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WO2000020367A1 - Process for the preparation of sorbic acid - Google Patents

Process for the preparation of sorbic acid Download PDF

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WO2000020367A1
WO2000020367A1 PCT/JP1999/005126 JP9905126W WO0020367A1 WO 2000020367 A1 WO2000020367 A1 WO 2000020367A1 JP 9905126 W JP9905126 W JP 9905126W WO 0020367 A1 WO0020367 A1 WO 0020367A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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sorbic acid
hot water
treatment
activated carbon
temperature
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP1999/005126
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English (en)
French (fr)
Inventor
Akira Yamashita
Mitsuhiro Kouno
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daicel Corp
Original Assignee
Daicel Chemical Industries Ltd
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Publication date
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Priority to EP99943429A priority patent/EP1065195B1/en
Priority to US09/555,294 priority patent/US6462233B1/en
Priority to DK99943429T priority patent/DK1065195T3/da
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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/09—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides from carboxylic acid esters or lactones
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/42—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C51/47—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by solid-liquid treatment; by chemisorption

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing sorbic acid useful as a food additive or the like, and more particularly, to a method for producing sorbic acid by decomposing a polyester which is a polymerization reaction product of octatonaldehyde and ketene.
  • the present invention relates to a method for producing high-purity sorbic acid by efficiently removing impurities such as by-product tar-like substances.
  • Sorbic acid and its salts have antiseptic and antifungal effects and, at normal use concentrations, show little toxicity to the human body, and are therefore useful as food additives.
  • the wet cake of crude sorbic acid obtained by decomposing the polyester is dissolved in hot water, and the tar-like substances that are insoluble in hot water are separated and removed.
  • the method of removing is a simple and preferable method for removing a large amount of tar-like substances without using a special solvent.
  • the solubility of sorbic acid in water is at most about 3% even in hot water near 100 ° C, and it is necessary to increase the size of the equipment itself in order to treat large amounts of crude sorbic acid.
  • an object of the present invention is to provide a method for efficiently removing impurities such as tar-like substances by-produced by the decomposition of polyester by simple means and producing sorbic acid of high purity with high productivity. It is in.
  • the present inventors have conducted intensive studies in order to achieve the above object, and as a result, utilizing the fact that the solubility of sorbic acid sharply increases when the temperature of hot water exceeds 100 ° C.
  • the present inventors have found that tar-like substances can be efficiently removed by extraction with hot water at a temperature of more than 100 ° C or activated carbon treatment in hot water at a temperature of more than 100 ° C, and have completed the present invention. .
  • the present invention provides a reaction product of crotonaldehyde and ketene.
  • Crude sorbic acid obtained by decomposing the formed polyester is 10 o.
  • the temperature of the hot water is, for example, 120 ° C. or less.
  • the amount of sorbic acid to be treated is, for example, equal to or less than the amount of sorbic acid dissolved in hot water at the treatment temperature.
  • polyester is decomposed to produce sorbic acid.
  • the polyester is obtained by polymerizing crotonaldehyde and ketene. More specifically, ketene is added to crotonaldehyde in the presence of a catalyst such as, for example, zinc acetate, zinc isobutyrate, ⁇ ; —picolin at a temperature of, for example, about 20 to 100 ° C. Synthesize polyester by blowing.
  • the polyester to be subjected to the decomposition reaction may be decomposed by either acid or hydrolysis by acid or thermal decomposition.
  • hydrolytic decomposition using a mineral acid, particularly hydrochloric acid is preferred.
  • the reaction temperature for hydrolyzing the polyester is, for example, about 10 to 110 ° C.
  • the concentration of hydrochloric acid when the polyester is hydrolyzed with hydrochloric acid is, for example, about 15 to 40% by weight, and preferably 23 to 36% by weight. /. It is about.
  • the reaction mixture obtained by decomposing the polyester contains sorbic acid, the catalyst used in the reaction, and impurities such as tar-like substances by-produced in the reaction. Requires a purification step.
  • An important feature of the present invention is that the sol At least one selected from (A) a hot water extraction process in which sorbic acid is extracted with hot water by adding boric acid to hot water exceeding 100 ° C, and (B) an activated carbon treatment in hot water. There are two processes. These treatments are usually performed under pressure to increase the treatment temperature to more than 100 ° C.
  • the hot water extraction treatment (A) the crude sorbic acid and hot water are thoroughly mixed by stirring or the like, and then allowed to stand still to remove an aqueous layer containing sorbic acid and by-product tar-like substances insoluble in hot water. By separating the liquid into an organic layer containing sorbic acid, sorbic acid and impurities such as tar-like substances can be separated.
  • the activated carbon treatment (B) impurities such as tar-like substances dissolved in hot water are adsorbed on the activated carbon, and the activated carbon is filtered off, whereby sorbic acid with high purity can be obtained.
  • the treatments (A) and (B) can be performed at any point in the sorbic acid purification step after the polyester decomposition reaction step.
  • the reaction mixture when a polyester is hydrolyzed in the presence of an acid, the reaction mixture is usually in the form of a slurry in which sorbic acid is dispersed in water. Therefore, the slurry-like reaction mixture is subjected to suction filtration and pressurization.
  • the crude sorbic acid wet cake obtained by subjecting to solid-liquid separation such as filtration and the like is added to hot water to perform the above treatment.
  • the crude sorbic acid wet cake contains a tar-like substance, and usually has a brownish brown to blackish brown color.
  • the melting point of sorbic acid is generally said to be 134.5 ° C, but in the coexistence of water, it has dropped to a temperature slightly lower than 120 ° C, and the temperature exceeds 120 ° C It is thought that the excess sorbic acid that could not be completely dissolved in the aqueous layer would liquefy and separate from water. Therefore, in the hot water extraction treatment (A), sorbic acid migrates to the organic layer and is easily lost. In addition, in the activated carbon treatment (B), the liquefied sorbic acid itself dissolves the tar-like substance as a solvent, making removal by activated carbon difficult, and when cooled, the tar-like substance is incorporated into the crystal. It is easy to cause hue deterioration.
  • the upper limit of the temperature of the hot water it is preferable to set the upper limit of the temperature of the hot water to 120 ° C, and to reduce the throughput of sorbic acid. It is desirable that the amount of sorbic acid at the treatment temperature be equal to or less than the saturated solubility in hot water.
  • the activated carbon used in the activated carbon treatment (B) is not particularly limited. Activated carbon derived from plants such as wood, sawdust, and coconut shells, activated carbon derived from minerals such as peat, lignite, and lignite, phenolic resin, etc. Activated carbon etc. can be used.
  • the specific surface area of activated carbon for example, 2 0 0 ⁇ 3 5 0 0 m 2 Z g, preferably 4 0 0 ⁇ 2 0 0 0 m 2 / g, further preferred properly is 1 0 0 0 ⁇ 2 0 0 0 m It is about 2 / g.
  • the total pore volume of the activated carbon is, for example, 0.1 to 2 ml / g, preferably 0.2 to: 1.6 ml / g, and more preferably 0.8 to 1.6 ml / g. It is about.
  • the amount of activated carbon used can be appropriately selected within a range that does not impair the purification efficiency and the like. Generally, 100 parts by weight of sorbic acid subjected to the activated carbon treatment is
  • the treatment time with activated carbon is, for example, about 10 minutes to 5 hours, preferably 1 minute.
  • the activated carbon is separated by filtration, and the filtrate is cooled to precipitate sorbic acid, and then filtered and dried to obtain purified sorbic acid.
  • Either the hot water extraction treatment (A) or the activated carbon treatment (B) may be performed, or both treatments may be performed.
  • the amount of the tar-like substance is small, sorbic acid having excellent hue can be obtained only by the activated carbon treatment (B).
  • both the hot water extraction treatment (A) and the activated carbon treatment (B) are performed, it is sufficient to use hot water exceeding 100 ° C in at least one of the treatments. It is preferred to use more than hot water.
  • the hot water extraction treatment (A) and the activated carbon treatment (B) may be performed stepwise, or may be performed in one step.
  • crotonaldehyde To 600 parts of crotonaldehyde, 2 parts of zinc isobutyrate was added as a catalyst, and at 30 to 40 ° C., 170 parts of ketene gas was introduced to cause a reaction. After completion of the reaction, excess crotonaldehyde was distilled off under reduced pressure to obtain a high-viscosity polyester.
  • Example 1 A similar operation was performed in Example 1 except that the temperature of the reaction vessel during the activated carbon treatment was raised to 100 ° C, and pure sorbic acid in the crude sorbic acid wet cake initially charged in water was obtained. The yield of purified sorbic acid recovered per minute was 60.5%.

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Description

明 細 書 ソルビン酸の製造法 技術分野
本発明は食品添加物などと して有用なソルビン酸の製造法に関し、 よ り詳細には、 ク口 トンアルデヒ ドとケテンとの重合反応生成物であるポ リエステルを分解してソルビン酸を得るに際し、 副生するタール状物質 などの不純物を効率よく除去して、 純度の高いソルビン酸を製造する方 法に関するものである。 背景技術
ソルビン酸及びその塩は防腐作用、 防黴作用を有する上、 通常の使用 濃度においては、 人体に対して殆ど毒性を示さないため、 食品添加物と して有用である。 ソルビン酸の製造方法と しては様々な方法が知られて いるが、 クロ トンアルデヒ ドとケテンとを重合反応させて中間体である ポリエステルを生成させ、 次いでこのポリエステルを分解してソルビン 酸を得る経路が工業的には重要である。 ポリエステルの分解方法と して は熱分解する方法、 アルカリまたは酸触媒の共存下で加水分解する方法 などがあるが、 その中でも鉱酸、 特に塩酸を用いた加水分解では、 得ら れるソルビン酸の収率や品質の上で良好な結果が得られる点で好ましい 方法である。
ところが、 いずれの方法においても分解反応中に副生物質が生成し、 それがソルビン酸中に不純物と して混入すると、 着色原因となって製品 の品質を低下させてしまうため、 該不純物を除去するために特別な精製 工程を必要とするという問題がある。 この問題は比較的良好な分解成績 を示すといわれる鉱酸を用いた加水分解においても同様に存在し、 ポリ エステルを分解してソルビン酸を得る方法を用いる限り、 他のいかなる 操作条件の付加をもつてしても避けられないものとなっている。 そこで 、 効率的に副生不純物を除去する精製工程が望まれ、 様々な方法が実施 されている。 通常、 2以上の異なる方法を組み合わせることで、 より精 製度の高いソルビン酸を得ることができるが、 茶〜黒褐色を呈するター ル状物質の大部分を最初の精製で除去してしまう必要がある。
ポリエステルを分解して得られた粗ソルビン酸の湿ケーキを熱水中に 溶解せしめ、 熱水に不溶のタール状物質は分液除去し、 熱水に溶解する タール状物質については活性炭を用いて除去するという方法は、 特別な 溶剤を用いることも無く、 大量のタール状物質を除去するためには簡便 で好ましい方法である。 しかし、 ソルビン酸の水への溶解度は 1 0 0 °c 近くの熱水に対しても高々 3 %程度であり、 大量の粗ソルビン酸を処理 するためには装置自体の大型化が必要であり、 生産効率の上で不利なも のとなつていた。 発明の開示
従って、 本発明の目的は、 ポリエステルの分解によって副生するター ル状物質などの不純物を簡便な手段で効率的に除去し、 純度の高いソル ビン酸を生産性よく製造する方法を提供することにある。
本発明者らは、 上記目的を達成するために鋭意研究を行った結果、 熱 水温度が 1 0 0 °cを超えるとソルビン酸の溶解度が急激に上昇すること を利用し、 粗ソルビン酸を 1 0 0 °cを超える温度の熱水で抽出したり、 1 0 0 °cを超える熱水中で活性炭処理すると、 タール状物質を効率よく 除去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、 クロ トンアルデヒ ドとケテンとの反応により生 成するポリエステルを分解して得られる粗ソルビン酸を 1 0 o。cを超え る熱水に加えて、 （A ) ソルビン酸を熱水抽出する熱水抽出処理、 及び ( B ) 熱水中での活性炭処理から選択された少なく とも 1つの処理を行 う ソルビン酸の製造法を提供する。 前記熱水の温度は、 例えば 1 2 0 °C 以下である。 ソルビン酸の処理量は、 例えば、 処理温度におけるソルビ ン酸の熱水に対する飽和溶解量以下とする。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について説明する。 本発明では、 ポリエス テルを分解してソルビン酸を生成させる。 前記ポリエステルは、 クロ ト ンアルデヒ ドとケテンとを重合反応させることにより得られる。 より具 体的には、 例えば、 酢酸亜鉛、 イ ソ酪酸亜鉛、 ο; —ピコ リ ンなどの触媒 の存在下、 例えば 2 0〜 1 0 0 °C程度の温度で、 クロ トンアルデヒ ドに ケテンを吹込んでポリエステルを合成する。 通常、 反応混合物から余剰 のクロ トンアルデヒ ドを蒸発操作により除いた後、 分解反応に供される ポリエステルの分解は、 酸又はアル力リによる加水分解及び熱分解の 何れであってもよいが、 収率などの点から、 鉱酸、 特に塩酸を用いた加 水分解が好ましい。 ポリエステルを加水分解する際の反応温度は、 例え ば 1 0〜 1 1 0 °C程度である。 また、 塩酸によりポリエステルを加水分 解する場合の塩酸濃度は、 例えば 1 5〜4 0重量％程度、 好ましくは 2 3〜 3 6重量。/。程度である。
ポリエステルを分解して得られる反応混合物には、 ソルビン酸、 反応 に用いた触媒のほか、 反応で副生したタール状物質等の不純物が含まれ ているため、 高品質のソルビン酸を得るには精製工程を必要とする。 本発明の重要な特徴は、 前記ポリエステルの分解により生成したソル ビン酸を 1 0 0 °Cを超える熱水に加えて、 （A ) ソルビン酸を熱水抽出 する熱水抽出処理、 及び （B ) 熱水中での活性炭処理から選択された少 なく とも 1つの処理を行う点にある。 処理温度を 1 0 0 °Cより も高くす るため、 これらの処理は、 通常、 加圧下で行われる。
熱水抽出処理 （A ) では、 粗ソルビン酸と熱水とを攪拌などにより充 分に混合した後、 静置させ、 ソルビン酸を含む水層と熱水に不溶の副生 タール状物質などを含む有機層とに分液させることにより、 ソルビン酸 とタール状物質等の不純物とを分離できる。 また、 活性炭処理 （B ) で は、 熱水に溶解したタール状物質等の不純物を活性炭に吸着させ、 該活 性炭を濾別することにより、 純度の高いソルビン酸を得ることができる これらの処理 （A ) 及び （B ) は、 ポリエステルの分解反応工程の後 、 ソルビン酸の精製工程の任意の時点で行う ことができる。 例えば、 ポ リエステルを酸の存在下で加水分解した場合には、 反応混合物は、 通常 、 ソルビン酸が水中に分散したスラ リー状であるため、 該スラ リー状の 反応混合物を吸引濾過、 加圧濾過などの固液分離に付し、 得られた粗ソ ルビン酸湿ケーキを熱水に加え、 上記の処理を行う場合が多い。 なお、 前記粗ソルビン酸湿ケーキはタール状物質を含んでおり、 通常、 茶褐〜 黒褐色を呈している。
上記の熱水抽出処理 （A ) 、 活性炭処理 （B ) を行うに際し、 熱水の 温度が 1 0 0 °c以下では、 ソルビン酸の溶解度が小さいため、 装置が大 型化し、 ソルビン酸の生産効率が大きく低下する。 また、 これを避ける ため粗ソルビン酸の添加量を多くすると、 ソルビン酸が水に溶解せず、 濾過操作などの際に大きなロスが生じる。 また、 活性炭によるタール状 物質の除去効果も低下し、 色相の優れたソルビン酸を得ることができな レ、。 これに対し、 1 0 0 °Cを超える温度域 （好ましく は 1 0 3 °C以上、 さらに好ましくは 1 0 8 °C以上） では水に対するソルビン酸の溶解度が 急激に上昇するため、 水が同量でも大量の粗ソルビン酸を処理すること ができる。 このため、 小型の製造設備においても、 ソルビン酸を生産性 よく製造できる。 また、 活性炭によるタール状物質の除去効果も高く、 色相に優れた高品質のソルビン酸を得ることができる。
ソルビン酸の融点は 1 3 4. 5 °Cと一般に言われているが、 水共存下 では 1 2 0 °Cより も若干低い温度付近まで降下しており、 1 2 0 °Cを超 える温度では水層に溶解しきれなかつた余剰のソルビン酸は液化して水 と分液すると考えられる。 そのため、 熱水抽出処理 （A) では、 ソルビ ン酸が有機層に移行してロス しやすい。 また、 活性炭処理 （B) では、 液化したソルビン酸はそれ自身が溶媒と してタール状物質を溶解して活 性炭による除去処理を困難にし、 冷却されると結晶内にタール状物質を 取り込み、 色相悪化の原因になりやすい。 したがって、 ソルビン酸の収 率を低下させることなく、 タール状物質を効率よく除去するには、 熱水 の温度の上限を 1 2 0 °Cとするのが好ましく、 また、 ソルビン酸の処理 量を処理温度におけるソルビン酸の熱水に対する飽和溶解量以下とする のが望ましい。
活性炭処理 （B) に用いる活性炭と しては、 特に限定されず、 木材、 鋸屑、 ヤシ殻などの植物を原料とする活性炭、 泥炭、 褐炭、 亜炭などの 鉱物を原料とする活性炭、 フエノール樹脂などを原料とする活性炭等を 使用できる。 活性炭の比表面積は、 例えば、 2 0 0〜 3 5 0 0 m2Z g 、 好ましく は 4 0 0〜 2 0 0 0 m 2/ g、 さらに好ま しく は 1 0 0 0〜 2 0 0 0 m2/ g程度である。 また、 活性炭の全細孔容積は、 例えば 0 . l〜 2 m l //g、 好ましくは 0. 2〜： 1. 6 m l /g、 さらに好まし くは 0. 8〜 1. 6 m l / g程度である。
活性炭の使用量は、 精製効率等を損なわない範囲で適宜選択できるが 、 一般には、 活性炭処理に供されるソルビン酸 1 0 0重量部に対して、
；！〜 2 0重量部、 好ましくは 2〜 1 5重量部程度である。
活性炭による処理時間は、 例えば 1 0分〜 5時間程度、 好ましくは 1
5分〜 2時間程度である。 活性炭処理後、 活性炭を濾別し、 濾液を冷却 することにより ソルビン酸を析出させ、 濾過、 乾燥することにより精製 ソルビン酸を得ることができる。
熱水抽出処理 （A ) 及び活性炭処理 （B ) は、 何れか一方のみを行つ てもよく、 両方の処理を行ってもよい。 例えば、 タール状物質の量が少 ない場合には、 活性炭処理 （B ) のみにより、 色相に優れたソルビン酸 を得ることができる。 熱水抽出処理 （A ) と活性炭処理 （B ) とを共に 行う場合、 少なく とも一方の処理において 1 0 0 °cを超える熱水を用い ればよいが、 両処理共 1 0 0 °cを超える熱水を用いるのが好ましい。 ま た、 熱水抽出処理 （A ) と活性炭処理 （B ) とは、 段階的に行ってもよ いが、 1工程で行う こともできる。
上記処理後、 必要に応じて、 さらに、 晶析、 濾過、 遠心分離、 蒸留、 再結晶などの慣用の分離精製操作を行うことにより、 ソルビン酸の色相 や純度をより向上させることができる。
次に実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明する。 なお、 以下、 「部
」 とあるのは、 特にことわりの無い限り、 重量基準を表す。
実施例 1
クロ トンァルデヒ ド 6 0 0部中に、 触媒と してィソ酪酸亜鉛 2部を添 加し、 3 0〜 4 0 °Cにて、 ケテンガス 1 7 0部を導入して反応を行わせ た。 反応終了後、 過剰のクロ トンアルデヒ ドを減圧下で留去し、 高粘度 のポリエステルを得た。
上記ポリエステル 1 0 0部に対して濃塩酸 3 8 0部を添加し、 温度 8 0 °Cに加熱し、 その後 7 5 °Cで 6 0分熟成を行い、 ポリエステルを分解 した。 反応混合物を 1時間かけて 2 5 °Cに冷却し、 粗ソルビン酸の結晶 を析出させた。 これを減圧濾過及び水リンスを行って得られた粗ソルビ ン酸湿ケーキには、 水 2 0重量％、 タール状物質 3重量％が含まれてい た。 この粗ソルビン酸湿ケーキ 1 0 0部を活性炭 3部とともに、 水 1 5 0 0部を入れた反応缶に投入し、 攪拌しながら 1 1 0°Cまで昇温して 3 0分保持した。 活性炭と不溶性タール状物質を濾過分離し、 濾液のみを 反応缶より取出し、 2 5 °Cに冷却してソルビン酸を析出させた。 このと き、 最初に水中に投入した粗ソルビン酸湿ケーキ中のソルビン酸純分に 対する回収された精製ソルビン酸の収率は 9 1. 0 %であった。 こう し て得られたソルビン酸 l g (乾燥時） を 8. 8 m l の I N— N a OH水 溶液に溶解した溶液及び前記濾液の波長 4 0 0 n mにおける光の透過率 (色価） を分光光度計で測定したところ、 それぞれ 7 9. 8 %及び 9 1 . 3 %であった。
比較例 1
実施例 1 において、 活性炭処理時の反応缶の昇温を 1 0 0°Cまでとす る以外は同様な操作を行ったところ、 最初に水中に投入した粗ソルビン 酸湿ケーキ中のソルビン酸純分に対する回収された精製ソルビン酸の収 率は 6 0. 5 %であった。 回収したソルビン酸 l g (乾燥時） を 8. 8 m 1 の 1 N— N a〇 H水溶液で溶解した溶液、 及び活性炭を濾過して得 られた濾液の波長 4 0 0 n mにおける光の透過率 （色価） を分光光度計 で測定したところ、 それぞれ、 7 0. 1。/0及び8 9. 8 %であった。 本発明の方法によれば、 ソルビン酸の溶解度が急激に上昇する温度域 の熱水を用いて熱水抽出処理及び 又は活性炭処理を行うため、 ポリエ ステルの分解によって副生するタール状物質などの不純物を、 装置を大 型化することなく、 簡便な手段で効率的に除去できる。 このため、 色相 に優れた高純度のソルビン酸を生産性よく製造することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . クロ トンアルデヒ ドとケテンとの反応により生成するポリエステ ルを分解して得られる粗ソルビン酸を 1 0 0 °cを超える熱水に加えて、
( A ) ソルビン酸を熱水抽出する熱水抽出処理、 及び （B ) 熱水中での 活性炭処理から選択された少なく とも 1つの処理を行う ソルビン酸の製 造法。
2 . 熱水の温度が 1 2 0 °C以下である請求の範困第 1項記載のソルビ ン酸の製造法。
3 . ソルビン酸の処理量を、 処理温度におけるソルビン酸の熱水に対 する飽和溶解量以下とする請求の範囲第 1項記載のソルビン酸の製造法
PCT/JP1999/005126 1998-10-05 1999-09-21 Process for the preparation of sorbic acid Ceased WO2000020367A1 (en)

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