JP3866468B2 - ポリ乳酸の分解方法 - Google Patents
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- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリ乳酸およびポリ乳酸と他のポリマーとのブレンド物の生物学的処理法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチックは毎年国内で約１５００万トン、全世界で約１億トン以上生産され、幅広く利用されている。反面、プラスチック廃棄物の処理が問題となっている。焼却処理ではダイオキシンの発生、地球温暖化などの問題があり、埋め立てでは用地確保、飛散防止などの課題がある。
こうしたことから、近年では生物学的処理が可能な生分解性ポリマーの研究が盛んになっている。ポリ乳酸は生分解性ポリマーの一種であり、主に医療分野で利用されている。原料である乳酸は、澱粉等のバイオマスから発酵生産されるものであり、現在利用されている汎用プラスチックに代わる素材として注目されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ポリ乳酸は生分解性ポリマーであるが、ポリマー自身の分解はコンポスト中などでの化学分解によるものであり、ポリマーの化学的加水分解によって生じる乳酸モノマーまたはオリゴマーが生物的に分解されるというものである。また、その分解速度は遅く、分解までには土壌中で１年程度、コンポスト中でも２ヶ月程度かかる。
【０００４】
一方、ポリ乳酸を直接生化学的に分解する試みもなされている。しかし、いずれも寒天培地上のコロニー周辺における分解、フィルム表面の変化、数パーセントの重量減など、実用的なものではなかった。
そこで、本発明は、ポリ乳酸およびポリ乳酸を含有するプラスチックを生化学的に迅速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、前記目的を達成すべく鋭意検討した結果、ある種の酵素がポリ乳酸の分解活性に優れ、ポリ乳酸を迅速に分解することを見いだし、本発明を完成した。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ポリ乳酸又はポリ乳酸と他のポリマーとのブレンド物とAlcaligenes属微生物に属する菌の産生するエステラーゼまたはリパーゼ活性を持つ加水分解酵素とをｐＨ７〜９の範囲で且つ４０〜７０℃の温度で接触させて、化学分解と同時に酵素分解することを特徴とするポリ乳酸の分解方法が提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に発明の実施の形態を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
本発明に用いる酵素は、Alcaligenes属微生物に属する菌が産生するエステラーゼまたはリパーゼ活性を持つ加水分解酵素である。これらの中では、特に、高温、高ｐＨで安定である酵素が望ましい。
【０００７】
本酵素は、Alcaligenes属微生物に属する微生物より公知の方法にて抽出された粗酵素または精製酵素であり、当該酵素を含む菌体または乾燥菌体等を利用することも可能である。また、本発明に用いる酵素は、水溶液以外にも必要に応じて固定化、粉末化、顆粒化、ペースト化などの処理を施したものも使用することができる。このような本酵素は市販されており、容易に入手できる。
【０００８】
本発明において、ポリ乳酸とは、乳酸を主成分とするポリマーであり、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸等のホモポリマー、またはこれらの共重合体、さらには、これらと他のオキシカルボン酸等のモノマーとの共重合体または他のポリマーとのブレンド物も含まれる。
【０００９】
本発明においては、ポリ乳酸またはこれと他のポリマーとのブレンド物を本酵素と接触させることにより、ポリ乳酸は分解される。その際、系のｐＨは７．０〜９．０の範囲であり、また温度は４０〜７０℃の範囲である。ｐＨ及び温度が上記の範囲を外れるとポリ乳酸の分解は困難となる。
ポリ乳酸等と本酵素との接触は、その接触の態様は特に制限されないが、例えば、本酵素の水溶液に粉末状、フィルム状等のポリ乳酸等を浸漬して撹拌する態様、ポリ乳酸を浸漬した溶液に、本酵素を適当な担体に固定したもの、顆粒状の本酵素等を加えて攪拌する態様等が挙げられる。
【００１０】
本発明では、ポリ乳酸が化学的に分解しやすい高ｐＨ、高温条件で高い活性を示す酵素を用いることで、ポリ乳酸の迅速な分解を可能にするものである。ただし、上記の範囲を超える高ｐＨ、高温条件では、ポリ乳酸の化学的分解速度は高くなるが、酵素活性が著しく低下するため、酵素を用いる利点が損なわれる。酵素濃度は特に限定されないが、例えば、ポリ乳酸に対して粗酵素濃度は１〜５重量％程度を用いれば良い。
【００１１】
【実施例】
次に実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。
【００１２】
実施例１
Alcaligenes属起源酵素リパーゼＰＬ（名糖産業社製）の５重量％水溶液中にポリ乳酸フィルム（平均分子量２０万）片を浸し、ｐＨ８．５、温度５５℃で攪拌を行いながらポリ乳酸の分解反応を行った。反応後７日目にはフィルムの一部が粉末化しはじめ、反応後１５日でフィルム片は溶解した。反応液より酵素を除去し、ゲル濾過クロマトグラフィーにより分析したところ、乳酸の生成が確認できた。
【００１３】
次に、ｐＨを６．０、温度を３５℃とする以外は上記と同様にしてポリ乳酸フィルムの分解反応を行った。反応６０日後においても外観の変化は観察できなかった。また、フィルム重量の減少も見られず、分解反応は進行していないと判断できた。
【００１４】
比較例１
酵素を添加しない以外は実施例１と同様にしてポリ乳酸フィルムの分解を試みた（化学的分解法）。フィルムは反応後３５日で表面が粗くなりはじめ、５０日でフィルム片は粉末化した。しかし、この粉末は反応液に溶解せず、沈殿となった。
【００１５】
実施例２
ポリ乳酸粉末（平均分子量２０万）を０．１重量％の濃度で分散させた０．１モルのリン酸緩衝液（ｐＨ９．０）にAlcaligenes属起源リパーゼＱＬ（名糖産業社製）を濃度５重量％となるように加え、６０℃で激しく攪拌を行った。反応２０日後にはポリ乳酸粉末は確認はできず、ポリ乳酸粉末は溶解したと判断できた。
【００１６】
実施例３
酵素を多孔質アルミナ粒子（平均粒径１ｍｍ）上に固定化したものを用いる以外は実施例１と同様の操作を行った。反応２０日後、フィルム片を取り出し、洗浄乾燥後に秤量したところ、約２０％の重量減少が認められた。また、フィルム表面が粗くなっていることが観察された。
以上のことから、本発明では酵素を用いてポリ乳酸を迅速に分解することが可能であり、化学的分解に比べ、ポリ乳酸を水溶化するほど低分子にまで分解することが可能であることがわかった。
【００１７】
【発明の効果】
本発明により、迅速な分解が可能となり、焼却、埋め立てなどの処理法に比べて環境に負荷を与えず、コンポストなどに比べて短時間で分解可能なポリ乳酸の分解方法が提供される。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリ乳酸およびポリ乳酸と他のポリマーとのブレンド物の生物学的処理法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチックは毎年国内で約１５００万トン、全世界で約１億トン以上生産され、幅広く利用されている。反面、プラスチック廃棄物の処理が問題となっている。焼却処理ではダイオキシンの発生、地球温暖化などの問題があり、埋め立てでは用地確保、飛散防止などの課題がある。
こうしたことから、近年では生物学的処理が可能な生分解性ポリマーの研究が盛んになっている。ポリ乳酸は生分解性ポリマーの一種であり、主に医療分野で利用されている。原料である乳酸は、澱粉等のバイオマスから発酵生産されるものであり、現在利用されている汎用プラスチックに代わる素材として注目されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ポリ乳酸は生分解性ポリマーであるが、ポリマー自身の分解はコンポスト中などでの化学分解によるものであり、ポリマーの化学的加水分解によって生じる乳酸モノマーまたはオリゴマーが生物的に分解されるというものである。また、その分解速度は遅く、分解までには土壌中で１年程度、コンポスト中でも２ヶ月程度かかる。
【０００４】
一方、ポリ乳酸を直接生化学的に分解する試みもなされている。しかし、いずれも寒天培地上のコロニー周辺における分解、フィルム表面の変化、数パーセントの重量減など、実用的なものではなかった。
そこで、本発明は、ポリ乳酸およびポリ乳酸を含有するプラスチックを生化学的に迅速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、前記目的を達成すべく鋭意検討した結果、ある種の酵素がポリ乳酸の分解活性に優れ、ポリ乳酸を迅速に分解することを見いだし、本発明を完成した。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ポリ乳酸又はポリ乳酸と他のポリマーとのブレンド物とAlcaligenes属微生物に属する菌の産生するエステラーゼまたはリパーゼ活性を持つ加水分解酵素とをｐＨ７〜９の範囲で且つ４０〜７０℃の温度で接触させて、化学分解と同時に酵素分解することを特徴とするポリ乳酸の分解方法が提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に発明の実施の形態を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
本発明に用いる酵素は、Alcaligenes属微生物に属する菌が産生するエステラーゼまたはリパーゼ活性を持つ加水分解酵素である。これらの中では、特に、高温、高ｐＨで安定である酵素が望ましい。
【０００７】
本酵素は、Alcaligenes属微生物に属する微生物より公知の方法にて抽出された粗酵素または精製酵素であり、当該酵素を含む菌体または乾燥菌体等を利用することも可能である。また、本発明に用いる酵素は、水溶液以外にも必要に応じて固定化、粉末化、顆粒化、ペースト化などの処理を施したものも使用することができる。このような本酵素は市販されており、容易に入手できる。
【０００８】
本発明において、ポリ乳酸とは、乳酸を主成分とするポリマーであり、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸等のホモポリマー、またはこれらの共重合体、さらには、これらと他のオキシカルボン酸等のモノマーとの共重合体または他のポリマーとのブレンド物も含まれる。
【０００９】
本発明においては、ポリ乳酸またはこれと他のポリマーとのブレンド物を本酵素と接触させることにより、ポリ乳酸は分解される。その際、系のｐＨは７．０〜９．０の範囲であり、また温度は４０〜７０℃の範囲である。ｐＨ及び温度が上記の範囲を外れるとポリ乳酸の分解は困難となる。
ポリ乳酸等と本酵素との接触は、その接触の態様は特に制限されないが、例えば、本酵素の水溶液に粉末状、フィルム状等のポリ乳酸等を浸漬して撹拌する態様、ポリ乳酸を浸漬した溶液に、本酵素を適当な担体に固定したもの、顆粒状の本酵素等を加えて攪拌する態様等が挙げられる。
【００１０】
本発明では、ポリ乳酸が化学的に分解しやすい高ｐＨ、高温条件で高い活性を示す酵素を用いることで、ポリ乳酸の迅速な分解を可能にするものである。ただし、上記の範囲を超える高ｐＨ、高温条件では、ポリ乳酸の化学的分解速度は高くなるが、酵素活性が著しく低下するため、酵素を用いる利点が損なわれる。酵素濃度は特に限定されないが、例えば、ポリ乳酸に対して粗酵素濃度は１〜５重量％程度を用いれば良い。
【００１１】
【実施例】
次に実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。
【００１２】
実施例１
Alcaligenes属起源酵素リパーゼＰＬ（名糖産業社製）の５重量％水溶液中にポリ乳酸フィルム（平均分子量２０万）片を浸し、ｐＨ８．５、温度５５℃で攪拌を行いながらポリ乳酸の分解反応を行った。反応後７日目にはフィルムの一部が粉末化しはじめ、反応後１５日でフィルム片は溶解した。反応液より酵素を除去し、ゲル濾過クロマトグラフィーにより分析したところ、乳酸の生成が確認できた。
【００１３】
次に、ｐＨを６．０、温度を３５℃とする以外は上記と同様にしてポリ乳酸フィルムの分解反応を行った。反応６０日後においても外観の変化は観察できなかった。また、フィルム重量の減少も見られず、分解反応は進行していないと判断できた。
【００１４】
比較例１
酵素を添加しない以外は実施例１と同様にしてポリ乳酸フィルムの分解を試みた（化学的分解法）。フィルムは反応後３５日で表面が粗くなりはじめ、５０日でフィルム片は粉末化した。しかし、この粉末は反応液に溶解せず、沈殿となった。
【００１５】
実施例２
ポリ乳酸粉末（平均分子量２０万）を０．１重量％の濃度で分散させた０．１モルのリン酸緩衝液（ｐＨ９．０）にAlcaligenes属起源リパーゼＱＬ（名糖産業社製）を濃度５重量％となるように加え、６０℃で激しく攪拌を行った。反応２０日後にはポリ乳酸粉末は確認はできず、ポリ乳酸粉末は溶解したと判断できた。
【００１６】
実施例３
酵素を多孔質アルミナ粒子（平均粒径１ｍｍ）上に固定化したものを用いる以外は実施例１と同様の操作を行った。反応２０日後、フィルム片を取り出し、洗浄乾燥後に秤量したところ、約２０％の重量減少が認められた。また、フィルム表面が粗くなっていることが観察された。
以上のことから、本発明では酵素を用いてポリ乳酸を迅速に分解することが可能であり、化学的分解に比べ、ポリ乳酸を水溶化するほど低分子にまで分解することが可能であることがわかった。
【００１７】
【発明の効果】
本発明により、迅速な分解が可能となり、焼却、埋め立てなどの処理法に比べて環境に負荷を与えず、コンポストなどに比べて短時間で分解可能なポリ乳酸の分解方法が提供される。
Claims (1)
- ポリ乳酸又はポリ乳酸と他のポリマーとのブレンド物とAlcaligenes属微生物に属する菌の産生するエステラーゼまたはリパーゼ活性を持つ加水分解酵素とをｐＨ７〜９の範囲で且つ４０〜７０℃の温度で接触させて、化学分解と同時に酵素分解することを特徴とするポリ乳酸の分解方法。
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| JP36818799A JP3866468B2 (ja) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | ポリ乳酸の分解方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36818799A JP3866468B2 (ja) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | ポリ乳酸の分解方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP2001178483A JP2001178483A (ja) | 2001-07-03 |
| JP3866468B2 true JP3866468B2 (ja) | 2007-01-10 |
Family
ID=18491175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36818799A Expired - Fee Related JP3866468B2 (ja) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | ポリ乳酸の分解方法 |
Country Status (1)
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| US20040231845A1 (en) | 2003-05-15 | 2004-11-25 | Cooke Claude E. | Applications of degradable polymers in wells |
| JP2005082710A (ja) * | 2003-09-09 | 2005-03-31 | Keio Gijuku | 超臨界流体を用いるポリエステル、ポリカーボネート又はポリ乳酸の連続解重合方法、及び連続解重合装置 |
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1999
- 1999-12-24 JP JP36818799A patent/JP3866468B2/ja not_active Expired - Fee Related
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