JP4201834B2 - Ｐｈａに対する制限付き非溶媒の使用により容易化されたバイオマスからのポリヒドロキシアルカノエートの溶媒抽出 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、特定の成分を他のバイオマス成分から抽出する方法に関する。より詳細には、本発明は、植物またはバクテリアのような生物学的システムから溶媒を用いる抽出であって、その抽出プロセスがＰＨＡに対する制限付き非溶媒の使用により容易化されたものであるポリヒドロキシアルカノエートの抽出に関する。
背景技術
穀類ポリマー(commodity polymer)は、典型的には、周知の合成手段により石油化学資源から生産される。しかしながら、最近の技術の進歩により、穀類ポリマーの新しい資源が期待されている。特に期待されているのは、遺伝子操作されたバクテリアおよび作物植物であって、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）のようなポリマーを生産するように設計されたものを含む、生存する有機体を用いるプラスチック樹脂（「バイオプラスチック」）の生産である。ＰＨＡを本来的に生産する多くのバクテリアも期待されるＰＨＡ資源である。（例えば、「トランスジェニック植物において生産された生分解性熱可塑性物質であるポリヒドロキシブチレート」、Science,256巻,520〜523頁(1992)；1995年2月23日に公開された世界特許出願公開第95/05472号；1993年2月4日に公開された世界特許出願公開第93/02187号；新規な生分解性微生物ポリマー、E.A.Dawes編、NATO ASIシリーズ、シリーズE：応用科学、186巻、Kluwer Academic Publishers(1990)を参照されたい。）例えば農業生産のような大規模生産において、バイオマスくずからのそのようなバイオプラスチックを収穫および精製する工程は、そのような技術の実用可能性を決定するための重要な工程である。
農業作物のような大規模な生物学的資源から、ＰＨＡのようなポリマー脂質を分離することは、些細なことではない。低分子量脂質の抽出において広範囲に用いられる従来の分離方法は、樹脂分離プロセスにおいて用いるために実用的ではない。例えば、単純な機械的圧縮は非実用的である。なぜならば、脂肪種子からの植物油の分離とは異なり、固形プラスチックは機械的圧縮により圧搾回収され得ないからである。
沈降方法によるＰＨＡの分離は、原理的には可能であろう。しかしながら、ＰＨＡに対する制限付き液体非溶媒中における通常重力（１−Ｇ力）沈降は、実際には非現実的である。沈降速度が極端に遅い。更に、そのような遅い沈降は、微細ＰＨＡ粒子の周囲にある懸濁流体分子の熱変動によりもたらされる微細ＰＨＡ粒子のブラウン運動により容易に乱される。また、極めて微細なＰＨＡ粒子を沈降させるために必要とされる延長された期間により、バクテリア汚染の問題およびそれに引き続く粒子サスペンジョンの生分解がもたらされる。
既知の溶媒抽出方法もまた、バイオマスからのＰＨＡの大規模分離に制限されている。バクテリアからＰＨＡを抽出するために通常用いられる溶媒は、クロロホルムである。ジクロロメタン、ジクロロエタンおよびクロロプロパンのような他のハロゲン化炭化水素溶媒も使用されると記載されている（1985年12月31日に発行されたStagemanの米国特許第4,562,245号；1982年4月13日に発行されたSenior,WrightおよびAldersonの米国特許第4,324,907号；1982年1月12日に発行されたVanlautemおよびGilainの米国特許第4,310,684号；1987年11月10日に発行されたVanlautemおよびGilainの米国特許第4,705,604号；1981年9月3日に公開されたHolmesおよびWrightの欧州特許出願036 699；1986年1月10日に公開されたSchmidt,Schmiechen,RehmおよびTrennertの独国特許出願239 609等を参照されたい。）。溶媒を除去するプロセスにおいて、濃縮されたＰＨＡ溶液は、しばしば非常に高い粘度流体を形成するか、または時々ゲルさえも形成する。これらは、処理することが極端に困難であり得る。更に、そのような溶媒は、もしＰＨＡから完全に除去されなければ、健康及び環境に対して潜在的に有害である。従って、高粘度溶液またはゲルの生成を生むそのような溶媒の特に、収穫現場の近くにおける大量使用は、望ましくないであろう。
上記事情に鑑みて、大規模な生物学的資源からバイオプラスチックを回収するための単純かつ経済的なプロセスが必要とされている。そのようなプロセスは、好ましくは、標準の発酵に基づくバクテリアＰＨＡの生産において使用するために容易に適合させ得るであろう。そのようなプロセスは、好ましくは、例えば脂肪種子の場合における油(oil)およびあらびき粉(meal)のような、関連する穀類の農業生産の不可欠部分としても容易に適合させ得るであろう。
すなわち、本発明の１つの目的は、バイオマスからバイオプラスチックを回収するためのプロセスを提供することである。
本発明のこれらおよび他の目的は、添付の請求の範囲とともに本発明の開示を読むことにより当業者に明らかになるであろう。
概要
本発明は、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を含むバイオマスからＰＨＡを分離するためのプロセスであって、前記プロセスが、ａ）前記バイオマスをＰＨＡ溶媒およびＰＨＡに対する制限付き非溶媒により処理し、ｂ）いずれもの不溶性バイオマスを除去し、もって、ＰＨＡおよびＰＨＡに対する制限付き非溶媒の溶液を後に残し、並びにｃ）前記溶液から前記ＰＨＡ溶媒を除去し、もって、前記ＰＨＡに対する制限付き非溶媒中の沈殿したＰＨＡのサスペンジョンを生じさせることを含んでなるものに関する。場合に応じて、前記プロセスは、前記ＰＨＡに対する制限付き非溶媒を除去する工程を更に含んでなる。本発明は、前記プロセスにより製造されたサスペンジョンおよびＰＨＡにも関する。
上記プロセスは、大規模な生物学的資源からバイオプラスチックを回収するための比較的単純でかつ経済的なプロセスへの必要性を満足するものである。
【図面の簡単な説明】
図１は、ＰＨＡの抽出を容易化するために、外部源からＰＨＡに対する制限付き非溶媒が添加され、（後に、除去される）本発明の一態様の概要図である。
詳細な説明
本明細書において用いられる用語の定義のリストを次に示す。
「アルカン」とは、一般式：ＣnＨ2n+2を有し、好ましくは、ｎは約３ないし約２０であり、より好ましくは、ｎは約６ないし約１６である飽和炭化水素を意味する。
「アルケニル」とは、炭素含有鎖であり、好ましくは、約Ｃ2ないし約Ｃ24のもの、より好ましくは、約Ｃ2ないし約Ｃ19のものであり；前記炭素含有鎖は、直線状、分岐のまたは環状のものであり得、好ましくは、直線状または分岐のものであり得、より好ましくは直線状のものであり得；置換（モノ−もしくはポリ−）または非置換の；モノ不飽和（すなわち、鎖中に１つの二重結合もしくは三重結合）またはポリ不飽和（すなわち、鎖中に２つもしくはそれ以上の二重結合、鎖中に２つもしくはそれ以上の三重結合または鎖中に１つまたはそれ以上の二重結合および１つまたはそれ以上の三重結合）、好ましくは、モノ不飽和の炭素含有鎖をいう。
「アルキル」とは、炭素含有鎖であり、好ましくは、約Ｃ1ないし約Ｃ24のもの、より好ましくは、約Ｃ1ないし約Ｃ19のものであり；前記炭素含有鎖は、直線状、分岐のまたは環状のものであり得、好ましくは、直線状または分岐のものであり得、より好ましくは直線状のものであり得；置換（モノ−もしくはポリ−）または非置換の；飽和炭素含有鎖をいう。
「含む、含んでなる」とは、最終結果に影響を及ぼさない他の工程および他の成分を付加し得ることをいう。この用語は、「からなる」および「から実質的になる」との用語を包含するものである。
「バイオマスからポリヒドロキシアルカノエートを抽出する」とは、単一のＰＨＡを生産するバイオマスにより生産される特定のＰＨＡの抽出をいうことに追加して、バイオマスが１を越えるタイプのＰＨＡを生産する場合に１またはそれ以上のタイプのＰＨＡの抽出もいう。
「ポリヒドロキシアルカノエート」および「ＰＨＡ」とは、次の繰り返し単位：
（ここで、Ｒは好ましくはＨ、アルキルまたはアルケニルであり；ｍは約１ないし約４である。）を含むポリマーを意味する。ポリヒドロキシアルカノエートおよびＰＨＡの用語には、１またはそれ以上の異なる繰り返し単位を有するポリマーが含まれる。
本発明のプロセスにより抽出し得るＰＨＡは、好ましくは、約８０℃またはそれより高いも溶融点（「Ｔｍ」）を有する。好ましくは、そのようなＰＨＡには、少なくとも２種のランダムに繰り返すモノマー単位が含まれる（ここで、第１のランダムに繰り返すモノマー単位は、次の構造
（ここで、Ｒ1はＨまたはＣ1ないしＣ2アルキル；ｎは１または２を表す。）を有し、第２のランダムに繰り返すモノマー単位は、次の構造
（ここで、Ｒ2はＣ3ないしＣ19アルキルまたはＣ3ないしＣ19アルケニルを表す。）を有するものであり、前記ランダムに繰り返すモノマー単位の少なくとも５０％が、前記第１のランダムに繰り返すモノマー単位の構造を有する。）。より好ましくは、本発明のプロセスにより抽出し得る高結晶化度ＰＨＡの例には、1995年6月6日に出願されたNodaの米国特許出願第08/465,046号；1995年4月13日に出願されたNodaの米国特許出願第08/422,008号；1995年6月5日に出願されたNodaの米国特許出願第08/422,009号；1995年6月6日に出願されたNodaの米国特許出願第08/467,373号；1994年1月28日に出願されたNodaの米国特許出願第08/188,271号；1995年6月6日に出願されたNodaの米国特許出願第08/469,969号；1995年6月7日に出願されたNodaの米国特許出願第08/472,353号；1995年6月6日に出願されたNodaの米国特許出願第08/469,269号；並びに1994年3月8日に出願されたShiotaniおよびKobayashiの米国特許第5,292,860号に記載されているものが含まれる。
「溶媒」とは、他の物質（溶質）を溶解し、分子またはイオンサイズレベルで均一に分散された混合物（溶液）を形成し得る物質をいう。
「非溶媒」とは、他の物質をかなりの程度に溶解し得ない物質をいう。
「制限付き非溶媒(marginal nonsolvent)」とは、それ自体は非溶媒であるが、溶媒と混合された場合に溶質を溶解することができるようになる物質を意味する。
「沈殿剤」とは、他の物質の沈殿を誘発し得および／または溶媒の溶解力を弱め得る物質をいう。沈殿剤は、非溶媒であるとも考えられるが、非溶媒は必ずしも沈殿剤ではない。例えば、メタノールおよびヘキサンは、ＰＨＡ沈殿剤でありかつＰＨＡ非溶媒である。しかしながら、油はＰＨＡ非溶媒であるが非常に有効なＰＨＡ沈殿剤ではない（もっとも、極めて高濃度において、油はＰＨＡを溶液から沈殿させるであろう。）。
全ての百分率は、特に別段の断りがない限り、総組成のモル％によるものである。
全ての比は、特に別段の断りがない限り、重量比である。
本発明を物およびプロセスの側面において、以下に詳細に説明する。
バイオマス
本発明のプロセスによりＰＨＡが抽出される資源には、バクテリアまたは菌類のような単細胞生物および植物のようなより高度な生物が含まれる（以下、集合的に「バイオマス」という）。そのようなバイオマスは、野生型生物であり得るが、好ましくは、栽培者が関心を持つ特定のＰＨＡの生産のために特異的に設計された遺伝子操作された種である。そのような遺伝子操作された生物は、１またはそれ以上のタイプのＰＨＡを生産するために必要な遺伝子情報を取り込むことにより生産される。典型的には、そのような遺伝子情報は、天然にＰＨＡを生産するバクテリア由来のものである。
本発明において有用な植物には、ＰＨＡを生産するように設計されたいずれもの遺伝子手術された植物が含まれる。好ましい植物には、シリアル種子、脂肪種子および塊茎植物のような農業作物、より好ましくは、アボガド、オオムギ、ビート、ソラマメ、ソバ、ニンジン、ココナッツ、コプラ、コーン（トウモトコシ）、綿実、ヒョウタン、ヒラマメ、リラマメ、アワ、カエナリ、オートムギ、ギネアアブラヤシ、エンドウ、ピーナッツ、ジャガイモ、ベボカボチャ、アブラナ（例えば、カノラ）、コメ、モロコシ、ダイズ、テンサイ、サトウキビ、ヒマワリ、サツマイモ、タバコ、コムギおよびヤムイモが含まれる。本発明のプロセスにおいて有用な遺伝子変調された果実植物には、リンゴ、アプリコット、バナナ、カンタループ、チェリー、グレープ、キンカン、レモン、ライム、オレンジ、パパイヤ、桃、西洋ナシ、パイナップル、タンジェリン、トマトおよびスイカが含まれるが、これらに限定されるものではない。好ましくは、植物は、Poirier,Y.,D.E.Dennis,K.KlomparensおよびC.Somervilleの「トランスジェニック植物において生産される生分解性熱可塑性物質であるポリヒドロキシブチレート」、サイエンス、256巻、520〜523頁(1992)；1995年2月23日に公開された、Somervilleらの世界特許出願公開第95/05472号；および1993年2月4日に公開された、Somervilleらの世界特許出願公開第93/02187号に開示される方法に従い遺伝子手術され、ＰＨＡを生産するものである。特に好ましい植物は、遺伝子手術され、ＰＨＡを生産するように遺伝子手術されたダイズ、ジャガイモ、コーンおよびココナッツ植物であり、より好ましくはダイズである。
本発明において有用なバクテリアには、ＰＨＡを生産するように設計された遺伝子手術されたいずれものバクテリア、更にはＰＨＡを天然に生産するバクテリアが含まれる。そのようなバクテリアの例には、新規な生分解性微生物ポリマー、E.A.Dawes編、NATO ASIシリーズ、シリーズE：応用科学、186巻、Kluwer Academic Publishers(1990)；1994年3月8日に発行されたShiotaniおよびKobayashiの米国特許第5,292,860号；1993年10月5日に発行されたPeoplesおよびSinskeyの米国特許第5,250,430号；1993年9月14日に発行されたPeoplesおよびSinskeyの米国特許第5,245,023号；1993年7月20日に発行されたPeoplesおよびSinskeyの米国特許第5,229,279号に開示されるものが含まれる。
ＰＨＡに対する制限付き非溶媒の添加により容易化された溶媒抽出
本発明は、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を含むバイオマスからＰＨＡを分離するためのプロセスであって、前記プロセスが、ａ）前記バイオマスをＰＨＡ溶媒およびＰＨＡに対する制限付き非溶媒により処理し、ｂ）いずれもの不溶性バイオマスを除去し、もって、ＰＨＡおよび制限付き非溶媒の溶液を後に残し、並びにｃ）前記溶液から前記ＰＨＡ溶媒を除去し、もって、前記ＰＨＡに対する制限付き非溶媒中の沈殿したＰＨＡのサスペンジョンを生じさせることを含んでなるものに関する。場合に応じて、前記プロセスは、前記ＰＨＡに対する制限付き非溶媒を除去し、もって、前記ＰＨＡを後に残す工程を更に含んでなる。工程ｂ）において生成する溶液は、ＰＨＡ溶媒中に溶解または分散されたＰＨＡに対する制限付き非溶媒から構成される。
本発明は、前記プロセスにより製造されるサスペンジョンおよびＰＨＡにも関する。
好ましくは、ＰＨＡ溶媒は、アセトン、アセトニトリル、ベンゼン、酢酸ブチル、プロピオン酸ブチル、β−ブチロラクトン、γ−ブチロラクトン、液化二酸化炭素、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン、炭酸ジエチル、ジエチルホルムアミド、炭酸ジメチル、コハク酸ジメチル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、１，４−ジオキサン、酢酸エチル、二酢酸エチレングリコール、酢酸メチル、メチルエチルケトン、１，１，２，２−テトラクロロエタン、テトラヒドロフラン、１，１，２−トリクロロエタン、１，２，３−トリクロロプロパン、トルエン、キシレンまたはそれらの混合物である。
より好ましくは、ＰＨＡ溶媒は、アセトン、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、１，４−ジオキサン、酢酸メチル、トルエン、メチルエチルケトン、酢酸エチルまたはそれらの混合物である。
より環境に優しいプロセスにおいて、ＰＨＡ溶媒は、好ましくは、アセトン、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸メチルまたはそれらの混合物であり、より好ましくは、アセトンまたは酢酸エチルであり、更により好ましくはアセトンである。
本発明のプロセスにおいて、好ましくは、ＰＨＡ溶媒は高められた温度において用いられる。高められた温度におけるＰＨＡ溶媒中へのＰＨＡの溶解速度は、実質的により早いことが見出されているからである。ＰＨＡの抽出は、約２０℃ないしＰＨＡの溶融温度、より好ましくは、約２０℃ないし約８０℃、より好ましくは、約４５℃ないしＰＨＡ溶媒の沸点、更により好ましくは、約５０℃ないし約６０℃において実施し得る。
好ましくは、ＰＨＡを含有する固形塊は、ＰＨＡによる抽出の間ＰＨＡ溶媒とともに撹拌される。このことによってもＰＨＡの溶解速度が加速されるからである。
ＰＨＡを含有する溶液からＰＨＡ溶媒を除去することにより、ＰＨＡが結晶固形物として最終的に沈殿する。しかしながら、溶媒を除去するプロセスにおいて、濃縮されたＰＨＡ溶液は、しばしば非常に高い粘性流体を形成するか、または時々ゲルさえも形成する。これらは、処理することが極端に困難であり得る。もし溶液が、ＰＨＡに対する制限付き非溶媒であって、比較的非揮発性であるものを含有するならば、ＰＨＡはＰＨＡ溶媒の除去後すぐに沈殿し、ＰＨＡに対する制限付き非溶媒中のサスペンジョンを形成する。
本発明は、図１の概略図に例証されている。このプロセスにより、たとえ、ＰＨＡに対する制限付き非溶媒が出発バイオマス（例えば、非脂肪種子バイオマスまたはバクテリア）に存在していなくても、沈殿するＰＨＡのために、ＰＨＡに対する制限付き非溶媒（例えば、油(oil)）の利点を得ることができる。ＰＨＡに対する制限付き非溶媒は、バイオマスからＰＨＡ溶媒を除去する間、ゲル化または過度の粘度の構築を妨げることにより、プロセス助剤として作用する。
ＰＨＡに対する制限付き非溶媒は、抽出プロセスにおいてＰＨＡ溶媒と混合されるので、ＰＨＡ溶媒の溶解力を有意に妨げないものでなければならない。ＰＨＡに対する制限付き非溶媒それ自体は、ＰＨＡをかなりの程度に溶解するべきではない。ＰＨＡの溶解は、個々の粒子としてのＰＨＡのサスペンジョンを排除するからである。好ましくは、ＰＨＡに対する制限付き非溶媒は、ＰＨＡ溶媒よりも揮発性ではない（すなわち、ＰＨＡ溶媒よりも低い沸点を有する）。そのようなより低い揮発性により、ＰＨＡ溶媒のより容易かつクリーンな分離が提供されるであろう。好ましくは、ＰＨＡに対する制限付き非溶媒の沸点は、ＰＨＡ溶媒よりも少なくとも約５℃高く、より好ましくは、ＰＨＡ溶媒よりも少なくとも約１０℃高く、より好ましくは、ＰＨＡ溶媒よりも少なくとも約２０℃高く、更により好ましくは、ＰＨＡ溶媒よりも少なくとも４０℃高い。
好ましくは、ＰＨＡに対する制限付き非溶媒は、Ｃ3〜Ｃ20アルコール、Ｃ1〜Ｃ20アルカン、脂肪、中性脂質、油、水またはそれらの混合物である。
好ましいアルカンには、デカン、ドデカン、ヘキサデカンおよびオクタデカンが含まれる。
好ましいアルコールには、ヘキサノール、ラウリルアルコール、オクタノール、オレイルアルコールおよびステアリルアルコールが含まれる。
好ましい脂肪には、獣脂(tallow)、グリース(grease)およびろう（wax）が含まれる。
好ましい中性脂質には、オレイン酸、リノール酸およびリノレン酸、ラウリル酸、ステアリン酸並びにパルミチン酸のモノ−、ジ−およびトリグリセリが含まれる。
好ましい油には、鉱物油および植物性油（例えば、ダイズ、カノラ等）が含まれる。
上述した本発明の態様には、ＰＨＡの高粘度流体またはゲルの形成を回避することのような、もし回避しなければ処理が極めて困難になり得るものを含む多くの驚くべき利点がある。このことは、ＰＨＡに対する制限付き非溶媒の存在下にＰＨＡの抽出を行うことにより達成される。ＰＨＡに対する制限付き非溶媒は、始めは、ＰＨＡの抽出を促進させる混和性共溶媒として作用する。しかしながら、比較的揮発性のＰＨＡ溶媒を除去すると、ＰＨＡに対する制限付き非溶媒は、その制限されたＰＨＡ溶解力故に、（個々の粒子として）沈殿するＰＨＡに対する有効な懸濁媒になる。濃縮溶液と比較して、流体非溶媒中のポリマー固形物のサスペンジョンは、典型的には、非常により低いみかけ粘度を有し、従って、より優れた処理性を具備する。濃縮ポリマー溶液から溶媒を除去する間に度々遭遇するゲル化という重大な問題を排除することは、予期せぬかつ有意な本発明の利点である。
他の驚くべき本発明のプロセスの利点は、本発明のプロセスが、例えば、コーティング、バインダー、ペンキのための添加物、食品、粘着剤として、さらには、染料、顔料、生物活性物質および香水のためのキャリヤとして用い得るＰＨＡのサスペンジョンを生成し得ることである。
本発明の追加の驚くべき利点は、ハロゲンを含有する溶媒を用いることなく、結晶し得る高溶融点（約８０℃またはそれ以上）ＰＨＡを抽出する能力を有する本発明の一つの態様において見出される。アセトンおよび酢酸エチルのような本発明のそのような態様において用いられる比較的環境に優しいＰＨＡ溶媒は、安価であり、安全かつ再生可能な資源からでさえ入手が容易である。そのようなＰＨＡ溶媒は、バクテリアからのＰＨＡの抽出に典型的に用いられるハロゲン含有化合物と比較して、環境、特に地球のオゾン層に対してダメージが遙かに少ないとも考えられている。
更に、比較的高い溶融温度を有する結晶ポリマーの溶媒として有用であることが今まで知られていなかったところの本発明において用いられるある種の物質の用途の発見は、些細な仕事ではない。ほとんどの低分子量化合物および非結晶性アモルファスポリマーとは異なり、結晶ポリマーの溶解度は、化学構造の類似性、または屈折率、誘電定数もしくは溶解度パラメータのマッチングのような通常用いられる簡単な基準から予測し得ない。結晶ポリマーの溶解度が予測し得ない１つのよい例には、直線状ポリエチレンがヘキサン中で不溶性であるという周知のものがある。前記の両化合物は、同一の炭化水素繰り返し単位から構成されるものである。同様に、アイソタクチックポリ（３−ヒドロキシブチレート）およびポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシバレレート）のような結晶脂肪族ポリエステルは、これら化合物の化学構造からある種の分子親和性が示唆され得るにもかかわらず、酢酸エチルまたはアセトンにかなりの程度に溶解性ではない。従って、少量の中サイズ分岐鎖を有する結晶ＰＨＡが上記のような溶媒に容易に溶解し得るという偶然の発見は、まさに驚くべきことである。
以下の例は、本発明の範囲内の好ましい態様をさらに説明し、例証するものである。例は、説明のためのみに示されるものであり、本発明の精神および範囲から逸脱することなく本発明の多くの変形が可能であるので、本発明を限定するものとして解されるべきではない。
例１
アエロモナスアカビエ(Aeromonas cavie)からのＰＨＡの抽出
次の手法は、1994年3月8日に発行された、ShiotaniおよびKobayashiの合衆国特許第5,292,860号に記載されるアエロモナスカビエからＰＨＡを分離する方法を改良するものである。アエロモナスカビエの発酵バッチを遠心分離し、水およびメタノールで洗浄し、真空乾燥し、１２０ｇの乾燥細胞を得る。次いで、乾燥細胞バイオマスを、８００ｍＬのクロロホルムおよび２００ｍＬのドデカンの混合物を添加された閉鎖溶液中に５０℃で５時間入れる。次いで、不溶性固形バイオマスをワイヤー−メッシュフィルターを用いることにより除去する。次いで、５０℃、低められた圧力の下に、溶液混合物からクロロホルムを除去し、水冷濃縮器により回収し、さらなる使用に供する。クロロホルムを除去することにより、残留するドデカン中に分散されるポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシヘキサノエート）の固形フレークを含むサスペンジョンが生成する。微細メッシュフィルターを用いてドデカンからフレークを分離し、前記冷却クロロホルムにより迅速に洗浄し、乾燥し、７ｇのポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシヘキサノエート）が得られる。
例２
アルカリゲネスエウトロファス(Alcaligenes eutrophus)からのＰＨＡの抽出
次の手法は、1985年12月31日に発行された、Stagemanの合衆国特許第4,562,245号に記載されるアルカリゲネスエウトロファスからＰＨＡを分離する方法を改良するものである。ポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシバレレート）を含有するスプレードライされたアルカリゲネスエウトロファス細胞を、大気圧において１５分間メタノール中で還流させ、溶解し得る脂質を除去する。細胞を強制空気トンネル内で３０℃のトレー上で乾燥させる。乾燥細胞１０ｇを、２５０ｍＬのクロロホルムおよび５０ｍＬのヘキサデカンの混合物とともに大気圧において３０分間還流させ、ポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシバレレート）を抽出する。得られたスラリーをフィルターにかけ、細胞残渣を除去する。次いで、低められた圧力の下に、抽出溶液からクロロホルムを除去し、もって、ヘキサデカン中に分散されたポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシバレレート）の硬質固形フレークのサスペンジョンが後に残る。次いで、ヘキサデカンを排出させることにより、フレークを回収し、６．２ｇのポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシバレレート）が得られる。
例３
プソイドモナスセパシア(Pseudomonas cepacia)からのＰＨＡの抽出
次の手法は、1992年10月29日に公開された世界特許出願92/18553に記載されるプソイドモナスセパシアからＰＨＡを分離する方法を改良するものである。主に３−ヒドロキシオクタノエートからなるコポリマーを含有するプソイドモナスセパシア細胞を遠心分離し、デカントし、水に再懸濁を４回行い、次いで、凍結乾燥する。１０ｇの乾燥細胞を、２５０ｍＬのアセトンおよび５０ｍＬの１−ヘキサノールの混合物とともに大気圧で２０分間還流させ、３−ヒドロキシオクタノエートコポリマーを抽出する。得られたスラリーをフィルターにかけ、細胞残渣を除去する。次いで、低められた圧力の下に抽出溶液からアセトンを除去し、もって、１−ヘキサノール中に分散された３−ヒドロキシオクタノエートコポリマーの柔らかい固形粒子のサスペンジョンが後に残る。次いで、ヘキサデカンを排出させることによりフレークを回収し、４．８ｇのコポリマーが得られる。
例４
ジャガイモからのＰＨＡの抽出
７．５％の３−ヒドロキシヘプタノエート繰り返し単位を有する６０ｇの遺伝子手術されたジャガイモ（例えば、1995年2月23日に公開された、Somervilleらの世界特許出願公開第95/05472号に記載されるプロセスにより製造されたもの、または1993年2月4日に公開された、Somervilleらの世界特許出願公開第93/02187号のポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシヘプタノエート）を含有する試料）を６００ｍＬのアセトンおよび１５０ｍＬの植物性油を入れた閉鎖容器内に入れ、５５℃で３時間撹拌する。次いで、ワイヤー−メッシュフィルターを用いて、ジャガイモから油およびＰＨＡを含有するアセトン溶液を排出させる。植物性油、ポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシヘプタノエート）およびアセトンを含有する抽出溶液を蒸気加熱したケトル内に入れ、揮発性アセトンを沸騰除去し、それを水冷濃縮器により回収する。アセトン除去の後、ポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシヘプタノエート）の固形フレークが残留油中に現れ、それを微細メッシュフィルターを用いることにより排出させ、純粋な植物性油７ｇが得られる。ポリマーフレークを、濃縮器により予め回収した冷アセトンを用いて洗浄し、残留載荷油を除去し、次いで、乾燥し、６ｇのポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシヘプタノエート）の結晶固形物が得られる。洗浄に用いたアセトンは、前記植物性油と合体し、次いで、ポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシヘプタノエート）のさらなる抽出に用いる。
上述した全ての刊行物、発行された特許および特許出願は、引用によりそれら全体が本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載される例および態様は、説明のみを目的とするものであり、それに鑑みて多様な修飾または変更が当業者に示唆され、それらは、本出願の範囲および精神並びに後述の請求の範囲の範疇内に含まれるべきものである。
本発明は、特定の成分を他のバイオマス成分から抽出する方法に関する。より詳細には、本発明は、植物またはバクテリアのような生物学的システムから溶媒を用いる抽出であって、その抽出プロセスがＰＨＡに対する制限付き非溶媒の使用により容易化されたものであるポリヒドロキシアルカノエートの抽出に関する。
背景技術
穀類ポリマー(commodity polymer)は、典型的には、周知の合成手段により石油化学資源から生産される。しかしながら、最近の技術の進歩により、穀類ポリマーの新しい資源が期待されている。特に期待されているのは、遺伝子操作されたバクテリアおよび作物植物であって、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）のようなポリマーを生産するように設計されたものを含む、生存する有機体を用いるプラスチック樹脂（「バイオプラスチック」）の生産である。ＰＨＡを本来的に生産する多くのバクテリアも期待されるＰＨＡ資源である。（例えば、「トランスジェニック植物において生産された生分解性熱可塑性物質であるポリヒドロキシブチレート」、Science,256巻,520〜523頁(1992)；1995年2月23日に公開された世界特許出願公開第95/05472号；1993年2月4日に公開された世界特許出願公開第93/02187号；新規な生分解性微生物ポリマー、E.A.Dawes編、NATO ASIシリーズ、シリーズE：応用科学、186巻、Kluwer Academic Publishers(1990)を参照されたい。）例えば農業生産のような大規模生産において、バイオマスくずからのそのようなバイオプラスチックを収穫および精製する工程は、そのような技術の実用可能性を決定するための重要な工程である。
農業作物のような大規模な生物学的資源から、ＰＨＡのようなポリマー脂質を分離することは、些細なことではない。低分子量脂質の抽出において広範囲に用いられる従来の分離方法は、樹脂分離プロセスにおいて用いるために実用的ではない。例えば、単純な機械的圧縮は非実用的である。なぜならば、脂肪種子からの植物油の分離とは異なり、固形プラスチックは機械的圧縮により圧搾回収され得ないからである。
沈降方法によるＰＨＡの分離は、原理的には可能であろう。しかしながら、ＰＨＡに対する制限付き液体非溶媒中における通常重力（１−Ｇ力）沈降は、実際には非現実的である。沈降速度が極端に遅い。更に、そのような遅い沈降は、微細ＰＨＡ粒子の周囲にある懸濁流体分子の熱変動によりもたらされる微細ＰＨＡ粒子のブラウン運動により容易に乱される。また、極めて微細なＰＨＡ粒子を沈降させるために必要とされる延長された期間により、バクテリア汚染の問題およびそれに引き続く粒子サスペンジョンの生分解がもたらされる。
既知の溶媒抽出方法もまた、バイオマスからのＰＨＡの大規模分離に制限されている。バクテリアからＰＨＡを抽出するために通常用いられる溶媒は、クロロホルムである。ジクロロメタン、ジクロロエタンおよびクロロプロパンのような他のハロゲン化炭化水素溶媒も使用されると記載されている（1985年12月31日に発行されたStagemanの米国特許第4,562,245号；1982年4月13日に発行されたSenior,WrightおよびAldersonの米国特許第4,324,907号；1982年1月12日に発行されたVanlautemおよびGilainの米国特許第4,310,684号；1987年11月10日に発行されたVanlautemおよびGilainの米国特許第4,705,604号；1981年9月3日に公開されたHolmesおよびWrightの欧州特許出願036 699；1986年1月10日に公開されたSchmidt,Schmiechen,RehmおよびTrennertの独国特許出願239 609等を参照されたい。）。溶媒を除去するプロセスにおいて、濃縮されたＰＨＡ溶液は、しばしば非常に高い粘度流体を形成するか、または時々ゲルさえも形成する。これらは、処理することが極端に困難であり得る。更に、そのような溶媒は、もしＰＨＡから完全に除去されなければ、健康及び環境に対して潜在的に有害である。従って、高粘度溶液またはゲルの生成を生むそのような溶媒の特に、収穫現場の近くにおける大量使用は、望ましくないであろう。
上記事情に鑑みて、大規模な生物学的資源からバイオプラスチックを回収するための単純かつ経済的なプロセスが必要とされている。そのようなプロセスは、好ましくは、標準の発酵に基づくバクテリアＰＨＡの生産において使用するために容易に適合させ得るであろう。そのようなプロセスは、好ましくは、例えば脂肪種子の場合における油(oil)およびあらびき粉(meal)のような、関連する穀類の農業生産の不可欠部分としても容易に適合させ得るであろう。
すなわち、本発明の１つの目的は、バイオマスからバイオプラスチックを回収するためのプロセスを提供することである。
本発明のこれらおよび他の目的は、添付の請求の範囲とともに本発明の開示を読むことにより当業者に明らかになるであろう。
概要
本発明は、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を含むバイオマスからＰＨＡを分離するためのプロセスであって、前記プロセスが、ａ）前記バイオマスをＰＨＡ溶媒およびＰＨＡに対する制限付き非溶媒により処理し、ｂ）いずれもの不溶性バイオマスを除去し、もって、ＰＨＡおよびＰＨＡに対する制限付き非溶媒の溶液を後に残し、並びにｃ）前記溶液から前記ＰＨＡ溶媒を除去し、もって、前記ＰＨＡに対する制限付き非溶媒中の沈殿したＰＨＡのサスペンジョンを生じさせることを含んでなるものに関する。場合に応じて、前記プロセスは、前記ＰＨＡに対する制限付き非溶媒を除去する工程を更に含んでなる。本発明は、前記プロセスにより製造されたサスペンジョンおよびＰＨＡにも関する。
上記プロセスは、大規模な生物学的資源からバイオプラスチックを回収するための比較的単純でかつ経済的なプロセスへの必要性を満足するものである。
【図面の簡単な説明】
図１は、ＰＨＡの抽出を容易化するために、外部源からＰＨＡに対する制限付き非溶媒が添加され、（後に、除去される）本発明の一態様の概要図である。
詳細な説明
本明細書において用いられる用語の定義のリストを次に示す。
「アルカン」とは、一般式：ＣnＨ2n+2を有し、好ましくは、ｎは約３ないし約２０であり、より好ましくは、ｎは約６ないし約１６である飽和炭化水素を意味する。
「アルケニル」とは、炭素含有鎖であり、好ましくは、約Ｃ2ないし約Ｃ24のもの、より好ましくは、約Ｃ2ないし約Ｃ19のものであり；前記炭素含有鎖は、直線状、分岐のまたは環状のものであり得、好ましくは、直線状または分岐のものであり得、より好ましくは直線状のものであり得；置換（モノ−もしくはポリ−）または非置換の；モノ不飽和（すなわち、鎖中に１つの二重結合もしくは三重結合）またはポリ不飽和（すなわち、鎖中に２つもしくはそれ以上の二重結合、鎖中に２つもしくはそれ以上の三重結合または鎖中に１つまたはそれ以上の二重結合および１つまたはそれ以上の三重結合）、好ましくは、モノ不飽和の炭素含有鎖をいう。
「アルキル」とは、炭素含有鎖であり、好ましくは、約Ｃ1ないし約Ｃ24のもの、より好ましくは、約Ｃ1ないし約Ｃ19のものであり；前記炭素含有鎖は、直線状、分岐のまたは環状のものであり得、好ましくは、直線状または分岐のものであり得、より好ましくは直線状のものであり得；置換（モノ−もしくはポリ−）または非置換の；飽和炭素含有鎖をいう。
「含む、含んでなる」とは、最終結果に影響を及ぼさない他の工程および他の成分を付加し得ることをいう。この用語は、「からなる」および「から実質的になる」との用語を包含するものである。
「バイオマスからポリヒドロキシアルカノエートを抽出する」とは、単一のＰＨＡを生産するバイオマスにより生産される特定のＰＨＡの抽出をいうことに追加して、バイオマスが１を越えるタイプのＰＨＡを生産する場合に１またはそれ以上のタイプのＰＨＡの抽出もいう。
「ポリヒドロキシアルカノエート」および「ＰＨＡ」とは、次の繰り返し単位：
本発明のプロセスにより抽出し得るＰＨＡは、好ましくは、約８０℃またはそれより高いも溶融点（「Ｔｍ」）を有する。好ましくは、そのようなＰＨＡには、少なくとも２種のランダムに繰り返すモノマー単位が含まれる（ここで、第１のランダムに繰り返すモノマー単位は、次の構造
「溶媒」とは、他の物質（溶質）を溶解し、分子またはイオンサイズレベルで均一に分散された混合物（溶液）を形成し得る物質をいう。
「非溶媒」とは、他の物質をかなりの程度に溶解し得ない物質をいう。
「制限付き非溶媒(marginal nonsolvent)」とは、それ自体は非溶媒であるが、溶媒と混合された場合に溶質を溶解することができるようになる物質を意味する。
「沈殿剤」とは、他の物質の沈殿を誘発し得および／または溶媒の溶解力を弱め得る物質をいう。沈殿剤は、非溶媒であるとも考えられるが、非溶媒は必ずしも沈殿剤ではない。例えば、メタノールおよびヘキサンは、ＰＨＡ沈殿剤でありかつＰＨＡ非溶媒である。しかしながら、油はＰＨＡ非溶媒であるが非常に有効なＰＨＡ沈殿剤ではない（もっとも、極めて高濃度において、油はＰＨＡを溶液から沈殿させるであろう。）。
全ての百分率は、特に別段の断りがない限り、総組成のモル％によるものである。
全ての比は、特に別段の断りがない限り、重量比である。
本発明を物およびプロセスの側面において、以下に詳細に説明する。
バイオマス
本発明のプロセスによりＰＨＡが抽出される資源には、バクテリアまたは菌類のような単細胞生物および植物のようなより高度な生物が含まれる（以下、集合的に「バイオマス」という）。そのようなバイオマスは、野生型生物であり得るが、好ましくは、栽培者が関心を持つ特定のＰＨＡの生産のために特異的に設計された遺伝子操作された種である。そのような遺伝子操作された生物は、１またはそれ以上のタイプのＰＨＡを生産するために必要な遺伝子情報を取り込むことにより生産される。典型的には、そのような遺伝子情報は、天然にＰＨＡを生産するバクテリア由来のものである。
本発明において有用な植物には、ＰＨＡを生産するように設計されたいずれもの遺伝子手術された植物が含まれる。好ましい植物には、シリアル種子、脂肪種子および塊茎植物のような農業作物、より好ましくは、アボガド、オオムギ、ビート、ソラマメ、ソバ、ニンジン、ココナッツ、コプラ、コーン（トウモトコシ）、綿実、ヒョウタン、ヒラマメ、リラマメ、アワ、カエナリ、オートムギ、ギネアアブラヤシ、エンドウ、ピーナッツ、ジャガイモ、ベボカボチャ、アブラナ（例えば、カノラ）、コメ、モロコシ、ダイズ、テンサイ、サトウキビ、ヒマワリ、サツマイモ、タバコ、コムギおよびヤムイモが含まれる。本発明のプロセスにおいて有用な遺伝子変調された果実植物には、リンゴ、アプリコット、バナナ、カンタループ、チェリー、グレープ、キンカン、レモン、ライム、オレンジ、パパイヤ、桃、西洋ナシ、パイナップル、タンジェリン、トマトおよびスイカが含まれるが、これらに限定されるものではない。好ましくは、植物は、Poirier,Y.,D.E.Dennis,K.KlomparensおよびC.Somervilleの「トランスジェニック植物において生産される生分解性熱可塑性物質であるポリヒドロキシブチレート」、サイエンス、256巻、520〜523頁(1992)；1995年2月23日に公開された、Somervilleらの世界特許出願公開第95/05472号；および1993年2月4日に公開された、Somervilleらの世界特許出願公開第93/02187号に開示される方法に従い遺伝子手術され、ＰＨＡを生産するものである。特に好ましい植物は、遺伝子手術され、ＰＨＡを生産するように遺伝子手術されたダイズ、ジャガイモ、コーンおよびココナッツ植物であり、より好ましくはダイズである。
本発明において有用なバクテリアには、ＰＨＡを生産するように設計された遺伝子手術されたいずれものバクテリア、更にはＰＨＡを天然に生産するバクテリアが含まれる。そのようなバクテリアの例には、新規な生分解性微生物ポリマー、E.A.Dawes編、NATO ASIシリーズ、シリーズE：応用科学、186巻、Kluwer Academic Publishers(1990)；1994年3月8日に発行されたShiotaniおよびKobayashiの米国特許第5,292,860号；1993年10月5日に発行されたPeoplesおよびSinskeyの米国特許第5,250,430号；1993年9月14日に発行されたPeoplesおよびSinskeyの米国特許第5,245,023号；1993年7月20日に発行されたPeoplesおよびSinskeyの米国特許第5,229,279号に開示されるものが含まれる。
ＰＨＡに対する制限付き非溶媒の添加により容易化された溶媒抽出
本発明は、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を含むバイオマスからＰＨＡを分離するためのプロセスであって、前記プロセスが、ａ）前記バイオマスをＰＨＡ溶媒およびＰＨＡに対する制限付き非溶媒により処理し、ｂ）いずれもの不溶性バイオマスを除去し、もって、ＰＨＡおよび制限付き非溶媒の溶液を後に残し、並びにｃ）前記溶液から前記ＰＨＡ溶媒を除去し、もって、前記ＰＨＡに対する制限付き非溶媒中の沈殿したＰＨＡのサスペンジョンを生じさせることを含んでなるものに関する。場合に応じて、前記プロセスは、前記ＰＨＡに対する制限付き非溶媒を除去し、もって、前記ＰＨＡを後に残す工程を更に含んでなる。工程ｂ）において生成する溶液は、ＰＨＡ溶媒中に溶解または分散されたＰＨＡに対する制限付き非溶媒から構成される。
本発明は、前記プロセスにより製造されるサスペンジョンおよびＰＨＡにも関する。
好ましくは、ＰＨＡ溶媒は、アセトン、アセトニトリル、ベンゼン、酢酸ブチル、プロピオン酸ブチル、β−ブチロラクトン、γ−ブチロラクトン、液化二酸化炭素、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン、炭酸ジエチル、ジエチルホルムアミド、炭酸ジメチル、コハク酸ジメチル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、１，４−ジオキサン、酢酸エチル、二酢酸エチレングリコール、酢酸メチル、メチルエチルケトン、１，１，２，２−テトラクロロエタン、テトラヒドロフラン、１，１，２−トリクロロエタン、１，２，３−トリクロロプロパン、トルエン、キシレンまたはそれらの混合物である。
より好ましくは、ＰＨＡ溶媒は、アセトン、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、１，４−ジオキサン、酢酸メチル、トルエン、メチルエチルケトン、酢酸エチルまたはそれらの混合物である。
より環境に優しいプロセスにおいて、ＰＨＡ溶媒は、好ましくは、アセトン、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸メチルまたはそれらの混合物であり、より好ましくは、アセトンまたは酢酸エチルであり、更により好ましくはアセトンである。
本発明のプロセスにおいて、好ましくは、ＰＨＡ溶媒は高められた温度において用いられる。高められた温度におけるＰＨＡ溶媒中へのＰＨＡの溶解速度は、実質的により早いことが見出されているからである。ＰＨＡの抽出は、約２０℃ないしＰＨＡの溶融温度、より好ましくは、約２０℃ないし約８０℃、より好ましくは、約４５℃ないしＰＨＡ溶媒の沸点、更により好ましくは、約５０℃ないし約６０℃において実施し得る。
好ましくは、ＰＨＡを含有する固形塊は、ＰＨＡによる抽出の間ＰＨＡ溶媒とともに撹拌される。このことによってもＰＨＡの溶解速度が加速されるからである。
ＰＨＡを含有する溶液からＰＨＡ溶媒を除去することにより、ＰＨＡが結晶固形物として最終的に沈殿する。しかしながら、溶媒を除去するプロセスにおいて、濃縮されたＰＨＡ溶液は、しばしば非常に高い粘性流体を形成するか、または時々ゲルさえも形成する。これらは、処理することが極端に困難であり得る。もし溶液が、ＰＨＡに対する制限付き非溶媒であって、比較的非揮発性であるものを含有するならば、ＰＨＡはＰＨＡ溶媒の除去後すぐに沈殿し、ＰＨＡに対する制限付き非溶媒中のサスペンジョンを形成する。
本発明は、図１の概略図に例証されている。このプロセスにより、たとえ、ＰＨＡに対する制限付き非溶媒が出発バイオマス（例えば、非脂肪種子バイオマスまたはバクテリア）に存在していなくても、沈殿するＰＨＡのために、ＰＨＡに対する制限付き非溶媒（例えば、油(oil)）の利点を得ることができる。ＰＨＡに対する制限付き非溶媒は、バイオマスからＰＨＡ溶媒を除去する間、ゲル化または過度の粘度の構築を妨げることにより、プロセス助剤として作用する。
ＰＨＡに対する制限付き非溶媒は、抽出プロセスにおいてＰＨＡ溶媒と混合されるので、ＰＨＡ溶媒の溶解力を有意に妨げないものでなければならない。ＰＨＡに対する制限付き非溶媒それ自体は、ＰＨＡをかなりの程度に溶解するべきではない。ＰＨＡの溶解は、個々の粒子としてのＰＨＡのサスペンジョンを排除するからである。好ましくは、ＰＨＡに対する制限付き非溶媒は、ＰＨＡ溶媒よりも揮発性ではない（すなわち、ＰＨＡ溶媒よりも低い沸点を有する）。そのようなより低い揮発性により、ＰＨＡ溶媒のより容易かつクリーンな分離が提供されるであろう。好ましくは、ＰＨＡに対する制限付き非溶媒の沸点は、ＰＨＡ溶媒よりも少なくとも約５℃高く、より好ましくは、ＰＨＡ溶媒よりも少なくとも約１０℃高く、より好ましくは、ＰＨＡ溶媒よりも少なくとも約２０℃高く、更により好ましくは、ＰＨＡ溶媒よりも少なくとも４０℃高い。
好ましくは、ＰＨＡに対する制限付き非溶媒は、Ｃ3〜Ｃ20アルコール、Ｃ1〜Ｃ20アルカン、脂肪、中性脂質、油、水またはそれらの混合物である。
好ましいアルカンには、デカン、ドデカン、ヘキサデカンおよびオクタデカンが含まれる。
好ましいアルコールには、ヘキサノール、ラウリルアルコール、オクタノール、オレイルアルコールおよびステアリルアルコールが含まれる。
好ましい脂肪には、獣脂(tallow)、グリース(grease)およびろう（wax）が含まれる。
好ましい中性脂質には、オレイン酸、リノール酸およびリノレン酸、ラウリル酸、ステアリン酸並びにパルミチン酸のモノ−、ジ−およびトリグリセリが含まれる。
好ましい油には、鉱物油および植物性油（例えば、ダイズ、カノラ等）が含まれる。
上述した本発明の態様には、ＰＨＡの高粘度流体またはゲルの形成を回避することのような、もし回避しなければ処理が極めて困難になり得るものを含む多くの驚くべき利点がある。このことは、ＰＨＡに対する制限付き非溶媒の存在下にＰＨＡの抽出を行うことにより達成される。ＰＨＡに対する制限付き非溶媒は、始めは、ＰＨＡの抽出を促進させる混和性共溶媒として作用する。しかしながら、比較的揮発性のＰＨＡ溶媒を除去すると、ＰＨＡに対する制限付き非溶媒は、その制限されたＰＨＡ溶解力故に、（個々の粒子として）沈殿するＰＨＡに対する有効な懸濁媒になる。濃縮溶液と比較して、流体非溶媒中のポリマー固形物のサスペンジョンは、典型的には、非常により低いみかけ粘度を有し、従って、より優れた処理性を具備する。濃縮ポリマー溶液から溶媒を除去する間に度々遭遇するゲル化という重大な問題を排除することは、予期せぬかつ有意な本発明の利点である。
他の驚くべき本発明のプロセスの利点は、本発明のプロセスが、例えば、コーティング、バインダー、ペンキのための添加物、食品、粘着剤として、さらには、染料、顔料、生物活性物質および香水のためのキャリヤとして用い得るＰＨＡのサスペンジョンを生成し得ることである。
本発明の追加の驚くべき利点は、ハロゲンを含有する溶媒を用いることなく、結晶し得る高溶融点（約８０℃またはそれ以上）ＰＨＡを抽出する能力を有する本発明の一つの態様において見出される。アセトンおよび酢酸エチルのような本発明のそのような態様において用いられる比較的環境に優しいＰＨＡ溶媒は、安価であり、安全かつ再生可能な資源からでさえ入手が容易である。そのようなＰＨＡ溶媒は、バクテリアからのＰＨＡの抽出に典型的に用いられるハロゲン含有化合物と比較して、環境、特に地球のオゾン層に対してダメージが遙かに少ないとも考えられている。
更に、比較的高い溶融温度を有する結晶ポリマーの溶媒として有用であることが今まで知られていなかったところの本発明において用いられるある種の物質の用途の発見は、些細な仕事ではない。ほとんどの低分子量化合物および非結晶性アモルファスポリマーとは異なり、結晶ポリマーの溶解度は、化学構造の類似性、または屈折率、誘電定数もしくは溶解度パラメータのマッチングのような通常用いられる簡単な基準から予測し得ない。結晶ポリマーの溶解度が予測し得ない１つのよい例には、直線状ポリエチレンがヘキサン中で不溶性であるという周知のものがある。前記の両化合物は、同一の炭化水素繰り返し単位から構成されるものである。同様に、アイソタクチックポリ（３−ヒドロキシブチレート）およびポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシバレレート）のような結晶脂肪族ポリエステルは、これら化合物の化学構造からある種の分子親和性が示唆され得るにもかかわらず、酢酸エチルまたはアセトンにかなりの程度に溶解性ではない。従って、少量の中サイズ分岐鎖を有する結晶ＰＨＡが上記のような溶媒に容易に溶解し得るという偶然の発見は、まさに驚くべきことである。
以下の例は、本発明の範囲内の好ましい態様をさらに説明し、例証するものである。例は、説明のためのみに示されるものであり、本発明の精神および範囲から逸脱することなく本発明の多くの変形が可能であるので、本発明を限定するものとして解されるべきではない。
例１
アエロモナスアカビエ(Aeromonas cavie)からのＰＨＡの抽出
次の手法は、1994年3月8日に発行された、ShiotaniおよびKobayashiの合衆国特許第5,292,860号に記載されるアエロモナスカビエからＰＨＡを分離する方法を改良するものである。アエロモナスカビエの発酵バッチを遠心分離し、水およびメタノールで洗浄し、真空乾燥し、１２０ｇの乾燥細胞を得る。次いで、乾燥細胞バイオマスを、８００ｍＬのクロロホルムおよび２００ｍＬのドデカンの混合物を添加された閉鎖溶液中に５０℃で５時間入れる。次いで、不溶性固形バイオマスをワイヤー−メッシュフィルターを用いることにより除去する。次いで、５０℃、低められた圧力の下に、溶液混合物からクロロホルムを除去し、水冷濃縮器により回収し、さらなる使用に供する。クロロホルムを除去することにより、残留するドデカン中に分散されるポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシヘキサノエート）の固形フレークを含むサスペンジョンが生成する。微細メッシュフィルターを用いてドデカンからフレークを分離し、前記冷却クロロホルムにより迅速に洗浄し、乾燥し、７ｇのポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシヘキサノエート）が得られる。
例２
アルカリゲネスエウトロファス(Alcaligenes eutrophus)からのＰＨＡの抽出
次の手法は、1985年12月31日に発行された、Stagemanの合衆国特許第4,562,245号に記載されるアルカリゲネスエウトロファスからＰＨＡを分離する方法を改良するものである。ポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシバレレート）を含有するスプレードライされたアルカリゲネスエウトロファス細胞を、大気圧において１５分間メタノール中で還流させ、溶解し得る脂質を除去する。細胞を強制空気トンネル内で３０℃のトレー上で乾燥させる。乾燥細胞１０ｇを、２５０ｍＬのクロロホルムおよび５０ｍＬのヘキサデカンの混合物とともに大気圧において３０分間還流させ、ポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシバレレート）を抽出する。得られたスラリーをフィルターにかけ、細胞残渣を除去する。次いで、低められた圧力の下に、抽出溶液からクロロホルムを除去し、もって、ヘキサデカン中に分散されたポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシバレレート）の硬質固形フレークのサスペンジョンが後に残る。次いで、ヘキサデカンを排出させることにより、フレークを回収し、６．２ｇのポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシバレレート）が得られる。
例３
プソイドモナスセパシア(Pseudomonas cepacia)からのＰＨＡの抽出
次の手法は、1992年10月29日に公開された世界特許出願92/18553に記載されるプソイドモナスセパシアからＰＨＡを分離する方法を改良するものである。主に３−ヒドロキシオクタノエートからなるコポリマーを含有するプソイドモナスセパシア細胞を遠心分離し、デカントし、水に再懸濁を４回行い、次いで、凍結乾燥する。１０ｇの乾燥細胞を、２５０ｍＬのアセトンおよび５０ｍＬの１−ヘキサノールの混合物とともに大気圧で２０分間還流させ、３−ヒドロキシオクタノエートコポリマーを抽出する。得られたスラリーをフィルターにかけ、細胞残渣を除去する。次いで、低められた圧力の下に抽出溶液からアセトンを除去し、もって、１−ヘキサノール中に分散された３−ヒドロキシオクタノエートコポリマーの柔らかい固形粒子のサスペンジョンが後に残る。次いで、ヘキサデカンを排出させることによりフレークを回収し、４．８ｇのコポリマーが得られる。
例４
ジャガイモからのＰＨＡの抽出
７．５％の３−ヒドロキシヘプタノエート繰り返し単位を有する６０ｇの遺伝子手術されたジャガイモ（例えば、1995年2月23日に公開された、Somervilleらの世界特許出願公開第95/05472号に記載されるプロセスにより製造されたもの、または1993年2月4日に公開された、Somervilleらの世界特許出願公開第93/02187号のポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシヘプタノエート）を含有する試料）を６００ｍＬのアセトンおよび１５０ｍＬの植物性油を入れた閉鎖容器内に入れ、５５℃で３時間撹拌する。次いで、ワイヤー−メッシュフィルターを用いて、ジャガイモから油およびＰＨＡを含有するアセトン溶液を排出させる。植物性油、ポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシヘプタノエート）およびアセトンを含有する抽出溶液を蒸気加熱したケトル内に入れ、揮発性アセトンを沸騰除去し、それを水冷濃縮器により回収する。アセトン除去の後、ポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシヘプタノエート）の固形フレークが残留油中に現れ、それを微細メッシュフィルターを用いることにより排出させ、純粋な植物性油７ｇが得られる。ポリマーフレークを、濃縮器により予め回収した冷アセトンを用いて洗浄し、残留載荷油を除去し、次いで、乾燥し、６ｇのポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシヘプタノエート）の結晶固形物が得られる。洗浄に用いたアセトンは、前記植物性油と合体し、次いで、ポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシヘプタノエート）のさらなる抽出に用いる。
上述した全ての刊行物、発行された特許および特許出願は、引用によりそれら全体が本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載される例および態様は、説明のみを目的とするものであり、それに鑑みて多様な修飾または変更が当業者に示唆され、それらは、本出願の範囲および精神並びに後述の請求の範囲の範疇内に含まれるべきものである。
Claims (5)
- ポリヒドロキシアルカノエートを含むバイオマスからポリヒドロキシアルカノエートを分離するための方法において、前記方法が、
ａ）前記バイオマスをポリヒドロキシアルカノエート溶媒およびポリヒドロキシアルカノエートに対する制限付き非溶媒により処理することと、
ｂ）いずれもの不溶性バイオマスを除去し、もって、ポリヒドロキシアルカノエートおよびポリヒドロキシアルカノエートに対する制限付き非溶媒の溶液を後に残すことであって、前記制限付き非溶媒が、それ自体はポリヒドロキシアルカノエートに対する非溶媒の物質であり、前記制限付き非溶媒が、溶媒と混合されたときポリヒドロキシアルカノエートを溶解することができるようになるものであることと、
ｃ）前記溶液から前記ポリヒドロキシアルカノエート溶媒を除去し、もって、前記ポリヒドロキシアルカノエートに対する制限付き非溶媒中の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートのサスペンジョンを得ることと
ｄ）前記ポリヒドロキシアルカノエート溶媒が、アセトン、クロロホルム、およびそれらの混合物からなる群から選択されることと、
ｅ）前記ポリヒドロキシアルカノエートに対する制限付き非溶媒が、ドデカン、ヘキサデカン、１−ヘキサノール、植物油、およびそれらの混合物からなる群から選択されることと
を特徴とする方法。 - 前記ポリヒドロキシアルカノエートに対する制限付き非溶媒を除去し、もって、前記ポリヒドロキシアルカノエートを後に残すことをさらに特徴とする請求項１の方法。
- 前記バイオマスがバクテリアまたは植物材料である請求項１又は２の方法。
- 前記ポリヒドロキシアルカノエートが次の繰り返し単位：
- 前記ポリヒドロキシアルカノエートが少なくとも２種のランダムに繰り返すモノマー単位を含み、第１のランダムに繰り返すモノマー単位が次の構造：
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