JPH0889264A

JPH0889264A - ポリエステル共重合体の製造方法

Info

Publication number: JPH0889264A
Application number: JP6224977A
Authority: JP
Inventors: Yuji Saito; 祐二斎藤; Yoshiharu Doi; 義治土肥
Original assignee: CHIKYU KANKYO SANGYO GIJUTSU; CHIKYU KANKYO SANGYO GIJUTSU KENKYU KIKO; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: CHIKYU KANKYO SANGYO GIJUTSU; CHIKYU KANKYO SANGYO GIJUTSU KENKYU KIKO; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1994-09-20
Filing date: 1994-09-20
Publication date: 1996-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】共重合ポリエステルの微生物を用いた製造方法
において、４−ヒドロキシブチレイト単位の存在比が従
来より高いものが得られる方法を提供する。【構成】コマモナス属に属する菌（例えば、コマモナス
−アシドボランズＩＦＯ１３５８２）を、１，４−ブタ
ンジオールまたは４−ヒドロキシ酪酸イオンを含む培地
で培養し、当該培養物から前記共重合ポリエステルを採
取する。なお、図２中の「３ＨＢ」は下記の（１）式に
示す３−ヒドロキシブチレイト単位、「４ＨＢ」は下記
の（２）式に示す４−ヒドロキシブチレイト単位であ
る。 −ＯＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂ＣＯ− ………（１） −ＯＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＯ− ………（２）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、微生物により分解可
能で生体適合性にも優れた熱可塑性プラスチックであ
る、３−ヒドロキシブチレイト単位と４−ヒドロキシブ
チレイト単位とからなる共重合ポリエステルの、微生物
を用いた製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】エネルギー貯蔵物質として多種類の微生
物の細胞内に蓄積されるポリヒドロキシアルカノエイト
は、微生物により分解可能なプラスチック材料として注
目されている。このようなポリヒドロキシアルカノエイ
トのうち、特に、３−ヒドロキシブチレイト単位のみか
らなるポリ−３−ヒドロキシブチレイトは、微生物によ
る分解性に優れるとともに、加水分解性、生体適合性、
光学活性をも有する機能性材料として評価されている。
しかしながら、このポリ−３−ヒドロキシブチレイト
は、結晶性が高いことから脆性であるため未だ実用化に
は至っていない。

【０００３】これに対して、近年、水素細菌のアルカリ
ゲネス−ユートロファス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ−ｅ
ｕｔｒｏｐｈｕｓ）は、炭素源として４−ヒドロキシ酪
酸や１，４−ブタンジオール等を用いると、３−ヒドロ
キシブチレイト単位と４−ヒドロキシブチレイト単位と
からなる共重合ポリエステルを生産することが確認され
ており、その製造方法については、例えば特開昭６４−
４８８２１号公報や特開平１−１５６３２０号公報に記
載されている。

【０００４】このような３−ヒドロキシブチレイト単位
と４−ヒドロキシブチレイト単位とからなる共重合ポリ
エステルは、当該共重合体における４−ヒドロキシブチ
レイト単位の存在量に応じて、結晶性の高いプラスチッ
クから弾性に富むゴムまで幅広い性質の高分子材料とな
り得ることが確認されている。したがって、用途に応じ
た性質となるように当該共重合体における４−ヒドロキ
シブチレイト単位の存在量を制御することにより、多様
な用途に対応することが期待される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな３−ヒドロキシブチレイト単位と４−ヒドロキシブ
チレイト単位とからなる共重合ポリエステルについて
は、前述の特開昭６４−４８８２１号公報や特開平１−
１５６３２０号公報に記載されているアルカリゲネス−
ユートロファスを用いた製造方法によると、当該共重合
体における４−ヒドロキシブチレイト単位の存在比が６
０モル％以下のものしか得られないため、極めて柔軟で
強靱な性質を必要とする用途（例えば、構造材料や釣り
糸、手術用糸等）には適用できない。

【０００６】また、前述の公報に記載されているよう
に、このようなアルカリゲネス−ユートロファスを用い
て前記共重合ポリエステルを製造するためには、当該菌
体は窒素やリンの存在下では当該共重合体を生産し難い
ため、当該菌体の培養を前後段に分けて、前段で当該菌
体の増殖を行った後に、後段で炭素源を含み且つリンお
よび／または窒素制限下の培地において当該菌体の培養
を行う必要がある。そのため、当該共重合体の製造工程
が複雑となっている。

【０００７】この発明は、このような従来技術の問題点
を解決するためになされたものであり、３−ヒドロキシ
ブチレイト単位と４−ヒドロキシブチレイト単位とから
なる共重合ポリエステルの微生物を用いた製造方法にお
いて、前記４−ヒドロキシブチレイト単位の存在比が６
０モル％を超える共重合ポリエステルが得られ、さらに
は菌体の培養が一工程でなされる方法を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に係るポリエステル共重合体の製造方法
は、下記の（１）式で表される３−ヒドロキシブチレイ
ト単位と下記の（２）式で表される４−ヒドロキシブチ
レイト単位とからなる共重合ポリエステルの生産能力を
有するコマモナス属に属する菌を、１，４−ブタンジオ
ールまたは４−ヒドロキシ酪酸イオンを含む培地で培養
し、当該培養物から前記共重合ポリエステルを採取する
ことを特徴とするものである。

【０００９】 −ＯＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂ＣＯ− ………（１） −ＯＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＯ− ………（２）前記コマモナス属に属する菌としては、例えばコマモナ
ス−アシドボランズ（Ｃｏｍａｍｏｎａｓ−ａｃｉｄｏ
ｖｏｒａｎｓ）菌株があり、これらの菌株として入手が
容易なものに、コマモナス−アシドボランズＩＦＯ１３
５８２がある。

【００１０】本発明の方法で使用する培地は、炭素源と
して少なくとも１，４−ブタンジオールまたは４−ヒド
ロキシ酪酸イオンを含むものであるが、これ以外の炭素
源として、通常使用されているグルコース、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、乳酸などを含んでいてもよい。また、本発明の
方法で使用する培地には、通常使用されるような栄養成
分、例えば酵母エキスやミネラル類、ビタミン類等を含
むことができる。

【００１１】

【作用】この発明に係るポリエステル共重合体の製造方
法によれば、コマモナス属に属する菌を用いて、１，４
−ブタンジオールまたは４−ヒドロキシ酪酸イオンを含
む培地で培養することにより、当該培養物から、４−ヒ
ドロキシブチレイト単位を６０モル％より多く含む共重
合ポリエステルが得られる。また、この菌株による当該
共重合体の合成は、リンや窒素の存在下においても容易
になされるため、アルカリゲネス−ユートロファスを用
いた場合のように当該菌体の培養を前後段に分ける必要
がなく、一工程で菌体の増殖と共重合体の合成とがなさ
れる。

【００１２】

【実施例】

〔実施例１〕ポリペプトン１ｇ、酵母エキス０．５ｇ、
および塩化ナトリウム０．５ｇを含む１００ミリリット
ルの培地に、凍結保存したコマモナス−アシドボランズ
（ＩＦＯ１３５８２）を１ミリリットル接種し、３０℃
で２４時間好気的に培養することにより、当該菌体を増
殖した。このようにして増殖された菌体を含む培養液を
遠心分離機にかけて、増殖された菌体を回収した。この
回収された菌体を、以下に示す組成の、唯一の炭素源と
して１，４−ブタンジオールまたは４−ヒドロキシ酪酸
を所定濃度含む窒素制限の培地で、４８時間好気的に培
養した。

【００１３】＜培地組成＞脱イオン水１００ミリリットル炭素源（表１参照）１．０ｇまたは１．５ｇ０．５Ｍリン酸水素カリウム水溶液３．９ミリリットル０．５Ｍリン酸水素二カリウム水溶液５．３６ミリリットル２０ｗｔ／Ｖ％硫酸マグネシウム水溶液０．１ミリリットル（全量100ミリリットルにMgSO₄20ｇの割合）ミネラル溶液（下記の組成のもの）０．１ミリリットル＜ミネラル溶液の組成＞０．１ＮＨＣｌ１リットルＣｏＣｌ₂ １１９．０ｍｇＮｉＣｌ₂ １１８．０ｍｇＦｅＣｌ₂ ９．７ｍｇＣｒＣｌ₂ ６２．２ｍｇＣａＣｌ₂ ７．８ｍｇＣｕＳＯ₄ １５６．４ｍｇ培養終了後、菌体を所定の方法で回収し、凍結乾燥して
乾燥菌体を得た。得られた乾燥菌体から熱クロロホルム
で細胞内に蓄積された物質を抽出し、濃縮した抽出液に
ヘキサンを添加して共重合ポリエステルを沈殿させ、再
沈殿した後に濾過して得られた共重合ポリエステルを乾
燥させた。また、前記乾燥菌体の重量とこの乾燥した共
重合ポリエステルの重量とを測定し、これらの測定値か
ら菌体中のポリエステル含有量を算出した。また、得ら
れた共重合ポリエステルをガスクロマトグラフィーと¹
Ｈ−ＮＭＲスペクトルにかけ、３−ヒドロキシブチレイ
ト単位と４−ヒドロキシブチレイト単位の存在割合を調
べた。

【００１４】これらの結果を、培地に使用した炭素源お
よびその濃度とともに下記の表１に示す。なお、表１の
「ＰＨＡ」は共重合ポリエステルを示し、「３ＨＢ」は
３−ヒドロキシブチレイト単位を、「４ＨＢ」は４−ヒ
ドロキシブチレイト単位をそれぞれ示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１に示すように、コマモナス−アシドボ
ランズ（ＩＦＯ１３５８２）菌体は、１，４−ブタンジ
オールまたは４−ヒドロキシ酪酸を含む培地で培養する
ことにより、４−ヒドロキシブチレイト単位を９７モル
％以上含む共重合ポリエステルを、乾燥菌体の２０ｗｔ
％に近いまたはそれ以上の割合で生産することが分か
る。〔実施例２〕以下に示す組成の培地１リットルに、凍結
保存したコマモナス−アシドボランズ（ＩＦＯ１３５８
２）を５０ミリリットル接種し、３０℃で１４０時間好
気的に培養した。培養中に所定の培養時間毎に培養液を
採取し、各培養液を遠心分離機にかけて菌体を回収し、
回収された菌体を凍結乾燥した。

【００１７】＜培地組成＞脱イオン水１リットルグルコース４０ｇ酵母エキス１６ｇ４−ヒドロキシ酪酸ナトリウム１０ｇ０．５Ｍリン酸水素カリウム水溶液３９．０ミリリットル０．５Ｍリン酸水素二カリウム水溶液５３．６ミリリットル２０ｗｔ／Ｖ％硫酸マグネシウム水溶液１．０ミリリットル（全量100ミリリットルにMgSO₄20ｇの割合）ミネラル溶液（実施例１と同じ組成のもの）１ミリリットル得られた乾燥菌体から熱クロロホルムで細胞内に蓄積さ
れた物質を抽出し、濃縮した抽出液にヘキサンを添加し
て共重合ポリエステルを沈殿させ、再沈殿した後に濾過
して得られた共重合ポリエステルを乾燥させた。また、
前記乾燥菌体の重量とこの乾燥した共重合ポリエステル
の重量とを測定し、これらの測定値から菌体中のポリエ
ステル含有率を算出した。また、得られた各共重合ポリ
エステルをガスクロマトグラフィーと¹³Ｃ−ＮＭＲスペ
クトルにかけ、３−ヒドロキシブチレイト単位（３Ｈ
Ｂ）と４−ヒドロキシブチレイト単位（４ＨＢ）の存在
割合および連鎖状態を調べた。

【００１８】これらの結果を図１〜３に示す。図１は、
培養時間と、ポリエステル含有率および培地１リットル
当たりの乾燥菌体重量との関係を示すグラフであり、図
２は、培養時間と得られた共重合ポリエステル中の前記
各単位の存在率との関係を示すグラフであり、図３は、
９８時間の培養で得られた共重合ポリエステルの５００
ＭＨｚでの¹³Ｃ−ＮＭＲスペクトルの解析結果である。
なお、図３の構造式に付した数字は、¹³Ｃ−ＮＭＲスペ
クトルの各ピークの数字に対応するものである。

【００１９】これらの結果から、コマモナス−アシドボ
ランズ（ＩＦＯ１３５８２）菌体は、グルコース、酵母
エキス、および４−ヒドロキシ酪酸ナトリウムを含む培
地で培養することにより、４−ヒドロキシブチレイト単
位を９０モル％以上含む共重合ポリエステルを生産する
ことが分かる。また、得られた共重合体は、¹³Ｃ−ＮＭ
Ｒスペクトル解析の結果、３−ヒドロキシブチレイト単
位と４−ヒドロキシブチレイト単位とがランダムに共重
合した理想的なランダム共重合体であることが分かる。〔実施例３〜１４〕以下に示す各組成の培地１リットル
に、凍結保存したコマモナス−アシドボランズ（ＩＦＯ
１３５８２）を５０ミリリットル接種し、３０℃で好気
的に培養した。培養開始後４８時間または７６時間に培
養液を採取し、各培養液を遠心分離機にかけて菌体を回
収し、回収された菌体を凍結乾燥した。

【００２０】＜培地組成＞脱イオン水１リットルグルコース（表２参照）４０ｇ，２０ｇ酵母エキス（表２参照）１６ｇ，８ｇ，４ｇ，２ｇ４−ヒドロキシ酪酸ナトリウム１０ｇ０．５Ｍリン酸水素カリウム水溶液３９．０ミリリットル０．５Ｍリン酸水素二カリウム水溶液５３．６ミリリットル２０ｗｔ／Ｖ％硫酸マグネシウム水溶液１．０ミリリットル（全量100ミリリットルにMgSO₄20ｇの割合）ミネラル溶液（実施例１と同じ組成のもの）１ミリリットル得られた乾燥菌体から熱クロロホルムで細胞内に蓄積さ
れた物質を抽出し、濃縮した抽出液にヘキサンを添加し
て共重合ポリエステルを沈殿させ、再沈殿した後に濾過
して得られた共重合ポリエステルを乾燥させた。また、
前記乾燥菌体の重量とこの乾燥した共重合ポリエステル
の重量とを測定し、これらの測定値から菌体中のポリエ
ステル含有率を算出した。また、得られた各共重合ポリ
エステルをガスクロマトグラフィーにかけて、３−ヒド
ロキシブチレイト単位（３ＨＢ）と４−ヒドロキシブチ
レイト単位（４ＨＢ）の存在割合を調べた。

【００２１】これらの結果を、使用した各培地の組成と
ともに下記の表２に示す。なお、表１の「ＰＨＡ」は共
重合ポリエステルを示し、「３ＨＢ」は３−ヒドロキシ
ブチレイト単位を、「４ＨＢ」は４−ヒドロキシブチレ
イト単位をそれぞれ示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】表２に示すように、コマモナス−アシドボ
ランズ（ＩＦＯ１３５８２）菌体は、４−ヒドロキシ酪
酸ナトリウムを含む培地で培養することにより、培養時
間や酵母エキスの濃度に係わらず、４−ヒドロキシブチ
レイト単位を７０モル％以上含む共重合ポリエステル
を、乾燥菌体の１０ｗｔ％以上の割合で生産することが
分かる。また、培地中の酵母エキス量を多くすることに
より、４−ヒドロキシブチレイト単位が１００％のポリ
−４−ヒドロキシブチレイトを得ることも可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のポリエ
ステル共重合体の製造方法によれば、コマモナス属の菌
体を、１，４−ブタンジオール、または４−ヒドロキシ
酪酸イオンを含む培地で培養することにより、４−ヒド
ロキシブチレイト単位を例えば７０モル％以上の高い比
率で含有する共重合ポリエステルを得ることができる。
また、当該菌体の培養が一工程でなされるため、共重合
ポリエステルを容易に効率良く得ることができる。

【００２５】このような４−ヒドロキシブチレイト単位
を高い比率で含有する共重合ポリエステルは、生体適合
性が高いとともに、極めて柔軟で且つ強靱な性質を備え
ているため、構造材料や釣り糸、手術糸などの医療用材
料として有用なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】〔実施例２〕において得られた共重合ポリエス
テルに関し、培養時間と、ポリエステル含有率および培
地１リットル当たりの乾燥菌体重量との関係を示すグラ
フである。

【図２】〔実施例２〕において得られた共重合ポリエス
テルに関し、培養時間と、共重合ポリエステル中の前記
各単位の存在率との関係を示すグラフである。

【図３】〔実施例２〕において得られた、培養時間が９
８時間の共重合ポリエステルの５００ＭＨｚでの¹³Ｃ−
ＮＭＲスペクトルである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の（１）式で表される３−ヒドロキ
シブチレイト単位と下記の（２）式で表される４−ヒド
ロキシブチレイト単位とからなる共重合ポリエステルの
生産能力を有するコマモナス属に属する菌を、１，４−
ブタンジオール、または４−ヒドロキシ酪酸イオンを含
む培地で培養し、当該培養物から前記共重合ポリエステ
ルを採取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。 −ＯＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂ＣＯ− ………（１） −ＯＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＯ− ………（２）