JPH03216193A - ポリエステル共重合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、３−ヒドロキシプチレート単位（以下３ＨＢ
単位と記す）と４−ヒドロキシプチレート単位（以下４
ＨＢ単位と記す）を含有する共重合体の製造法に関する
。詳しくは、本発明は、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単位からなるホモポリマー
を、４８Ｂ単位を含有する共重合体に転換することによ
る共重合ポリエステルの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

ポリ−３−ヒドロキシブチレートは、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、ポリ−３−ヒドロキシブチ
レートは石油に依存しないパイオボ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、ポリ−３−ヒドロキシプチレートは耐衝
撃性に劣るとい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単位および３−ヒドロキシバリレート単位
（以下３ＨＶ単位と記す）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５９−２２
０１９２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単位がＯ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゜Ｃから８５゜Ｃまで急激に低下することが知ら
れており（Ｔ．Ｌ．Ｂｌｕｈｍｅｔ　ａｌ，Ｍａｃｒｏ
ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，上豆，２８７１　（１９８６））
そのため、３ＨＶ単位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単位および４ＨＢ単位を含有
する共重合体およびその製造法について研究、開発を行
ない、先に出願した（特開平１４８８２１号）．かかる
共重合体は４ＨＢ単位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
。

本発明者は、これまでに、汎用の炭素源として１，４−
ブタンジオール（特願昭６３−４９０１５）、γ−ブチ
ロラクトン（特願昭６３−１７８４４８）及び１．６−
ヘキサンジオール（特願平１−５３４１４）を用いても
４ＨＢ単位を含有する共重合体が製造できることを示し
た。これらの製造におけるプロセスは、前段において菌
体を増殖し、それを分離回収した後、後段でポリエステ
ルを生成・蓄積させるというものであった。しかしなが
ら、このようなプロセスは、反応条件を制御し易い等の
長所はあるものの、工程が２段階に分かれているため、
工業的な観点からは必ずしも満足のいくものではなく、
よって、より効率の良いプロセスを見出すことが課題で
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単位および４ＨＢ
単位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、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培地中で増殖さ
せると同時に３ＨＢ単位からなるホモポリマーを生成・
蓄積させ、次いでこれを分離回収することなく引き続き
、４ＨＢ単位を生成する基質をこれに加えた場合、該ホ
モポリマーが３ＨＢ単位と４ＨＢ単位とからなるポリエ
ステル共重合体に転換されることを見出し、本発明に到
達した。

すなわち本発明の要旨は、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を培地中で増殖培
養する際同時に該菌体中にポリー３−ヒドロキシブチレ
ートを住成・蓄積させ、引き続き該培地にγ−ブチロラ
クトン、４−ヒドロキシ酪酸、１，４−ブタンジオール
または１．６−ヘキサンジオールを加えてポリ−３−ヒ
ドロキシプチレートを４−ヒドロキシブチレート単位を
含む共重合体に転換することを特徴とするポリエステル
共重合体の製造方法に存する。

本願発明の製造方法によれば、１段階のプロセスで容易
に所望のポリエステル共重合体を得ることができる。

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単位およ
び４ＨＢ単位はそれぞれ次式であらわされる。

Ｕ 本発明で使用する微生物は、ポリ−３−ヒドロキシブチ
レート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　フエカリス（
Ａｌｃａ　ｌ　ｉｇｅｎｅｓｆａｅｃａｌｉｓ）、アル
カリゲネス　ルーランデイイ（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ
　　ｒｕｈｌａｎｄｉｉ）、アルカリゲルス　ラタス（
Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ　　Ｉａｔｕｓ）、アルカリゲ
ネスアクアマリヌス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ　　ａｑ
ｕａｍａ　ｒ　ｉｎｕｓ）およびアルカリゲネス　ユウ
トロフス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ　　ｅｕｔｒｏｐｈ
ｓ）等のアルカリゲネス属がある。

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　フエカリスＡＴＣＣ８７５０、アルカリゲネス　
ルーランディイＡＴＣＣ１５７４９、アルカリゲネス　
ラタスＡＴＣＣ２９７１２、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Ｈ１６ＡＴＣＣ１７６９９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ＮＣ
ＩＢ１１５９９、同ＮＣＩＢ１１６００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−１　６ＡＴＣＣ１７６９９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　　ＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＶＥＢＡＣＴＥＲＩ
ＯＬＯＧＹ：Ｅｉｇｈｔｈ　　Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｔｈｅ
　　Ｗｉｌｌｉａｍｓ　　＆　　Ｗｉ１ｋｉｎｓ　　Ｃ
ｏｍｐａｎｙ／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．Ｍｉｃ１ｏｂｉｏｌ．，１１５．
１８５〜１９２　（１９７９）にそれぞれ記載されてい
る。

これらの微生物の培養は、従来の方法と同様に、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
が、使用する微生物が増殖しかつポリ−３−ヒドロキシ
ブチレートを生成・蓄積し得る培地および培養条件を採
用する必要がある。

本発明で用いられる培地の成分としては、使用する微生
物が責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、微生物が３ＨＢのホモボリマーを
生成しうるちのを用いる必要があり、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、糖蜜などの天然物、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Ｗ類ならびにソルビトール、マンニトー
ルおよびイノシトールなど、が挙げられる。

尚、単独では３ＨＢのホモポリマーを生成させることが
できないような炭素源、例えば酵母エキス、肉エキス、
ペプトン等の天然物をこれに併用することができる。ま
た、窒素源としては、たとえば、アンモニア、硫安等の
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、ニンケル
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。

本発明においては、以上の培地成分を組合せることによ
り、使用する微生物が増殖と同時にポリ−３−ヒドロキ
シブチレートを生成・蓄積するような培地や培地条件（
例えば窒素源の割合を少なくする等）を選択する必要が
ある。例えば、炭素源を窒素源に対し重量で３倍以上、
好ましくは５倍以上使用するのが好ましい。

培養条件としては、温度は、たとえば、２０〜４０゜Ｃ
程度、好ましくは２５〜３５゜Ｃ程度とされ、また、ｐ
Ｈ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、使用する微生物が増殖と同時に
、ポリ−３−ヒドロキシブチレートを生成・蓄積しうる
範囲において、これらの条件をはずして培養することを
妨げるものではない。

培養方式は、回分培養または連続培養のいずれでもよい
。

本発明では、かかる培養で得られたポリ−３−ヒドロキ
シブチレートが蓄積された菌体を、培養液から分離回収
することなく、引き続き同じ倍地に４ＨＢ単位を生成す
る基質を加えて培養する。

ここで、４ＨＢ単位を生成する基質としては、γープチ
ロラクトン、４−ヒドロキシ酪酸、１，４ブタンジオー
ル、及び１，６−ヘキサンジオールのうちから選ばれる
。

これらは単独で用いても、また２種以上併用してもよい
。また、４−ヒドロキシ酪酸は、塩の形で使用してもよ
い。

本発明に用いられる上記基質の添加量は、４ＨＢ単位を
含むポリエステル共重合体を菌体に生成させることがで
き、かつ菌体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）などにより異なるが、一般的には培地もしくは培養
液１ｌに３〜１００ｇ程度が適当である。これらを添加
する時期は、菌体の生育状態が悪くない限り、どの時点
でもよく、また逐次的、連続的に加えてもよい。

またポリ−３−ヒドロキシブチレートを４ＨＢ単位を含
むポリエステル共重合体に転換させるには、上記基質を
唯一の炭素源としてもよいが、使用する微生物が資化し
得るものである限り、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
ロビオン酸、ｎ酪酸、乳酸および吉草酸およびそれらの
塩などを併用することもできる。しかし、その使用量は
、たとえば、グルコースを使用する場合には、多くても
１．５ｇ／ｊ！程度とされる。

このように培養して得られた培養液から、濾過および遠
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単位、４
ＨＢ単位の分割は任意に調節することができる。

本発明の製造法においては、最初に生成した３ＨＢのホ
モポリマーがほとんどすべて共重合体に転換されるため
、最終生成物に３ＨＢのホモポリマーが残存せず、所望
の共重合のみを得ることができる。

〔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 アルカリゲネス　ユウトロフスＨ１６（ＡＴＣＣ　　１
　７　６　９　９）を使用して共重合体を製造した．す
なわち、 培養： フラクトース（５．６ｇ／ｊ！）、硫酸アンモニウム（
０．８ｇ／Ｊ）、ミネラル（ｌｍｆ／Ｉｌ）を含む培地
で、上記アルカリゲネス　ユウトロフスＨ１６を３０℃
で培養し、２１時間後にγ−プチロラクトン（１　０　
ｇ／ｌ）を加え、さらに４８時間培養した。尚、途中、
２２時間培養した時点で菌体をサンプリングした。ここ
で、使用したミネラルは、以下の通りである。

ＣｏＣ１２　　　　１１９．０■ ＦｅＣ１３　　　　　９．７ｇ ＣａＣｌｚ　　　　　　７．８ｇ Ｎ　ｉ　Ｃ　Ａ’　ｚ　　　　　１　１　Ｂ．　Ｏ■Ｃ
ｒＣｌｚ　　　　　６２．２■ ＣａＳＯａ　　　　　１５６．４＊ を０．ＩＮ−ＨＣＩｌ　１／に溶解 これらを脱イオン水に溶解し１ｌとし、ｐＨ７．５に調
製した。

菌体の処理： 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℃、０．１　ｍｍＨｇ
）　シて乾燥菌体を得た。

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、この沈澱を濾取、乾燥して共重合体を
得た。

共重合体の特性： このようにして得られた共重合体の組成及び融解温度（
Ｔｍ）を、次のようにして求めた。すなわち、 （１１　　組成　１００ＭＨｚ　　　’Ｈ−ＮＭＲスペ
クトルによって求めた。

（２）　　融解温度　ＤＳＣによって測定した。尚、す
べてのサンプルにおいて、融解温度は１つしか認められ
ず、一種類の共重合体のみが生成していることがわかっ
た。

測定結果を表１に示す。

比較例１、実施例２ フラクトース（５ｇ／ｌ、硫酸アンモニウム（１　ｇ／
ｊ！）　、ミネラル（ｌｍｆ／ｆ）を含む培地で、前記
の微生物を３０℃で８時間培養し、さらにフラクトース
、硫酸アンモニウム、ミネラルを同量加えて８時間培養
した（比較例１）。さらに、引き続いてこれにγ−プチ
ロラクトン（１０ｇ　／　ｌ　）と酪酸（１　０　ｇ／
／）を加えて、５９時間培養を続けた。途中、７時間後
、３１時間後にサンプリングした（実施例２）。

菌体の処理および共重合体の分離回収は実施例１と同様
に行なった。結果を表２に示す。尚、使用したミネラル
は実施例１と同じ。

〔発明の効果〕

本発明によれば、３ＨＢ単位、４ＨＢ単位を含有するポ
リエステル共重合体を工業的に効率良く得ることができ
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、また徐放性シス
テムへの利用などの多方面への応用が期待される。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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、培地中で増殖・培養する際同時
   に該菌体中にポリ−３−ヒドロキシブチレートを生成・
   蓄積させ、引き続き該培地にγ−ブチロラクトン、４−
   ヒドロキシ酪酸、１，４−ブタンジオールまたは１，６
   −ヘキサンジオールを加えることによってポリ−３−ヒ
   ドロキシブチレートを４−ヒドロキシブチレート単位を
   含む共重合体に転換することを特徴とするポリエステル
   共重合体の製造方法。