산 손실을 회피하였다.
침투수는 pH 2.2로 산성화한 이후에 SMB로 공급되었다.
실시예 4
중합성 젖산의 제조를 위한 본 발명에 따른 공정에서 음이온 교환 수지를 이용한 SMB
실시예 1에서와 같이 본 발명에 따른 공정에 따라 정제되고 산성화된 발효 주류는 젖산 및 황산 암모늄의 분리를 위해 SMB를 통과하였다. 탈이온수는 용리액으로 이용되었다.
상기 SMB 유닛의 칼럼들은 젖산염으로 충진된 음이온 교환 수지로 충진되었다. 표 1은 SMB의 결과들을 보여준다:
이온 초기치 추출물 농축액 효능
황산염 75.084 mg/l
 650.3 mg/l 34.697 mg/l 98.34%
젖산염 117.4 g/l 70.2 g/l 1.44 g/l 97.77%
체적 - 1.8 l 2.0 l -
실시예 5
중합성 젖산의 제조를 위한 본 발명에 따른 공정에서 양이온 교환 수지를 이용한 SMB
동일한 SMB 유닛에서, 암모늄 이온들로 가득찬 음이온 교환 수지의 충진으로, 하기 수치들이 측정되었다
이온 초기치 추출물 농축액 효능
황산염 71.580 mg/l 190 mg/l 46.920 mg/l 99.54%
젖산염 113.02 g/l 74.26 g/l 0.55 g/l 99.34%
상기 수치들은 양이온 교환 수지에 미치는 분리 효과는 실시예 2에서 보다 훨씬 양호하다는 것을 보여준다.
황산염은 99.54% 제거되고 젖산의 99.34%는 추출된다.
실시예 6
중합성 젖산의 제조를 위한 본 발명에 따른 공정에서 나노여과 및 이온 교환
0.07 ㎡ 편평 막 250 돌턴으로 설정된 실험실 장치에 있어서, 추출액으로서 SMB로부터 유래하였던, 본 발명에 따라 제조된 젖산 용액에 나노여과가 미치는 영향이 시험되었다. 용액은 약 50℃에 있었다. 막 이전의 압력은 30 bar로 조절되었다.
투과액은 뚜렷하게 더 옅은 색깔을 보였고, 측정되었던 당으로서 말토오스의 함유량은 현저하게 감소되었으며, 황산염 함유량도 감소된다. 아미노산류의 감소도 상당할 수 있다.
표 3은 상기 효과들에 대하여 측정된 수치를 보여준다:
매개변수 초기치 투과액
황변 지수(YI) 28.55 2.4
말토오스 g/l 1.1 0.05
황산염 g/l 0.26 0.05
알라닌 0.22 0.10
아스파르트산 1.23 0.35
이 실시예에서, 나노여과 이후에, 젖산 용액은 6 wt.%의 농도, 18.2 ㎎/l의 황산염 함유량, 7.7 ㎎/l 인산염 함유량, 0.01 g/l 미만의 말토오스 함유량 및 2.09의 황변 지수를 가졌다.
불순물들을 더 제거하기 위하여, 젖산 용액은 탈색제 칼럼 및 양이온 및 음이온 교환기 칼럼의 조합을 통과하였다.
실시예 7
중합성 젖산의 제조를 위한 본 발명에 따른 공정에서 증발, 이후 이온 교환 및 추가 증발
나노여과 및 이온 교환에 의한 2-스테이지 정제 이후에, 본 발명에 따라 제조된 젖산 용액은 수많은 이온들, 소량의 잔류 당 및 착색제 물질들을 여전히 함유한다.
모든 불순물들의 가능한 한 완전하게 제거하기 위하여, 젖산 용액은 이제 탈색제 칼럼 및 양이온 및 음이온 교환기 칼럼의 조합을 통과하고, 증발되어 약 50 wt. % 젖산으로 되었으며, 탈색제 및 이온 교환기 칼럼들의 상기 조합을 다시 통과하였다.
상술한 배치를 통과한 이후에, 하기 매개변수들을 갖는 61 wt.% 젖산이 수득되었다:
황산염: 2.6 ㎎/l
인산염: 0.23 ㎎/l
말토오스: 0.04 g/l
YI: 0.72
90 wt.% 젖산의 젖산 농도가 달성되는 제2 증발 스테이지를 통과한 이후에도 젖산 용액은 물처럼 청정하였다. 이렇게 정제된 젖산은 본 발명에 따른 품질 시험을 충족하고, 91.7%의 락티드 수율 및 3.3%의 라세미화를 보였으며, 이는 PLA 제조를 위한 출발 생성물로서 적당하다.
실시예 8
젖산 제조용으로 본 발명에 따른 공정에 의하여 생성되었던 락트산을 이용하는, 폴리락티드류의 제조 공정의 설명
여기에 있어서, WO2009/030397 A1에 상세히 개시된 공정을 바람직하게 참조한다.
a) 젖산의 농축
시작 물질로서, 제5항 내지 제16항들 중 어느 하나에서 청구된 바와 같이 본 발명에 따른 공정에 의하여 생성된 젖산이 이용된다. 여기에 있어서, 물 및 젖산의 분리는 분별 증류관 내에서 이루어진다. 또한, 진공은 흡입 커넥터를 통해 적용되며, 증기 형태로 생성하는 물은 응축되고 다른 커넥터를 통해 상단에서 제거된다. 젖산의 도입은 상기 공정에서 연속적으로 이루어진다. 여과액은 순수한 물이며, 바닥에서 생성하는 생성물은 99 wt.%를 초과하는 농도의 젖산이다.
b) 예비축합
농축된 젖산은 반응기 2 개를 직렬로 연결한 중축합에 의하여 예비중합체로 변환된다. 중축합은 반응 변환을 최적화 하기 위하여 2 개의 상이한 압력들 및 온도들 하에서 진행한다. 제1 반응기 내에서, 상기 조건들은 젖산의 증발이 최소화되는 것과 동시에 물의 제거가 용이해지도록 선택된다. 중축합의 제2 단계에서, 반응 속도는 더 높은 온도에 의하여 증가되고 동시에, 압력은 멜트 내에서 물 농도를 더 감소시키기 위하여 감소된다. 여기서 예비중합체의 평균 분자량(수 평균)은 500에서 2,000 g/mol 사이에 있다.
c) 고리화 해중합
예비중합체는 젖산의 고리형 이량체인 디락티드와 화학적 평형에 있다. 해중합 반응기 내의 압력 및 온도 조절에 의하여, 락티드는 예비중합체로부터 연속적으로 형성되고 증발하도록 보장한다. 해중합 반응기는 반응 증기들을 부분적으로 응축시키는 응축기를 갖는다: 여기서, 물 및 젖산의 대부분이 증기 형태로 유지되며 응축 장치에서 잇달아 부분적으로 응축된다. 상기 해중합 반응기로부터 나온 축합물은 가장 우선적으로 락티드, 락토일젖산(젖산의 선형 이량체) 및 고급 선형 올리고머들을 함유한다.
d) 락티드 정제
개환 중합이 일어나는 동안에, 달성할 수 있는 분자량 및 그에 따른 폴리락티드의 중요한 기계적 물성은 락티드의 순도에 의존한다. 불순물들로서 함유된 젖산 및 락토일젖산의 히드록실기들은 여기서 중합의 출발점 역할을 한다. 락티드 내의 히드록실기들의 농도가 높으면 높을수록, 달성할 수 있는 중합체의 분자량이 더 작아진다. 고리화 해중합 이후에 정제되지 않은 락티드 내의 히드록실기들의 농도는 너무 높다. 축합된 락티드는 분별 증류관 내에서 요구되는 히드록실기 농도로 정제된다. 정제된 락티드는 측류로서 칼럼으로부터 취한 것이다. 여과액 및 바닥 생성물은 다시 상이한 지점들에서 공정으로 도입될 수 있다.
e) 개환 중합
개환 중합은 교반 용기 및 튜브형 반응기의 조합으로 형성된 반응기 내에서 수행된다. 제1 반응기 내에서, 저점도의 락티드는 약 50 내지 70%의 변환율을 갖는 PLA로 중합된다. 촉매 및 첨가제들은 균일하게 멜트로 혼합된다. 상기 튜브형 반응기 내에서, 중합체 및 단량체 사이에 화학적 평형이 도달될 때까지 중합 반응은 계속된다. 단량체의 최대 변환률은 약 95%이다. 중합이 일어나는 도중에, 점도는 약 10,000 Pa.sec로 증가한다.
f) 탈모노머화
안정적인 폴리펩티드를 수득하기 위하여, 멜트 내에서 약 5 wt.%의 모노머 농도는 너무 높다. 그 결과, 탈모노머화는 수행되어야 된다. 이는 예컨대, 2축 압출기 내에서 멜트를 탈가스하여 달성된다. 개환 중합은 평형 반응이라는 사실로 인하여, 탈가스가 일어나는 동안 및 탈가스 이후에 단량체가 새롭게 형성되는 것을 방지하기 위하여 탈모노머화 이전에 안정화제가 첨가된다.
g) 과립화 및 결정화.
탈모노머화 이후에, 멜트는 탈모노머화 장치로부터 제거되고 과립들로 변환된다. 여기서, 스트랜드(strand) 과립화 및 또한 서브머지드 핫-컷(submerged hot-cut) 과립화가 수행될 수 있다. 양쪽 경우에 있어서, PLA 과립들은 건조 및 포장 이전에 결정화되어야 된다. 결정화는 교반되면서 고온에서 수행된다.
1 진공 펌프
2 냉각 트랩
3 밸브
4 사이드 커넥터
5 용기
6 냉각수
7 리비히 응축기
8 온도계
9 열전달 매체 출구
10 자동 온도 조절기
11 집약 응축기
12 증류관
13 질소 입구
14 밸브
15 2구 플라스크
16 교반 장치
17 교반기 축
18 온도계
19 온도계
20 3구 둥근 바닥 플라스크
21 염욕
22 핫플레이트
23 교반기
24 제1 증류 헤드
25 스크류 마개가 있는 스레드 파이프
26 온도계
27 제2 증류 헤드
28 충전 칼럼
29 중공 유리 커넥터
30 다른 중공 유리 커넥터

Claims (20)

  1. 젖산의 품질 측정하는 시험에 있어서,
    a) 젖산을 예비중합체로 중축합하기 위한 수단
    b) 디락티드로의 해중합하기 위한 수단, 및
    c) 디락티드 수율 및/또는 라세미화를 측정하기 위한 분석 방법들을 수행하기 위한 수단을 포함하되,
    상기 시험을 충족시키고 중합에 적당한 젖산은 90%를 초과하는 디락티드 수율 및 5% 미만의 라세미화를 보이는 시험.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 품질 점검을 위한 시험에 이용된 젖산은 93%를 초과하는 디락티드 수율을 보이는 것을 특징으로 하는 시험.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 품질 점검을 위한 시험에 이용된 젖산이 3% 미만의 라세미화를 보이는 것을 특징으로 하는 시험.
  4. 90% 초과의 디락티드 수율 및 5% 미만의 라세미화를 보이는, 발효 주류로부터 중합성 젖산의 분리 및 정제 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 방법은,
    a) 적어도 2 개의 연속적인 스테이지에서 상기 발효 주류로부터 바이오매스 및 임의의 존재하는 고체의 분리 단계,
    b) 모사 이동층 크로마토그래피(SMB)에 의하여 바이오매스가 없는 발효 주류로부터 락트산 용액의 분리 단계,
    c) 이온 교환에 의한 정제 단계,
    d) 제1 단일 또는 다중스테이지 증발 상태 단계,
    e) 이온 교환에 의한 정제 단계,
    f) 제2 단일 또는 다중스테이지 증발 스테이지 단계
    를 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    공정 단계 c)에서 이온 교환에 의한 정제는 나노여과와 조합되며, 상기 이온 교환에 의한 정제 및 나노여과는 임의의 순서로 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 공정 단계 a)에서 발효 주류로부터 바이오메스를 분리하는 단계는 프리코트 및/또는 마이크로여과 및/또는 원심분리에 의하여 제1 스테이지에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공정 단계 a)에서 발효 주류로부터 바이오메스를 분리하는 단계는 pH를 감소시키지 않고, 열 비활성화 없이 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    공정 단계 a)에서, 상기 발효의 종료 및 상기 바이오매스 분리 사이의 시간은 가능한 한 짧게 유지되고, 이 시간은 바람직하게는 2 시간 이하, 특히 바람직하게는 1 내지 2 시간 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    공정 단계 a)에서, 여과액 내의 바이오매스 농도는 1 g/l 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제5항 또는 제10항 중 한 항에 있어서,
    공정 단계 a)에서, 상기 바이오메스 및 고체들의 분리의 제2 스테이지는 단일 또는 2-스테이지 한외여과에 의하여 이루어지며, 10 kDa 이하의 분리 제한을 갖는 막들이 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    한외여과에서 생성하는 농축액(retentate)은 상기 공정 단계 a)의 제1 스테이지로 리사이클링되며, 생성된 투과액(permeate)은 후속 공정 단계들에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    산성화는 2 단계로 이루어지며, 제1 단계에서, 공정 단계 a)의 제1 스테이지로부터 나온 발효 주류는 농축된 황산으로 pH 4.4 내지 4.6으로 산성화되며, 제2 단계에서, 공정 단계 a)의 제2 스테이지로부터 나온 한외여과 투과액은 농축된 황산으로 pH 2.0 내지 2.4로 산성화되어, 정제된 발효 용액에 함유된 젖산의 염은 젖산으로 변환되고 염은 화학양론적 비율로 형성되며, 상기 산성화된 한외여과 투과액의 온도는 30℃ 내지 60℃ 사이의 범위에서 그리고 바람직하게는 30℃ 내지 40℃의 범위에서 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제5항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 한외여과 투과액은 공정 단계 b)에서 모사 이동층 크로마토그래피(SMB)에서 상기 젖산의 대부분을 함유하는 추출물 및 황산 암모늄의 대부분 및 소량의 부수된 염류들, 예를 들어 인산염류, 질산염류 및 염화물들을 함유하는 추잔액(raffinate)으로 분리되며,
    - 상기 한외여과 투과액 및 용리액의 첨가는 1:1.5 내지 1:2.5의 투과액:용리액 비율로 연속적으로 이루어지고,
    - 상기 젖산을 함유하고 1 g/l 이상의 젖산유량을 가지는 상기 추출물 및 상기 추잔액은 서로 별개로 수거되며, 그리고
    - 상기 한외여과 투과액으로부터 젖산의 회수 효능은 95% 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제5항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    공정 단계들 c) 및 e)에서, 음이온 및 양이온 불순물들로부터 정제는 양이온 교환기들 및/또는 음이온 교환기들에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제5항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    공정 단계 d)에 있어서, 45 내지 55 wt.%의 젖산 농도로 단일 또는 다중스테이지 증발이 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제5항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    공정 단계 f)에서, 80wt.% 이상의 젖산 농도로 단일 또는 다중스테이지 증발이 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제5항 내지 제17항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같이 제조된 젖산의 상기 제1항 내지 제3항에 청구된 바와 같은 품질 측정 시험에의 용도.
  19. 제5항 내지 제17항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같이 제조된 젖산의 폴리락티드류의 제조를 위한 용도.
  20. 제19항에 있어서, 상기 폴리락티드류의 제조는 하기 공정 단계들을 포함하는 용도:
    - 상기 젖산을 98 wt.% 이상으로 농축하는 단계
    - 농축된 젖산을 500 내지 2000 g/mol의 평균 분자량으로 예비축합하는 단계
    - 상기 락티드가 발생되는 고리화 해중합 단계
    - 상기 락티드의 정제 단계
    - 개환 중합 단계
    - 탈모노머화 단계
    - 과립화 및 결정화 단계.
KR1020147015019A 2011-11-04 2012-10-22 중합성 젖산의 품질 테스트 및 이의 제조방법 KR101919647B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011117625.3 2011-11-04
DE102011117625 2011-11-04
DE102012002498.3 2012-02-10
DE201210002498 DE102012002498A1 (de) 2012-02-10 2012-02-10 Qualitätstest für polymerisationsfähige Milchsäure und Verfahren zu deren Herstellung
PCT/EP2012/004407 WO2013064219A2 (de) 2011-11-04 2012-10-22 Qualitätstest für polymerisationsfähige milchsäure und verfahren zu deren herstellung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140108636A true KR20140108636A (ko) 2014-09-12
KR101919647B1 KR101919647B1 (ko) 2018-11-16

Family

ID=47178542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147015019A KR101919647B1 (ko) 2011-11-04 2012-10-22 중합성 젖산의 품질 테스트 및 이의 제조방법

Country Status (10)

Country Link
US (1) US9416222B2 (ko)
EP (2) EP2773683A2 (ko)
KR (1) KR101919647B1 (ko)
CN (1) CN104080833B (ko)
BR (1) BR112014010481B1 (ko)
ES (1) ES2661638T3 (ko)
MX (1) MX355529B (ko)
PL (1) PL2853552T3 (ko)
RU (1) RU2631503C2 (ko)
WO (1) WO2013064219A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10164230B2 (en) 2015-05-27 2018-12-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Separator including microbial cellulose, method of producing the separator, and use of the separator

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106153488A (zh) * 2015-04-13 2016-11-23 西南科技大学 一种高温水热法对聚乳酸薄膜降解性能的快速检测方法
DE102016119938A1 (de) 2016-10-19 2018-04-19 Thyssenkrupp Ag Reinigung und Konzentrierung von Carbonsäuren aus Fermentationsprozessen
CN109206312A (zh) * 2017-07-03 2019-01-15 中国石化扬子石油化工有限公司 一种从d-乳酸铵发酵液中分离纯化d-乳酸的方法
CN109206310A (zh) * 2017-07-03 2019-01-15 中国石化扬子石油化工有限公司 一种从d-乳酸钙发酵液中提取d-乳酸的方法
CN113640449A (zh) * 2021-10-13 2021-11-12 山东省产品质量检验研究院 一种生物基降解材料聚乳酸的快速检测方法
CN115253994A (zh) * 2022-08-25 2022-11-01 陕西德信祥能源科技有限公司 一种制备丙交酯的装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0411780A2 (en) * 1989-07-18 1991-02-06 KAMPEN, Willem Hemmo Continuous process for the recovery of betaine
US20020132967A1 (en) * 2001-01-31 2002-09-19 Hitomi Ohara Process for producing lactide and process for producing polylactic acid from fermented lactic acid employed as starting material
US20060014975A1 (en) * 2002-08-06 2006-01-19 Philippe Coszach Method for the productiion of polylactide from a solution of lactic acid or one of the derivatives thereof
EP2031009A1 (de) * 2007-09-03 2009-03-04 Uhde Inventa-Fischer GmbH Reinigungsvorrichtung zur Abtrennung von Dilactid aus Stoffgemischen, Polymerisationsvorrichtung, Verfahren zur Abtrennung von Dilactid aus Stoffgemischen sowie Verwendung
KR20110105845A (ko) * 2008-12-26 2011-09-27 도레이 카부시키가이샤 락트산 및 폴리락트산의 제조 방법

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5023349A (en) * 1990-05-08 1991-06-11 E. I. Du Pont De Nemours And Company Continuous process for rapid conversion of oligomers to cyclic esters
US5043458A (en) 1990-05-03 1991-08-27 E. I. Du Pont De Nemours And Company One-step continuous process for preparing cyclic esters
JP2744696B2 (ja) 1990-07-13 1998-04-28 イー・アイ・デユポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー ラクチドの高収率再生方法
US5142023A (en) * 1992-01-24 1992-08-25 Cargill, Incorporated Continuous process for manufacture of lactide polymers with controlled optical purity
US5521278A (en) * 1994-08-18 1996-05-28 Ecological Chemical Products Integrated process for the manufacture of lactide
BE1011197A3 (fr) 1997-06-06 1999-06-01 Brussels Biotech En Abrege Bb Procede de purification d'acide lactique.
US6229046B1 (en) 1997-10-14 2001-05-08 Cargill, Incorported Lactic acid processing methods arrangements and products
DE19902897C2 (de) 1999-01-18 2002-08-08 Bfti Fassaden Technik Berlin I Verschwindscharnier
DE19902879A1 (de) * 1999-01-25 2000-08-03 Wolff Walsrode Ag Verfahren zur Herstellung von hochreinem Dilactid
DE10020898B4 (de) * 2000-04-20 2004-02-05 Inventa-Fischer Gmbh Verfahren zur Herstellung von Polymilchsäure und Vorrichtung hierzu
RU2301230C2 (ru) * 2005-03-23 2007-06-20 Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева Способ получения лактида
WO2006124633A1 (en) 2005-05-13 2006-11-23 Cargill, Incorporated Production of lactic acid
EP2030679A1 (de) 2007-09-03 2009-03-04 Uhde Inventa-Fischer GmbH Polymerisationsreaktor, Polymerisationsvorrichtung, Verfahren zur Herstellung von bioabbaubarem Polyester sowie Verwendungen
DE102007045701B3 (de) 2007-09-24 2009-05-14 Uhde Gmbh Gewinnung von Milchsäure durch Fermentation und Extraktion mit Aminen
US8509100B2 (en) 2008-02-15 2013-08-13 Carrier Iq User-initiated reporting of mobile communication system errors
WO2010003534A1 (de) * 2008-07-11 2010-01-14 Uhde Gmbh Isolierung von organischen säuren aus fermenterbrühe mit hilfe chromatographischer methoden
DE102009019248A1 (de) 2009-04-30 2010-11-04 Uhde Gmbh Isolierung von organischen Säuren aus Fermenterbrühe mit Hilfe chromatographischer Methoden

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0411780A2 (en) * 1989-07-18 1991-02-06 KAMPEN, Willem Hemmo Continuous process for the recovery of betaine
US20020132967A1 (en) * 2001-01-31 2002-09-19 Hitomi Ohara Process for producing lactide and process for producing polylactic acid from fermented lactic acid employed as starting material
US20060014975A1 (en) * 2002-08-06 2006-01-19 Philippe Coszach Method for the productiion of polylactide from a solution of lactic acid or one of the derivatives thereof
EP2031009A1 (de) * 2007-09-03 2009-03-04 Uhde Inventa-Fischer GmbH Reinigungsvorrichtung zur Abtrennung von Dilactid aus Stoffgemischen, Polymerisationsvorrichtung, Verfahren zur Abtrennung von Dilactid aus Stoffgemischen sowie Verwendung
KR20110105845A (ko) * 2008-12-26 2011-09-27 도레이 카부시키가이샤 락트산 및 폴리락트산의 제조 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10164230B2 (en) 2015-05-27 2018-12-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Separator including microbial cellulose, method of producing the separator, and use of the separator

Also Published As

Publication number Publication date
RU2631503C2 (ru) 2017-09-25
CN104080833B (zh) 2016-05-11
CN104080833A (zh) 2014-10-01
RU2014118762A (ru) 2015-12-10
MX2014005254A (es) 2015-10-29
PL2853552T3 (pl) 2018-06-29
MX355529B (es) 2018-04-19
EP2853552A1 (de) 2015-04-01
EP2773683A2 (de) 2014-09-10
US9416222B2 (en) 2016-08-16
KR101919647B1 (ko) 2018-11-16
WO2013064219A3 (de) 2013-07-18
WO2013064219A2 (de) 2013-05-10
ES2661638T3 (es) 2018-04-02
BR112014010481A2 (pt) 2019-08-27
EP2853552B1 (de) 2017-12-06
BR112014010481B1 (pt) 2020-11-03
US20140323682A1 (en) 2014-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101919647B1 (ko) 중합성 젖산의 품질 테스트 및 이의 제조방법
AU2014239256B2 (en) Process and systems for obtaining 1,4-butanediol from fermentation broths
KR101138240B1 (ko) 재생가능한 원료로부터 폴리락트산(ｐｌａ)의 생산 방법
JP5679411B2 (ja) ポリ乳酸の製造方法
JP2003511360A (ja) 精製乳酸溶液の製造方法
JP2016512688A (ja) ３−ヒドロキシプロピオン酸の回収
WO2019066310A1 (ko) 폴리트리메틸렌 에테르 글리콜 및 이의 제조 방법
Yarkova et al. Vacuum effect on the lactide yield
CA2969273A1 (en) Process for manufacturing succinic acid from a fermentation broth using nano filtration to purify recycled mother liquor
AU2019344574B2 (en) Process for bio-1,3-butanediol purification from a fermentation broth
EP3939958B1 (en) Process for the purification of aliphatic dicarboxylic acids produced by biotechnological processes
DE102012002498A1 (de) Qualitätstest für polymerisationsfähige Milchsäure und Verfahren zu deren Herstellung
PL242678B1 (pl) Sposób wydzielania kwasu alfa-ketoglutarowego (AKG) z rzeczywistych płynów pofermentacyjnych z zastosowaniem zintegrowanego układu membranowego
EA041653B1 (ru) Способ очистки био-1,3-бутандиола из ферментативного бульона

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant