JP2898327B2 - ポリエステル共重合体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ポリ−３−ヒドロキシブチレート単位（以
下3HB単位と記す）と４−ヒドロキシブチレート単位
（以下4HB単位と記す）を含有する共重合体の製造法に
関する。詳しくは、本発明は、ポリエステルを蓄積でき
る微生物を用いて製造される3HB単位からなるホモポリ
マーを、4HB単位を含有する共重合体に転換することに
よる共重合ポリエステルの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

ポリ−３−ヒドロキシブチレートは、エネルギー貯蔵
物質として数多くの微生物の菌体内に蓄積され、優れた
生物分解性と生体適合性を示す熱可塑性高分子であるこ
とから、環境を保全する“クリーン”プラスチックとし
て注目され、手術糸や骨折固定用材などの医用材料およ
び医薬や農薬を徐々に放出する徐放性システムなどの多
方面への応用が長年にわたり期待されてきた。特に近
年、合成プラスチックが環境汚染や資源循環の観点から
深刻な社会問題となるに至り、ポリ−３−ヒドロキシブ
チレートは石油に依存しないバイオポリマーとして注目
されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ポリ−３−ヒドロキシブチレートは耐
衝撃性に劣るという物性上の問題とともに、生産コスト
が高いことから工業的生産が見送られてきた。

近時、3HB単位および３−ヒドロキシバリレート単位
（以下3HV単位と記す）を含有する共重合体およびその
製造法について、研究、開発がなされ、たとえば、特開
昭57-150393号公報および特開昭59-220192号公報にそれ
ぞれ記載されている。

しかしながら、共重合体の3HV単位が０から33モル％
まで増大するとこの増大に伴って融解温度（Tm）が180
℃から85℃まで急激に低下することが知られており〔T.
L.Bluhmet al,Macromolecules,19,2871（1986）〕その
ため、3HV単位含有率の高い共重合体は耐熱性に劣って
いた。

一方、本発明者は、3HB単位および4HB単位を含有する
共重合体およびその製造法について研究、開発を行な
い、先に出願した（特開平1-48821号）。かかる共重合
体は4HB単位の共重合成分含有率が高い場合でも、高い
融点を有することから工業的な価値は高い。しかしなが
ら、この方法では炭素源として高価な試薬を使う必要が
あったため、工業的に容易に入手できる汎用の炭素源を
見い出すことに対する極めて高い要請があった。

本発明者は、これまでに、汎用の炭素源として1,4−
ブタンジオール（特願昭63-49015）、γ−ブチロラクト
ン（特願昭63-178448）及び1,6−ヘキサンジオール（特
願平１−53414）を用いても4HB単位を含有する共重合体
が製造できることを示した。これらの製造におけるプロ
セスは、前段において菌体を増殖し、それを分離回収し
た後、後段でポリエステルを生成・蓄積させるというも
のであった。しかしながら、このようなプロセスは、反
応条件を制御し易い等の長所はあるものの、工程が２段
階に分かれているため、工業的な観点からは必ずしも満
足のいくものではなく、よって、より効率の良いプロセ
スを見出すことが課題であった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は、以上の点を鑑み、3HB単位および4HB単位
からなる共重合体を工業的に有利にかつ容易に製造すべ
く鋭意検討した結果、ポリ−３−ヒドロキシブチレート
生産能を有するアルカリゲネス属菌を培地中で増殖させ
ると同時に3HB単位からなるホモポリマーを生成・蓄積
させ、次いでこれを分離回収することなく引き続き、4H
B単位を生成する基質をこれに加えた場合、該ホモポリ
マーが3HB単位と4HB単位とからなるポリエステル共重合
体に転換されることを見出し、本発明に到達した。

すなわち本発明の要旨は、ポリ−３−ヒドロキシブチ
レート生産能を有するアルカリゲネス属を培地中で増殖
培養する際同時に該菌体中にポリ−３−ヒドロキシブチ
レートを生成・蓄積させ、引き続き該培地にγ−ブチロ
ラクトン、４−ヒドロキシ酪酸、1,4−ブタンジオール
または1,6−ヘキサンジオールを加えてポリ−３−ヒド
ロキシブチレートを４−ヒドロキシブチレート単位を含
む共重合体に転換することを特徴とするポリエステル共
重合体の製造方法に存する。

本願発明の製造方法によれば、１段階のプロセスで容
易に所望のポリエステル共重合体を得ることができる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明において、共重合体に含有される3HB単位およ
び4HB単位はそれぞれ次式であらわされる。

本発明で使用する微生物は、ポリ−３−ヒドロキシブ
チレート生産能を有する微生物であれば特に制限はない
が、実用上は、たとえば、アルカリゲネス フェカリス
（Alcaligenes faecalis）、アルカリゲネス ルーラン
ディィ（Alcaligenes ruhlandii）、アルカリゲルス
ラタス（Alcaligenes latus）、アルカリゲネス アク
アマリヌス（Alcaligenes aquamarinus）およびアルカ
リゲネス ユウトロフス（Alcaligenes eutrophs）等の
アルカリゲネス属がある。

これらの菌種に属する菌株の代表例として、アルカリ
ゲネス フェカリスATCC8750、アルカリゲネス ルーラ
ンディィATCC15749、アルカリゲネス ラタスATCC2971
2、アルカリゲネス アクアマリヌス ATCC14400ならび
にアルカリゲネス ユウトロフスH-16ATCC17699および
このH-16株の突然変異株であるアルカリゲネス ユウト
ロフスNCIB11597、同NCIB11598、同NCIB11599、同NCIB1
1600などを挙げることができる。これらのうち、実用
上、アルカリゲネス ユウトロフスH-16ATCC17699およ
びアルカリゲネス ユウトロフスNCIB11599が特に好ま
しい。

アルカリゲネス属に属するこれらの微生物の菌学的性
質は、たとえば、“BERGEY′S MANUAL OF DETERMINATIV
EBACTERIOLOGY:Eighth Edition,The Williams ＆ Wilki
ns Company/Baltimore"に、また、アルカリゲネス ユ
ウトロフスＨ−16の菌学的性質は、たとえば、“J.Gen.
Miclobiol.,151,185〜192（1979）にそれぞれ記載され
ている。

これらの微生物の培養は、従来の方法と同様に、微生
物を増殖させる為の通常の培養法を適用することができ
るが、使用する微生物が増殖しかつポリ−３−ヒドロキ
シブチレートを生成・蓄積し得る培地および培養条件を
採用する必要がある。

本発明で用いられる培地の成分としては、使用する微
生物が資化し得る物質であれば特に制限はないが、実用
上は、炭素源としては、微生物が3HBのポリマーを生成
しうるものを用いる必要があり、たとえば、メタノー
ル、エタノールおよび酢酸などの合成炭素源、二酸化炭
素などの無機炭素源、糖蜜などの天然物、アラビノー
ス、グルコース マンノース、フラクトースおよびガラ
クトースなどの糖類ならびにソルビトール、マンニトー
ルおよびイノシトールなど、が挙げられる。尚、単独で
は3HBのホモポリマーを生成させることができないよう
な炭素源、例えば酵母エキス、肉エキス、ペプトン等の
天然物をこれに併用することができる。また、窒素源と
しては、たとえば、アンモニア、硫安等のアンモニウム
塩、硝酸塩などの無機窒素化合物および／または、たと
えば、尿素、コーン・スティーブ・リカー、カゼインな
どの有機窒素含有物、ならびに無機成分としては、たと
えば、カルシウム塩、マグネシウム塩、カリウム塩、ナ
トリウム塩、りん酸塩、マンガン塩、亜鉛塩、鉄塩、銅
塩、モリブデン塩、コバルト塩、ニッケル塩、クロム
塩、ほう素化合物およびよう素化合物などからそれぞれ
選択される。また、必要に応じて、ビタミン類なども使
用することができる。

本発明においては、以上の培地成分を組合せることに
より、使用する微生物が増殖と同時にポリ−３−ヒドロ
キシブチレートを生成・蓄積するような培地や培地条件
（例えば窒素源の割合を少なくする等）を選択する必要
がある。例えば、炭素源を窒素源に対し重量で３倍以
上、好ましくは５倍以上使用するのが好ましい。

培養条件としては、温度は、たとえば、20〜40℃程
度、好ましくは25〜35℃程度とされ、また、pHは、たと
えば、６〜10程度、好ましくは6.5〜9.5程度とされる。
このような条件で好気的に培養する。

これらの条件をはずして培養した場合には、微生物の
増殖は比較的悪くなるが、使用する微生物が増殖と同時
に、ポリ−３−ヒドロキシブチレートを生成・蓄積しう
る範囲において、これらの条件をはずして培養すること
を妨げるものではない。

培養方式は、回分培養または連続培養のいずれでもよ
い。

本発明では、かかる培養で得られたポリ−３−ヒドロ
キシブチレートが蓄積された菌体を、培養液から分離回
収することなく、引き続き同じ倍地に4HB単位を生成す
る基質を加えて培養する。ここで、4HB単位を生成する
基質としては、γ−ブチロラクトン、４−ヒドロキシ酪
酸、1,4−ブタンジオール、及び1,6−ヘキサンジオール
のうちから選ばれる。

これは単独で用いても、また２種以上併用してもよ
い。また、４−ヒドロキシ酪酸は、塩の形で使用しても
よい。

本発明に用いられる上記基質の添加量は、4HB単位を
含むポリエステル共重合体を菌体に生成させることがで
き、かつ菌体の生育を阻害しないような量であればよ
く、使用した微生物の菌株および所望の共重合割合（モ
ル比）などにより異なるが、一般的には培地もしくは培
養液１に３〜100g程度が適当である。これらを添加す
る時期は、菌体の生育状態が悪くない限り、どの時点で
もよく、また逐次的、連続的に加えてもよい。またポリ
−３−ヒドロキシブチレートを4HB単位を含むポリエス
テル共重合体に転換させるには、上記基質を唯一の炭素
源としてもよいが、使用する微生物が資化し得るのもの
である限り、他の炭素源、たとえば、グルコース、フラ
クトース、メタノール、エタノール、酢酸、プロピオン
酸、ｎ−酪酸、乳酸および吉草酸およびそれらの塩など
を併用することもできる。しかし、その使用量は、たと
えば、グルコースを使用する場合には、多くても1.5g/l
程度とされる。

このように培養して得られた培養液から、濾過および
遠心分離などの通常の固液分離手段によって菌体を分離
回収し、この菌体を洗浄、乾燥して乾燥菌体を得、この
乾燥菌体から、常法により、たとえば、クロロホルムの
ような有機溶剤で生成された共重合体を抽出し、この抽
出液に、たとえば、ヘキサンのような貧溶媒を加えて、
共重合体を沈澱させる。

本発明の製造法によれば、共重合体中の3HB単位、4HB
単位の分割は任意に調節することができる。

本発明の製造法においては、最初に生成した3HBのホ
モポリマーがほとんどすべて共重合体に転換されるた
め、最終生成物に3HBのホモポリマーが残存せず、所望
の共重合のみを得ることができる。

〔実施例〕

本発明を、実施例によりさらに具体的に説明する。な
お、本発明は、これらの実施例に限定されるものではな
い。

実施例１ アルカリゲネス ユウトロフスH16（ATCC 17699）を
使用して共重合体を製造した。すなわち、 培養： フラクトース（5.6g/l）、硫酸アンモニウム（0.8g/
l）、ミネラル（1ml/l）を含む培地で、上記アルカリゲ
ネス ユウトロフスH16を30℃で培養し、21時間後にγ
−ブチロラクトン（10g/l）を加え、さらに48時間培養
した。尚、途中、22時間培養した時点で菌体をサンプリ
ングした。ここで、使用したミネラルは、以下の通りで
ある。

CoCl₂ 119.0mg FeCl₃ 9.7g CaCl₂ 7.8g NiCl₂ 118.0mg CrCl₂ 62.2mg CaSo₄ 156.4mg を0.1N−HCl １に溶解 これらを脱イオン水に溶解し１とし、pH7.5に調製
した。

菌体の処理： 培養で得られた菌体を蒸留水で洗浄し、引続きアセト
ンで洗浄し、これを減圧乾燥（20℃、0.1mmHg）して乾
燥菌体を得た。

共重合体の分離回収： このようにして得られた乾燥菌体から熱クロロホルム
で共重合体を抽出し、この抽出液にヘキサンを加えて共
重合体を沈澱させ、この沈澱を濾取、乾燥して共重合体
を得た。

共重合体の特性： このようにして得られた共重合体の組成及び融解温度
（Tm）を、次のようにして求めた。すなわち、 （１）組成 100MHz ¹H−NMRスペクトルによって求め
た。

（２）融解温度 DSCによって測定した。尚、すべての
サンプルにおいて、融解温度は１つしか認められず、一
種類の共重合体のみが生成していることがわかった。

測定結果を表１に示す。

比較例１、実施例２ フラクトース（5g/l）、硫酸アンモニウム（1g/l）、
ミネラル（1ml/l）を含む培地で、前記の微生物を30℃
で８時間培養し、さらにフラクトース、硫酸アンモニウ
ム、ミネラルを同量加えて８時間培養した（比較例
１）。さらに、引き続いてこれにγ−ブチロラクトン
（10g/l）と酪酸（10g/l）を加えて、59時間培養を続け
た。途中、７時間後、31時間後にサンプリングした（実
施例２）。

菌体の処理および共重合体の分離回収は実施例１と同様
に行なった。結果を表２に示す。尚、使用したミネラル
は実施例１と同じ。

〔発明の効果〕 本発明によれば、3HB単位、4HB単位を含有するポリエス
テル共重合体を工業的に効率良く得ることができる。

さらに本発明で得られた共重合体は、優れた種々の特
性を有しているので、手術糸および骨折固定用材などの
医用材料の原料として極めて好適であり、また徐放性シ
ステムへの利用などの多方面への応用が期待される。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポリ−３−ヒドロキシブチレート生産能を
   有するアルカリゲネス属菌を、培地中で増殖・培養する
   際同時に該菌体中にポリ−３−ヒドロキシブチレートを
   生成・蓄積させ、引き続き該培地にγ−ブチロラクトン
   または1,6−ヘキサンジオールを加えることによって、
   ポリ−３−ヒドロキシブチレートを４−ヒドロキシブチ
   レート単位を含む共重合体に転換することを特徴とする
   ポリエステル共重合体の製造方法。