JPH0714353B2

JPH0714353B2 - ポリエステル共重合体の製造方法

Info

Publication number: JPH0714353B2
Application number: JP63136748A
Authority: JP
Inventors: 義治土肥; 正雄国岡; 靖川口
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1988-06-03
Filing date: 1988-06-03
Publication date: 1995-02-22
Anticipated expiration: 2010-02-22
Also published as: JPH01304891A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、３−ヒドロキシブチレート単位（以下3HB成
分と記す）及び４−ヒドロキシブチレート単位（以下4H
B成分と記す）を含有する共重合体の製造法に関する。
詳しくは、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成分、4HB成分からなる新規の共重合ポリエ
ステルの製造法に関する。

〔従来の技術〕

ポリ−３−ヒドロキシブチレート（PHB）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、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。

〔発明が解決しようとする問題点〕しかしながら、PHB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成分および３−ヒドロキシバリレート単位
（以下3HV成分と記す）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59−220192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成分が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℃
から85℃まで急激に低下することが知られており〔T.L.
Bluhm et al,Macromolecules,19,2871（1986）〕、その
ため3HV成分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成分および4HB成分を含有する共
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（特願昭62−204538）。かかる共重合体
は、4HB成分の共重合成分含有率が高い場合でも高融点
を示すことから、工業的に有利なものであったが、一方
特願昭62−204530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。

また、工業的に有利に製造を行なう際には、乾燥菌体中
のポリエステル含量を高める為の条件を見い出すことが
必要であった。

〔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成分および4HB成分か
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、1,4−ブタンジオールの存在下、後
段の窒素もしくはリンを制限する培養において、pHなら
びに溶存酸素濃度をコントロールすることにより、PHB
生産能を有する微生物菌体中に所望の共重合体が収率良
く生成、蓄積されることを見い出し、本発明に到達し
た。

すなわち本発明は、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菌を用い、前段で該菌体
を増殖させ、後段で1,4−ブタンジオールを炭素源とし
て、該菌体を窒素あるいはリンの制限下培養して、該菌
体内に３−ヒドロキシブチレート単位と４−ヒドロキシ
ブチレート単位とからなるポリエステル共重合体を生成
・蓄積させるに際して、後段の培養をpH6〜10かつ溶存
酸素濃度0.5〜40ppmの条件で行なう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。

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成分および4HB
成分はそれぞれ次式であらわされる。

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（Alcaligenes faecalis）、
アルカリゲネスルーランディィ（Alcaligenes ruhlandi
i）、アルカリゲネスラタス（Alcaligenes latus）、
アルカリゲネスアクアマリヌス（Alcaligenes aquama
rinus）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。

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NCIB11598、同NCIB11599、同NCIB116
00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 DETERMINATIVE BA
CTERIOLOGY:Eighth Edition,The Williams ＆ Wilkins
Company/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.Micl
obiol.,115,185〜195（1979）にそれぞれ記載されてい
る。

これらの微生物は、従来の方法と同様に、主として菌体
を増殖させる前段の培養と、窒素もしくはリンを制限し
て菌体内に共重合体を主成蓄積させる後段の培養との２
段で培養される。

前段の培養は、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、使用する微生物が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、糖密、
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、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
ブ・リカー、カゼイン、ペプトン、酵母エキス、肉エキ
ス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。

培養条件としては、温度は、たとえば、20〜40℃程度、
好ましくは25〜35℃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、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のいずれでもよ
い。

前段の培養によって得られた菌体を、さらに窒素および
／またはりん制限条件下で培養する。

すなわち、前段の培養で得られた培養液から微生物の菌
体を、ろ過および遠心分離のような通常の固液分離手段
により分離回収し、この菌体を後段の培養に付するか、
または、前段の培養において、窒素および／またはりん
を実質的に枯渇させて、菌体を分離回収することなく、
この培養液を後段の培養に移行させることによってもで
きる。

この後段の培養においては培地または培養液に窒素およ
び／またはリンを実質的に含有させず、1,4−ブタンジ
オールを炭素源として含有させる。培養液に1,4−ブタ
ンジオールを含有させるのは、培養の初期ないし後期の
どの時点でもよいが、培養の初期が好ましい。

後段の培養条件としては、pHは６〜10、好ましくは７〜
８であり、また溶存酸素濃度は0.5〜40ppm、好ましくは
５〜20ppmである。これらの条件をはずして培養した場
合には、乾燥菌体中に生成蓄積するポリエステル含有量
が極めて低くなり、工業的に製造する場合には効果的で
ない。培養温度は、20〜40℃程度、好ましくは25〜35℃
程度である。

本発明に用いられる1,4−ブタンジオールは、共重合体
を生成させることができ、かつ微生物の生育を阻害しな
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）などによって異なるが、一
般的には培地もしくは培養液１に３〜40g程度が適当
である。

この後段の培養においては1,4−ブタンジオールを炭素
源としてもよいが、使用した微生物が資化し得る他の炭
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、プロピオン酸、ｎ−酪酸、乳酸
および吉草酸などを共存させることもできる。たとえ
ば、グルコースを使用する場合には、多くても1.5g/
程度とされる。

このように培養して得られた培養液から、ろ過および遠
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成分、4HB成
分の割合は各々40〜99モル％、１〜60モル％の範囲で任
意に調節することができる。

〔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１〜５及び比較例１〜４アルカリゲネスユウトロフスH16（ATCC17699）を使用
して共重合体を製造した。すなわち、前段培養：つぎの組成を有する培地で前記の微生物を30℃で24時間
培養し、対数増殖期終期の培養液から遠心分離により菌
体を分離した。

前段培養用培地の組成酵母エキス 10g ポリペプトン 10g 肉エキス 5g （NH₄）₂SO₄ 5g これらを脱イオン水１に溶解し、pH7.0に調整した。

後段培養：前段培養で得られた菌体を、つぎの組成を有する培地
に、１あたり5gの割合で懸濁させ、pHを表１に示すよ
うな値に調整後、100〜500rpmで撹拌しながら空気ある
いは純粋酸素ガスでバブリングし、酸素電極により溶存
酸素濃度を測定した。30℃で48時間培養し、得られた培
養液から遠心分離により菌体を分離して、菌体を得た。

後段培養用培地の組成 0.5Mりん酸水素カリウム水溶液 39.0ml 0.5Mりん酸水素二カリウム水溶液 53.6ml 20wt/V％硫酸マグネシウム水溶液 1.0ml 炭素源^＊ミネラル溶液^＊＊＊炭素源として後記表１に記した様に1,4−ブタンジ
オールを用いた。（単位g/培地）＊＊ミネラル溶液 CoCl₂ 119.0mg FeCl₃ 9.7 g CaCl₂ 7.8 g NiCl₂ 118.0mg CrCl₂ 62.2mg CaSO₄ 156.4mg を0.1N−HCl1に溶解これらを脱イオン水１に溶解し、任意のpHに調整し
た。

菌体の処理：後段培養で得られた菌体を蒸溜水で洗浄し、引続きアセ
トンで洗浄し、これを減圧乾燥（20℃、0.1mmHg）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をＨ−NMRスペ
クトルにより決定した。

測定結果などを表１に示す。

〔発明の効果〕本発明によれば、3HB成分及び4HB成分を含有する新規の
ポリエステル共重合体を収率良く容易に得ることができ
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

【特許請求の範囲】

【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用い、前段で該菌体を増殖
させ、後段で1,4−ブタンジオールを炭素源として、該
菌体を窒素あるいはリンの制限下培養して、該菌体内に
３−ヒドロキシブチレート単位と４−ヒドロキシブチレ
ート単位とからなるポリエステル共重合体を生成・蓄積
させるに際して、後段の培養をpH6〜10かつ溶存酸素濃
度0.5〜40ppmの条件で行なうことを特徴とする、ポリエ
ステル共重合体の製造方法。