JPH0523189A - ポリエステル共重合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】３−ヒドロキシブチレート単位と４−ヒドロキ
シブチレート単位を含有するポリエステル共重合体を微
生物を用いて連続的に、高収率で得るための方法に関す
る。得られるポリエステルは、生物分解性と生体適合性
を示し、手術糸などの医用材料や徐放性システムなどに
用いられる。 【構成】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、栄養源の連続供給下に増殖さ
せると同時に、該菌体内において３−ヒドロキシブチレ
ート単位および４−ヒドロキシブチレート単位からなる
ポリエステル共重合体を製造する方法において、供給栄
養源中の炭素源と窒素源の重量比率（Ｃ／Ｎ）を、８≦
Ｃ／Ｎ≦４５の範囲と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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３−ヒドロキシブチレ
ート単位（以下３ＨＢ単位と記す）と４−ヒドロキシブ
チレート単位（以下４ＨＢ単位と記す）を含有する共重
合体の製造方法に関する。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
単位及び４ＨＢ単位からなるポリエステル共重合体の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリ−３−ヒドロキシブチレート（ＰＨ
Ｂ）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、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、ＰＨＢ
は石油に依存しないバイオポリマーとして注目されてい
る。しかしながら、ＰＨＢは耐衝撃性に劣る等の物性上
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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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、開発がなされている（たとえば、特開昭５７−１５
０３９３号公報および特開昭５９−２２０１９２号公報
参照。）しかしながら、共重合体の３ＨＶ単位が０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．Ｂｌｕｈｍ ｅｔ ａ
ｌ，Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，１９，２８７１
（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。

【０００４】一方、本発明者らは、３ＨＢ単位および４
ＨＢ単位を含有する共重合体およびその製造法について
研究を行い、先に出願した（特開平１−４８８２１、特
開平１−２２２７８８、特開平１−３０４８９１、特開
平２−２７９９２、特開平２−２３４６８３）。この共
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。

【０００５】しかしながら、該共重合体の製造方法は、
前段で菌体を増殖させ、後段で該菌体を窒素あるいはリ
ンの制限下、炭素源を加えて該菌体内に共重合体を蓄積
させる２段の製造方法であった。しかし、工業的生産を
考える場合、菌体の増殖と共重合体の蓄積を同時に行
い、連続的に生産物を得られることが望ましい。それ
故、連続法による共重合体の製造方法の確立が望まれて
いた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の点
に鑑み、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、炭素源と窒素源の比率Ｃ／Ｎが８≦Ｃ／Ｎ≦４５の
範囲にある基質を系内に徐々に添加することにより、効
率的に菌体を増殖させながら共重合体を蓄積させること
ができ、従って菌増殖とポリマー生成を同時に行なうこ
とによって、ポリエステル共重合体を連続的に製造する
ことができることを見出し、本発明に到着した。

【０００７】すなわち本発明は、ポリ−３−ヒドロキシ
ブチレート生産能と有するアルカリゲネス属菌を、増殖
させると同時に該菌体内において３−ヒドロキシブチレ
ート単位および４−ヒドロキシブチレート単位からなる
ポリエステル共重合体を製造する方法において、供給栄
養源中の炭素源と窒素源の重量比率Ｃ／Ｎを８≦Ｃ／Ｎ
≦４５の範囲とすることを特徴とする３−ヒドロキシブ
チレート単位および４−ヒドロキシブチレート単位から
なるポリエステル共重合体の製造方法に存する。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。

【０００８】

【化１】

【０００９】本発明で使用される微生物は、ＰＨＢ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 フェカリス（Ａｌｃａｌｉ
ｇｅｎｅｓ ｆａｅｃａｌｉｓ）、アルカリゲネスルー
ランディィ（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ ｒｕｈｌａｎｄ
ｉｉ）、アルカリゲネスラタス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅ
ｓ ｌａｔｕｓ）、アルカリゲネス アクアマリヌス
（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ ａｑｕａｍａｒｉｎｕｓ）
およびアルカリゲネス ユウトロフス（Ａｌｃａｌｉｇ
ｅｎｅｓ ｅｕｔｒｏｐｈｓ）等のアルカリゲネス属な
どがある。

【００１０】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 フェカリスＡＴＣＣ８７５０、ア
ルカリゲネス ルーランディィ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Ｈ−１６ＡＴＣＣ１７６９９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ＮＣＩＢ１１５
９８、同ＮＣＩＢ１１５９９、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−１６ＡＴＣＣ１７６９９
およびアルカリゲネス ユウトロフスＮＣＩＢ１１５９
９が特に好ましい。

【００１１】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 ＭＡ
ＮＵＡＬ ＯＦ ＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＶＥ ＢＡＣ
ＴＥＲＩＯＬＯＧＹ：Ｅｉｇｈｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ，
Ｔｈｅ Ｗｉｌｌｉａｍｓ＆Ｗｉｌｋｉｎｓ Ｃｏｍｐ
ａｎｙ／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． Ｍｉｃｌｏｂｉｏｌ．，１１５、１
８５〜１９２（１９７９）にそれぞれ記載されている。

【００１２】これらの微生物は、所定量の炭素源と窒素
源からなる栄養源（基質）を、徐々に連続的に供給する
ことにより培養される。本発明の培養法は、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。す
なわち、使用する微生物が増殖し得る培地および培養条
件を採用すればよい。培地成分は、使用する微生物を資
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、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、酵母エキス、糖蜜、ペプトンおよび肉エキスなどの
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糖類ならびにソルビ
トール、マンニトールおよびイノシトールなどであり、
特に好ましいのは、フラクトース、γ−ブチロラクト
ン、または酪酸である。

【００１３】窒素源としては、たとえば、アンモニア、
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、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、硫酸
アンモニウムなどの窒素含有物である。また、これらに
加えて、無機成分として、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、リン酸塩、
マンガン塩、亜鉛塩、鉄塩、銅塩、モリブデン塩、コバ
ルト塩、ニッケル塩、クロム塩、ほう素化合物およびよ
う素化合物などが用いられる。特に好ましくは、リン酸
水素カリウム、リン酸水素二ナトリウム、硫酸マグネシ
ウムなどである。

【００１４】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。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、ｐＨ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、これら
の条件をはずして培養することを妨げない。培養方式
は、回分培養または連続培養いずれでもよいが、工業的
には、連続培養がプロセス的に好ましい。

【００１５】本発明においては、供給栄養源中の炭素源
と窒素源の重量比率Ｃ／Ｎが、８≦Ｃ／Ｎ≦４５の範囲
にあることが特徴である。そのうちでも特に、炭素源と
してγ−ブチロラクトン及びフラクトースを併用し、か
つＣ／Ｎを８≦Ｃ／Ｎ≦２５、好ましくは１２≦Ｃ／Ｎ
≦１６の範囲とする方法が、ポリエステル共重合体の生
産量を高める上で、好ましい。また、炭素源として、γ
−ブチロラクトン及び酪酸を併用し、かつＣ／Ｎを８≦
Ｃ／Ｎ≦４５、好ましくは、１８≦Ｃ／Ｎ≦２２の範囲
とする方法も、生産量向上の点から好ましい。

【００１６】本発明においては具体的には、炭素源の供
給速度は、０．２〜５ｇ／ｈ・ｌで行なわれる。特に
０．５〜２．０ｇ／ｈ・ｌが好ましい。窒素源の供給速
度は、上記炭素源の供給速度に応じて、８≦Ｃ／Ｎ≦４
５の範囲を保つように行なわれる。Ｃ／Ｎが上記範囲よ
り大きい場合には、菌体の増殖が十分でなく、結果とし
て共重合体の収率が低くなり、好ましくない。またＣ／
Ｎが上記範囲より小さい場合には、菌体の増殖の方に炭
素源が消費され、結果として、共重合体の収率が低下す
る。

【００１７】このように培養して得られた培養液から、
瀘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。

【００１８】

【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１〜６及び比較例１〜２ アルカリゲネス ユウトロフスＨ１６（ＡＴＣＣ１７６
９９）を使用して、以下に示す工程により共重合体を製
造した。すなわち、 培地の調整；以下に示す組成の培地成分を脱イオン水
に溶解して１リットルとし、ｐＨ７．５に調整した。

【００１９】 培地の組成 ０．５Ｍ りん酸水素カリウム水溶液 １５ｍｌ ０．２５Ｍ りん酸水素二ナトリウム水溶液 １２４ｍｌ ２０ｗｔ／Ｖ％ 硫酸マグネシウム水溶液 １．０ｍｌ 炭素源＊ ミネラル溶液＊＊ １．０ｍｌ ＊ 炭素源として後記表１に記した様な種々の化合物
を用いた。 ＊＊ ミネラル溶液としては、以下の無機物質を０．１
Ｎ−ＨＣｌ１リットルに溶解したものを用いた。 ＣｏＣｌ₂ １１９．０ｍｇ ＦｅＣｌ₃ ９．７ｇ ＣａＣｌ₂ ７．８ｇ ＮｉＣｌ₂ １１８．０ｍｇ ＣｒＣｌ₂ ６２．２ｍｇ ＣａＳＯ₄ １５６．４ｍｇ

【００２０】炭素源及び窒素源の供給：上記培地に菌
体を加え、以下の条件で、炭素源及び窒素源を供給し
た。 炭素源；γ−ブチロラクトン：フルクトース＝１：１
（重量比） 窒素源 ＝ 硫酸アンモニウム 炭素源滴下速度 ＝ １．０（ｇ／ｈ・ｌ） Ｃ／Ｎ ＝ ５、１０、１３．９、２０（ｇ
／ｇ） ｐＨ ＝ ７．５ Ｔｅｍｐ． ＝ ３０°Ｃ 培養時間 ＝ ４８ｈｒ あるいは、 炭素源；γ−ブチロラクトン：酪酸＝１：１（重量比） 窒素源 ＝ 硫酸アンモニウム 炭素源滴下速度 ＝ ０．８ｇ／ｈ・ｌ Ｃ／Ｎ ＝ ５、１０、２０、４０（ｇ／
ｇ） ｐＨ ＝ ７．５ Ｔｅｍｐ． ＝ ３０°Ｃ

【００２１】菌体の処理：上述の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°Ｃ、０．１ｍｍＨｇ）して乾燥菌体を得
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、この沈澱を瀘
取、乾燥して表１に示す量の共重合体を得た。

【００２２】共重合体の物性測定：このようにして得
られた共重合体の組成、数平均分子量等をつぎのように
して測定した。すなわち、 組成 ： ¹ＨＮＭＲ１００ＭＨ_Zスペクトルによ
る。 分子量 ： ＧＰＣによる。（クロロホルム溶媒、
Ｓｈｏｄｅｘ ８０Ｍカラム、ＲＩディテクター。） 乾燥菌体重量 ： 遠心分離により集菌したもの
を凍結乾燥した。 ポリエステル含率 ： 乾燥菌体中のポリエステル含
率。 組成 ： ３ＨＢ単位と４ＨＢ単位のモル比を¹
ＨＮＭＲより求めた。 結果を表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば３ＨＢ単位と４ＨＢ単位
を含有するポリエステル共重合体を連続的に、高収率に
得ることができる。本発明の方法で得られた共重合体
は、優れた種々の特性を有しているで、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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、栄養源の連続供給下に
   増殖させると同時に、該菌体内において３−ヒドロキシ
   ブチレート単位および４−ヒドロキシブチレート単位か
   らなるポリエステル共重合体を製造する方法において、
   供給栄養源中の炭素源と窒素源の重量比率（Ｃ／Ｎ）
   を、８≦Ｃ／Ｎ≦４５の範囲と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。
2. 【請求項２】 炭素源として、γ−ブチロラクトンおよ
   びフラクトースを使用し、かつ炭素源と窒素源の重量比
   率（Ｃ／Ｎ）を８≦Ｃ／Ｎ≦２５の範囲とすることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のポリエステル共重
   合体の製造方法。
3. 【請求項３】 炭素源として、γ−ブチロラクトンおよ
   び酪酸を使用し、かつ炭素源と窒素源の重量比率（Ｃ／
   Ｎ）を８≦Ｃ／Ｎ≦４５の範囲とすることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項記載のポリエステル共重合体
   の製造方法。