JP2005162832A

JP2005162832A - ポリ乳酸の分解方法

Info

Publication number: JP2005162832A
Application number: JP2003401909A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Tokiwa; 豊常盤; Jareraato Amunatto; ジャレラートアムナット; Akito Tsuchiya; 明人土屋; Hiroshige Nakatsuka; 廣重中塚
Original assignee: ALMIGHTY KK; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Almighty Co Ltd
Current assignee: ALMIGHTY KK; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Almighty Co Ltd
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】効率的にポリ乳酸を分解する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】ズブチリシンにはポリ乳酸を分解する作用があるので、ポリ乳酸にズブチリシンを作用させることによってポリ乳酸を分解する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリ乳酸の分解方法に関する。より詳細には、本発明は、ズブチリシンによりポリ乳酸を分解する方法に関する。

近年、プラスチック廃棄物の処理が問題になっている。プラスチック廃棄物の処理方法としては焼却や埋め立てが主であるが、焼却は地球温暖化の促進、埋め立ては埋立地の減少等の問題を抱え、生物学的分解処理法が注目されている。ポリ乳酸は生分解性を有し、次世代のプラスチックとして種々の用途開発が進められているが、近い将来、現在使用されているプラスチック同様廃棄物問題がクローズアップされることが十分に予想される。

ポリ乳酸は水系の中で加水分解する高分子であり、現在医療や医薬用材料として応用されているが、澱粉等の再生可能な資源から乳酸醗酵を通して合成できることから、環境分解が困難である汎用プラスチックに代わる生分解性樹脂の素材としても注目されている。しかしながら、ポリ乳酸の生分解性という観点からは、ポリ乳酸の自然界における分解速度は遅く、更にポリ乳酸を分解する微生物の分布も限定されているという問題点がある。このため、ポリ乳酸を迅速に分解処理する技術を確立することは、極めて有用である。

これまでに、ポリ乳酸を分解する方法としては、ポリ乳酸分解酵素やプロテイナーゼＫ等の酵素を作用させる方法が知られている（例えば、非特許文献１及び２参照）。しかしながら、アルカリ性プロテアーゼであるズブチリシンに、ポリ乳酸を分解する作用があることは知られていない。
Tsuji H. et al., "Enzymatic hydrolysis of poly(lactide)s : effect of molecular weight, L-lactide content, and enantiomeric and diastereomeric polymer blending", Biomactomolecules, 2001 Summer;2(2):597-604 Liu L et al., "Selective enzymatic degradations of poly(L-lactide) and poly(epsilon-caprolactone) blend films", Biomactomolecules, 2000 Fall;1(3):350-9

本発明は、効率的にポリ乳酸を分解する方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、効率的にポリ乳酸を分解する方法について鋭意研究を進めた結果、ズブチリシンには優れたポリ乳酸分解作用があることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて、更に検討を重ねることによって完成したものである。

即ち、本発明は下記に掲げるポリ乳酸の分解方法である。
項１．ポリ乳酸にズブチリシンを作用させることを特徴とする、ポリ乳酸の分解方法。
項２．ズブチリシンが、比活性１０U/mg以上のものである、項１に記載のポリ乳酸の分解方法。

以下に、発明を詳細に説明する。

本発明のポリ乳酸分解方法は、ポリ乳酸にズブチリシンを作用させることを特徴とするものである。

ここで、ポリ乳酸とは、ポリマーの主要な構成単位として乳酸を有するポリマーをいい、例えば、ポリL-乳酸やポリD-乳酸等の乳酸ホモポリマー、L-乳酸及びD-乳酸の少なくとも１種とアラニン、グリコール酸、グリコリド、グリシン、ε−カプロラクトン、グルコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコール、糖類、多価アルコールの少なくとも１種との乳酸コポリマー、ポリD,L-乳酸等を挙げることができる。これらの中で、好ましくは、乳酸ホモポリマー、L-乳酸及びD-乳酸の少なくとも１種とアラニン若しくはグリコリドとの乳酸コポリマー、ポリD,L-乳酸であり、さらに好ましくはL-乳酸及びD-乳酸の少なくとも１種とグリコリドとの乳酸コポリマー、ポリL-乳酸である。ポリ乳酸の数平均分子量は特に制限されないが、好ましくは5×10³〜1×10⁶、さらに好ましくは5×10⁴〜4×10⁵である。ポリ乳酸中の乳酸単位の重量比率は特に制限されないが、好ましくは10％以上、さらに好ましくは30％以上である。又、上記ポリ乳酸の市販されているものとして、「ラクティー」（ポリ乳酸、島津製作所社製）、商品名「エコプレイ」（ポリ乳酸、Cargil-Dow社製）等が知られているが、本発明の方法はこれらに限定されるものではない。本発明において使用するポリ乳酸は、上記ポリ乳酸１種単独からなるものであっても、又２種以上の組み合わせからなるものであってもよい。更に、本発明に使用するポリ乳酸は、ポリ乳酸以外の成分を含有する樹脂組成物であってもよい。ポリ乳酸及び他の成分を含有する樹脂組成物を使用する場合、該組成物中のポリ乳酸の配合割合については、特に制限されないが、乳酸の効率的な製造という観点からは、例えば、該組成物１００重量％中に、ポリ乳酸が総量で５〜９９．９９重量％、好ましくは１０〜９９．９９重量％、更に好ましくは３０〜９９．９９重量％となる範囲にあるものである。又、本発明に用いるポリ乳酸としては、その由来は特に制限されないが、廃棄物の有効利用という観点からは、各種産業廃棄物や家庭廃棄物となったポリ乳酸を好適に使用できる。

本発明において使用するポリ乳酸の形態については、特に制限されず、粉末、フィルム、不織布、シート、板体、発泡体、ボトル状等の各種形状のものを使用することができる。乳酸の効率的な製造という観点からは、好ましくは、粉末又はフィルム状のものである。なお、本発明の方法を実施するに際して、フィルム、不織布、シート、板体、発泡体、ボトル状等形態のポリ乳酸については、粉末状に調製するために粉砕等の前処理に供することもできる。

一方、ズブチリシンとは、Bacillus属に属する微生物が分泌するセリンプロテアーゼである。当該酵素には、ポリ乳酸を分解する作用があるので、ポリ乳酸分解酵素として使用される。

本発明に使用されるズブチリシンの比活性については特に制限されないが、例えば、比活性が１０U/mg以上、好ましくは５０〜１０万U/mg、更に好ましくは３００〜１０００U/mg程度を挙げることができる。かかる範囲内の比活性を備えていれば、ポリ乳酸分解作用を有効に発揮することができる。ここでズブチリシンの単位１Uとは、１重量％カゼイン
含有水溶液（ｐH７）に４０℃で作用させた際に反応初期の１分間に１μｇのチロシンに
相当する酸可溶性低分子を生成するのに必要な酵素量を示す。

本発明に使用されるズブチリシンは、ズブチリシンを産生するBacillus属に属する微生物を培養して取得したものであってもよく、また遺伝子組み換え技術を利用して生産したものであってもよい。また、簡便には、市販されているズブチリシンを使用してもよい。商業的に入手できるものとして、具体的には、商品名「サビナーゼ１６L」（NOVO社製）
、商品名「アルカラーゼ」（NOVO社製）、商品名「エスペラーゼ」（NOVO社製）、商品名「オリエンターゼ５ＢＬ」（エイチアイビー社製）、商品名「ビオプラーゼＡＬ−１５」（ナガセケムテックス社製）、商品名「ビオプラーゼ３０Ｇ」（ナガセケムテックス社製
）、商品名「ビオプラーゼコンク」（ナガセケムテックス社製）、商品名「プロレーザ
ー」（天野エンザイム社製）、及び商品名「プロテアーゼ８９９」（協和エンザイム社製）等を挙げることができる。これらの中で、商品名「ビオプラーゼコンサンタリーパウ
ダー」（ナガセケムテックス社製）は、特に優れたポリ乳酸分解作用を発揮できるので好適である。

本発明において、ポリ乳酸にズブチリシンを作用させる方法としては、ズブチリシンのポリ乳酸分解作用が発揮される限り、特に制限されるものではない。例えば、ポリ乳酸が０．０１〜５０重量％、好ましくは０．１〜１０重量％、更に好ましくは０．２〜５重量％となる割合で含まれるように調製した水溶液中にズブチリシンを添加することにより酵素反応を行う方法を挙げることができる。

ポリ乳酸に作用させるズブチリシンの割合としては、ポリ乳酸の種類、使用するズブチリシンの種類、期待されるポリ乳酸の分解の程度、酵素反応時間等によって異なり一律に規定することはできないが、例えば、ポリ乳酸１００ｇに対して、ズブチリシンを１〜１００万U、好ましくは１００〜５０万U、更に好ましくは１万〜１０万Uとなる割合を挙げ
ることができる。

ポリ乳酸にズブチリシンを作用させる際の温度条件としては、ズブチリシンのポリ乳酸分解作用が発揮できることを限度として、特に制限されないが、通常１５〜７０℃、好ましくは２０〜６０℃、更に好ましくは３０〜４０℃を例示できる。

また、ポリ乳酸にズブチリシンを作用させる際のｐＨ条件については、使用するズブチリシンの至適ｐＨ等に基づいて、適宜設定すればよい。該ｐＨ条件の一例として、ｐＨ５〜１１、好ましくはｐＨ５．５〜９、更に好ましくはｐＨ６〜８となる範囲を挙げることができる。

更に、ポリ乳酸にズブチリシンを作用させる時間としては、ポリ乳酸の種類や量、使用するズブチリシンの種類や量、期待されるポリ乳酸の分解の程度等によって異なるが、一例として、０．１〜１７０時間、好ましくは０．２〜１５時間、更に好ましくは０．２〜４時間を上げることができる。

斯くしてポリ乳酸にズブチリシンを作用させることによって、ポリ乳酸を乳酸や乳酸オリゴマーに分解することができる。ポリ乳酸を分解して生じた乳酸や乳酸オリゴマーは、環境に対する負荷が軽減されているのでそのまま廃棄してもよいし、また公知・慣用の乳酸や乳酸オリゴマーの回収手段を用いて回収してポリ乳酸の原料として再利用してもよい。

本発明によれば、ズブチリシンの作用によってポリ乳酸を効率的に分解することができる。従って、本発明のポリ乳酸の分解方法は、今後益々増大すると予想されるポリ乳酸樹脂の分解に有用である。

また、ズブチリシンは、洗剤等の各種用途に広く使用されており、安価に製造する技術が確立されている。また、ズブチリシンの生産菌は、Bacillus属に属する微生物であり、その生産菌の安全性も極めて高いものである。故に、ズブチリシンを使用する本発明の方法によれば、安価且つ安全な方法で、ポリ乳酸を分解することができる。

以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定さ
れるものではない。
実施例ポリ乳酸分解試験
ズブチリシンとして、「ビオプラーゼコンサンタリーパウダー」（Bacillus subtilis由来、Nagase Chemtex社製）及び「Subtilisin Carlsberg」（Bacillus licheniformis、Sigma社製）を使用して、以下のポリ乳酸分解試験を行った。

ズブチリシンを０．１Mリン酸緩衝液（ｐH７）に１ｍｇ／ｍｌとなるように溶解して、ズブチリシン溶液を調製した。０．１Mリン酸緩衝液（ｐH７）３ｍｌに、当該ズブチリシン溶液１ｍｌ、ポリ乳酸粉末（平均分子量220,000）１０ｍｇ、及び０．０５重量％オク
チル−グルコピラノシドを添加・混合して、３７℃で１２時間酵素反応を行った。反応終了後、溶液中に遊離しているL-乳酸を高速液体クロマトグラフィーを用いて測定し、また溶液中に遊離している及び全有機炭素量を全有機体炭素計（TOC-500、島津製作所）を用
いて測定した。なお、コントロールとして、ズブチリシン溶液の代わりに０．１Mリン酸
緩衝液（ｐH７）を使用したもの（コントロール１）、及びポリ乳酸粉末を添加しなかっ
たもの（コントロール２）についても、同様に溶液中に遊離したL-乳酸及び全有機炭素量（TOC）を測定した。

得られた結果を表１に示す。なお、表１に示す遊離乳酸濃度及びTOCは、「ビオプラー
ゼコンサンタリーパウダー」又は「Subtilisin Carlsberg」を添加して上記反応を行っ
た場合に測定された溶液中の乳酸及びTOCの濃度から、コントロール１及び２の値を差し
引くことにより算出したものである。表１の結果から、ズブチリシンには、ポリ乳酸を分解する作用があることが分かった。特に、「ビオプラーゼコンサンタリーパウダー」に
は、顕著に優れたポリ乳酸分解作用があることが確認された。

Claims

ポリ乳酸にズブチリシンを作用させることを特徴とする、ポリ乳酸の分解方法。
ズブチリシンが、比活性１０U/mg以上のものである、請求項１に記載のポリ乳酸の分解方法。