JP6306589B2 - バイオベースポリマー添加剤、バイオベースポリマー添加剤を調製するための方法、および前記バイオベースポリマー添加剤を含んでいる生分解性ポリマー組成物 - Google Patents

Description

本発明は、バイオベースポリマー添加剤、バイオベースポリマー添加剤を調製するための方法、および前記バイオベースポリマー添加剤を含んでいる生分解性ポリマー組成物に関する。特定の局面によれば、バイオベースポリマー添加剤は、色素としての使用のためのものである。

著しく成長しているバイオテクノロジー産業は、微生物のバイオマスから得られる固体残留物から生じる新しい種類の汚染問題を引き起こしている。微生物は、単一細胞工場として（例えば発酵法を介してエタノールを製造するための醸造用酵母など）使用されており、当該エタノールは、自動車産業において代替エネルギーとして使用される。エタノールの精製後、酵母は副産物または廃棄物として残留する。

同様に、食品生産業および食品添加物産業において慣例的に使用されている微細藻類は、いくつかの種が油脂および脂質を生産することが可能であるため、近年、生物燃料産業の注目の的となっている。微細藻類は、他のエネルギー作物と比較して、高い光合成効率、高いバイオマス生産およびより速い生育という、組み合わされたその利点のため、燃料生産のための優れた候補である。微細藻類は、生物燃料の工業的規模の生産のため、大規模な光バイオリアクター内で生育され、結果として油抽出プロセス後、大量の微細藻類バイオマスが残留する。生産プロセスの完了後、廃棄された微生物は前述された通り、新規の種類の汚染問題を結果として生じる、大量の固体廃棄物として残留する。この汚染問題を解決するために、これらの微生物廃棄物の廃棄または経済的価値を付加するためのより良い方法を見出す必要がある。

バイオテクノロジー産業による微生物の固体廃棄物の処理のための一般的な方法の１つは、何トンものそのような廃棄物を埋め立てごみとして処理することである。他のいくつかの解決法もまた提案されている。例えばShihoet.al.,（2011）では、微細藻類であるBotryococcusのバイオマスの廃棄物は、固形成分の燃焼熱が実験的に観察され、３％の含水量のときに３１〜３４ＭＪ／ｋｇであることが見出されており、当該廃棄物が発熱体として使用され得ることを示唆した。しかし、その非常に低い含水量を得る前の乾燥プロセスは、費用がかかり、かつ非効率的であり得る。他の例では、バイオエタノール産業に由来する酵母の固体廃棄物は、飼料補助剤として利用されてきた。しかし、その消費は、酵母の固体廃棄物の品質管理における困難性のために非常に限定的である。そのため、提案された用途は、大量の酵母のバイオマスを除去するための持続可能な解決策とはなり得ない。

この問題のために提案された別の解決策は、プラスチックにバイオマスを混入させることである。米国特許第５３４６９２９号は、合成生分解性ポリマーおよび真菌類であるAspergillusから得たデンプンの混合物から作られた樹脂の調製方法を開示しているが、利点を含めた樹脂生産の方法／プロセスは不明確であった。米国特許第８０２６３０１号は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンおよびポリ塩化ビニルなどの石油系樹脂と、それらの生分解性を高めるための、セルロース、化学ベースの窒素源、藍藻類または酵母からの天然栄養素などとの複合体を含んでいるポリマー組成物を教示している。

しかしプラスチックへのバイオマスの混入は、ポリマー特性およびその相溶性を維持するための相溶化剤等の添加剤のさらなる追加を必要とし、さもなければプラスチック中に添加されるバイオマスの量は非常に制限される。さらに、既知の方法はいずれも、生分解性プラスチックの生産において非常に重大な、生分解性ポリマーの生分解性の向上のみならず、粘性または相溶性等の生分解性ポリマーの特性を強化するためにバイオマスの使用を促進する、価値のある技術を教示も示唆もしていない。

生分解性プラスチックは環境にやさしいといわれる。生分解性プラスチックは、植物およびその派生物、または他のいくつかの再生可能資源から製造され得る。生分解性プラスチックは、自然条件下または天然条件下で、微生物によって攻撃されるときに分解可能であるプラスチックであり、それによって分解された生分解性プラスチックのモル質量が低減され、それゆえに微生物中に輸送可能となり、適切な代謝経路に送り込まれる。結果として、これらの代謝プロセスの最終産物は、新規に生じるバイオマスと共に、水および二酸化炭素（ＣＯ_２）を含む。生分解性プラスチックの良好な例は、ポリラクチドまたはポリ乳酸（ＰＬＡ）である。ＰＬＡは、細菌による発酵乳酸の重合によって製造され得、再生不可能な資源を利用しないので環境問題を解決するといわれている。そのためＰＬＡは、石油ルートから作られた現存しているプラスチックまたは繊維に対して代替的な材料として、急速に注目の的となっている。他の例示的な生分解性プラスチックはポリ（ブチレン サクシネート）（ＰＢＳ）である。

実際に現在入手可能な生分解性樹脂は、それらの利用を可能にするために発色濃縮物または色素等のポリマー添加剤の添加を必要とする。標準装備において、およびプラスチック産業において既知の技術を使用して、発色濃縮物を処理する試みがなされてきた。例えば米国特許第８，１３３，５５８号は、その特殊な色を発色させるために１〜２０％の酸化チタン（ＴｉＯ_２）から構成されるＰＬＡインフレーションフィルムを製造するための方法を開示している。米国特許第７，２７３，８９６号は、フルオレセインを使用することによって多糖類から医療用生体材料を視覚化する方法を開示している。米国特許番号７，６８７，５６８号は、カーボンブラック色素、モノアゾ色素、ジスアゾ色素、フタロシアニン色素、アントラキノン色素またはキナクソドン色素を使用することによって、ポリエステル着色剤濃縮物を製造する工程を開示している。

前記された特許はいずれも、完全にバイオベース材料で作製された生分解性の製品の生産方法を教示または示唆していない。これらの特許に記載されている全ての着色添加剤材料は、より深刻な環境問題を引き起こす再生不可能な資源由来である。その理由は、いったん樹脂の生分解プロセスが生じると、それらの分子（フルオレセイン等）は周囲に分散して、ヒトにとって有害となるためである。

一方、その主成分または主原料が天然産物および／またはその副産物に由来する天然着色剤は、地上の汚染を除去することまたは減少させることにおいて有効な解決策を提供する。例えば米国特許第５２０５８６３号は、着色添加剤として液果果物から得た１％の赤色の天然色素を用いて、酢酸デンプン（酢酸デンプンポリマー）からバイオプラスチックを製造するための方法を開示している。しかし、この方法は少なくとも２つの新規の問題を生じる。第１に、前記の製造は、果物における色は、気候および光強度、給水、土中の栄養素等の物理的パラメーターに依存しているために、原材料の品質の管理において、特に果物の色の管理において困難に直面する。第２に、大量のこれらの果物が必要とされ、このことがヒトの食糧供給に直接的に影響し得るため、原材料の確保の保障が問題となる。したがって、この方法による商業的な生産はほぼ不可能である。

本発明者らは、従来技術における問題に対処し、この問題に対する持続可能な解決策として、ならびに微生物のバイオマスから得た廃棄物のより良い利用および処理として、天然資源、バイオリアクターもしくは発酵槽から回収されたバイオマス、または微生物のバイオマスの廃棄物を包含している、微生物細胞のバイオマスから調製されるバイオベースポリマー添加剤を提供する。また、微生物細胞のバイオマスから調製されるバイオベースポリマー添加剤を含んでいる、生分解性ポリマー組成物が提供される。

したがって、生分解性ポリマーの製造における使用のためのバイオベースポリマー添加剤が提供される。バイオベースポリマー添加剤は、破砕された微生物細胞のバイオマスから調製される。また、生分解性ポリマー、および本発明による破砕された微生物細胞のバイオマスから調製されるバイオベースポリマー添加剤を含んでいる、生分解性ポリマー組成物が提供される。特に、本発明の任意の局面のバイオベースポリマー添加剤は、微生物の破砕された細胞のバイオマスを粉末化することによって、またはバイオマス溶液を濃縮することによって得られる粉末状である。

本発明の特定の局面によると、微生物のバイオマスの微生物細胞は、１つ以上の有色分子を含んでいる。この局面によると、本発明によるバイオベースポリマー添加剤は、色素としての使用のためのものである。したがって、本発明によるバイオベースポリマー添加剤は、バイオベースポリマー添加剤色素を含んでいるか、バイオベースポリマー添加剤色素そのものである。したがって、本発明のバイオベース添加剤を含んでいる生分解性プラスチックもまた、提供される。当該バイオベース添加剤に使用される成分または材料は、容易な大量生産および品質管理が行われ、それゆえに経済的に非常に実用的である、先進的な農産業またはバイオテクノロジー産業から得た製品（微生物のバイオマス等）由来である、完全な天然着色剤から製造されている。この局面において、本発明に係るバイオベースポリマー添加剤は、着色剤としての使用のためのものであり得る。本発明において、いくつかのバイオテクノロジー産業由来の有色分子を含んでいる微生物のバイオマスは、天然色素として使用される。

本発明の任意の局面によるバイオベースポリマー添加剤において、バイオマスの微生物は、微細藻類、酵母、およびバクテリアまたはそれらの混合物から選択される。特に、微生物は、藍藻植物門（Cyanophyta）、原核緑色植物門（Prochlorophyta）、紅色植物門（Rhodophyta）、緑藻植物門（Chlorophyta）、渦鞭毛植物門（Dinophyta）、黄金色植物門（Chrysophyta）、プリムネシウム植物門（Prymnesiophyta）、珪藻植物門（Bacillariophyta）、黄緑色植物門（Xanthophyta）、真正眼点藻門（Eustigmatophyta）、ラフィド藻門（Rhaphidophyta）、褐藻植物門（Phaeophyta）、プロテオバクテリア門（Proteobacteria）、シアノバクテリア門（Cyanobacteria）、真正細菌門（Eubacteria）、スピロヘータ門（Spirochetes）、クラジミア門（Chlamydiae）、接合菌門（Zygomycota）もしくは真菌類門（Eumycota）、またはそれらの門の組み合わせから選択され得る。

特に、生分解性ポリマーおよび本発明による破砕された微生物細胞のバイオマスから製造されたバイオベースポリマー添加剤（例えば、色素としての使用のための）を含んでいる生分解性ポリマー組成物において、バイオベースポリマー添加剤は、０．０５〜１０重量％の範囲である。より特別には、バイオベースポリマー添加剤は、０．５〜５重量％の範囲である。

生分解性ポリマーは、本発明の任意の局面の意図に好適な任意の生分解性ポリマーであり得る。特に生分解性材料は、ポリ（ブチレン サクシネート）（ＰＢＳ）および／またはポリ乳酸（ＰＬＡ）等の生分解性ポリエステルから選択され得る。

本発明による生分解性ポリマー組成物は、添加剤を含んでいない生分解性ポリマー組成物と比較して、向上した流動学的性質を提供する。また、本発明による生分解性ポリマー組成物は、添加剤を含んでいない生分解性ポリマー組成物と比較して、向上した生分解性特性を提供する。

したがって、また、ポリマーに対して、本発明の任意の局面によるバイオベースポリマー添加剤を添加することを包含している、ポリマーの流動学的性質を向上させる方法が提供される。また、生分解性ポリマーに、本発明の任意の局面によるバイオベースポリマー添加剤を添加することを包含している、生分解性ポリマーの生分解性特性を向上させる方法が提供される。さらに、バイオベースポリマー添加剤がバイオベースポリマー添加剤色素である場合、本発明はまた、ポリマーに本発明によるバイオベースポリマー添加剤色素を添加することを包含する、ポリマーを着色するための方法を提供する。

バイオベースポリマー添加剤を製造するための方法であって、当該方法は、
ａ）微生物バイオマスを準備する工程、および、
ｂ）ａ）から得た前記バイオマスの微生物細胞を破砕する工程、
を包含している方法が提供される。

特に、バイオベースポリマー添加剤を製造するための方法は、工程ｂ）から得られた破砕された微生物細胞のバイオマスを粉末化する工程ｃ）を包含していてもよい。粉末化することは、加熱粉末化法（hot powdering method）または冷却粉末化法（cold powdering method）から選択されるかもしれない。加熱粉末化法は、噴霧乾燥、脱水、回転乾燥、気流乾燥、ディスク乾燥、カスケード乾燥、過熱蒸気乾燥から選択され得る。冷却粉末化法は、凍結乾燥、噴霧凝結または噴霧冷却から選択され得る。あるいは、工程ｃ）は、工程ｂ）から得られた破砕された微生物細胞のバイオマスを濃縮する工程を包含していてもよい。

工程ａ）の微生物のバイオマスは、天然資源、バイオリアクター、または発酵槽からそれを回収することによって得られ得る。特に、微生物のバイオマスは、１リットル当たり５０〜２００グラムの固体濃度で水溶液に添加され得る。特に、方法の工程ｂ）は、２０〜８０℃の温度で実行される機械的細胞破砕方法であり得る。機械的細胞破砕方法は、均質化法、音波処理法、凍結融解法、乳鉢および乳棒の方法または超音波法から選択され得る。

また、本発明の任意の局面による生分解性ポリマー組成物を用いて調製された製品が提供される。

図１は、微細藻類バイオマスの粉末から得たバイオベースポリマー添加剤色素を、いくつかの割合において添加した生分解性樹脂（ＰＢＳ）の画像である。 図２は、微細藻類バイオマスの粉末から得たバイオベースポリマー添加剤色素を、いくつかの割合において添加した生分解性樹脂（ＰＬＡ）の画像である。 図３は、酵母粉末から得たバイオベースポリマー添加剤色素を、いくつかの割合において添加した生分解性樹脂（ＰＢＳ）の画像である。 図４は、いくつかの割合において酵母粉末から得たバイオベース添加剤色素を添加した生分解性樹脂（ＰＬＡ）の画像である。 図５は、５００×（左）（Ａ）および１０００×（右）（Ｂ）で撮影された、微細藻類のバイオマスから調製されたバイオベースポリマー添加剤を、１．０％の割合において添加したポリ（ブチレン サクシネート）（ＰＢＳ）である、生分解性ポリマーを示している光学顕微鏡写真を表している。 図６は、５００×（左）（Ａ）および１０００×（右）（Ｂ）で撮影された、微細藻類のバイオマスから調製されたバイオベースポリマー添加剤を、５．０％の割合において添加したポリ（ブチレン サクシネート）（ＰＢＳ）である、生分解性ポリマーを示している光学顕微鏡写真を表している。 図７は、５００×（左）（Ａ）および１０００×（右）（Ｂ）で撮影された、微細藻類のバイオマスから調製されたバイオベースポリマー添加剤を、１．０％の割合において添加したポリ乳酸（ＰＬＡ）である、生分解性ポリマーを示している光学顕微鏡写真を表している。 図８は、５００×（左）（Ａ）および１０００×（右）（Ｂ）で撮影された、微細藻類のバイオマスから調製された生物由来のポリマー添加剤を、５．０％の割合において添加したポリ乳酸（ＰＬＡ）である、生分解性ポリマーを示している光学顕微鏡写真を表している。 図９は、５００×（左）（Ａ）および１０００×（右）（Ｂ）で撮影された、酵母のバイオマスから調製された生物由来のポリマー添加剤を、１．０％の割合において添加したポリ（ブチレン サクシネート）（ＰＢＳ）である、生分解性ポリマーを示している光学顕微鏡写真を表している。 図１０は、５００×（左）（Ａ）および１０００×（右）（Ｂ）で撮影された、酵母のバイオマスから調製された生物由来のポリマー添加剤を、５．０％の割合において添加したポリ（ブチレン サクシネート）（ＰＢＳ）である、生分解性ポリマーを示している光学顕微鏡写真を表している。 図１１は、５００×（左）（Ａ）および１０００×（右）（Ｂ）で撮影された、酵母のバイオマスから調製された生物由来のポリマー添加剤を、１．０％の割合において添加したポリ乳酸（ＰＬＡ）である、生分解性ポリマーを示している光学顕微鏡写真を表している。 図１２は、５００×（左）（Ａ）および１０００×（右）（Ｂ）で撮影された、酵母のバイオマスから調製された生物由来のポリマー添加剤を、５．０％の割合において添加したポリ乳酸（ＰＬＡ）である、生分解性ポリマーを示している光学顕微鏡写真を表している。 図１３は、本発明の例示的な実施形態による、微細藻類由来の添加剤を添加したポリ乳酸（ＰＬＡ）ポリマーのメルトフローレート（ＭＦＲ）の値を示している棒グラフを表している。 図１４は、本発明の例示的な実施形態による、酵母由来の添加剤を添加したポリ乳酸（ＰＬＡ）ポリマーのメルトフローレート（ＭＦＲ）の値を示している棒グラフを表している。 図１５は、本発明の例示的な実施形態による、微細藻類由来の添加剤を添加したポリ（ブチレン サクシネート）（ＰＢＳ）ポリマーの生分解性の上昇したパーセンテージを示している棒グラフを表している。 図１６は、本発明の例示的な実施形態による、酵母由来の添加剤を添加したポリ（ブチレン サクシネート）（ＰＢＳ）ポリマーの生分解性のパーセンテージを示している棒グラフを表している。 図１７Ａは、先願による細胞の破砕無しの、０重量％、０．００１重量％および０．００５重量％のSpirulinaの細胞を添加したポリ（ブチレン サクシネート）（ＰＢＳ）である、生分解性ポリマーを示している写真を表している。 図１７Ｂは、本発明に記載されている０重量％、０．５重量％、１．０重量％、３．０重量％および５．０重量％の破砕されたSpirulinaの細胞を添加したポリ（ブチレン サクシネート）（ＰＢＳ）である、生分解性ポリマーを示している写真を表している。

本文に示されている任意の局面は、他に記載がない限り、本発明の任意の他の局面への任意の用途を含むよう意図されている。

本文で使用されている技術専門用語および科学用語は、他に記載がない限り、当業者によって理解される通りの定義を有している。

特許請求の範囲および／または明細書中で「含んでいる」という用語と共に使用される場合の単数の名詞または単数の代名詞の使用は、用語「１つ」、およびまた「１つまたはそれ以上」、および「少なくとも１つ」、および「１つまたは１つより多い」を意味する。

本文で使用されるとき「微生物のバイオマス」という用語は、微生物のバイオマスを包含するバイオテクノロジー産業から派生する、微生物に由来するバイオマスを指す。本発明に係る微生物は、微細藻類、酵母および／または細菌であり得る。本発明に好適な他の微生物も、また使用され得る。微生物のバイオマスは、天然資源、バイオリアクターもしくは発酵槽、またはバイオテクノロジー産業から得た固体廃棄物の一部（例えば発酵プロセスにおけるエタノールの生産の後のSaccharomyces cerevisiae、醸造用酵母）から回収され得る。本用途を通して任意の種類の微生物は、単細胞型、多細胞型または両方を指し得る。

本文で使用されるとき「添加色素を含んでいる微生物細胞」または「着色色素を含んでいる微生物細胞」という用語は、微生物細胞、例えば、天然色色素分子を含んでいる、微細藻類、酵母、および／または細菌を指している。例えば有色分子は、アントシアニン、クロロフィル、カロテノイドおよびフィコビリンまたはその混合から選択され得る。

本文で使用されるとき「バイオベースポリマー添加剤」という用語は、微生物のバイオマスの破砕されている細胞から得られる添加剤を指している。

本文で使用されるとき「バイオベースポリマー添加剤色素」という用語は、有色分子を含んでいる微生物のバイオマスの細胞を破砕することによって得られる添加剤色素を指している。

本文で使用されるとき「色素」という用語は、非水溶性または水溶性の着色剤粒子の何れかを指している。

本文で使用されている「生分解性ポリマー組成物」は、少なくとも１つの生分解性ポリマーおよび少なくとも１つのバイオベースポリマー添加剤（例えば本発明に係るバイオベースポリマー添加剤色素）を含んでいる組成物を指している。

本明細書を通じて、本文に示されているまたは現れている任意の値を特定するために使用されている、「約」という用語は、変更され得るか、逸脱し得る。変更または逸脱は、数々の値を決定するために使用される装置および方法のエラーによって引き起こされ得る。

「含む」、「有する」、「包含する」という用語は、無制限な（open-ended）連結動詞である。「〜を含む（comprise、which comprise）」、「〜を有する（have、which have）」、「包含する（include、which include）」等の１つまたはそれ以上のこれらの動詞の形もまた、無制限である。例えば、一つ以上の工程を「含む」、「有する」または「包括する」、任意の方法は、その１つのみまたはそれ以上の工程を備えることに限定されず、未確認の工程すべてを包含する。

本文で記載されている任意の器具、装置、方法または試薬は、他に記載がない限り当技術分野の当業者によって一般的に使用されるまたは実施される器具、装置、方法または試薬を意味する。

バイオテクノロジー産業において、微生物は重要なツールである。バイオリアクターにおける微生物培養の様々な開発は、長年生じている。例えば、醸造用酵母であるSaccharomyces cerevisiaeは、副産物が飲料生産においてだけではなく、自動車産業のための代替エネルギー供給においても重要な、発酵プロセスを介したエタノール生産に重要な役割を担っている。発酵槽からのエタノールの精製の後、酵母バイオマスは副産物または廃棄物としてみなされる。S.cerevisiaeのバイオマスは、赤色分子である、アントシアニンを含んでいることで知られ、着色剤として使用され得る。そのため、大量の酵母S.cerevisiaeのバイオマスはエタノール生産工場からの副産物または廃棄物とみなされ、天然着色剤として使用され得る。

食品および食品添加剤用途のための藻類の生産は、よく知られている。微細藻類はいくつかの種が油および脂質を生産することが可能であるため、近年、バイオ燃料産業の注目の的となっている。バイオマスの分留と、それに続くメタノールによるエステル交換によって、バイオディーゼルの生成が起こる。したがって微細藻類は他のエネルギー作物と比較して、高い光合成効率、高いバイオマス生産およびより速い生育という、組み合わされたその利点のため、燃料生産のための優れた候補である。さらに、前記生物は光独立栄養的に成長可能であり、その単純な生育要求性のために、２１世紀における生物燃料の工業的規模生産のための大規模な光バイオリアクターにおける生育に好適である。

微細藻類は、光エネルギーを獲得するための有機色素を含んでいる。クロロフィル、カロテノイドおよびフィコビリンという３つの主要な色素の分類が存在する。クロロフィル（緑色色素）およびカロテノイド（黄色または橙色色素）は親油性であって、Ｃｈｌタンパク質複合体と結合しているが、フィコビリンは親水性である。クロロフィル分子は、中心のマグネシウム原子を含んでいるテトラピロール環、および長鎖テルペノイドアルコールからなる。構造的に、ａ、ｂ、ｃおよびｄを構成しているクロロフィル分子の様々な種類は、テトラピノール環上の側鎖置換基において異なる。全てのクロロフィル分子は２つの主要な吸収帯、青色または青緑色（４５０〜４７５ｎｍ）および赤色（６３０〜６７５ｎｍ）を有している。

クロロフィルａはコアおよび反応中心の色素タンパク質複合体の一部として全ての酸素産出性の光独立栄養生物において現れ、クロロフィルｂまたはクロロフィルｃが付随する集光アンテナにおいて現れる。

カロテノイドは、４００および５５０ｎｍの間の吸収域を有する生物学的な発色団の大きな群を示す。カロテノイドの基本的な構成要素は、１８−炭素の共役二重結合鎖によって接合されている２つのヘキサカーボン環である。それらは通常、炭化水素（カロテン、例えば、アルファカロテン、ベータカロテン）または酸素化炭化水素（キサントフィル、例えば、ルテイン、ビオラキサンチン、ゼアキサンチン、フコキサンチン、ペリジニン）のいずれかである。

カロテノイドは、（１）Ｃｈｌａへ励起を転移する付属の集光性色素、（２）集光および反応中心の色素タンパク質複合体中の構造的実体、および（３）過剰な照射照度、クロロフィルの３重項、および活性酸素種に対する保護において必要とされる分子として機能する光合成器官において、いくつかの役割を有する。

Spirulina種および紅藻類等のシアノバクテリアにおいて、主要なアンテナはフィコビリン（例えば、フィコエリトロビリン、フィコシアノビリンおよびフィコウロビリン）を含む。これらの付属色素は、青緑色、緑色、黄色、または橙色の光（５００〜６５０ｎｍ）を吸収する。フィコビリタンパク質は水溶性であり、色素はアポタンパク質に共有結合している。

本発明において微細藻類は、藍藻植物門（Cyanophyta）、原核緑色植物門（Prochlorophyta）における原核性藻類、または紅色植物門（Rhodophyta）、緑藻植物門（Chlorophyta）、渦鞭毛植物門（Dinophyta）、黄金色植物門（Chrysophyta）、プリムネシウム植物門（Prymnesiophyta）、珪藻植物門（Bacillariophyta）、黄緑色植物門（Xanthophyta）、真正眼点藻門（Eustigmatophyta）、ラフィド藻門（Rhaphidophyta）、褐藻植物門（Phaeophyta）における真核性藻類から選択され得る。

原核性藻類の例は、クロロフィル、フィコシアニン、フィコエリスリン、ベータカロテン、ベータクリプトキサンチンおよびゼアキサンチンを含んでいる、藍藻植物門由来のシアノバクテリアである、スピルリナ種（Spirulina sp.）である。真核性藻類の一例は、真正眼点藻門におけるナンノクロロプシス種（Nannochloropsis sp.）である。

本発明において、微生物は、プロテオバクテリア門（Proteobacteria）（Division（Phylum））、シアノバクテリア門（Cyanobacteria）（Division（Phylum））、真正細菌門（Eubacteria）（Division（Phylum））、スピロヘータ門（Spirochetes）（Division（Phylum））およびクラジミア門（Chlamydiae）（Division（Phylum））における有色分子を含む原核微生物から選択され得る。

本発明において微生物は、接合菌門（Zygomycota）、真菌類門（Eumycota）における有色分子（例えばアントシアニンの赤色分子を含むS.cerevisiaeの有色分子）を含む真核微生物から選択され得る。

１つの局面において、本発明は生分解性ポリマー組成物の製造における使用のためのバイオベースポリマー添加剤を提供する。バイオベースポリマー添加剤は、破砕された微生物の細胞のバイオマスから調製される。

本発明の任意の局面に係るバイオベースポリマー添加剤において、バイオマスの微生物は微細藻類、酵母、および細菌またはそれらの混合物から選択され得る。特に、バイオマスは藍藻植物門（Cyanophyta）、原核緑色植物門（Prochlorophyta）、紅色植物門（Rhodophyta）、緑藻植物門（Chlorophyta）、渦鞭毛植物門（Dinophyta）、黄金色植物門（Chrysophyta）、プリムネシウム植物門（Prymnesiophyta）、珪藻植物門（Bacillariophyta）、黄緑色植物門（Xanthophyta）、真正眼点藻門（Eustigmatophyta）、ラフィド藻門（Rhaphidophyta）、褐藻植物門（Phaeophyta）、プロテオバクテリア門（Proteobacteria）、シアノバクテリア門（Cyanobacteria）、真正細菌門（Eubacteria）、スピロヘータ門（Spirochetes）、クラジミア門（Chlamydiae）、接合菌門（Zygomycota）もしくは真菌類門（Eumycota）、またはそれらの門の組み合わせから選択され得る。より詳細には、バイオマスは微細藻類のバイオマスまたは酵母のバイオマス、またはそれらの組み合わせから選択される。

本発明の別の局面において、本発明は、生分解性ポリマーおよび破砕された微生物の細胞のバイオマスから調製されるバイオベースポリマー添加剤を含んでいる生分解性ポリマー組成物を提供する。さらに好ましくは、バイオベースポリマー添加剤は、０．０５〜１０重量％の範囲である。最も好ましくは、バイオベースポリマー添加剤は、０．５〜５重量％の範囲である。本発明の任意の局面の目的に適する、任意の生分解性ポリマーが使用され得る。生分解性ポリマーは、生分解性ポリエステルから選択され得る。例えば、生分解性ポリエステルはポリ（ブチレン サクシネート）（ＰＢＳ）またはポリ乳酸（ＰＬＡ）またはその混合物であり得るが、それらに限定されない。

重要なのは、破砕されていない微生物の細胞と比較して、破砕された微生物の細胞のバイオマスは、生分解性ポリマーおよびバイオベース添加剤のさらなる適合性を提供し、そのため破砕された微生物細胞のバイオマスは生分解性ポリマー組成物の色特性を含む特性および特徴を向上させるということに注意することである。特に、本発明に係る破砕された微生物細胞の微生物のバイオマスから調製されたバイオベースポリマー添加剤および生分解性ポリマーを含んでいる組成物の使用で、生分解性ポリマーは、混合効率を向上させるための方法として、例えば油状物などの相溶化剤の添加無しで、添加剤と効率的に混合され得る。したがって、微生物の細胞を破砕する工程は、さらなる添加剤（本発明に係るバイオベースポリマー添加剤とは異なる）の添加無しで微生物由来のバイオベースポリマー添加剤を調製するために重要であることが示唆されている。

先行技術における既知の方法では、一般的に、最初に微生物を乾燥させ、そして粉砕する。対照的に本発明の方法では、微生物細胞を最初に破砕し、そして例えば乾燥する工程または溶液を濃縮する工程によって添加剤の調製のための処理をする。特に本発明の発明者らは、細胞壁および／または細胞膜が破壊されると添加剤分子（例えば添加剤色素分子）の細胞外への露出が可能となるため、乾燥する工程または濃縮する工程の前に細胞を破砕することが利点であることを発見した。一方、細胞を破砕する前に乾燥する工程は、細胞壁／細胞膜の破壊なしに、細胞内の水分の脱水を引き起こす。当該結果として、乾燥した細胞からの添加剤（色素が挙げられる）分子の遊離は困難であるため、添加剤（色素が挙げられる）分子は乾燥した細胞の中に捕捉される。

本発明のさらに別の局面では、本発明はバイオベースポリマー添加剤を調製するための方法に関連し、その方法は、
ａ）微生物バイオマスを準備する工程、および、
ｂ）ａ）から得られたバイオマスの微生物の細胞を破砕する工程、
を含む。工程ａ）は、天然湖または礁湖、解放系の池、閉鎖型の光バイオリアクターから得た微生物を含んでいる微細藻類または他の有色分子を獲得することを含み得る。工程ａ）の微生物のバイオマスは、天然資源、バイオリアクターまたは発酵槽から回収することによって得られ得る。特に、微生物のバイオマスは１リットル当たり５０〜２００グラムの固体濃度で水溶液に添加され得る。特に工程ｂ）の方法は、２０〜８０℃の温度で実行される機械的細胞破砕方法であり得る。機械的細胞破砕方法は、均質化法、音波処理法、凍結融解法、乳鉢および乳棒の方法または超音波法から選択され得る。

特に、バイオベースポリマー添加剤を調製する方法は、ｂ）から得られた破砕された微生物細胞のバイオマスを粉末化する工程ｃ）をさらに包含し得る。粉末化は、加熱粉末化法または冷却粉末化法から選択され得る。加熱粉末化法は、噴霧乾燥、脱水、回転乾燥、気流乾燥、ディスク乾燥、カスケード乾燥、過熱蒸気乾燥から選択され得る。冷却粉末化法は、凍結乾燥、噴霧凝結または噴霧冷却から選択され得る。

また、工程ｃ）における添加剤の調製は、粉末化とは異なる方法によって得られてもよい。例えば添加剤は、破砕された微生物細胞のバイオマスを濃縮することによって調製され得る。とりわけ前記工程は、破砕された微生物細胞のバイオマスを濃縮し、そして加工された樹脂（ポリマー）と相溶可能な適切な液体の担体に分散させることを含む。とりわけこの代替的な工程ｃ）によれば、添加剤は、共沸蒸留によって分散液中の水を完全に除去するために必要な量の芳香族炭化水素を用いて濃縮された色素分散液を含んでいる水を混合させることによって得られ得る。そして結果として生じる均一なスラリーは、減圧下で、９０℃以下の温度で加熱されて、残余の水および共沸混合物としての、添加された芳香族炭化水素および低級アルコールが取り除かれ得る。

本発明に係るある局面では、本発明は生分解性ポリマー組成物の製品の製造における使用のためのバイオベースポリマー添加剤を提供する。バイオベースポリマー添加剤は、破砕された微生物細胞のバイオマスから調製される。前記バイオマスは、藍藻植物門（Cyanophyta）、原核緑色植物門（Prochlorophyta）、紅色植物門（Rhodophyta）、緑藻植物門（Chlorophyta）、渦鞭毛植物門（Dinophyta）、黄金色植物門（Chrysophyta）、プリムネシウム植物門（Prymnesiophyta）、珪藻植物門（Bacillariophyta）、黄緑色植物門（Xanthophyta）、真正眼点藻門（Eustigmatophyta）、ラフィド藻門（Rhaphidophyta）、褐藻植物門（Phaeophyta）、プロテオバクテリア門（Proteobacteria）、シアノバクテリア門（Cyanobacteria）、真正細菌門（Eubacteria）、スピロヘータ門（Spirochetes）、クラジミア門（Chlamydiae）、接合菌門（Zygomycota）もしくは真菌類門（Eumycota）、またはそれらの門の組み合わせから選択される微生物の固体バイオマスから得られるか、固体バイオマスとして誘導される。特に前記バイオマスは、微細藻類または酵母またはそれらの組み合わせから選択される。とりわけ前記微細藻類のバイオマスはSpirulinaから選択され、酵母のバイオマスはSaccharomycesから選択される。本発明に係る添加剤は、前記されたように調製されてよく、
ａ）微生物バイオマスを準備する工程、および、
ｂ）ａ）から得られたバイオマスの微生物の細胞を破砕する工程、
を包含している。

さらに前記方法は、ｂ）から得られた破砕された微生物細胞のバイオマスを粉末化する工程ｃ）を包含していてもよい。また、工程ｃ）は、破砕された微生物の細胞のバイオマスを濃縮する工程を含んでいてもよい。

特定の実施形態に係る本発明で、本発明に係る微生物のバイオマスから得たバイオベースポリマー添加剤は、以下の工程を含んでいる方法から調製され得る：
ａ）微生物のバイオマスを得る工程であって、前記微生物のバイオマスは、通常固体廃棄物の形状において生じるバイオテクノロジー産業由来の副産物廃棄物として廃棄される微生物のバイオマスを回収することから得られ得る。バイオマスは天然資源、例えば天然池、礁湖、解放系の池、または栽培植物／反応器、バイオリアクターまたは発酵槽から獲得されることが可能である。

ｂ）典型的な実施形態としてａ）から得られたバイオマスの微生物の細胞を破砕し、ａ）から得られたバイオマスは、水溶液で希釈されて、所定の量のバイオマスを有する乾燥したバイオマスの混合物が得られ得る。典型的な実施形態では、固体濃度におけるバイオマスの量は１リットル当たり５０〜２００グラムである。続いて、バイオマスの混合物は、２０℃〜８０℃の温度で機械的な細胞破砕下にある。機械的細胞破砕方法は、均質化法、音波処理法、凍結融解法、乳鉢および乳棒の方法または超音波方法から選択され得る。

ｃ）ｂ）から得られた破砕された微生物の細胞のバイオマスを粉末化し、工程ｂ）から得た破砕された微生物の細胞の混合物は、水溶液中で希釈され、そして粉末化されたバイオベースポリマー添加剤を得るために乾燥させられる。この工程において粉末化する方法は、加熱粉末化法または冷却粉末化法を使用することで行われてもよく、当該加熱粉末化法は、噴霧乾燥、脱水、回転乾燥、気流乾燥、ディスク乾燥、カスケード乾燥、または過熱蒸気乾燥等であり、当該冷却粉末化法は、凍結乾燥、噴霧凝結または噴霧冷却等である。

本発明に係る生分解性ポリマー組成物は、添加剤を含んでいない生分解性ポリマー組成物と比較して向上した流動学的性質を提供する。本発明に係る生分解性ポリマー組成物はまた、添加剤を含んでいない生分解性ポリマー組成物と比較して向上した生分解性特性を提供する。

したがってまた、ポリマーに本発明の任意の局面に係るバイオベースポリマー添加剤を添加することを包含する、ポリマーの流動学的性質を向上させる方法を提供する。また、生分解性ポリマーに、本発明の任意の局面に係るバイオベースポリマー添加剤を添加することを包含する、生分解性ポリマーの生分解性特性を向上させる方法が提供される。

本発明の特定の局面では、微生物のバイオマスの微生物細胞は１つ以上の有色分子を含んでいる。この局面では、本発明に係るバイオベースポリマー添加剤は色素としての使用のためのものであり、特に、生分解性ポリマーを着色するためである。したがって本発明の前記局面に係るバイオベースポリマー添加剤は、バイオベースポリマー添加剤色素を含んでいる可能性がある、またはバイオベースポリマー添加剤色素である。したがって、完全な天然着色剤から作られたバイオベース添加剤（色素）を含んでいる生分解性プラスチックが提供される。当該バイオベース添加剤（色素）は、使用される成分または材料が、容易な大量生産および品質管理が行われ、それゆえに経済的に非常に実用的である、先進的な農産業またはバイオテクノロジー産業から得た製品（微生物のバイオマス等）由来である。この局面において、本発明に係るバイオベースポリマー添加剤は、着色剤としての使用のためのものであり得る。

特に、添加剤色素が破砕された微生物細胞のバイオマス由来である、生分解性ポリマーの製造における着色剤としての使用のための、バイオベースポリマー添加剤色素が提供される。

本発明の任意の局面に係る、色素としての使用のためのバイオベースポリマー添加剤において、バイオマスの微生物は微細藻類、酵母、および細菌またはそれらの混合物から選択され得る。

特に、微生物は、藍藻植物門（Cyanophyta）、原核緑色植物門（Prochlorophyta）、紅色植物門（Rhodophyta）、緑藻植物門（Chlorophyta）、渦鞭毛植物門（Dinophyta）、黄金色植物門（Chrysophyta）、プリムネシウム植物門（Prymnesiophyta）、珪藻植物門（Bacillariophyta）、黄緑色植物門（Xanthophyta）、真正眼点藻門（Eustigmatophyta）、ラフィド藻門（Rhaphidophyta）、褐藻植物門（Phaeophyta）、プロテオバクテリア門（Proteobacteria）、シアノバクテリア門（Cyanobacteria）、真正細菌門（Eubacteria）、スピロヘータ門（Spirochetes）、クラジミア門（Chlamydiae）、接合菌門（Zygomycota）もしくは真菌類門（Eumycota）、またはそれらの門の組み合わせから選択され得る。

有色分子は、アントシアニン、クロロフィル、カロテンを包含するカロテノイド（例えば、アルファカロテン、ベータカロテン）または酸素化炭化水素キサントフィル（例えば、ルテイン、ビオラキサンチン、ゼアキサンチン、フコキサンチン、ペリジニン、ベタライン、ポルフィリン、フィコビリン）、またはそれらの混合物から選択され得る。

また、本発明に係る破砕された微生物細胞のバイオマスから調製された、色素としての使用のための、生分解性ポリマーおよびバイオベースポリマー添加剤を含んでいる生分解性ポリマー組成物が提供される。バイオベースポリマー添加剤は、０．０５〜１０重量％の範囲である。より特別には、バイオベースポリマー添加剤は、０．５〜５重量％の範囲である。

生分解性ポリマーは、本発明の任意の局面の意図のために適した任意の生分解性ポリマーであり得る。特に生分解性材料は、ポリ（ブチレン サクシネート）（ＰＢＳ）および／またはポリ乳酸（ＰＬＡ）等の生分解性ポリエステルから選択され得る。

バイオベースポリマー添加剤および本発明に係るバイオベースポリマー添加剤を含んでいる、生分解性ポリマー組成物に対し、すでに記載された特性に加え、バイオベースポリマー添加剤がバイオベースポリマー添加剤色素である場合、本発明はまた、ポリマーに、本発明に係るバイオベースポリマー添加剤色素を添加することを包含する、ポリマーを着色するための方法を提供する。

また、本発明の任意の局面に係る生分解性ポリマー組成物を用いて調製された製品を提供する。

前述された本発明の原理によるバイオベースポリマー添加剤の調製方法は、実施例を用いて詳細に記載される。それらは本発明の例示的な種々の実施形態を意味しており、本発明の原理または概念を制限することを意図するものではない。

［実施例１：微細藻類のバイオマスから得たバイオベースポリマー添加剤色素の調製］
以下の実施例は、微細藻類であるSpirulinaのバイオマスから得た緑色のバイオベースの添加剤色素を準備することを目的としている。

閉鎖型のバイオリアクターから獲得した微細藻類であるSpirulinaの細胞を得た。続いて、細胞を、脱イオン水に添加し、１リットル当たり２００グラムの乾燥した細胞濃度の混合物を生じさせた。続いて、混合物中のSpirulinaの細胞を、温度を約８０℃以下に保っている間、３０分間、１０，０００ｒｐｍでホモジナイザーを使用することによって、機械的に破砕した。Spirulinaの細胞の破砕から得た混合物を脱イオン水によって希釈して、１リットル当たり５０グラムの乾燥した細胞の濃度の混合物を生じさせた。次に、供給速度０．３Ｌ／ｈ、約１６０℃で混合物を乾燥し、微細藻類由来ポリマー添加剤色素粉末を得た。得られた微細藻類由来ポリマー添加剤色素粉末の粒子径は、粒子径分布測定装置−マルヴァーン装置（Particle size analyzer-Malvern Instrument）（Mastersizer 2000）によって測定した。粒子の平均分布は約６〜９ミクロンであった。

［実施例２：酵母のバイオマスからのバイオベースポリマー添加剤色素の調製］
酵母のサッカロミセス（Saccharomyces）のバイオマスは、赤橙色の有色分子である、アントシアニンを細胞中に含んでいることが知られている。下記の実施例は、酵母のサッカロミセス（Saccharomyces）のバイオマスから、赤橙色のバイオベース添加剤色素を調製することを目的としている。

酵母であるSaccharomycesのバイオマスを発酵槽から得た。次に細胞を、脱イオン水に添加し、１リットル当たり２００グラムの乾燥した細胞の濃度の混合物を生じさせた。続いて、混合物中のSaccharomycesの細胞を、温度を約８０℃以下に保っている間、３０分間、１０，０００ｒｐｍでホモジナイザーを使用することによって、機械的に破砕した。Spirulinaの細胞の破砕から得た混合物を脱イオン水によって希釈し、１リットル当たり５０グラムの乾燥した細胞濃度の混合物を生じさせた。次に、供給速度約０．３Ｌ／ｈ、温度約１６０℃で混合物を乾燥させ、酵母由来ポリマー添加物色素粉末を得た。酵母由来のポリマー添加剤色素粉末の粒子径を、粒子径分布測定装置−マルヴァーン装置（Particle size analyzer-Malvern Instrument）（Mastersizer 2000）によって測定した。粒子の平均分布は約６〜９ミクロンであった。

本発明の別の局面に変えると、本発明は、生分解性ポリマーの生産における使用のための、生分解性ポリマーおよびバイオベースポリマー添加剤を含んでいる生分解性ポリマー組成物を開示している。バイオベースポリマー添加剤は、前述された方法によって調製される。

本発明の典型的な実施形態に係る生分解性ポリマー組成物は、生分解性ポリエステルであって、好ましくはポリ乳酸（ＰＬＡ）またはポリ（ブチレン サクシネート）（ＰＢＳ）から選択される生分解性ポリマー、および本発明に記載された方法から調製されたバイオベースポリマー添加剤を含んでいる。

一実施形態では本発明に係る生分解性ポリマー組成物は、生分解性ポリエステル（ポリ乳酸（ＰＬＡ）またはポリ（ブチレン サクシネート）（ＰＢＳ）など）、および約０．５〜１０重量％の範囲であるバイオベースポリマー添加剤を含んでいる。

一実施形態では本発明に係る生分解性ポリマー組成物は、生分解性ポリエステル（ポリ乳酸（ＰＬＡ）またはポリ（ブチレン サクシネート）（ＰＢＳ）など）、および約０．５〜５重量％の範囲であるバイオベースポリマー添加剤を含んでいる。

一実施形態では生分解性ポリマー組成物は、ＰＢＳと、Spirulinaから選択された微細藻類のバイオマスから調製されたバイオベースポリマー添加剤であって、前記添加剤は約０．５〜５重量％の範囲である添加剤とを含んでいる。

一実施形態では生分解性ポリマー組成物は、ＰＬＡと、Spirulinaから選択された微細藻類のバイオマスから調製されたバイオベースポリマー添加剤であって、前記添加剤は約０．５〜５重量％の範囲である添加剤とを含んでいる。

一実施形態では生分解性ポリマー組成物は、ＰＢＳと、Saccharomycesから選択された酵母のバイオマスから調製されたバイオベースポリマー添加剤であって、前記添加剤は約０．５〜５重量％の範囲である添加剤とを含んでいる。

一実施形態では生分解性ポリマー組成物は、ＰＬＡと、Saccharomycesから選択された酵母のバイオマスから調製されたバイオベースポリマー添加剤であって、前記添加剤は約０．５〜５重量％の範囲である添加剤とを含んでいる。

本発明に係る生分解性ポリマー組成物は、当業者によって一般的に知られている方法によって調製され得る。当該方法は、
−所定の割合において本発明によって調製されたバイオベースポリマー添加剤に生分解性ポリマーを混合する工程、
−押出機のスクリューが所定の温度で加熱され、スクリュー速度を所定の速度に設定される所定の供給速度で、押出機に混合物を供給することによって混合物を押し出す工程、
−押し出された材料を小片に切断する工程、
−型に注入して成形された試料を得る工程、
を包含していてもよい。

本発明に係る生分解性ポリマー組成物は、以下の実施例による方法／プロセスを用いて調製され得る。

［実施例３：ＰＢＳおよび微細藻類のバイオマスから調製されるバイオベースポリマー添加剤を含んでいるポリマー組成物］
本実施例では、三菱化学株式会社製のポリ（ブチレン サクシネート）（ＰＢＳ）ＦＺ７１ＰＤを、０．５、１．０、３．０および５．０重量％の割合で実施例１から得たバイオベースポリマー添加剤粉末と混合した。当該混合物を、押出機のスクリューを約１７０℃で加熱し、スクリュー速度を１２０ｒｐｍに設定した押出し機、特に、押出ラインおよびミキサー（Extrusion Line and Mixer）（ハーケ 粘弾性測定装置 Ｏｓ（Haake Rheometer Os））に、１分間当たり約１．５ｇの供給速度で供給した。押し出されたポリマー組成物を、ハーケ 粘弾性測定装置 Ｏｓ（Haake Rheometer Os）を用いて切断してサイズを縮小した。そして混合物を、６１ｋｇ／ｈの最大出力でインジェクターＥＣ１００ＩＩ２Ａ（東芝）を用いてダンベル型に加工した。インジェクションは、２００ＭＰａのインジェクション圧力下で、１６５℃のバレル温度、および４０℃の金型温度で行った。そして完成した試料（図１）を、性能テストに供した。

［実施例４：ＰＬＡおよび微細藻類のバイオマスから調製されたバイオベースポリマー添加剤を含んでいるポリマー組成物］
本実施例では、Naturework製のポリ乳酸（ＰＬＡ）２００２Ｄを、約０．５、１．０、３．０および５．０重量％の割合で実施例１によって調製されたバイオベースポリマー添加剤粉末と混合した。当該混合物を、スクリュー速度を１２０ｒｐｍに設定した押出し機、特に、押出ラインおよびミキサー（Extrusion Line and Mixer）（ハーケ 粘弾性測定装置 Ｏｓ（Haake Rheometer Os））に、１分間当たり約１．５ｇの供給速度で供給した。押し出されたポリマー組成物を、ハーケ 粘弾性測定装置 Ｏｓ（Haake Rheometer Os）を用いて切断してサイズを縮小した。そして混合物を、６１ｋｇ／ｈの最大出力でインジェクターＥＣ１００ＩＩ２Ａ（東芝）を用いてダンベル型に加工した。インジェクションは、２００ＭＰａのインジェクション圧力下で、１６５℃のバレル温度、および４０℃の金型温度で行った。そして完成した試料（図２）を、性能テストに供した。

［実施例５：ＰＢＳおよび酵母のバイオマスから調製されたバイオベースポリマー添加剤を含んでいるポリマー組成物］
本実施例では、三菱化学株式会社製のポリ（ブチレン サクシネート）（ＰＢＳ）ＦＺ７１ＰＤを、約０．５、１．０、３．０および５．０重量％の割合で実施例２によって調製されたバイオベースポリマー添加剤粉末と混合した。当該混合物を、スクリュー速度を１２０ｒｐｍに設定した押出し機、特に、押出ラインおよびミキサー（Extrusion Line and Mixer）（ハーケ 粘弾性測定装置 Ｏｓ（Haake Rheometer Os））に、１分間当たり約１．５ｇの供給速度で供給した。押し出されたポリマー組成物を、ハーケ 粘弾性測定装置 Ｏｓ（Haake Rheometer Os）を用いて切断してサイズを縮小した。そして混合物を、６１ｋｇ／ｈの最大出力でインジェクターＥＣ１００ＩＩ２Ａ（東芝）を用いてダンベル型に加工した。インジェクションは、２００ＭＰａのインジェクション圧力下で、１６５℃のバレル温度、および４０℃の金型温度で行った。そして完成した試料（図３）を、性能テストに供した。

［実施例６：ＰＬＡおよび酵母のバイオマスから調製されたバイオベースポリマー添加剤を含んでいるポリマー組成物］
本実施例では、Naturework製のポリ乳酸（ＰＬＡ）２００２Ｄを、約０．５、１．０、３．０および５．０重量％の割合で実施例１によって調製されたバイオベースポリマー添加剤粉末と混合した。当該混合物を、スクリュー速度を１２０ｒｐｍに設定した押出し機、特に、押出ラインおよびミキサー（Extrusion Line and Mixer）（ハーケ 粘弾性測定装置 Ｏｓ（Haake Rheometer Os））に、１分間当たり約１．５ｇの供給速度で供給した。押し出されたポリマー組成物を、ハーケ 粘弾性測定装置 Ｏｓ（Haake Rheometer Os）を用いて切断してサイズを縮小した。そして混合物を、６１ｋｇ／ｈの最大出力でインジェクターＥＣ１００ＩＩ２Ａ（東芝）を用いてダンベル型に加工した。インジェクションは、２００ＭＰａのインジェクション圧力下で、１６５℃のバレル温度、および４０℃の金型温度で行った。そして完成した試料（図４）を、性能テストに供した。

実施例３〜６のすべてにおいて、ＰＢＳまたはＰＬＡおよび本発明に係る破砕された微生物細胞の微細藻類または酵母のバイオマスから調製されたバイオベースポリマー添加剤を含んでいる組成物の使用に関して、ＰＢＳおよびＰＬＡの両方とも、混合効率を向上させるための方法として油状物のような、相溶化剤の添加無しで添加剤と効率的に混合させることが可能であることが示された。

さらに、バイオベースポリマー添加剤と生分解性ポリマーとの間の割合は、最終製品に必要とされる特性に依存して異なり得ることに注意するべきである。本発明および実施例によって、バイオベースポリマー添加剤および生分解性ポリマーの異なる割合を、生分解性ポリマー組成物の保持している機械的性質に基づいて決定した。バイオベースポリマー添加剤の範囲は、０．０５〜１０重量％であり、好ましくは０．５〜５重量％である。図１〜１７は、本発明に係るバイオベースポリマー添加剤を用いて製造された生分解性ポリマー組成物の成形品の様々な性状および特性を例示している。バイオベースポリマー添加剤の重量％が０．０５未満のとき、バイオベースポリマー添加剤の特性は著しく低減し、それゆえ前記の添加剤を含んでいる生分解性ポリマーから製造された生分解性ポリマー組成物は、必要とされる特性を有さない。対照的に、望ましくない機械的性質が、バイオベースポリマー添加剤を１０重量％より多く含んでいる生分解性ポリマー組成物において観察された。

したがって、本発明に係る破砕された微生物細胞のバイオマスから調製されたバイオベースポリマー添加剤を含んでいる、生分解性ポリマーを用いて調製された生分解性ポリマー組成物は、一例として、より高度なポリマー特性を実証し、ならびに生産効率を向上させる。これらの利点は、下記の比較実施例の観点からより明白であろう。

［比較実施例１］
実施例３および５と同様に、ＰＢＳ組成物を、本発明に係る微細藻類または酵母のバイオマスから調製されたバイオベースポリマー添加剤を使用せずに調製した。そして当該組成物を押し出し、成形品に成形した。そして、完成した試料を性能テストに供した。

［比較実施例２］
実施例４および６と同様に、ＰＬＡ組成物を、本発明に係る微細藻類または酵母のバイオマスから調製したバイオベースポリマー添加剤を使用せずに調製した。そして当該組成物を押し出し、成形品に成形した。そして、完成した試料を性能テストに供した。

［本発明に係る微細藻類または酵母のバイオマス由来のバイオベースポリマー添加剤を含んでいる生分解性ポリマー組成物の機械的性質の測定］
実施例３〜６、および比較実施例１、２の生分解性ポリマーの機械的性質を、以下に記載した方法を使用して測定した。結果を表１に示している。引張応力および破断点伸びを、万能材料試験機（Universal testing Machine）（商標：Ｚｗｉｃｋ／Ｒｏｅｌｌ、型番：Ｚ０５０ ＴＥ）を使用して、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に詳述された方法にしたがって試験した。試験を、２３℃の温度および５０％の湿度で行った。破断引張応力を、式（１）によって測定し、破断伸びを式（２）によって測定した。
引張応力（ＭＰａ）＝破断荷重（Ｎ）／断面積（ｍｍ^２） （１）
破断点伸び（％）＝［（破断伸び−スパン長さ）／スパン長さ］×１００ （２）

結果から、添加剤含有量の増加によって、バイオベースポリマー添加剤を含んでいるＰＬＡ樹脂およびバイオベースポリマー添加剤を含んでいるＰＢＳ樹脂の両方の機械的性質は、減少するということが示された。このことから、好ましくない機械的性質は、ＰＬＡ樹脂およびＰＢＳ樹脂に混合された添加剤の割合の限界点となり得ることが示唆された。

［本発明に係るバイオベースポリマー添加剤を含んでいる生分解性ポリマー組成物の熱的性質の測定］
バイオベースポリマー添加剤色素を含んでいる生分解性ポリマー組成物の熱的性質を、ＡＳＴＭ Ｄ３４１８によって詳述された方法にしたがって、示差走査熱量計（Differential Scanning Calorimeter）（ＤＳＣ）（商標：ＮＥＴＺＳＣＨ、型番：ＤＳＣ ２０４ Ｆ１）を用いて分析した。さらに、ブレンドされた樹脂を、熱重量測定装置（Thermal Gravimetric Analyser）（ＴＧＡ）（商標：ＮＥＴＺＳＣＨ、型番：ＴＧ ２０９ Ｆ１）を用いて分析した。結果を表２に示した。

［本発明に係るバイオベースポリマー添加剤を含んでいる生分解性ポリマー組成物の流動テスト］
低いせん断速度における流動学的性質を、メルトフローレート（ＭＦＲ）によって測定した。ＭＦＲを、テスト条件＝ＰＬＡ２．１６ｋｇ、１９０℃で、メルトフローインデクサー（Melt Flow indexer）（商標：Ｇｏｔｔｆｅｒｔ、型番：ＭＩ−４）を用いて測定した。図１３に示されるように、微細藻類のバイオマスを用いたＰＬＡポリマー組成物の数値は、添加された粒子の量によって劇的に増加した。さらに、酵母のバイオマスを用いたＰＬＡポリマー組成物のＭＦＲ値も、図１４に示されるように、添加された粒子の量によって増加した。微細藻類および酵母のバイオマスの添加は、流動学的性質の上昇（すなわち、ＰＬＡポリマーの粘性を低下させること）を引き起こす。低下した粘度は製品への形成の間の利点である。

［本発明に係るバイオベースポリマー添加剤を含んでいる生分解性ポリマーから製造された生分解性ポリマー組成物の生分解性試験］
生分解性ポリマー組成物という用語は、通常、非水溶性ポリマーベース材料（プラスチック）への微生物による攻撃を指している。これは、ポリマーの生分解が通常、外生のプロセスであることを意味している。水溶性の欠如およびポリマー分子のサイズのために、微生物はほとんどの生化学的プロセスが行われる細胞内へ直接ポリマー材料を輸送することができず、それどころか細胞外でポリマーを脱重合する細胞外酵素をまず排出しなければならない。結果として、ポリマーのモル質量が水溶性中間体を生じるのに十分に減少される場合には、それらが微生物中に輸送され、適切な代謝経路に送り込まれる。結果として、これらの代謝プロセスの最終産物は、新規なバイオマスと共に、水、二酸化炭素およびメタン（嫌気性の分解の場合）を含む。

静的インキュベーション滴定（Static-Incubation Titrimeric Determination）（Zibilske et al., 1994. Carbon mineralization. Chapter 38. P.835-863. In Methods of Soil Analysis, Part 2. Microbiological and Biochemical Properties. SSSA Book Series No. 5 Soil Science Society of America, Madison WI.）を用いることによって、ポリマーのＣＯ_２発生の測定を行った。実施例３および５および比較実施例１から得たバイオベースポリマー添加剤を含んでいるＰＢＳポリマーを、超遠心粉砕機（Grinder Ultra Centrifuge）（Retsch）を用いて粉末状に調製した。各サンプルを、１重量部の試料および９９重量部の肥料と混合して、肥料とした。試験を常温（３７±２℃）において行った。試験の間、湿度を６０±５％に保った。試験期間は３か月間であった。ブランク試験を、国内土壌を用いることによって行った。生分解性の増加を、式（３）によって測定した。
生分解性の増加（％）＝［（バイオベース添加剤を含んでいるポリマー組成物のＣＯ_２発生−バイオベース添加剤無しのポリマー組成物のＣＯ_２発生）／バイオベース添加剤無しのポリマー組成物のＣＯ_２発生］×１００ （３）
結果を、本発明に係る微細藻類および酵母のバイオマスから調製されたバイオベース添加剤を用いた生分解性ポリマー組成物が、添加剤無しのポリマーと比較して生分解性の増加を示している、図１５および図１６に示している。

［本発明に係るバイオベースポリマー添加剤を含んでいる生分解性ポリマー組成物の色の性質の測定］
バイオベースポリマー添加剤色素を含んでいる生分解性ポリマーにおいて見出される色の出現を、色分光光度計（Color Spectrophotometer）（商標：Ｄａｔａ Ｃｏｌｏｒ、型番：Ｄ６５０）を用いて、ＡＳＴＭ Ｅ３１３によって詳述された方法にしたがって分析した。結果を表３に示した。

［粒子の分布］
ＰＢＳにおける微細藻類の添加剤色素粉末および酵母の添加剤色素粉末の粒子の分布を、Cannon顕微鏡下で観察した。結果を図５、６、９、および１０に示している。ＰＬＡ中の微細藻類の添加剤色素粉末および酵母の添加剤色素粉末の粒子の分布を、Cannon顕微鏡下で観察した。結果を図７、８、１１および１２に示している。

本発明に係る生分解性ポリマー組成物は、油状物などの相溶化剤のさらなる添加無しで、ＰＬＡおよびＰＢＳ等の従来の生分解性ポリマーとの良好な相溶性を示す。それらは各ポリマーの機械的性質に深刻な影響をもたらすことがないため、いくつかの局面においてポリマー添加剤としての使用に適している。

破砕されていない微生物細胞に比べ、破砕された微生物細胞のバイオマスは、生分解性ポリマーとバイオベース添加剤とのさらなる相溶性を与え、そのため、それらから製造された生分解性ポリマー組成物の特性および性質（色特性が挙げられる）を向上させることに留意することが重要である。このことは、非常に低含有量（破砕されていない細胞０．００５％）でＰＢＳポリマーに添加された、破砕されていないSpirulina細胞の大きな塊を示している図１７において見ることができる。一方、図１８は、高含有量（５％、または破砕されていない細胞の添加よりも１，０００倍以上高い）のＰＢＳポリマーにおいて、本発明に係るSpirulinaである微細藻類のバイオマスの破砕された細胞から調製された添加剤の非常に良好な相溶性を明確に例示している。したがって、本願発明は微生物細胞を破砕する工程はさらなる添加剤無しで微生物由来のバイベースポリマー添加剤を調製するために重要であることを示唆している。

さらに本発明に係るバイオベースポリマー添加剤は、それらはバイオ−ベース材料であるため完全に分解性である。したがって、生分解性ポリマー組成物の分解は、土壌中に有害物質を残さない。動物およびヒトの使用に関連している食品包装製品、または他の用途としての使用に対し安全である。

バイオベースポリマー添加物を添加することによって、生分解性ポリマー組成物の粘性が低下するため、生分解性ポリマー組成物のインジェクショングレードに対するインジェクション失敗が減少する。同時に、この生分解性ポリマー組成物の押出加工は、低下した粘性のため、従来の生分解性ポリマー組成物より良好である。またバイオベースポリマー添加剤は、ＰＬＡおよびＰＢＳの生分解性を促進する。

以上から、微生物（微細藻類、酵母および細菌が挙げられる）のバイオマス由来のもののような、バイオベース添加剤色素は、ＰＢＳおよびＰＬＡプラスチックとともに好適に作用することが示されている。さらにＰＢＳおよびＰＬＡの両方とも、混合効率を向上させるための油状物の添加無しで、微生物のバイオマスから得たバイオベース添加剤色素粉末を用いて十分に着色され得ることが示されている。異なる割合の添加剤色素粉末において派生した生分解性プラスチックは、様々な産業においてプラスチックの様々な用途のために適した様々な性質を明示する。

最後に、その添加剤が微生物のバイオマス（特に、微細藻類、酵母、細菌等の）から得た、バイオベース添加剤（例えばバイオベース添加剤色素）である、生分解性のプラスチックを提供することが可能であることは、本発明による記載およびデータから明確である。本発明に係る生分解性プラスチックは、環境問題を減らすためのより良い解決策を提案しており、その製造は実用的であり、サステイナブル（sustainable）であり、経済的である。

Claims (34)

1. 生分解性ポリマーの製造における使用のためのバイオベースポリマー添加剤であって、
   前記添加剤は、破砕された微生物細胞全体のバイオマスからなり、前記微生物は、藍藻植物門（Cyanophyta）、原核緑色植物門（Prochlorophyta）、渦鞭毛植物門（Dinophyta）、黄金色植物門（Chrysophyta）、プリムネシウム植物門（Prymnesiophyta）、珪藻植物門（Bacillariophyta）、黄緑色植物門（Xanthophyta）、真正眼点藻門（Eustigmatophyta）、ラフィド藻門（Rhaphidophyta）、褐藻植物門（Phaeophyta）、プロテオバクテリア門（Proteobacteria）、シアノバクテリア門（Cyanobacteria）、真正細菌門（Eubacteria）、スピロヘータ門（Spirochetes）、クラジミア門（Chlamydiae）、接合菌門（Zygomycota）もしくは真菌類門（Eumycota）、またはそれらの門の組み合わせから選択される、生分解性ポリマーの製造における使用のためのバイオベースポリマー添加剤。
2. 前記微生物は、少なくとも１つの有色分子を含む、請求項１に記載のバイオベースポリマー添加剤。
3. 前記有色分子は、アントシアニン、クロロフィル、カロテノイドおよびフィコビリンまたはそれらの混合から選択される、請求項２に記載のバイオベースポリマー添加剤。
4. 藍藻植物門（Cyanophyta）由来の前記微生物はスピルリナ（Spirulina）属である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバイオベースポリマー添加剤。
5. 真菌類門（Eumycota）由来の前記微生物はサッカロミセス（Saccharomyces）属である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバイオベースポリマー添加剤。
6. 前記添加剤は、破砕された微生物細胞の前記バイオマスを粉末化することから得られる粉末状である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のバイオベースポリマー添加剤。
7. 前記添加剤は、色素としての使用のためのものである、請求項２〜６のいずれか一項に記載のバイオベースポリマー添加剤。
8. 前記添加剤色素は、１つまたは複数の生分解性ポリマーを着色させるためのものである、請求項７に記載のバイオベースポリマー添加剤色素。
9. ０．０５〜１０重量％の範囲である少なくとも１つのバイオベースポリマー添加剤、および、
   バイオベースポリマーを含んでおり、
   前記バイオベースポリマー添加剤は、破砕された微生物細胞全体のバイオマスからなり、前記微生物は、藍藻植物門、原核緑色植物門、渦鞭毛植物門、黄金色植物門、プリムネシウム植物門、珪藻植物門、黄緑色植物門、真正眼点藻門、ラフィド藻門、褐藻植物門、プロテオバクテリア門、シアノバクテリア門、真正細菌門、スピロヘータ門、クラジミア門、接合菌門もしくは真菌類門、またはそれらの門の組み合わせから選択される、生分解性ポリマー組成物。
10. 前記バイオベースポリマー添加剤は、０．５〜５重量％の範囲である、請求項９に記載の生分解性ポリマー組成物。
11. 前記微生物は、少なくとも１つの有色分子を含む、請求項９または１０に記載の生分解性ポリマー組成物。
12. 前記有色分子は、アントシアニン、クロロフィル、カロテノイドおよびフィコビリンまたはそれらの混合から選択される、請求項１１に記載の生分解性ポリマー組成物。
13. 藍藻植物門由来の前記微生物はスピルリナ属である、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の生分解性ポリマー組成物。
14. 真菌類門由来の前記微生物はサッカロミセス属である、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の生分解性ポリマー組成物。
15. 前記生分解性ポリマーは、生分解性ポリエステルから選択される、請求項９〜１４のいずれか一項に記載の生分解性ポリマー組成物。
16. 前記生分解性ポリマーは、ポリ（ブチレン サクシネート）（ＰＢＳ）またはポリ乳酸（ＰＬＡ）、またはそれらの混合物から選択される、請求項９〜１５のいずれか一項に記載の生分解性ポリマー組成物。
17. 前記バイオベースポリマー添加剤は、添加剤を含んでいない生分解性ポリマー組成物と比較して、流動学的性質を向上させるためのものである、請求項９〜１６のいずれか一項に記載の生分解性ポリマー組成物。
18. 前記バイオベースポリマー添加剤は、添加剤を含んでいない生分解性ポリマー組成物と比較して、生分解性特性を向上させるためのものである、請求項９〜１６のいずれか一項に記載の生分解性ポリマー組成物。
19. 前記添加剤は、前記生分解性ポリマー組成物を着色するための色素としての使用のためのものである、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の生分解性ポリマー組成物。
20. ａ）微生物バイオマスを準備する工程、
    ｂ）ａ）の前記バイオマスの微生物細胞を破砕する工程、および、
    ｃ）工程ｂ）から得られた破砕された微生物細胞の前記バイオマスを粉末化するか、濃縮する工程、
    を包含する、破砕された微生物細胞全体のバイオマスからなるバイオベースポリマー添加剤を調製するための方法。
21. 前記微生物バイオマスは、藍藻植物門、原核緑色植物門、渦鞭毛植物門、黄金色植物門、プリムネシウム植物門、珪藻植物門、黄緑色植物門、真正眼点藻門、ラフィド藻門、褐藻植物門、プロテオバクテリア門、シアノバクテリア門、真正細菌門、スピロヘータ門、クラジミア門、接合菌門もしくは真菌類門、またはそれらの門の組み合わせから選択される、請求項２０に記載の方法。
22. 前記微生物は、少なくとも１つの有色分子を含んでいる、請求項２０または２１に記載の方法。
23. 前記有色分子は、アントシアニン、クロロフィル、カロテノイドおよびフィコビリンまたはその混合から選択される、請求項２２に記載の方法。
24. 工程ａ）の前記微生物のバイオマスは、天然資源、バイオリアクターまたは発酵槽から回収され、１リットル当たり５０〜２００グラムの固体濃度で水溶液に添加される、請求項２０〜２３のいずれか一項に記載の方法。
25. 前記工程ｂ）は、２０〜８０℃の温度で実施される機械的細胞破砕方法である、請求項２０〜２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 機械的細胞破砕方法は、均質化法、音波処理法、凍結融解法、乳鉢および乳棒の方法または超音波法から選択される、請求項２５に記載の方法。
27. 前記工程ｃ）は、加熱粉末化法（hot powdering method）または冷却粉末化法（cold powdering method）から選択される、請求項２０〜２６のいずれか一項に記載の方法。
28. 前記加熱粉末化法は、噴霧乾燥、脱水、回転乾燥、気流乾燥、ディスク乾燥、カスケード乾燥、過熱蒸気乾燥から選択される、請求項２７に記載の方法。
29. 前記冷却粉末化法は、凍結乾燥、噴霧凝結または噴霧冷却から選択される、請求項２７に記載の方法。
30. 前記添加剤は、色素としての使用のためのものである、請求項２２〜２９のいずれか一項に記載の方法。
31. 生分解性ポリマーに、請求項２〜８のいずれか一項に記載のバイオベースポリマー添加剤色素を添加することを包含する、生分解性ポリマーを着色する方法。
32. 生分解性ポリマーに、請求項１〜８のいずれか一項に記載のバイオベースポリマー添加剤を添加することを包含する、生分解性ポリマーの流動学的性質を向上させる方法。
33. 生分解性ポリマーに、請求項１〜８のいずれか一項に記載のバイオベースポリマー添加剤を添加することを包含する、生分解性ポリマーの生分解性特性を向上させる方法。
34. 請求項９〜１９のいずれか一項に記載の生分解性ポリマー組成物を用いて調製された製品。
    
    
    

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