JP2898342B2

JP2898342B2 - ポリエステル共重合体の製造方法

Info

Publication number: JP2898342B2
Application number: JP2094321A
Authority: JP
Inventors: 義治土肥
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1990-04-10
Filing date: 1990-04-10
Publication date: 1999-05-31
Anticipated expiration: 2014-05-31
Also published as: JPH03292889A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、３−ヒドロキシブチレート単位（以下3HB
成分と記す）と４−ヒドロキシブチレート単位（以下4H
B成分と記す）を含有する共重合体の製造法に関し、更
に詳しくは、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成分、4HB成分からなる新規の共重合体ポ
リエステルの製造法に関する。

［従来の技術］ポリ−３−ヒドロキシブチレート（PHB）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、PHB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、PHBは耐衝撃性に劣るとゆう物性上の
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成分および３−ヒドロキシバリレート単位
（以下3HV成分と記す）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成分が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.Bluhm et al,Macromolecules,19,2871（1986）］その
ため、3HV成分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成分および4HB成分を含有する
共重合体およびその製造法について研究、開発を行い、
先に出願した（特開平１−48821、特開平１−222788、
特開平１−304891、特開平２−27992、特願平１−5341
4）。かかる共重合体は4HB成分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。

［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成分および4HB成分
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、後段の窒素もしくはリンを制限す
る培養においてHOCH₂ _nOH（ｎ＝８〜12、偶数）で示
されるジオールの存在下でPHB生産能を有する微生物を
培養すると、この菌体中に所望の共重合体が生成・蓄積
されるとの新知見を得て、本発明に到達した。

すなわち本発明は、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菌を前段で菌体を増殖
させ、後段で該菌体を窒素あるいはリンの制限下で培養
して該菌体内にポリエステル共重合体を生成・蓄積させ
るに際して、後段の培養をHOCH₂ _nOH（ｎ＝８〜12、
偶数）で示されるジオールの存在下で行うことを特徴と
する３−ヒドロキシブチレート単位および４−ヒドロキ
シブチレート単位からなるポリエステル共重合体の製造
方法に存する。

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成分およ
び4HB成分はそれぞれ次式であらわされる。

本発明で使用される微生物は、PHB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 ruhlandi
i）、アルカリゲネスラタス（Alcaligenes latus）、
アルカリゲネスアクアマリヌス（Alcaligenes aquama
rinus）およびアルカリゲネスユウトロフス（Alcalig
enes eutrophs）等のアルカリゲネス属などがある。

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NIB11599、同NCIB11
600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 DETERMINATIVE
BACTERIOLOGY: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.,115、185〜192（1979）にそれぞれ記載され
ている。

これらの微生物は、従来の方法と同様に、主として菌
体を増殖させる前段の培養と、窒素もしくはりんを制限
して菌体内に共重合体を生成、蓄積させる後段の培養と
の２段で培養される。

前段の培養は、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。すなわち、使用する微生物が
増殖し得る培地および培養条件を採用すればよい。

培地成分は、使用する微生物を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、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、酵母エキス、糖
蜜、ペプトンおよび肉エキスなどの天然物、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ヒトール、マンニトー
ルおよびイソシトールなど、窒素源としては、たとえ
ば、アンモニア、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
ティープ・リカー、カゼイン、ペプトン、酵母エキス、
肉エキス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。

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、これらの条件をはずして培養
することを妨げない。

培養方式は、回分培養または連続培養のいずれでもよ
い。

前段の培養によって得られた菌体を、さらに窒素およ
び／またはりん制限条件下で培養する。

すなわち、前段の培養で得られた培養液から微生物の
菌体を、過および遠心分離のような通常の固液分離手
段により分離回収し、この菌体を後段の培養に付する
か、または、前段の培養において、窒素および／または
りんを実質的に枯渇させて、菌体を分離回収することな
く、この培養液を後段の培養に移行させることによって
もできる。

この後段の培養においては、培地または培養液に窒素
及び／またはりんを実質的に含有させず、HOCH₂ _nOH
（ｎ＝８〜12、偶数）で示されるジオールを炭素源とし
て含有させること以外は前段の培養と異なるところはな
い。かかるジオールとしては、１、８−オクタンジオー
ル、１、10−デカンジオール、１、12−ドデカンジオー
ルが挙げられる。

尚、培養液にHOCH₂ _nOH（ｎ＝８〜12、偶数）で示
されるジオールを含有させる場合は、培養の初期ないし
後期のどの時点でもよいが、培養の初期が好ましい。

本発明に用いられるHOCH₂ _nOH（ｎ＝８〜12、偶
数）で示されるジオールは、共重合体を生成させること
ができ、かつ微生物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）などによって異なるが、一般的には培地もし
くは培養液１に１〜100g程度が適当である。

この後段の培養においてはHOCH₂ _nOH（ｎ＝８〜1
2、偶数）で示されるジオールを唯一の炭素源としても
よいが、使用した微生物が資化し得る他の炭素源、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
酸などを共存させることもできる。たとえば、グルコー
スを使用する場合には、多くても1.5g/程度とされ
る。

このように培養して得られた培養液から、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成分、4HB
成分の割合は任意に調節することができる。

［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１〜２及び比較例１アルカリゲネスユウトロフスH16（ATCC17699）を使
用して共重合体を製造した。すなわち、前段培養：つぎの組成を有する培地で前記の微生物を30℃で24時
間培養し、対数増殖期終期の培養液から遠心分離により
菌体を分離した。

前段培養用培地の組成酵母エキス 10g ポリペプトン 10g 肉エキス 5g （NH₄）₂SO₄ 5g これらを脱イオン水１に溶解し、pH7.0に調整し
た。

後段培養：前段培養で得られた菌体を、つぎの組成を有する培地
に、１あたり１〜20gの割合で懸濁させ30℃で48時間
培養し、得られた培養液から遠心分離により菌体を分離
して、菌体を得た。

後段培養用培地の組成 0.5M りん酸水素カリウム水溶液 22.7ml 0.5M りん酸水素二ナトリウム水溶液 110.7ml 20wt/V％硫酸マグネシウム水溶液 1.0ml 炭素源^＊ミネラル溶液^＊＊ 1.0ml^＊炭素源として後記表１に記した様な種々の化合物
を用いた。（単位g/培地）^＊＊ミネラル溶液 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て１とし、pH7.5に調
整した。

菌体の処理：後段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、この沈澱を取、乾燥して共重合体
を得た。結果を表１に示す。

［発明の効果］本発明によれば、3HB成分、4HB成分を含有する新規の
ポリエステル共重合体を容易に得ることができる。

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、また除放性シ
ステムへの利用などの多方面への応用が期待される。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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前段で菌体を増殖させ、後
段で該菌体を窒素あるいはリンの制限下で培養して該菌
体内にポリエステル共重合体を生成・蓄積させるに際し
て後段の培養をHOCH₂ _nOH（ｎ＝８〜12、偶数）で示
されるジオールの存在下で行うことを特徴とする３−ヒ
ドロキシブチレート単位および４−ヒドロキシブチレー
ト単位からなるポリエステル共重合体の製造方法。