KR19990080695A - Biodegradable Poly-3-hydroxyalkanoate with Rubber Elasticity, Production Strain and Polymer Composition - Google Patents
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Abstract
KCTC 0406 BP로 기탁되어 있는Pseudomonassp. HJ-2 균주를 포화 및/또는 불포화 카르복실산을 포함하는 배지에서 배양하여 생산한 C3∼C5의 모노머 및/또는 C6∼C14의 모노머를 포함하는 폴리히드록시알카노에이트 공중합체는 생체적합성, 생분해성 및 신축성이 우수하며 기질 탄소원의 종류, 농도 및 배양조건에 따라 탄성도를 조절할 수 있어 농업, 일상용품, 의료용품, 식품포장 및 의학 분야에서 유용하게 사용될 수 있다. Pseudomonas sp., Deposited as KCTC 0406 BP. Polyhydroxyalkanoate copolymer comprising C 3 to C 5 monomers and / or C 6 to C 14 monomers produced by culturing HJ-2 strains in a medium containing saturated and / or unsaturated carboxylic acids It has excellent biocompatibility, biodegradability and elasticity and can be used in agriculture, daily necessities, medical supplies, food packaging and medicine because it can adjust elasticity according to the type, concentration and culture conditions of substrate carbon source.
Description
[산업상 이용분야][Industrial use]
본 발명은 생체적합성 및 생분해성이 우수한 폴리히드록시알카노에이트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생체적합성 및 생분해성이 우수할 뿐만 아니라 다양한 모노머를 다양한 조성으로 함유하도록 함으로써 탄성을 자유롭게 조절할 수 있는 위생기구, 의료기구, 의료용품 등의 분해성과 탄성이 요구되는 모든 분야에서 유용한 폴리히드록시알카노에이트 및 그 생산균주에 관한 것이다.The present invention relates to a polyhydroxyalkanoate excellent in biocompatibility and biodegradability, and more particularly, it is excellent in biocompatibility and biodegradability as well as containing various monomers in various compositions, which can freely control elasticity. The present invention relates to polyhydroxyalkanoate and its production strain which are useful in all fields requiring degradability and elasticity of devices, medical devices, medical supplies and the like.
[종래 기술][Prior art]
우수한 내구성으로 인하여 종래부터 일상생활에 널리 사용되고 있는 합성 플라스틱 및 합성섬유 제품들은 사용 후 폐기되어 수십년이 지난 뒤에도 자연계에서 분해되지 않은 채 토양과 하천을 오염시키고 식물의 성장을 저해하는 등 심각한 환경오염 문제를 일으키고 있다. 이와 같은 플라스틱에 의한 환경오염의 원인은 미생물의 분해작용을 포함한 주변의 물리화학적 변화에 잘 견디는 플라스틱의 뛰어난 내구성에 있다.Due to its excellent durability, synthetic plastic and synthetic fiber products, which have been widely used in daily life, are disposed of after being used and severely polluted soils and rivers without inhibiting the growth of plants and degrading plants after decades of use. It is causing a problem. The cause of environmental pollution by plastics is the excellent durability of plastics that withstands the physical and chemical changes of the surroundings, including the decomposition of microorganisms.
이와 같은 플라스틱에 의한 환경오염 문제를 해결하기 위하여 미생물에 의하여 분해되는 생붕괴성 플라스틱이 개발되었다. 이들 생붕괴성 플라스틱은 폴리올레핀 또는 폴리에스테르 등과 같은 기존의 합성플라스틱에 전분이나 금속 착물을 첨가하여 제조함으로써, 미생물의 분해작용 및 광산화 등의 작용에 의하여 쉽게 붕괴될 수 있도록 제조되었다. 그러나, 이와 같은 생붕괴성 플라스틱은 플라스틱 성분 중 전분질의 분해는 쉽게 일어나지만 합성플라스틱 부분은 여전히 분해되지 않고 남아 있어 환경을 오염시킬 뿐만 아니라, 이들 플라스틱 제조시에 사용된 금속 착물 부분이 또 다른 환경 오염원이 될 수 있는 문제점이 있다.In order to solve the environmental pollution problem caused by such plastics, biodegradable plastics decomposed by microorganisms have been developed. These biodegradable plastics are prepared by adding starch or metal complexes to existing synthetic plastics such as polyolefin or polyester, so that they can be easily collapsed by the action of decomposition and photooxidation of microorganisms. However, such biodegradable plastics easily decompose starch in the plastic components, but the synthetic plastic portion still remains undecomposed to contaminate the environment, and the metal complex portion used in the manufacture of these plastics is another environment. There is a problem that can be a source of contamination.
최근에는 이와 같은 합성플라스틱에 의한 환경오염 문제를 보다 근본적으로 해결하기 위하여, 생물 자체로부터 생성되는 바이오플라스틱(bioplastics)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 바이오폴리머(biopolymer)라고도 불리는 이들 바이오플라스틱은 미생물, 동물 또는 식물로부터 직접 얻어지는 천연 고분자 물질로서, 이들 중 일부는 기존의 합성플라스틱과 같이 우수한 기계적 내구성을 갖고 있어 일반 소재, 포장재, 농업용 필름 등의 재료로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 매우 우수한 생분해성을 가지고 있어서 자연계에서 일정한 시간이 경과하면 물과 이산화탄소로 완전히 분해되며, 인체에 무해함과 동시에 우수한 생체 적합성을 갖고 있어 생체에 사용되는 접착제, 밴드, 봉합사 등의 재료로도 사용된다.Recently, in order to solve the environmental pollution problem caused by synthetic plastics more fundamentally, research on bioplastics generated from living organisms has been actively conducted. These bioplastics, also called biopolymers, are natural high molecular materials obtained directly from microorganisms, animals or plants, and some of them have excellent mechanical durability like conventional synthetic plastics, and thus, materials such as general materials, packaging materials and agricultural films. Not only can it be used as a biodegradable but also has a very good biodegradability, and after a certain time in nature, it is completely decomposed into water and carbon dioxide. It is also used as a material.
지금까지 공지된 바이오플라스틱으로는 풀루탄(pullutan), 키토산(chitosan), 크산탄(xanthan), 겔란(gellan), 람산(rhamsan), 폴리-베타-히드록시부틸레이트(poly-β-hydroxybutyrate, 이하 PHB라 함) 등이 있으며, 이들 중 폴리-베타-히드록시알카노에이트(poly-β-hydroxyalkanoates: 이하 PHAs라 함)의 일종으로 폴리에스테르와 폴리프로필렌의 중간적 성질을 갖는 PHB가 산업상 응용 가능성이 가장 큰 것으로 알려져 있다. 이 PHB는 자연계에서 미생물에 의하여 완전히 분해되며, 생체 내에 사용할 때 생체 내에서 자연히 흡수 분해되는 등의 특성을 갖고 있어, 환경오염 문제를 완전히 해결할 수 있는 생물열가소성 플라스틱(biothermoplastics)이다.Bioplastics known to date include pullulan, chitosan, xanthan, gellan, rhamsan, poly-beta-hydroxybutyrate, PHB), which is a kind of poly-beta-hydroxyalkanoates (hereinafter referred to as PHAs), has an intermediate property between polyester and polypropylene. It is known to have the greatest application potential. This PHB is biothermoplastics that are completely degraded by microorganisms in nature and naturally absorbed and degraded in vivo when used in vivo, and can completely solve environmental pollution problems.
일반적으로 PHA는 일부 박테리아가 탄소원 및 에너지원으로 저장하는 저장 물질(storage material)로서 1926년에 M. Lemoigne에 의해Bacillus megaterium에서 처음으로 PHAs 중의 하나인 PHB가 발견된 (Poivieret al.,Biotechnol.13:142-150, 1995) 이래 많은 연구가 진행되고 있다. PHAs는 세포 내에 내포체(inclusion body) 형태로 존재하며, 질소(N), 인(P) 및 황(S) 등이 한정된 불균형의 조건(unbalanced condition)하에서 그 축적률이 증가하는 것으로 알려져 있다. PHAs는 PHAs를 구성하는 모노머인 3-히드록시알카노에이트(3-hydroxyalkanoates)의 탄소수에 따라 크게 단쇄길이(Short-Chain-Length, SCL; C3∼C5) PHAs와 중쇄길이(Medium-Chain-Length, MCL; C6∼C14) PHAs의 두 그룹으로 나뉘어지고, 이외에도 탄소수 15개에서 18개 사이의 모노머를 갖는 장쇄길이(Long-Chain-Length, LCL) PHAs가 보고되었다(Songet al.,J. Microbiol. Biotechnol.3:123-128, 1993). 이러한 길이의 차이는 PHAs의 전구물질인 3-히드록시알킬-CoA에 대한 PHA 신타제(synthase)의 친화력 차이 때문인 것으로 생각되고 있다.In general, PHA is a storage material that some bacteria store as carbon and energy sources. In 1926, PHB, one of the PHAs, was first discovered in Bacillus megaterium by M. Lemoigne (Poivier et al. , Biotechnol. 13: 142-150, 1995). PHAs exist in cells in the form of inclusion bodies and are known to increase their accumulation rate under unbalanced conditions in which nitrogen (N), phosphorus (P) and sulfur (S) are limited. PHAs are short-chain-Length (SCL; C 3 ~ C 5 ) PHAs and medium-chains depending on the carbon number of 3-hydroxyalkanoates, the monomers that make up PHAs. -Length, MCL; C 6 -C 14 ) Long-Chain-Length (LCL) PHAs, which are divided into two groups of PHAs and which have monomers of 15 to 18 carbon atoms, have also been reported (Song et al. ., J. Microbiol Biotechnol 3:. . 123-128, 1993). This difference in length is thought to be due to the difference in affinity of the PHA synthase to 3-hydroxyalkyl-CoA, a precursor of PHAs.
현재까지 발견된 PHAs를 생합성하는 박테리아는 90속 이상이고, 약 90종류의 PHAs 모노머가 발견되었다(Songet al.,J. Microbiol. Biotechnol.3:123-128, 1993). 그 중에서 단쇄길이 PHAs를 생합성하는 대표적인 박테리아에는Alcaligenessp. 및Bacillusspp.등이 있는데, 특히Alcaligenessp.는 단쇄길이 PHA의 하나인 PHB 호모폴리머(homopolymer)를 생합성하는 대표적인 박테리아로 알려져 있다.Bacteria that biosynthesize PHAs found to date are over 90 genera and about 90 kinds of PHAs monomers have been found (Song et al. , J. Microbiol. Biotechnol. 3: 123-128, 1993). Among the representative bacteria that biosynthesize short-chain PHAs, Alcaligenes sp. And Bacillus spp., And particularly, Alcaligenes sp. Is known as a representative bacterium for biosynthesis of PHB homopolymer, which is one of short chain length PHA.
PHB의 용융점은 약 180℃ 정도로 40∼60℃인 중쇄길이 PHA에 비하여 높은 편이다(Babuet al., International symposium on bacterial polyhydroxyalkanoates. 48-54, 1996). 단쇄길이 PHA가 합성되는 대표적인 경로(pathway)는Alcaligenesspp.에 의한 것으로, 두 개의 아세틸-CoA(acetyl-CoA)에서 아세토아세틸-CoA(acetoacetyl-CoA)를 만드는 것으로부터 시작되어 효소의 작용에 의해 PHB를 생합성한다(Poivieret al.,Biotechnol.13:142-150, 1995).Alcaligenes eutrophus에 의한 PHB의 생합성 경로를 하기의 반응식 1에 나타내었다.The melting point of PHB is about 180 ° C, which is higher than the medium chain length PHA of 40-60 ° C (Babu et al. , International symposium on bacterial polyhydroxyalkanoates. 48-54, 1996). A typical pathway for short-chain length PHA synthesis is by Alcaligenes spp., Which begins with the production of acetoacetyl-CoA from two acetyl-CoAs, and by the action of an enzyme. Biosynthesize PHB (Poivier et al. , Biotechnol. 13: 142-150, 1995). The biosynthetic pathway of PHB by Alcaligenes eutrophus is shown in Scheme 1 below.
[반응식 1]Scheme 1
PHB를 생합성하는A. eutrophus에서는 건체량의 최대 80%까지 PHB를 축적하며Chromobacterium violaceum은 발러레이트(valerate)로부터 PHV 호모폴리머를 생합성하는 것으로 알려져 있다(Andersonet al.,Microbiol. Rev.54:450-472, 1990; Steinbuchelet al.,FEMS Microbiol. Lett.128:219-228, 1995). 또한 일부 박테리아에서는 주기질 이외에 프로피오네이트(propionate), 발러레이트, γ-히드록시 부틸로락톤(γ-hydroxy butyrolactone)과 같은 보조기질을 함께 넣고 배양할 때, 폴리(3HB-co-3HV), 폴리(3HB-co-4HB) 같은 코폴리에스테르(copolyester)도 합성하는 것으로 알려져 있다.In A. eutrophus , which biosynthesizes PHB, PHB accumulates up to 80% of dry weight, and Chromobacterium violaceum is known to biosynthesize PHV homopolymer from valerate (Anderson et al. , Microbiol. Rev. 54: 450 -472, 1990; Steinbuchel et al. , FEMS Microbiol. Lett. 128: 219-228, 1995). In addition, in some bacteria, poly (3HB- co- 3HV), when incubated with an auxiliary substrate such as propionate, valerate, and γ-hydroxy butyrolactone in addition to the periodic matrix, Copolyesters such as poly (3HB- co- 4HB) are also known to synthesize.
중쇄길이 PHA의 생합성에 관한 연구는 현재 주로Pseudomonas oleovorans,Pseudomonas putida와 같은Pseudomonasspp.에서 광범위하게 이루어지고 있으며, 주로 β-산화(β-oxidation)와 디노보 지방산 생합성(denovo fatty acid biosynthesis)의 과정을 통하여 주어진 기질보다 더 길거나 짧은 모노머로 구성된 중쇄길이 PHA를 생합성한다. 헥사노에이트로부터 PHA 합성을 위한 전구체를 얻는 반응을 하기의 반응식 2에 나타내었다. 3-히드록시헥사노에이트 모노머는 β-산화과정을 거쳐 합성되고, 동시에 생성된 아세틸-CoA 분자는 디노보 지방산 생합성을 거쳐 PHA로 투입된다.Biosynthesis of heavy chain-length PHA is currently extensively conducted in Pseudomonas spp., Such as Pseudomonas oleovorans and Pseudomonas putida, and mainly in the process of β-oxidation and de novo fatty acid biosynthesis. Through biosynthesis of heavy chain length PHA consisting of monomers longer or shorter than a given substrate. The reaction for obtaining a precursor for PHA synthesis from hexanoate is shown in Scheme 2 below. The 3-hydroxyhexanoate monomer is synthesized through β-oxidation process, and the acetyl-CoA molecule produced at the same time is introduced into PHA through dinovo fatty acid biosynthesis.
[반응식 2]Scheme 2
중쇄길이 PHAs는 단쇄길이 PHAs와는 달리 낮은 결정성과 40∼60℃ 정도의 낮은 녹는점을 가지며, 모노머 측쇄(side chain)의 길이가 길어질수록 강한 고무탄성체의 성질을 갖는다(Babuet al., International symposium on bacterial polyhydroxyalkanoates. 48-54, 1996).Unlike the short-chain PHAs, the medium chain length PHAs have low crystallinity and low melting point of about 40 to 60 ° C., and the longer the length of the monomer side chain, the stronger the rubber elastomer (Babu et al. , International symposium). on bacterial polyhydroxyalkanoates. 48-54, 1996).
대부분의 박테리아는 단쇄길이 PHAs 또는 중쇄길이 PHAs 중의 하나를 생합성하고 있으나 일부Pseudomonasspp.에서는 단쇄길이 모노머와 중쇄길이 모노머가 모두 들어있는 PHAs를 생합성하는 것으로 알려져 있다(Katoet al.,Appl. Microbiol Biotechnol. 45:363-370, 1996; Leeet al.,Appl. Microbiol Biotechnol.42:901-909, 1995; Steinbuchelet al.,Appl. Microbiol Biotechnol.37:691-697, 1992). 단쇄길이 모노머와 중쇄길이 모노머를 모두 함유하는 PHA는 지금까지 알려지지 않은 다양한 물성을 가질 수 있기 때문에 많은 관심을 받고 있다. 또한 폴리(3HB)를 생합성하는A. eutrophus의 폴리(3HB)-합성 유전자(synthetic gene)를 중쇄길이 PHAs를 생합성하는P. oleovorans에 트랜스포메이션(transformation)한 재조합 균주(recombinant strain)에서도 단쇄길이 모노머와 중쇄길이 모노머가 같이 있는 PHAs를 생합성하지만 이들은 물리적인 혼합물이다(Timmet al.,Appl. Microbiol Biotechnol.33:296-301, 1990).Most bacteria biosynthesize either short or long chain PHAs, but some Pseudomonas spp. Are known to biosynthesize PHAs containing both short and medium chain monomers (Kato et al. , Appl. Microbiol Biotechnol). 45: 363-370, 1996; Lee et al. , Appl. Microbiol Biotechnol. 42: 901-909, 1995; Steinbuchel et al. , Appl. Microbiol Biotechnol. 37: 691-697, 1992). PHAs containing both short and medium chain length monomers have received a lot of attention because they may have various physical properties not known until now. In addition, short-chain length monomers are also available in a recombinant strain that transforms a poly (3HB) -synthetic gene of A. eutrophus that synthesizes poly (3HB) to P. oleovorans that biosynthesizes heavy-chain PHAs. And biosynthesis of PHAs with heavy chain length monomers, but these are physical mixtures (Timm et al. , Appl. Microbiol Biotechnol. 33: 296-301, 1990).
본 발명의 목적은 생분해성 및 생체적합성이 우수한 PHA 내의 모노머를 다양하게 할뿐만 아니라 그 구성비를 조절함으로써 원하는 신축성 및 탄성을 갖는 PHA 및 그 생산균주를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a PHA having a desired elasticity and elasticity and its production strain by varying the composition ratio as well as varying monomers in PHA excellent in biodegradability and biocompatibility.
도 1은Pseudomonassp. HJ-2에 의한 헵타노에이트의 일괄공급발효시 경과시간에 대한 세포 성장과 잔여 기질수의 그래프.1 is Pseudomonas sp. Graph of cell growth and residual substrate count against elapsed time of batch feeding fermentation of heptanoate by HJ-2.
도 2는Pseudomonassp. HJ-2에 의하여 헵타노에이트로부터 합성한 폴리(3HB-co-3HV-co-3HHp)를 가메탄올화 반응하여 얻은 시료의 가스 크로마토그램.2 is Pseudomonas sp. By HJ-2 synthesized from heptanoate poly (3HB- co -3HV- co -3HHp) the screen is methanol gas chromatography of a sample program is obtained by the reaction.
도 3은Pseudomonassp. HJ-2에 의한 헵타노에이트의 일괄공급발효시 경과시간에 대한 PHA 조성의 변화를 나타낸 그래프.3 is Pseudomonas sp. Graph showing the change of PHA composition with elapsed time of batch feed fermentation of heptanoate by HJ-2.
도 4는Pseudomonassp. HJ-2에 의하여 헵타노에이트로부터 합성한 폴리(3HB-co-3HV-co-3HHp)의 용융점을 측정한 열분석도.4 is Pseudomonas sp. By HJ-2 heptanoate synthesized from a poly-Eight thermal analysis measurement of the melting point of the (3HB- co -3HV- co -3HHp) FIG.
[과제를 해결하기 위한 수단][Means for solving the problem]
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12, C13및 C14모노머로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 모노머를 주단위체로 포함하는 폴리히드록시알카노에이트 공중합체를 생산하는 한국과학기술연구원 유전공학센터 유전자은행에 KCTC 0406 BP로 기탁되어 있는Pseudomonassp. HJ-2 균주를 제공한다.In order to achieve the object of the present invention as described above the present invention is a group consisting of C 4 , C 5 , C 6 , C 7 , C 8 , C 9 , C 10 , C 11 , C 12 , C 13 and C 14 monomers Pseudomonas sp., Deposited as KCTC 0406 BP, at the Genetic Bank of Korea Institute of Science and Technology, which produces a polyhydroxyalkanoate copolymer containing one or more monomers selected from the group as main units. Provide the HJ-2 strain.
상기한 모노머는 하기의 화학식 1의 3-히드록시부틸레이트, 화학식 2의 3-히드록시발러레이트 및 화학식 3의 3-히드록시헵타노에이트인 것이 바람직하다.The above monomers are preferably 3-hydroxybutylate of Formula 1, 3-hydroxyvalerate of Formula 2 and 3-hydroxyheptanoate of Formula 3.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
[화학식 3][Formula 3]
상기 화학식 1의 a는 5∼100%, 화학식 2의 b는 0∼95%이고, 화학식 3의 c는 0∼80%이다.A in Formula 1 is 5 to 100%, b in Formula 2 is 0 to 95%, and c in Formula 3 is 0 to 80%.
또한 상기한 모노머는 하기의 화학식 4의 3-히드록시옥타노에이트, 화학식 5의 3-히드록시데카노에이트 및 화학식 6의 3-히드록시도데카노에이트인 것이 바람직하다.In addition, the above monomers are preferably 3-hydroxyoctanoate of Formula 4, 3-hydroxydecanoate of Formula 5 and 3-hydroxydodecanoate of Formula 6.
[화학식 4][Formula 4]
[화학식 5][Formula 5]
[화학식 6][Formula 6]
상기의 화학식 4의 d는 0∼100%, 화학식 5의 e는 0∼100%이고, 화학식 6의 f는 0∼100%이다.D in Formula 4 is 0 to 100%, e in Formula 5 is 0 to 100%, and f in Formula 6 is 0 to 100%.
상기한 균주는 식물성 기름, 동물성 기름 및 어패류 기름으로 이루어진 군에서 선택되는 기름을 가수분해하여 얻어진 포화 및/또는 불포화 카르복실산을 포함하는 배지를 탄소원으로 하여 폴리히드록시알카노에이트를 합성하는 것이 바람직하다.The above-mentioned strains synthesize polyhydroxyalkanoate using a medium containing saturated and / or unsaturated carboxylic acids obtained by hydrolyzing an oil selected from the group consisting of vegetable oil, animal oil and shellfish oil. desirable.
상기 식물성 또는 동물성 기름은 식용유, 폐식용유, 돼지기름 및 소기름으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.The vegetable or animal oil is preferably selected from the group consisting of cooking oil, waste cooking oil, pork oil and bovine oil.
상기한 식용유 등의 기름은 증류수와 혼합하여 끓이면서 필요에 따라 물을 첨가하여 잘 혼합되도록 유지하면서 비누와 같이 엉킬 때까지 수산화나트륨(NaOH)를 가하여 얻어진 고체를 여과하거나 그 자체로 건조시키는 전처리 후에 사용한다.The above-mentioned oils, such as cooking oil, are mixed with distilled water, boiled, added with water as necessary, and kept well mixed, followed by pretreatment by filtering or drying the solid obtained by adding sodium hydroxide (NaOH) until tangled like soap. do.
또한 본 발명에 있어서, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10,C11, C12, C13및 C14모노머로 이루어진 군에서 선택되는 둘 또는 그 이상의 모노머를 주단위체로 포함하는 폴리히드록시알카노에이트 공중합체를 제공한다.Also in the present invention, two or more monomers selected from the group consisting of C 4 , C 5 , C 6 , C 7 , C 8 , C 9 , C 10 , C 11 , C 12 , C 13 and C 14 monomers It provides a polyhydroxyalkanoate copolymer comprising a main unit.
상기한 모노머는 하기의 화학식 1의 3-히드록시부틸레이트, 화학식 2의 3-히드록시발러레이트 및 화학식 3의 3-히드록시헵타노에이트인 폴리히드록시알카노에이트 공중합체인 것이 바람직하다.The monomer is preferably a polyhydroxyalkanoate copolymer which is 3-hydroxybutylate of formula 1, 3-hydroxyvalerate of formula 2 and 3-hydroxyheptanoate of formula 3.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
[화학식 3][Formula 3]
상기 화학식 1의 a는 0∼90%, 화학식 2의 b는 0∼90%이고, 화학식 3의 c는 10∼95%이다.A in Formula 1 is 0 to 90%, b in Formula 2 is 0 to 90%, and c in Formula 3 is 10 to 95%.
또한 상기한 모노머는 하기의 화학식 4의 3-히드록시옥타노에이트, 화학식 5의 3-히드록시데카노에이트 및 화학식 6의 3-히드록시도데카노에이트인 것이 바람직하다.In addition, the above monomers are preferably 3-hydroxyoctanoate of Formula 4, 3-hydroxydecanoate of Formula 5 and 3-hydroxydodecanoate of Formula 6.
[화학식 4][Formula 4]
[화학식 5][Formula 5]
[화학식 6][Formula 6]
상기의 화학식 4의 d는 0∼55%, 화학식 5의 e는 45∼90%이고, 화학식 6의 f는 0∼55%이다.D in Formula 4 is 0 to 55%, e in Formula 5 is 45 to 90%, and f in Formula 6 is 0 to 55%.
또한, 상기한 모노머는 하기의 화학식 1의 3-히드록시부틸레이트, 화학식 4의 3-히드록시옥타노에이트, 화학식 5의 3-히드록시데카노에이트 및 화학식 6의 3-히드록시도데카노에이트인 것이 바람직하다.In addition, the above monomers include 3-hydroxybutylate of formula 1, 3-hydroxyoctanoate of formula 4, 3-hydroxydecanoate of formula 5 and 3-hydroxydodecanoate of formula 6 Is preferably.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 4][Formula 4]
[화학식 5][Formula 5]
[화학식 6][Formula 6]
상기의 화학식 1의 a는 5∼85%, 화학식 4의 d는 5∼85%, 화학식 5의 e는 5∼85%이고, 화학식 6의 f는 5∼85%이다.A in Formula 1 is 5 to 85%, d in Formula 4 is 5 to 85%, e in Formula 5 is 5 to 85%, and f in Formula 6 is 5 to 85%.
또한, 상기한 모노머는 하기의 화학식 1의 3-히드록시부틸레이트, 화학식 4의 3-히드록시옥타노에이트 및 화학식 6의 3-히드록시도데카노에이트인 것이 바람직하다.In addition, the above monomers are preferably 3-hydroxybutylate of Formula 1, 3-hydroxyoctanoate of Formula 4 and 3-hydroxydodecanoate of Formula 6.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 4][Formula 4]
[화학식 6][Formula 6]
상기의 화학식 1의 a는 5∼90%, 화학식 4의 d는 5∼90% 및 화학식 6의 f는 5∼90%이다.A in Formula 1 is 5 to 90%, d in Formula 4 is 5 to 90%, and f in Formula 6 is 5 to 90%.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 상기한Pseudomonassp. HJ-2 균주를 포화 및/또는 불포화 카르복실산을 포함하는 배지에서 배양하여 폴리히드록시알카노에이트를 생성하는 공정을 포함하는 폴리히드록시알카노에이트의 제조방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, Pseudomonas sp. It provides a method for producing polyhydroxyalkanoate comprising the step of culturing the HJ-2 strain in a medium containing saturated and / or unsaturated carboxylic acid to produce polyhydroxyalkanoate.
상기한 포화 및/또는 불포화 카르복실산은 발러레이트, 헵타노에이트, 식물성 기름, 동물성 기름 및 어패류 기름으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.The saturated and / or unsaturated carboxylic acid described above is preferably selected from the group consisting of valerate, heptanoate, vegetable oil, animal oil and shellfish oil.
또한 본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 상기한 폴리히드록시알카노에이트 공중합체를 주성분으로 포함하는 탄성체를 제공한다.In still another aspect of the present invention, there is provided an elastic body comprising the above polyhydroxyalkanoate copolymer as a main component.
상기한 탄성체는 의료용 고무 탄성체로서, 의료용 장갑, 고무줄, 포장재 또는 피임기구 등에 사용할 수 있다.The elastic body is a medical rubber elastic body, and can be used for medical gloves, rubber bands, packaging materials or contraceptive devices.
그리고 본 발명에 있어서, 상기한 폴리히드록시알카노에이트 공중합체를 이용하여 제조한 필름을 결정화 전 또는 후에 한쪽방향 또는 양방향으로 인장시키는 공정을 포함하는 향상된 인장도를 가진 폴리히드록시알카노에이트 공중합체의 제조방법을 제공한다.And in the present invention, a polyhydroxyalkanoate air having an improved tensile strength, which comprises a step of stretching the film prepared using the polyhydroxyalkanoate copolymer described above in one or both directions before or after crystallization. Provided are methods for preparing coalescing.
또한 본 발명에 있어서, 상기한 폴리히드록시알카노에이트 공중합체를 포함하는 섬유, 직물 또는 필름 형태인 것을 특징으로 하는 성형물을 제공한다.In the present invention, there is also provided a molded article characterized in that it is in the form of a fiber, fabric or film comprising the polyhydroxyalkanoate copolymer described above.
본 발명에서는 슬러지(sludge)에서 디알카노익에시드(dialkanoic acid)를 이용하여 자랄 수 있는 균주들을 분리하여 그 중 독특한 PHAs 생합성 양상을 보이는Pseudomonassp. HJ-2를 이용하여 본 균주가 모노알카노익에시드(monoalkanioic acid), 디알카노익에시드 등의 다양한 탄소원으로부터 PHAs를 생합성한다.In the present invention, the strains that can be grown by using dialkanoic acid in sludge are separated and Pseudomonas sp. Using HJ-2, this strain biosynthesizes PHAs from various carbon sources such as monoalkanioic acid and dialkanoic acid.
본 발명의 탄성체를 제조할 때, 고분자의 조성과 처리 방법에 따라 그 성질이 달라진다. 이와 같이 탄성체의 탄성을 조절하는 방법에는 하기와 같이 여러 방법들이 사용될 수 있다.When producing the elastic body of the present invention, its properties vary depending on the composition and processing method of the polymer. As described above, various methods may be used to adjust the elasticity of the elastic body.
첫 번째 방법은 고분자 조성 조절 방법과 동일한 방법으로서Pseudomonassp. HJ-2를 배양할 때, 탄소원의 농도, 산소의 농도 또는 질소의 농도를 조절하여 단쇄길이 PHA의 반복기와 중쇄길이 PHA의 반복기의 상대적인 양을 조절함으로써 탄성이 서로 다른 재료를 제조한다.The first method is the same as the method of polymer composition control. Pseudomonas sp. When culturing HJ-2, materials having different elasticities are prepared by controlling the relative amounts of the repeater of the short chain length PHA and the repeater of the heavy chain length PHA by adjusting the concentration of carbon source, oxygen or nitrogen.
두 번째 방법은 얻어진 고분자를 처리하는 방법으로, 결정화를 시키기 전에 처리하는 방법과 결정화가 다 된 후에 처리하는 두 가지 방법이 있다. 하나는 고분자 필름을 원하는 모양으로 절단한 뒤, 4∼5시간 결정화시키고 사각형으로 재단한 후, 인스트론(instron)을 이용하여 원래 길이의 200∼400%로 끊어지지 않을 최대의 정도까지 인장하는 것이고, 또 하나는 원하는 필름을 원하는 모양으로 절단 한 뒤, 결정화되지 않은 상태에서 인스트론을 사용하여 200∼400%로 끊어지지 않을 최대의 정도까지 인장시켜 수분 내에 결정화가 일어나 서로 다른 탄성을 가진 재료를 제조하는 것이다.The second method is to process the obtained polymer. There are two methods of treating the obtained polymer before crystallization and after the crystallization is completed. One is to cut the polymer film into the desired shape, crystallize it for 4 to 5 hours, cut it into squares, and then use instron to stretch it to the maximum extent that it will not break to 200 to 400% of its original length. Another is to cut the desired film into the desired shape and then stretch it to the maximum extent that it will not break by 200-400% using Instron without crystallization. To manufacture.
세 번째 방법은 고분자와 수 %의 벤조페논(benzophenone) 또는 벤조페논 유도체와 같은 증감제(sensitizer)를 혼합하고 상기의 두 번째 또는 세 번째 방법과 같이 하여 준비한 재료를 얼음이나 드라이아이스를 사용한 낮은 온도에서 광가교시키면 가교된 서로 다른 탄성을 가진 재료를 제조한다.The third method involves mixing a polymer with a sensitizer, such as a few percent benzophenone or a benzophenone derivative, and preparing the material prepared by the second or third method above at low temperature using ice or dry ice. Photocrosslinking produces crosslinked materials with different elasticities.
또한 본 발명을 이용한 필름은 다음과 같이 제조할 수 있다. 첫째, 고분자를 클로로포름, 아세톤, 에틸아세테이트 등에 녹이고, 이를 수평을 조절한 유리, 금속 또는 테프론 등의 용기에 붓고 용매를 서서히 날려보내어 필름을 제조한다.In addition, the film using the present invention can be produced as follows. First, the polymer is dissolved in chloroform, acetone, ethyl acetate, etc., and poured into a container such as glass, metal or Teflon with horizontal adjustment, and the solvent is slowly blown to prepare a film.
둘째, 고분자 덩어리를 두 장의 철판, 예를 들면 테프론 등으로 코팅된 철판사이에 놓여 있는 원하는 두께의 스페이서(spacer)에 넣고 상온∼150℃로 가열한 후, 10∼50톤의 압력으로 눌러 필름을 제조한다.Second, the polymer mass is placed in a spacer having a desired thickness between two sheets of iron plate, for example, Teflon-coated iron plate, heated to room temperature to 150 ° C., and pressed at a pressure of 10 to 50 tons to press the film. Manufacture.
셋째, 상기의 첫 번째 또는 두 번째 방법으로 제조한 필름을 결정화되기 전에 한쪽방향(uniaxially) 혹은 양방향(biaxially)으로 인장하여 필름을 제조한다. 이 때 인장도는 100∼파괴되기 직전이다.Third, the film produced by the first or second method described above is tensioned in one direction (uniaxially) or biaxially (before crystallization) to prepare a film. At this time, the degree of tension is from 100 to just before destruction.
넷째, 상기의 첫 번째 또는 두 번째 필름제조 방법으로 제조한 필름을 결정화시킨 후, 한쪽방향 혹은 양방향으로 인장시켜 필름을 제조한다. 이 때 인장도는 100∼파괴되기 직전이다.Fourth, the film produced by the first or second film production method is crystallized, and then stretched in one or both directions to produce a film. At this time, the degree of tension is from 100 to just before destruction.
다섯째, 고분자와 수 %의 벤조페논이나 벤조페논 유도체와 같은 증감제를 혼합하여 상기한 방법으로 필름을 만들어 자외선을 조사한다.Fifth, a polymer is mixed with a sensitizer such as benzophenone or a benzophenone derivative of several percent to make a film by the above-described method, and irradiate ultraviolet rays.
또한 본 발명을 이용한 화이버(fiber)는 얻어진 필름을 한쪽방향으로 인장하고 인장된 방향으로 실의 형태로 얇게 찢어내어 제조한다.In addition, the fiber (fiber) using the present invention is produced by stretching the obtained film in one direction and thinly torn in the form of a yarn in the tensioned direction.
[실시예]EXAMPLE
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 본 발명의 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only examples of the present invention for the purpose of understanding the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples.
실시예Example
균주Strain PseudomonasPseudomonas sp. HJ-2의 분리 및 동정sp. Isolation and Identification of HJ-2
Pseudomonassp. HJ-2는 그람 양성, 옥시다제 및 카탈라제-양성이며, 포자 비형성 간상(rod-shaped) 형태를 갖는다. 한천배지에서 반투명성(transluscent) 콜로니를 생성하며, 킹(King) B 배지 상에서 형광색소는 생성하지 않으며, PCA(또는 NA)상에서 황녹색 비형광성 확산성 색소(diffusible pigment)를 생성하였다. 또한 하나 이상의 극성 편모(flagella)를 생성하며, 42℃에서 성장하였다. Pseudomonas sp. HJ-2 is gram positive, oxidase and catalase-positive, and has a rod-shaped morphology. Transluscent colonies were generated in agar medium, no fluorescent dyes were produced on King B medium, and yellowish green non-fluorescent diffuse pigments were generated on PCA (or NA). It also produces one or more polar flagella and grows at 42 ° C.
또 다른Pseudomonassp. HJ-2의 특성을 정리하면 하기의 표 1과 같다.Another Pseudomonas sp. The characteristics of HJ-2 are summarized in Table 1 below.
또한 본 균주는 시트레이트, 석시네이트, 트윈40, 트윈 80, L-아라비노즈, D-만노즈, 아세테이트, 시스-아코니테이트(cis-aconitate), β-하이드록시부틸레이트, p-하이드록시 페닐아세테이트, 이타코네이트(itaconate), α-케토 글루타레이트, 퀴네이트(quinate), 프로피오네이트, D,L-락테이트, L-알라닌, L-아스파라긴, L-아스파라테이트, L-글루타메이트, 하이드록시 L-프롤린, L-프롤린, L-세린, 푸트레신(putrescine), D,L-카니틴(carnitine), γ-아미노부틸리에이트, 우로카네이트(urocanate), 이노신(inosine), 2-아미노에탄올에서 성장하였다.The strain also contains citrate, succinate, Tween 40, Tween 80, L-arabinose, D-mannose, acetate, cis-aconitate, β-hydroxybutylate, p-hydroxy Phenylacetate, itaconate, α-keto glutarate, quinate, propionate, D, L-lactate, L-alanine, L-asparagine, L-asparatate, L- Glutamate, hydroxy L-proline, L-proline, L-serine, putrescine, D, L-carnitine, γ-aminobutylate, urocanate, inosine ), 2-aminoethanol.
Pseudomonassp. HJ-2의 지방산 프로필은 하기의 표 2와 같다. Pseudomonas sp. Fatty acid profiles of HJ-2 are shown in Table 2 below.
상기와 같은 결과로 보아Pseudomonassp. HJ-2는 RNA 그룹 Ⅱ에 속하는Pseudomonas caryophylli로 동정되었다.As a result, Pseudomonas sp. HJ-2 was identified as Pseudomonas caryophylli belonging to RNA group II.
본 실시예에서 사용한Pseudomonassp. HJ-2는 슬러지에서 선택증균 배양(enrichment culture)을 통하여 얻었으며, 균주 보존을 위해 노나노에이트(nonanoate)를 탄소원으로 한 ½E*배지 플레이트(media plate)에서 1주일 간격으로 계대배양하였다.Pseudomonassp. HJ-2는 한국과학기술연구원 유전공학센터 유전자은행에 1997년 11월 14일자로 수탁번호 KCTC 0406 BP로 기탁되었다. ½ E*배지의 조성은 하기의 표 1에 나타내었다. Pseudomonas sp. Used in this example. HJ-2 was obtained through enrichment cultures in sludge, and subcultured at weekly intervals in ½E * media plates using nonanoate as a carbon source for strain preservation. Pseudomonas sp. HJ-2 was deposited with KCTC 0406 BP on November 14, 1997, at the Genetic Bank of Korea Institute of Science and Technology. The composition of the ½ E * medium is shown in Table 1 below.
Pseudomonassp. HJ-2는 30℃의 항온실에서 거대교반기(giant shaker)를 이용하여 2ℓ의 플라스크에서 1ℓ 배양하였으며 발효(fermentation)는 5ℓ의 용기(jar)에 3ℓ 발효 배지를 넣고 수행하였다. 플라스크와 발효 배양을 할 때 사용된 배지는 ½E*배지이고, 플라스크 배양과 발효를 하기 위한 시드 배지(seed medium)는 본 실시예에서 사용한 각각의 탄소원의 종류와 동일한 탄소원을 첨가하여 각 부피의 10%가 되게 하였다. 발효는 pH 7.0±0.1, 온도 30.0±1℃, 에어유속(air flow rate) 1.0vvm, 300rpm의 조건에서 수행하였다. Pseudomonas sp. HJ-2 was incubated 1 L in a 2 L flask using a giant shaker in a constant temperature room at 30 ° C., and fermentation was carried out with a 3 L fermentation medium in a 5 L jar. The medium used for the flask and fermentation culture was ½E * medium, and the seed medium for the flask culture and the fermentation was added with the same carbon source as the type of each carbon source used in this example. %. Fermentation was carried out under the conditions of pH 7.0 ± 0.1, temperature 30.0 ± 1 ℃, air flow rate of 1.0vvm, 300rpm.
상기에서 미네랄 용액의 조성은 하기의 표 4와 같다.The composition of the mineral solution is shown in Table 4 below.
생체량 측정 방법How to measure biomass
분광기(spectrophotometer, Milton Roy spectronic 120011, U.S.A.)를 이용하여 원액을 1/5 희석하여 OD 666㎚에서 생체량을 측정하였다.Biomass was measured at 666 nm by diluting 1/5 of the stock solution using a spectrophotometer (Milton Roy spectronic 120011, U.S.A.).
세포 하비스트(cell harvest) 및 동결건조Cell harvest and lyophilization
플라스크 배양과 발효 수행으로 얻어진 세포는 4℃에서 10,000rpm으로 10분간 원심분리하여 수득하였으며 수득한 세포는 냉동실에서 얼린 뒤 동결건조기(freeze dryer)를 이용하여 건조 세포(dry cell)를 얻었다.Cells obtained by flask culture and fermentation were obtained by centrifugation at 10,000 rpm for 10 minutes at 4 ° C. The obtained cells were frozen in a freezer and then dried cells were obtained using a freeze dryer.
PHAs 추출 및 정제PHAs Extraction and Purification
동결건조한 건조 세포와 바다모래(sea sand)를 막자 사발에 함께 넣고 간 다음 팀블 필터(thimble filter)에 넣어 클로로포름을 이용하여 12시간동안 속슬레 추출기(soxhlet extractor)로 PHAs를 추출하였다. 추출한 PHAs는 메탄올을 사용하여 정제하였다. 위의 과정을 두세번 반복하여 정제된 PHAs를 얻었다.The lyophilized dry cells and sea sand were put together in a mortar and then put in a thimble filter to extract PHAs with a soxhlet extractor for 12 hours using chloroform. The extracted PHAs were purified using methanol. The above procedure was repeated two or three times to obtain purified PHAs.
PHAs의 조성분석Composition Analysis of PHAs
GC용 피렉스 캡 튜브(pyrex cap tube)에 정제된 PHAs 5㎎과 클로로포름 1㎖, 15% H2SO4가 들어있는 메탄올 1㎖을 넣고 볼텍싱(vortexing)한 뒤 105℃ 건조 오븐에서 2시간동안 메탄올리시스(methanolysis)하였다. 건조 오븐에서 꺼낸 다음 완전하게 식힌 후에 증류수 1㎖를 첨가하고 강하게 볼텍싱하여 클로로포름 층을 분석에 이용하였다. PHAs 기체 크로마토그래피의 조건을 표 5에 정리하였다.5 mg of purified PHAs, 1 ml of chloroform and 1 ml of methanol containing 15% H 2 SO 4 were added to a GC pyrex cap tube, and vortexed for 2 hours in a 105 ° C drying oven. Methanolysis during the reaction. After removing from the drying oven and cooling completely, 1 ml of distilled water was added and strongly vortexed to use the chloroform layer for analysis. The conditions of PHAs gas chromatography are summarized in Table 5.
실시예 1: 설탕으로부터 PHA 합성Example 1: PHA Synthesis from Sugar
글루코즈와 글루코네이트(gluconate)를 각각 단일 탄소원으로 주고 2ℓ 플라스크에서Pseudomonassp. HJ-2를 1ℓ 배양을 한 결과 글루코즈에서 100% PHB 호모폴리머가 생합성되었으며, 글루코네이트에서는 PHB와 함께 중쇄길이 PHAs(3HO, 3HD, 3HDD)가 생합성되었다.Pseudomonassp. HJ-2에 의하여 설탕으로부터 PHA 합성 결과는 하기의 표 6와 같다.Glucose and gluconate were each supplied as a single carbon source and Pseudomonas sp. The culture of 1 L of HJ-2 resulted in the biosynthesis of 100% PHB homopolymers in glucose and the synthesis of heavy chain length PHAs (3HO, 3HD, 3HDD) with PHB in gluconate. Pseudomonas sp. PHA synthesis results from sugar by HJ-2 are shown in Table 6 below.
실시예 2: 모노알카노익에시드로부터 PHA 합성Example 2: PHA Synthesis from Monoalkanoic Acid
탄소수가 짝수개인 부틸레이트, 헥사노에이트, 옥타노에이트, 데카노에이트에서는 PHB가 주로 만들어졌는데, 옥타노에이트, 데카노에이트에서는 3HB와 함께 각각 8.5%와 22.3%의 3HO로 구성된 PHAs가 생합성되었다. 탄소수가 홀수개인 모노알카노익에시드를 단일 탄소원으로 주었을 때는 탄소수 5개인 발러레이트에서는 주로 3HV가 생합성되었고 탄소수 7개인 헵타노에이트에서는 폴리(3HB-co-3HV-co-3HHp) 형태의 PHAs가, 탄소수 9개인 노나노에이트에서는 3HHp와 3HN의 중쇄길이 PHAs가 생합성되었다(표 5). 이것으로 보아Pseudomonassp. HJ-2는 주어지는 탄소원의 탄소수를 구분하여 짝수개의 탄소수에서는 주로 PHB의 폴리머를 생합성하고 홀수개의 탄소수에서는 주어진 탄소원의 탄소수에 해당하는 길이의 PHAs를 생합성함을 알 수 있다. 특히, 홀수개의 탄소수를 가진 탄소원을 주었을 때 주어진 탄소원의 탄소수 이상의 길이를 갖는 PHAs를 생합성하지는 않는 것으로 보아 모노알카노익에시드를 기질로 주었을 때에는 β-산화에 의해서 주어진 탄소원의 길이보다 짧거나 그 길이에 해당하는 길이를 갖는 PHAs를 생합성하는 것으로 생각되고 주어진 길이보다 더 긴 수의 PHAs를 생합성할 수 있는 PHAs를 생합성할 수 있는 디노보 지방산 생합성 과정은 거치지 않는 것으로 생각할 수 있다.PHB was mainly produced from butylate, hexanoate, octanoate and decanoate with an even number of carbon atoms, while PHAs composed of 8.5% and 22.3% 3HO, respectively, were combined with octanoate and decanoate. . When mono-alkanoic acid with an odd number of carbon atoms was given as a single carbon source, 3 HV was mainly biosynthesized in a 5 carbon valelarate and a poly (3HB-co-3HV-co-3HHp) type PHAs in heptanoate having 7 carbon atoms. Non-nanoate with 9 carbon atoms biosynthesized 3HHp and 3HN heavy chain length PHAs (Table 5). From this, Pseudomonas sp. It can be seen that HJ-2 separates the number of carbon atoms from a given carbon source to biosynthesize the polymer of PHB mainly in the even carbon number and biosynthesize PHAs corresponding to the carbon number of the given carbon source in the odd carbon number. In particular, given that a carbon source having an odd carbon number does not biosynthesize PHAs having a length greater than the carbon number of a given carbon source, when monoalkanoic acid is used as a substrate, it is shorter than or equal to the length of the carbon source given by β-oxidation. It is thought that biosynthesis of PHAs having a length corresponding to and that does not undergo a dinovo fatty acid biosynthesis process that can biosynthesize PHAs capable of biosynthesizing a longer number of PHAs than a given length.
실시예 2: 디알카노익에시드로부터 PHA 합성Example 2: Synthesis of PHA from dialkanoic acid
디알카노익에시드에서는 홀수개의 탄소를 가진 탄소원을 단일 탄소원으로 주었을 때 PHB 호모폴리머가 생합성되었다. 즉, 디헵타노에이트(diheptanoate)와 디노나노에이트(dinonanoate)를 단일 탄소원으로 주고 2ℓ의 플라스크에서 1ℓ 배양을 하였을 때 모두 PHB 호모폴리머가 생합성되었다. 한편, 짝수의 탄소를 가진 디옥타노에이트를 단일 탄소원으로 주었을 때는 3HO, 3HD 및 3HDD의 조성을 갖는 중쇄길이 PHAs를 합성하는 것을 알 수 있다(표 8).In dialkanoic acid, PHB homopolymers were biosynthesized when an odd carbon source was given as a single carbon source. That is, PHB homopolymers were biosynthesized when diheptanoate and dinonanoate were fed as a single carbon source and cultured in 1 L in a 2 L flask. On the other hand, when dioctanoate having an even number of carbons is given as a single carbon source, it can be seen that heavy chain length PHAs having a composition of 3HO, 3HD, and 3HDD are synthesized (Table 8).
디알카노익에시드에서 나온 결과는 모노알카노익에시드에서 보인 결과와는 반대의 현상을 보이고 있다. 모노알카노익에시드에서는 짝수개의 탄소원에서 PHB 호모폴리머가 생합성되는 반면 디알카노익에시드에서는 홀수개의 탄소원에서 PHB 호모폴리머가 생합성되고 짝수개의 탄소수를 갖는 디알카노에이트에서는 주어진 기질보다 더 긴 탄소수의 모노머를 갖는 PHAs를 생합성하였다. 주어진 탄소원의 길이보다 더 긴 탄소수를 갖는 PHAs를 만든다는 것은 디노보 지방산 생합성 과정을 통하여 PHAs를 합성하는 것으로 생각할 수 있다(반응식 2). 모노알카노익에시드와 디알카노익에시드의 차이점은 디알카노익에시드의 측쇄에 -OH기가 하나 더 있는 것인데 그 차이점으로 인해 모노알카노익에시드에서는 β-산화과정을, 디알카노익에시드에서는 디노보 지방산 생합성 과정을 통하여 PHAs가 생합성된다고 생각되고 있다. 이것은 아마도 PHAs를 생합성하는데 관여하는 효소의 주어진 탄소원에 대한 기질 특이성 때문인 것으로 고려된다.The results from dialkanoic acid show the opposite of the results from monoalkanoic acid. In monoalkanoic acids, PHB homopolymers are biosynthesized at even carbon sources, whereas in dialkanoic acid, PHB homopolymers are biosynthesized at odd carbon sources and even carbon atoms have longer carbon monomers than given substrates. PHAs having biosynthesis. Making PHAs with carbon numbers longer than the length of a given carbon source can be thought of as synthesizing PHAs through the dinovo fatty acid biosynthesis process (Scheme 2). The difference between monoalkanoic acid and dialkanoic acid is that there is one more -OH group in the side chain of dialkanoic acid, which causes β-oxidation in monoalkanoic acid and dinovoal in dialkanoic acid. It is believed that PHAs are biosynthesized through fatty acid biosynthesis. This is probably due to substrate specificity for a given carbon source of enzymes involved in biosynthesis of PHAs.
실시예 3: 헵타노에이트에서의 발효Example 3: Fermentation in Heptanoate
헵타노에이트를 단일 탄소원으로 주고 30℃, 300rpm에서 일괄공급 발효(fed batch fermentation)를 수행하였다. 일괄공급 발효에서 탄소원을 2.8g/ℓ로 시작하여 모두 쓰인 탄소원의 양은 5.2g/ℓ가 되었으며 도 1에서 기질 소모량은 배양시간 30시간 정도에서 80% 이상이 소모되었음을 알 수 있다. 도 1에서 ○는 660㎚에서의 광학밀도(Optical Density: OD)를 나타내고, ●는 잔여 기질을 나타낸다. PHA의 조성 분석을 한 GC 결과는 도 2에 도시하였다. 도 2를 보면 그 조성은 3HB, 3HV, 3HHp로 분석되었다. 시간별로 100㎖씩 샘플링하여 PHAs를 추출하여 모노머 조성을 알아보았다(도 2). 샘플링한 시간과 상관없이 4개의 샘플에서 모두 거의 일정한 비율로 3HB:3HV:3HHp=50:30:20의 모노머 조성비를 갖는 것을 알 수 있다. 이것은Pseudomonassp. HJ-2가 헵타노에이트에서 PHA를 만들 때 어느 한 PHA 모노머를 선호하여 먼저 합성하고 어느 하나를 나중에 합성하는 것이 아니라 항상 일정한 비율로 각각을 동시에 생합성한다는 것을 알려준다. 또한 3HB:3HV:3HHp=50:30:20으로 각각의 모노머가 유의성있는 농도를 차지하고 있기 때문에 기존에 알려진 터폴리머(terpolymer)를 이루는 모노머의 비율이 낮은 터폴리머 PHAs와는 차이가 있는 것으로 생각된다. 헵타노에이트에서 얻은 PHA를 DSC로 물성을 조사한 결과 폴리(3HB-co-3HV-co-3HHP)의 녹는점은 110.76℃(도 4)로서 녹는점이 180℃인 PHB보다는 낮고 40∼60℃인 일반적인 중쇄길이 PHAs보다는 높은 것을 알 수 있다.Heptanoate was given as a single carbon source and fed batch fermentation was performed at 30 ° C. and 300 rpm. In the batch feed fermentation, the amount of carbon source used was 5.2g / l, starting with 2.8g / l, and the substrate consumption in FIG. In Fig. 1,? Indicates Optical Density (OD) at 660 nm, and? Indicates residual substrate. GC results of the PHA composition analysis are shown in FIG. 2. 2, the composition was analyzed as 3HB, 3HV, 3HHp. By sampling 100ml by time to extract the PHAs to determine the monomer composition (Fig. 2). Regardless of the sampling time, all four samples had a monomer composition ratio of 3HB: 3HV: 3HHp = 50: 30: 20 at almost constant ratio. This is Pseudomonas sp. When HJ-2 makes PHA from heptanoate, it prefers which one of the PHA monomers is synthesized first and which one is not synthesized later, but always biosynthesizes each at a constant rate. In addition, since each monomer occupies a significant concentration of 3HB: 3HV: 3HHp = 50: 30: 20, it is considered that the ratio of monomers constituting the terpolymer is lower than that of the low-polymer terpolymer PHAs. The melting point of poly (3HB- co- 3HV- co- 3HHP) was 110.76 ° C (Fig. 4), which was lower than PHB of 180 ° C and 40-60 ° C. The heavy chain length is higher than that of PHAs.
Pseudomonassp. HJ-2가 글루코즈, 부틸레이트, 헥사노에이트 등을 단일 탄소원으로 주었을 때 PHB 호모폴리머를 생합성하는 것은A. eutrophus를 비롯한 대부분의 단쇄길이 PHA 생합성 균주의 합성 기능과 유사함을 보여주며 글루코네이트에서 3HB와 중쇄길이 모노머(3HO, 3HD, 3HDD)가 생합성되는 것은P. aeruginosa의 PHA 합성기능과 유사함을 보여주고 있다. 또한 옥타노에이트에서 3HO가 생합성되고 헵타노에이트에서 3HHp가 생합성되며 노나노에이트에서 3HN이 생합성되는 것은P. oleovorans를 비롯한 일반Pseudomonas의 PHA 합성기능과 유사하다. 마지막으로 헵타노에이트에서 폴리(3HB-co-3HV-co-3HHp)를 생합성하는 것은Rhodococcus ruber가 헥사노에이트로부터 폴리(3HB-co-3HV-co-3HHx)를 생합성하는 기능과 비슷하다. 이처럼Pseudomonassp. HJ-2는 여러 균주에서 보이는 특징들을 골고루 가진다. 또한 모노알카노익에시드에서 보이는 결과와 디알카노익에시드에서 보이는 결과에서 알 수 있듯이 이 균주가 갖는 PHA-생합성 경로에 대한 조사가 있어야 한다. 즉 PHAs를 생합성할 때 β-산화 과정과 디노보 지방산 생합성 과정을 어떻게 이용하는지에 대해 알아보아야 한다. 여러 가지 탄소원을 조합하여 다양한 모노머로 구성된 PHAs를 생산하여 그 조성에 따른 PHA의 물성 및 그 응용가능성에 대한 연구하며Pseudomonassp. HJ-2로부터 특정 PHA를 생합성하기 위한 최적 조건에 대한 연구도 진행 중에 있다. Pseudomonas sp. Biosynthesis of PHB homopolymers when HJ-2 gave glucose, butylate, hexanoate, etc. as a single carbon source showed similarities to the synthesis of most short-chain PHA biosynthetic strains including A. eutrophus . Biosynthesis of 3HB and heavy chain length monomers (3HO, 3HD, 3HDD) is similar to the PHA synthesis of P. aeruginosa . In addition, 3HO biosynthesis in octanoate, 3HHp biosynthesis in heptanoate, and 3HN biosynthesis in nonanoate are similar to the PHA synthesis functions of general Pseudomonas including P. oleovorans . Finally, The biosynthesis of the poly (3HB- co -3HV- c o-3HHp ) in heptanoate is similar to the function of the Rhodococcus ruber biosynthesis of poly (3HB- co -3HV- co -3HHx) from hexanoate. Pseudomonas sp. HJ-2 has the characteristics seen in several strains. Also, as can be seen from the results of monoalkanoic acid and the results of dialkanoic acid, the PHA-biosynthetic pathway of this strain should be investigated. In other words, how to use the β-oxidation process and the dionov fatty acid biosynthesis process when biosynthesizing PHAs. Combining various carbon sources to produce PHAs composed of various monomers, and to study the properties of PHA according to its composition and its applicability. Pseudomonas sp. Research is also ongoing on optimal conditions for biosynthesis of specific PHAs from HJ-2.
Pseudomonassp. HJ-2를 이용하여 제조한 쇄의 길이가 다양한 모노머의 조성을 가진 PHA는 생체적합성, 생분해성 및 신축성이 우수하고, 기질인 탄소원의 농도에 따라 탄성도를 조절함으로써 종래의 PHA에 비하여 보다 유용하게 여러 의료 기술 분야에서 사용될 수 있다. 특히, 생체적합성이 우수하여 인공 유방 또는 콘돔에서 사용되는 난분해성 고무와 대체하여 사용함으로써 난분해성의 문제를 해결할 수 있다. Pseudomonas sp. PHA having a composition of monomers having various chain lengths using HJ-2 has excellent biocompatibility, biodegradability, and elasticity, and is more useful than conventional PHA by controlling elasticity according to the concentration of a carbon source as a substrate. It can be used in various medical technology fields. In particular, it is excellent in biocompatibility and can be used in place of the hardly decomposable rubber used in artificial breasts or condoms to solve the problem of hardly decomposability.
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WO2007004777A1 (en) * | 2005-07-04 | 2007-01-11 | Lg Chem, Ltd. | Poly(3-hydroxyalkanoate) block copolymer having shape memory effect |
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1998
- 1998-04-21 KR KR1019980014114A patent/KR19990080695A/en not_active Application Discontinuation
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JP2009500468A (en) * | 2005-07-04 | 2009-01-08 | エルジー・ケム・リミテッド | Poly (3-hydroxyalkanoate) block copolymer having shape memory effect |
KR100966572B1 (en) * | 2005-07-04 | 2010-06-30 | 주식회사 엘지화학 | Poly3-hydroxyalkanoate block copolymer having shape memory effect |
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