JPH0779788A - ポリ−3−ヒドロキシ酪酸の抽出法 - Google Patents

ポリ−3−ヒドロキシ酪酸の抽出法

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JPH0779788A
JPH0779788A JP5230334A JP23033493A JPH0779788A JP H0779788 A JPH0779788 A JP H0779788A JP 5230334 A JP5230334 A JP 5230334A JP 23033493 A JP23033493 A JP 23033493A JP H0779788 A JPH0779788 A JP H0779788A
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phb
cells
hydroxybutyric acid
poly
tetrahydrofuran
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JP5230334A
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Hiroyuki Matsushita
浩幸 松下
Shogo Yoshida
省吾 吉田
Toraichi Tawara
寅一 田原
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Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
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Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 テトラヒドロフランまたはその誘導体を抽出
溶剤として菌体からポリ−3−ヒドロキシ酪酸を抽出す
る。 【効果】 安全で、入手しやすく、しかも安価な抽出溶
剤を用い、乾燥菌体あるいは湿菌体の如何を問わず、こ
れら菌体からポリ−3−ヒドロキシ酪酸を高収率で抽出
できる。しかも抽出後の溶液を室温に冷却するだけでポ
リ−3−ヒドロキシ酪酸をゲル化あるいは析出させるこ
とが出来、容易に回収することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、菌体内に蓄積した3−
ヒドロキシ酪酸単位からなるポリ−3−ヒドロキシ酪酸
(以下PHBと記す)を菌体から抽出する方法に関す
る。更に詳しくは、テトラヒドロフランまたはその誘導
体を抽出溶剤として用い、菌体からPHBを溶剤抽出す
る方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ポリ−3−ヒドロキシ酪酸は、数多くの
微生物のエネルギー貯蔵物質として菌体内部に蓄積さ
れ、生物分解性と生物適合性をもつ熱可塑性高分子であ
る。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っている。それ故、PHB
は、“クリーン”プラスチックとして注目され、使用期
間が比較的短い商品の包装や手術糸、骨折固定用材など
の医療材料および医薬や農薬を徐々に放出する徐放性シ
ステムなど多方面への応用可能な有用な天然高分子であ
り長年にわたり期待されている。
【0003】PHBの製造は、細菌例えばシュードモナ
ス(Pseudomonas )属、アルカリゲネス(Alcaligenes
)属、プロトモナス(Protomonas)属、アゾトバクタ
ー( Azotobacter)属、ノカルジア(Nocardia)属等の
細菌を培養し菌体内にPHBを顆粒状に蓄積せしめた
後、菌体を培養液より集菌し、その菌体から分離精製し
て行われる。
【0004】菌体からのPHBの分離精製は、菌体と抽
出溶剤とを接触させ菌体よりPHBを抽出する方法と、
菌体のPHB以外の成分を酵素などで取り除く方法が知
られている。溶剤抽出に従来用いられている溶剤として
クロロホルム(特開昭57-65193号)、塩化メチレン(特
開昭57-65193号)、ピリジン(米国特許第3036959 )な
どが知られている。しかし、これらの溶剤では、乾燥菌
体からしか抽出できず湿菌体からPHBを抽出できない
ため培養液から得られた菌体を乾燥する工程が必要とな
ってくる。また、抽出後得られた抽出液に、メタノール
等のPHBを溶解しない溶剤を添加しPHBを析出させ
なければならない。その際、そのPHB非溶解性溶剤を
多量に必要とし、非常に大きな製造設備が必要となり経
済的な方法とはいい難い。特開平2-69187 には溶剤によ
る湿菌体からのPHBの抽出方法が記載されているが、
ここで用いられる溶剤はいずれも特殊なものであり経済
性等の点で工業的に不十分である。
【0005】一方、溶剤抽出法による精製では菌株によ
る差異が見られないのに比べ、PHB以外の成分を酵素
などで可溶化して取り除く精製法では湿菌体を使用する
ことができるが、酵素、界面活性剤等の効果が菌株によ
り著しく異なり、高純度のPHBを得るためには数多く
の工程が必要になる場合がある 。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術における上記したような課題を解決し、安価で入手
しやすい溶剤を用いて湿菌体のままでPHBを抽出で
き、しかもその抽出溶液からPHBを容易に得ることが
できる抽出方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
安価で入手しやすい溶剤を用いて湿菌体のままでPHB
を抽出でき、しかもその抽出溶液からPHBを容易に得
ることができる抽出方法について鋭意検討を重ねた結
果、意外にも室温ではPHBをほとんど溶解しないテト
ラヒドロフラン及びその誘導体が、60℃以上、好まし
くは80℃以上ではPHBの良溶剤となってPHBを高
濃度に溶解することを見出した。また、これらの溶剤が
乾燥菌体だけでなく、湿菌体からも高収率で抽出可能で
あることも見いだした。更に、溶解したPHBは溶解液
を冷却することでほとんど全て析出またはゲル化し、多
量のPHB非溶解性溶剤を用いずとも高純度のPHBが
得られることを見いだした。本発明に使用される抽出溶
剤はテトラヒドロフラン及びその誘導体がある。テトラ
ヒドロフランの誘導体としては、2−メチルテトラヒド
ロフラン、3−メチルテトラヒドロフランなどが挙げら
れる。これらの溶剤のうち、テトラヒドロフランおよび
3−メチルテトラヒドロフランが本発明の抽出溶剤とし
て特に好ましい。
【0008】すなわち、本発明は菌株を問わず、PHB
を含有する菌体よりPHBを抽出精製する方法におい
て、テトラヒドロフランまたはその誘導体を抽出溶剤と
して用いることを特徴とするPHBの抽出法に関するも
のである。また、本発明におけるPHBを含有する菌体
とは、PHBを菌体内に蓄積した細菌細胞であり、この
ような細菌として例えば、アゾトバクター ビネランデ
ィー(Azotobacter vinelandii)、アルカリゲネス ユ
ウトロフス(Alcaligenes eutrophus )、プロトモナス
エクストルクエンス(Protomonas extorquens )等に
属するものが挙げられる。その菌体は上記の細菌をグル
コース、フラクトース、メタノール、酢酸、酪酸などの
炭素源、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、ペプト
ンなどの窒素源、リン酸カリウム、リン酸ナトリウム等
のリン酸源およびその他細菌の増殖に必要なミネラル、
微量栄養源を含む培地で、炭素源以外の菌体増殖に必須
の栄養素などが増殖の制限因子となるようにして好気的
に培養し、その培養液から遠心分離等の方法で集菌して
得られる。もちろん、その菌体を更に乾燥したもの、ま
たはメタノール、アセトン等の脂質溶剤で洗浄乾燥した
ものも菌体として用いることができる。
【0009】本発明の方法により実際に菌体から抽出溶
剤を用いてPHBを抽出する際、その抽出溶剤が、菌体
を除く全液体に対して70重量%以上含有されていれば
良い。すなわち、30重量%未満の範囲であれば、湿菌
体により持ち込まれる水のようなPHB非溶解性溶剤が
含まれていても良い。PHB非溶解性溶剤の割合が30
重量%を超える場合、PHBの溶解性が低くなったり、
PHB溶液の粘度が高くなったり、PHBの劣化をもた
らしたりするおそれがあるので好ましくない。抽出溶剤
は、最終的にPHB濃度が3〜10%になるように加え
るのが適当である。その抽出温度は、60℃以上、好ま
しくは80℃以上である。
【0010】純粋なPHBを得るために、PHBを含有
する菌体を、好ましくは発酵槽溶液の遠心分離によって
発酵槽溶液から単離する。単離された菌体を本発明によ
る抽出剤の1つ中で攪はんし、60〜130℃の温度に
加熱し、20〜80分この温度で抽出する。この際、P
HB濃度は3〜10%に、水分濃度は30%を超えない
ようにする。次いでPHBを溶解含有した抽出溶剤を不
溶性菌体と分離する。この際、PHBを溶解含有した抽
出溶剤は加圧状態であり、分離を行うときは加圧状態で
行っても良いが、60℃まで冷却した後分離しても良
い。これは、60℃に保温してあれば数時間、少なくと
も2時間は溶解したPHBが析出してこないからであ
る。分離は常法で行うことができる。この場合加熱され
た濾過器を使用するのが有利である。というのは分離が
この方法で問題なく簡単に行われるからである。その後
PHBを含有する分離された溶液を室温程度に冷却し、
溶解したPHBを完全にゲル化または析出させる。PH
Bの単離は、冷却したPHB溶解溶液から液体を濾過、
遠心分離など通常の方法で行われる。単離されたPHB
を水、メタノール、エタノール、アセトン、またはその
混合物で後洗浄し、次いで乾燥する。PHBの乾燥は、
常法、たとえば気流乾燥、真空乾燥などで行われる。
【0011】
【実施例】次に本発明を実施例によりさらに具体的に説
明するが、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 プロトモナス エクストルクエンス (Protomonas exto
rquens) K(微工研菌寄第8395号)をメタノールを
唯一の炭素源とする完全合成培地を用いて、窒素供給を
菌体増殖の制限因子になるようにして回分培養を行い、
その発酵槽溶液の遠心分離によって湿菌体を得た。この
湿菌体は、水分含有率82重量%、菌体乾燥重量に対す
るPHB含有率59.5%であり、菌体中PHBの分子
量は2×105 であった。この湿菌体22.9gとテト
ラヒドロフラン50mlとを耐圧管中に入れ、120℃
で60分処理した。その後60℃に冷却した後、60℃
に加温した吸引濾過器で不溶性菌体を分離した後、溶液
を室温まで冷却した。冷却によってPHBは完全にゲル
化して沈澱した。沈澱したゲルを吸引濾取した後、メタ
ノールを加えて十分に攪はんして洗浄した。次いで、ゲ
ルを吸引濾過、乾燥し1.88g(理論値の77%に相
当する)のPHB粉末を得た。得られた粉末の純度は約
100%であり、分子量は1.5×105 であった。
【0012】実施例2 実施例1と同様な手法で得られた水分含有率67重量
%、菌体乾燥重量に対するPHB含有率59.5%、菌
体中PHBの分子量が2×105 である湿菌体15.6
gと3−メチルテトラヒドロフラン50mlとを耐圧管
に入れ、120℃で60分処理した。その後60℃に冷
却した後、60℃に加温した吸引濾過器で不溶性菌体を
分離した後、溶液を室温まで冷却した。この場合PHB
は完全にゲル化し沈澱した。その沈澱したゲルを吸引濾
取した後、メタノールを加え十分に攪はんして洗浄し
た。次いで、ゲルを吸引濾過、乾燥し、2.48g(理
論値の81%に相当する)のPHB粉末を得た。得られ
た粉末の純度は約100%であり、分子量は1.6×1
5 であった。
【0013】実施例3 実施例1と同様な湿菌体をテトラヒドロフランを抽出溶
剤に用い、実施例1で示した抽出操作を80℃で行い、
その後60℃に冷却した後、60℃に加温した吸引濾過
器で不溶性菌体を分離した後、溶液を室温まで冷却し
た。冷却によって沈澱したゲルを吸引濾取した後、メタ
ノールを加え十分に攪はんして洗浄した。次いで吸引濾
過、乾燥し1.92gのPHB(理論値の78%に相当
する)の粉末を得た。その粉末の純度は約100%であ
り、分子量は1.8×105 であった。
【0014】実施例4 プロトモナス エクストルクエンス (Protomonas exto
rquens) K(微工研菌寄第8395号)を実施例1で示
したのと同様にメタノールを炭素源とし、窒素供給を菌
体増殖の制限因子になるようにして回分培養を行い、そ
の発酵槽溶液の遠心分離によって得られた湿菌体を凍結
乾燥し、菌体乾燥重量に対するPHB含有率が44%、
菌体中PHBの分子量が1.4×105 である乾燥菌体
を得た。この乾燥菌体2.5gを20mlのテトラヒド
ロフランに懸濁し、120℃、60分抽出を行った。そ
の後60℃に冷却した後、60℃に加温した吸引濾過器
で不溶性菌体を分離した後、溶液を室温まで冷却した。
この冷却によってPHBは完全にゲル化して沈澱した。
沈澱したゲルを吸引濾取した後、メタノールを加え十分
に攪はんして洗浄した。次いで、ゲルを吸引濾過、乾燥
し、0.97g(理論値の88%に相当する)のPHB
粉末を得た。得られた粉末の純度は98%であり、分子
量は1.3×105 であった。
【0015】実施例5 アルカリゲネス ユウトロフス (Alcaligenes eutrophu
s) NCIB 11509をグルコースを炭素源とし、窒素供給を
菌体増殖の制限因子になるようにして好気的に回分培養
を行い、その発酵槽溶液の遠心分離によって得られた湿
菌体を凍結乾燥し、菌体乾燥重量に対するPHB含有率
が53%、菌体中PHBの分子量が3.0×105 であ
る乾燥菌体を得た。この乾燥菌体3.0gをテトラヒド
ロフラン40mlに懸濁し、120℃、60分抽出を行
った。その後60℃に冷却した後、60℃に加温した吸
引濾過器で不溶性菌体を分離した後、溶液を室温まで冷
却した。この冷却によってPHBは完全にゲル化して沈
澱した。沈澱したゲルを吸引濾取した後、メタノールを
加え十分に攪はんして洗浄した。次いで、ゲルを吸引濾
過、乾燥し、1.35g(理論値の85%に相当する)
のPHB粉末を得た。得られた粉末の純度は99%であ
り、分子量は2.5×105 であった。
【0016】実施例におけるPHBの分子量の測定は、
ゲルクロマトグラフィー(ShodexGPC K, 90 cmカラム、
溶媒:クロロホルム, 1.0ml/min 、ポリスチレンスタン
ダード、RI検出)によって行った。また菌体のPHB
含有率、得られたPHBの純度の測定は、PHBをメチ
ルエステル化してガスクロマトグラフィーにより行っ
た。水分含有率は、乾燥減量により測定した。
【0017】
【発明の効果】本発明により、安全で、入手が容易で、
しかも安価な溶剤を用いて乾燥菌体、湿菌体のいずれか
らも少なくとも98%の極めて高純度のPHBを良好な
収率で取得可能となる。また、抽出後、PHB溶解溶液
を冷却するのみで溶解したPHBのほとんど全てがゲル
化または析出し、容易に回収できる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリ−3−ヒドロキシ酪酸を含有する菌
    体からポリ−3−ヒドロキシ酪酸を抽出するに際して、
    テトラヒドロフランまたはその誘導体を抽出溶剤として
    使用することを特徴とするポリ−3−ヒドロキシ酪酸の
    抽出法。
  2. 【請求項2】 抽出温度を60℃以上とする請求項1記
    載の抽出法。
  3. 【請求項3】 抽出溶剤が、テトラヒドロフランまたは
    3−メチルテトラヒドロフランである請求項1記載の抽
    出法。
JP5230334A 1993-09-16 1993-09-16 ポリ−3−ヒドロキシ酪酸の抽出法 Pending JPH0779788A (ja)

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