JP3697639B2 - ポリ乳酸樹脂の分解方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、新規な生物学的処理法によるポリ乳酸樹脂の分解方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、プラスチック廃棄物の処理が問題になっている。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れている。また、ポリ乳酸樹脂は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おり、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。
【０００３】
ポリ乳酸樹脂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プラスチックの素材として注目されている。ポリ乳酸樹脂はその構成モノマーの種類によりポリＬ−乳酸、ポリＤ−乳酸、ポリＤＬ−乳酸あるいは他の高分子との共重合体が存在している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ポリ乳酸樹脂は酵素によって加水分解が促進されていると知られている。しかしながら、これまでポリ乳酸樹脂およびその廃棄物を直接生物学的に分解処理する技術は皆無であった。
【０００５】
そこで、本発明は、ポリ乳酸樹脂およびそれらを含むプラスチックを直接生物学的に分解処理する方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明者らは、前記課題を解決するべく鋭意研究を重ねた結果、微生物学的手段により優れたポリ乳酸分解活性を有する放線菌を見い出し、本研究を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明によれば、ポリ乳酸樹脂を Amycolatopsis 属に属する放線菌で分解することを特徴とするポリ乳酸樹脂の分解方法が提供され、特に上記の放線菌が Amycolatopsis mediterranei に属する放線菌（ＦＥＲＭ Ｐ−１４９２１）であることを特徴とするポリ乳酸樹脂の分解方法が提供される。上記の分解に際しては、無機塩類を含む培地にポリ乳酸樹脂と Amycolatopsis 属に属する放線菌を添加し、ｐＨ４．０−１０．０、温度１０〜４７℃の培養条件で実施される。
【０００８】
なお、本発明でいうポリ乳酸樹脂とは、乳酸を主要成分とする重合体をさし、ポリＬ−乳酸やポリＤ−乳酸等のポリ乳酸ホモポリマ−、ポリＬ／Ｄ−乳酸共重合体、及びこれらに他のポリマ−を共重合させたポリ乳酸共重合体、そして上記ポリマ―間、および他の成分ポリマ−とのブレンド体を含み、重合体中の乳酸成分の重量比率が１０％以上のものをいう。
【０００９】
本発明はポリ乳酸樹脂の分解を、その分解能を有する微生物に行わせることで、好気条件下でのポリ乳酸樹脂の分解処理を可能にするものである。
【００１０】
放線菌の類と属名は表１に示すとおりであるが、本発明においては Amycolatopsis 属に属する放線菌が用いられる。
【００１１】
【表１】

その中で特にAmycolatopsis mediterranei に属する放線菌が好ましく、その分離獲得は以下に示す方法により行った。
【００１２】
本発明者らは茨城県つくば市の土壌、河川および湖沼水を採用し、以下に詳述する操作を経てポリ乳酸樹脂を分解する好気性微生物を分離獲得した。
【００１３】
以下の表２に示す基本培地１リットルに１０００ｍｇのポリ乳酸樹脂を乳化させ、１．５％の寒天を含む寒天平板培地を調製した。各サンプル１ｇを５ｍｌの滅菌水に懸濁させ、１０³ −１０⁵ に希釈した後、０．２ｍｌを調製した培地に塗布した。培養は３０℃のふ卵器中で行った。培地上に生育したコロニーの中でコロニーの周囲に透明域を形成したものをポリ乳酸樹脂の分解菌とし、白金耳でコロニーを釣り上げることにより単離操作を行った。
【００１４】
【表２】

サンプル４３個の中から培地上に生育したコロニーの周囲に透明域を確認したサンプルは一サンプルのみであった。そのコロニーを白金耳で釣り上げ、同様な培地を用い純粋分離し、ポリ乳酸樹脂分解菌（ＦＥＲＭ Ｐ−１４９２１）を得ることができた。
【００１５】
分離菌株をＹＭ寒天培地に接種しコロニーを形成させ、得られた菌体の性状について顕微鏡で観察し、また生化学的性状を調べた。結果は以下の表３に示す。
【表３】

表３に示す結果をBergey's Manual of Determinative Bacteriology ９版等に参照したところ、上記の菌株はAmycolatopsis mediterranei属の菌と性状が類似していることから、ＦＥＲＭ Ｐ−１４９２１はAmycolatopsis mediterraneiであることが示された。
【００１６】
本発明で使用される菌株はAmycolatopsis mediterranei属とし、ポリ乳酸樹脂を処理するために本菌株（ＦＥＲＭ Ｐ−１４９２１）を含んだ微生物群を用いることが望ましい。
【００１７】
本菌株又は本菌株を含む微生物群は必要に応じて、凍結乾燥した粉末、その粉末と各種ビタミンやミネラルと必要な栄養源を配合した後打錠した錠剤、先に記した基本培地中で生育培養させた培養液、の形でポリ乳酸樹脂の処理に提供される。
【００１８】
本発明における培養において使用される基本培地は、窒素源として例えば、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、炭酸アンモニウム等が使用され、その他無機塩としてリン酸−カリウム、リン酸二カリウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、モリブデン酸ナトリウム、タングステン酸ナトリウムおよび硫酸マンガン等の通常利用される培養源が使用され、そのｐＨは４．０〜１０．０であり好ましく５．０〜８．０である。また、培養温度は１０〜４７℃であり好ましくは１０〜４０℃である。
【００１９】
本発明のポリ乳酸の生物学的分解処理は、培養槽に先に示した基本培地、処理されるべきポリ乳酸樹脂、上記菌株および菌群を配合した粉末、錠剤、培養液を添加することで行われることが望ましいが、上記菌株を活性汚泥およびコンポストに組み込んでも良い。なお、基本培地に対するポリ乳酸樹脂の投入量は、０．０１重量％〜１０重量％が望ましい。添加する微生物量は極少量であっても構わないが、投入量が処理時間に影響を及ぼさないためにポリ乳酸樹脂に対して０．０１重量％以上が好ましい。
【００２０】
【実施例】
表２の基本培地１００ｍｌに対しポリ乳酸樹脂を加工したフィルムＡ（Ｍｗ：２．７２×１０⁵ ）およびフィルムＢ（Ｍｗ：１．８９×１０⁵ ）を炭素源として添加したものを各々用意し、ＦＥＲＭ Ｐ−１４９２１菌株を接種、３０℃で、フィルムＡ添加培地は１４日、フィルムＢ添加培地は３０日間、１８０ｒｐｍ回転型振とう機で培養した。添加フィルムの分解に伴う水溶性の全有機炭素量（ＴＯＣ）を測定した。その結果は表４に示したように、菌株を植菌しないコントロールに比べ、ＴＯＣが約３〜６倍増加した。なお、分解後のフィルムを走査型電子顕微鏡ＪＳＭ−Ｔ２２０型（日本電子株式会社製）で倍率５０００倍、加速電圧１５ｋＶで観察した結果、図１、２に示す如く表面が粗くなったことが確認された。
【００２１】
以上のことから、分離菌株は高分子量のポリ乳酸樹脂フィルムを分解できることが明らかになった。なお、図１はＦＥＲＭ Ｐ−１４９２１によるフィルムＡの分解を示すもので、培養１４日後のフィルムの表面構造を表している。図１（ａ）はＦＥＲＭ Ｐ−１４９２１無植菌、図１（ｂ）はＦＥＲＭ Ｐ−１４９２１植菌である。また、図２はＦＥＲＭ Ｐ−１４９２１によるフィルムＢの分解を示すもので、培養３０日後のフィルムの表面構造を表している。図２（ａ）はＦＥＲＭ Ｐ−１４９２１無植菌、図２（ｂ）はＦＥＲＭ Ｐ−１４９２１植菌である。
【００２２】
【表４】

【００２３】
【発明の効果】
本発明のポリ乳酸樹脂の分解方法は、ポリ乳酸樹脂廃棄物の処理方法であり、これまで既存の燒却のように排ガスも生じず、埋立処理に比べて極めて省時間な技術であり、廃棄物処理上で極めて価値の高い方法である。
また、コンポスト化施設で本発明の処理方法を用いることにより、ポリ乳酸樹脂を有機酸等の有用物質や堆肥に転換することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＦＥＲＭ Ｐ−１４９２１によるフィルムＡの分解を示すもので、培養１４日後のフィルムの表面構造
【図２】ＦＥＲＭ Ｐ−１４９２１によるフィルムＢの分解を示すもので、培養３０日後のフィルムの表面構造

Claims (2)

1. ポリ乳酸樹脂を Amycolatopsis 属に属する放線菌で分解することを特徴とするポリ乳酸樹脂の分解方法。
2. 請求項１の Amycolatopsis 属に属する放線菌が Amycolatopsis mediterranei である請求項１記載のポリ乳酸樹脂の分解方法。

Images