[发明专利]乳酸和乳酸酯的生产方法

说明书

本发明涉及生产乳酸和乳酸酯的新方法。

目前，在日本糕点、保鲜饮料、浸渍蔬菜、酱油、面包和啤酒的生产中，乳酸用作食品添加剂。在工业消耗方面，乳酸用于皮革、纺织、塑料、医药和农药的生产中。

近来，乳酸衍生物或合成用中间体-乳酸酯如乳酯乙酯和乳酸丁酯已广泛用溶剂和高度安全的皮肤去污剂。乳酸的聚合物-聚乳酸预期会逐渐用作可生物降解的聚合物。

现在，市场上可买到的乳酸分为两类，即通过化学合成从石油化学产品获得的乳酸和由发酵得到的乳酸。通过化学合成从石油化学产品得到的乳酸，一般以乳酸酯形式提纯。因此，乳酸酯具有高纯度。然而，它是外消旋的形式和没有旋光活性。由发酵得到的乳酸以L-或D-旋光活性形式和外消旋形式存在。依赖发酵所用微生物的种类，可以自由地制备具有要求旋光活性形式的乳酸。一般来说，这样的乳酸酯不易提纯，质量低于它们的合成法生产的反式异构体，和不适合于医药或农药的生产。更明确点讲，化学合成生产的乳酸或乳酸酯的外消旋形式，用作食品添加剂和一般的工业消耗是十分安全的。然而，作为医药和农药的原料或作为可生物降解聚合物可接受的聚乳酸的原料，则要求乳酸和乳酸酯具有高旋光活性和高纯度。

然而，在现实的情况下，除了发酵方法外，不能生产具有上述高光学活性的乳酸。现今，用发酵法制造乳酸和用糖类或淀粉作原料并使乳酸菌同化原料的发酵法获得具有旋光活性的乳酸。该方法包括制备一种掺入其中的培养基，作为乳酸菌养分的玉米浆或酵母提取物和作为生成的乳酸的中和剂的碳酸钙，接种乳酸菌于培养基上并诱发产生乳酸的发酵作用，在发酵的最后加硫酸于含乳酸钙的发酵液中，以此诱发石膏的沉淀和乳酸的释放，然后，过滤发酵液除去象石膏和细菌细胞这样的固体物质，得到乳酸粗产品，经过醚提取和用活性炭处理等步骤提纯粗乳酸。此法仍不能顺利地制造具有作为医药和农药原料或用作可生物降解物质的聚乳酸的原料所要求的高纯度和高旋光活性的乳酸或乳酸酯。

于是，急需开发一种能够顺利地生产具有高纯度和高旋光活性的乳酸的方法，已成为医药界和农药界的共识。

为了顺利地生产具有高纯度和高旋光活性的乳酸，一些方法已公开。一种方法包括在进行发酵时，用氢氧化钠或氨代替碳酸钙作中和剂以形成乳酸。由此诱发形成乳酸铵或乳酸钠，超滤发酵液，从其它培养基组分中分出所说的乳酸盐汁，然后，经离子交换得到游离的乳酸（JP-A-63-38）;另一种方法包括把所得粗产品形成的乳酸转化为溶解性较低的象乳酸锌这样的乳酸盐，并用结晶法提纯该乳酸盐，然后，得到游离为乳酸（JP-A-63-188632）。

然而，上述方法存在如下（1）-（3）所指出的问题。

（1）在发酵方法中培养基的pH值的调节，实际上要求与即将生成的乳酸等当量的碱。在上述方法中，为了从生成的乳酸盐释放乳酸，需要等当量的酸。这就必须进一步恰当地处置副产物和石膏和无机盐如硫酸铵和硫酸钠。这就不允许顺利地生产高纯度的乳酸。

（2）上述依靠膜或离子交换分离的方法仍然不能生产高纯度的乳酸。为了得到高纯度、避免放出讨厌的气味并有足够热稳定性的乳酸，这些方法不得不有某些附加处理如用乙醇或甲醇这样的醇酯化所得的粗品乳酸，然后，蒸馏所得的乳酸酯成为纯的乳酸酯并水解该纯的乳酸酯。

为了生产高纯度乳酸而需要的酯化和蒸馏必须进行初步提纯的预处理。因此，这些方法是不经济的。再有。如JP-A-58-56，690提示的，来自糖类、细菌细胞和营养源的杂质和夹带在初步提纯所得乳酸溶液中的杂质大量地沉积于蒸馏柱壁和反应釜壁，正如在普通发酵法所得乳酸溶液观察到那样，并且这些杂质被酯化。这些杂质在反应釜壁上迅速沉积必然带有操作上的麻烦和致使难以得到高纯度的乳酸。

（3）经结晶提纯乳酸和以乳酸钙或乳酸锌形式分离乳酸的方法都不够经济，因为得到的乳酸在母液中如此严重地损失，以致降低了乳酸的产率。

除上述方法以外，乳酸铵用醇直接酯化这一事实是长期来已知的技术（Industrial and Enginessring Chemisstry，Vol.44，No.9，pp，2189-2191，Sept.1952）。

为了使以醇直接酯化实际有效地用于乳酸的合成或乳酸的提纯，正如后面将具体描述的美国发现的一些问题必须解决，这些问题与醇的应用有关。在没有解决这些问题情况下通过加醇简单酯化时，从商业观点讲，以非常低的产率生成乳酸是难以令人满意的。