WO2023120310A1 - ポリヒドロキシアルカノエートの製造方法およびその利用 - Google Patents

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WO2023120310A1
WO2023120310A1 PCT/JP2022/045968 JP2022045968W WO2023120310A1 WO 2023120310 A1 WO2023120310 A1 WO 2023120310A1 JP 2022045968 W JP2022045968 W JP 2022045968W WO 2023120310 A1 WO2023120310 A1 WO 2023120310A1
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WO
WIPO (PCT)
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pha
aqueous suspension
polyhydroxyalkanoate
filtration
weight
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Application number
PCT/JP2022/045968
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English (en)
French (fr)
Inventor
直樹 出口
優 平野
Original Assignee
株式会社カネカ
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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/62Carboxylic acid esters

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing polyhydroxyalkanoate and its use.
  • PHA Polyhydroxyalkanoate
  • PHA produced by microorganisms accumulates within the cells of the microorganisms, so in order to use PHA as a plastic, it is necessary to separate and purify the PHA from the cells of the microorganisms.
  • the step of separating and purifying PHA the cells of PHA-containing microorganisms are crushed or biological components other than PHA are solubilized, and then PHA is taken out from the resulting aqueous suspension. At this time, for example, separation operations such as centrifugation, filtration, and drying are performed.
  • Patent Document 1 discloses a process of inoculating a PHA fermentation strain into a fermentation medium and fermenting it, separating the fermentation liquid into solid and liquid, and obtaining a fermentation supernatant and a cell precipitate.
  • a method for producing PHA comprising the steps of precipitating cells to crush cell walls and performing plate frame filtration using a filter precoated with cell wall crushed material to obtain PHA.
  • Patent Document 2 discloses a method for recovering and purifying PHA from a cell culture, which includes a step of acid treatment as a pretreatment.
  • an object of the present invention is to provide a method for producing PHA that can be efficiently filtered.
  • the present inventors have made intensive studies, and as a result, in the production of PHA, by adding a specific additive and including a specific process, a specific filtrate permeation rate and a specific The present inventors have found new findings that the leakage rate can be achieved (that is, it becomes possible to filter efficiently), and have completed the present invention.
  • one aspect of the present invention is a PHA aqueous suspension of pH 2.5 to 5.5, which contains at least one additive selected from fatty acid amides and fatty acids and has a melting point of 60° C. or higher.
  • a step of heating to ⁇ 95°C a step of cooling the PHA aqueous suspension obtained in the heating step so as to be 5°C or more lower than the temperature of the PHA aqueous suspension after heating, and , a method for producing a PHA comprising a step of dead-end filtering the PHA aqueous suspension obtained in the cooling step using a filter medium having an air permeability of 0.01 to 5.0 cc/cm 2 /sec (hereinafter referred to as (referred to as "this manufacturing method").
  • one aspect of the present invention is a PHA aggregate containing PHA and at least one additive selected from fatty acid amides and fatty acids having a melting point of 60° C. or higher, and the content of the additive is 0.3 to 6.0 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the PHA, the water content is 25.0 to 50.0% (W.B.), and the Feret diameter of the PHA aggregates is , 1 to 30 mm (hereinafter referred to as "this PHA aggregate").
  • a method for producing PHA that can be efficiently filtered can be provided.
  • this production method since the filtration speed is high, the cost of filtration equipment can be suppressed, and more efficient purification becomes possible.
  • PHA produced in the cells has a particle size of about 1 to 2 ⁇ m, so there is a problem that it is difficult to filter.
  • centrifugal separation is mainly used for recovery of PHA, and the form of separation is an aqueous suspension, and PHA is recovered in a state containing a large amount of water.
  • Patent Documents 1 and 2 are known as methods for producing PHA using filtration.
  • the technique of Patent Literature 1 since filtration is performed before purification (in a state in which a large amount of residue of biological origin remains), there is a problem that there are many impurities and the filtration rate is extremely slow.
  • the present inventor conducted a follow-up test on the technique of Patent Document 2 it was found that the pH range was 6 to 7, and if filtration was performed under this condition, a considerable amount of resin would leak. Found a problem. Also, under the same conditions, it was found that if the filter cloth is made finer, the filtration rate becomes extremely slow.
  • the present inventors have made intensive studies on the filtration process in the production of PHA from the viewpoint of improving the filtrate permeation rate and leakage rate. It has been found for the first time that it is possible to efficiently filter by Specifically, a step of heating a PHA aqueous suspension of a specific pH containing a specific additive to a specific temperature, and heating the PHA aqueous suspension obtained in the heating step to a specific temperature and a step of filtering the PHA aqueous suspension obtained in the cooling step using a filter medium exhibiting a specific air flow rate, thereby achieving a specific filtrate permeation rate and a specific leakage rate. It was found for the first time that it can be achieved (that is, it becomes possible to filter efficiently).
  • the term “effectively filterable” means that the filtrate permeation rate is 1400 L/m 2 /hr or more and the leakage rate is 5% or less.
  • This manufacturing method is a method comprising the following steps: - A PHA aqueous suspension of pH 2.5 to 5.5 containing at least one additive selected from fatty acid amides or fatty acids having a melting point of 60 ° C. or higher is heated to 60 to 95 ° C. (hereinafter referred to as step (c) or “heat treatment step”), and the PHA aqueous suspension obtained in the heating step is heated to a temperature 5 times lower than the temperature of the PHA aqueous suspension after heating. ° C.
  • step (d′) or “cooling step”) the PHA aqueous suspension obtained in the cooling step is cooled to a permeation rate of 0.01
  • step (d) A step of dead-end filtering using a filter medium of ⁇ 5.0 cc/cm 2 /sec (hereinafter referred to as step (d)).
  • the production method preferably includes at least one of the following steps in addition to the above steps (c), (d') and (d).
  • Step (c') a step of adjusting the PHA aqueous suspension obtained in the step (b) to pH 2.5 to 5.5 (also referred to as "preparation step”).
  • Step (e) A step of drying the PHA obtained in the step (d) at 20 to 80°C (also referred to as a "drying step”).
  • - Step (f) A step of redispersing the dried PHA in an aqueous solvent to obtain an aqueous PHA suspension containing a PHA having a volume median diameter of 0.5 to 5 ⁇ m (also referred to as a "redispersion step” .).
  • steps (a), (b), (c′), (c), (d′), (d), (e), and (f). is preferable, but the order can be changed as appropriate depending on the purpose.
  • steps (a), (b), (c') and (c) can be performed twice or more depending on the purpose. That is, for example, steps (b), (a), (b) or (c'), (c), (c') can be performed in order.
  • PHA aqueous suspension containing at least PHA
  • PHA aqueous suspension an aqueous suspension containing at least PHA
  • Step (a) In the step (a) in the present production method, cell-derived components other than PHA of the PHA-containing bacterial cells are destroyed and solubilized. By destroying and removing impurities (cell walls, proteins, etc.) derived from the cells in step (a), PHA having a volume median diameter of 0.5 to 5 ⁇ m can be efficiently recovered from the cells.
  • PHA is a general term for polymers having hydroxyalkanoic acid as a monomer unit.
  • the hydroxyalkanoic acid constituting PHA is not particularly limited, but examples include 3-hydroxybutanoic acid, 4-hydroxybutanoic acid, 3-hydroxypropionic acid, 3-hydroxypentanoic acid, 3-hydroxyhexanoic acid, 3-hydroxy heptanoic acid, 3-hydroxyoctanoic acid, and the like.
  • These polymers may be homopolymers or copolymers containing two or more monomer units.
  • PHA includes, for example, poly(3-hydroxybutyrate) (P3HB), poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) (P3HB3HH), poly(3-hydroxybutyrate) -co-3-hydroxyvalerate) (P3HB3HV), poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) (P3HB4HB), poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyoctanoate) (P3HB3HO), Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyoctadecanoate) (P3HB3HOD), Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxydecanoate) (P3HB3HD), Poly(3 -hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate-co-3-hydroxyhexanoate) (P3HB3HV3HH) and the like.
  • P3HB, P3HB3HH, P3HB3HV, and P3HB4HB are preferable
  • the melting point and degree of crystallinity can be changed, and as a result, physical properties such as Young's modulus and heat resistance can be changed, and the physical properties between polypropylene and polyethylene can be changed.
  • a copolymer of 3-hydroxybutyric acid and 3-hydroxyhexanoic acid is used from the viewpoint that it is possible to impart it and that it is a plastic that is easy to produce industrially and has physical properties as described above.
  • Some P3HB3HH are more preferred.
  • the composition ratio of the repeating units of P3HB3HH is 3-hydroxybutyrate unit/3-hydroxyhexanoate unit composition ratio of 80/20 to 80/20 from the viewpoint of balance between flexibility and strength. It is preferably 99.9/0.1 (mol/mol), more preferably 85/15 to 97/3 (mol/mol).
  • the composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units is 99.9/0.01 (mol/mol) or less, sufficient flexibility can be obtained, and 80/20 (mol/ mol) or more, sufficient hardness can be obtained.
  • the volume median diameter of the PHA in step (a) is preferably 50 times or less, more preferably 20 times or less, the volume median diameter of the primary particles of the PHA (hereinafter referred to as "primary particle diameter"). More preferably less than twice.
  • the volume median diameter of the PHA is 50 times or less the primary particle diameter, the PHA aqueous suspension exhibits superior fluidity, which tends to further improve the PHA productivity.
  • the volume median diameter of PHA is preferably 0.5 to 5 ⁇ m, more preferably 1 to 4.5 ⁇ m, more preferably 1 to 4 ⁇ m, from the viewpoint of achieving excellent fluidity. More preferred.
  • the volume median diameter of PHA is measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer LA-950 manufactured by HORIBA.
  • Microorganisms used in step (a) are not particularly limited as long as they are capable of intracellularly producing PHA.
  • microorganisms that have been deposited in depositories of microorganisms and strains isolated from nature (eg, IFO, ATCC, etc.), or mutants and transformants that can be prepared therefrom can be used.
  • Bacillus megaterium which was discovered in 1925, was the first bacterial cell that produces P3HB, which is an example of PHA.
  • natural microorganisms such as Ralstonia eutropha and Alcaligenes latus. These microorganisms are known to accumulate PHA in their cells.
  • Alcaligenes eutrophus Alcaligenes eutrophus AC32 strain (Alcaligenes eutrophus AC32, FERM BP-6038) (T.Fukui, Y.Doi, J.Bateriol) into which PHA synthase group genes were introduced in order to increase the productivity of P3HB3HH ., 179, p4821-4830 (1997)) and the like are more preferred.
  • the microbial cells may be genetically modified microorganisms into which various PHA-synthesis-related genes have been introduced according to the PHA to be produced.
  • step (a) the method of destroying and solubilizing the cell-derived components other than PHA of the PHA-containing cells is not particularly limited.
  • the disruption and solubilization are performed using, for example, lytic enzymes and protease (eg, alkaline protease).
  • lytic enzymes and protease eg, alkaline protease
  • lytic enzyme refers to an enzyme that has the activity of degrading (bacteriolysing) the cell wall (eg, peptidoglycan) of bacterial cells.
  • the lytic enzyme is not particularly limited, and examples thereof include lysozyme, labyrinthine, ⁇ -N-acetylglucosaminidase, endolysin, autolysin and the like. Lysozyme is preferred from the viewpoint of being economically advantageous. One of these may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
  • lytic enzymes Commercially available products can also be used as lytic enzymes, and examples include “lysozyme” and “acromopeptidase” manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
  • the optimum pH of the lytic enzyme is not particularly limited as long as the lytic enzyme has cell wall degrading activity, but is, for example, 5.0 to 11.0, preferably 6.0 to 9. .0, more preferably 6.0 to 8.0.
  • the optimum temperature of the lytic enzyme is not particularly limited, but from the viewpoint that it does not require excessive heating and can prevent thermal change (thermal decomposition) of PHA, it is 60 ° C. or less. is preferred, and 50°C or lower is more preferred.
  • the lower limit of the optimum temperature is not particularly limited, it is preferably room temperature (for example, 25° C.) or higher from the viewpoint of economy without excessive cooling operation.
  • alkaline protease means a protease having the activity of degrading proteins in an alkaline environment (for example, in a pH 8.5 solution).
  • the alkaline protease is not particularly limited as long as it has the activity of degrading protein in an alkaline environment.
  • specific protease eg papain, bromelain, cathepsin
  • aspartic acid-specific protease eg pepsin, cathepsin D, HIV protease
  • serine-specific proteolytic enzymes especially subtilisins (eg, Alcalase) are preferred.
  • subtilisins eg, Alcalase
  • alkaline protease commercially available products can be used, for example, Novozyme "Alcalase 2.5L”; Amano Enzyme Co., Ltd. “Protin SD-AY10” and “Protease P “Amano” 3SD”; Japan Co., Ltd. “Multifect PR6L” and “Optimase PR89L”; Shinnihon Chemical Industry Co., Ltd. “Sumiteam MP”; DM Japan Co., Ltd. "Delbolase”; Nagase ChemteX Co., Ltd.
  • Bioprase OP Bioprase SP-20FG
  • Bioprase SP-4FG Orientase 22BF” manufactured by HBI Co., Ltd.
  • Alloase XA-10 manufactured by Yakult Pharmaceutical Industry Co., Ltd.
  • the optimal pH of the alkaline protease is not particularly limited as long as the alkaline protease has activity in an alkaline environment, for example 8.0 to 14.0, preferably 8.0 to 12.0, more preferably 8.0 to 10.0, still more preferably 8.0 to 9.0, most preferably 8.5.
  • the optimum temperature for alkaline protease is not particularly limited, but from the viewpoint that it does not require excessive heating and can prevent thermal change (thermal decomposition) of PHA, 60° C. or lower is preferable, and 50° C. or lower is more preferable.
  • the lower limit of the optimum temperature is not particularly limited, but it is preferably room temperature (for example, 25° C.) or higher from the viewpoint of economy without excessive cooling operation.
  • the disruption and solubilization of cell-derived components in step (a) can be performed in combination with lysozyme and Alcalase.
  • the enzyme treatment time in step (a) may vary depending on the type of enzyme, pH, temperature and other conditions, but is, for example, 1 to 8 hours, preferably 2 to 6 hours.
  • concentration of the organic solvent compatible with water is not particularly limited as long as it is equal to or less than the solubility of the organic solvent used in water.
  • the organic solvent compatible with water is not particularly limited, but examples include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, iso-butanol, pentanol, hexanol, heptanol, and the like.
  • ketones such as acetone and methyl ethyl ketone
  • ethers such as tetrahydrofuran and dioxane
  • nitriles such as acetonitrile and propionitrile
  • amides such as dimethylformamide and acetamide
  • methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, iso-butanol, acetone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, dioxane, acetonitrile, propionitrile and the like are preferable because they are easy to remove.
  • the aqueous medium constituting the PHA aqueous suspension may contain other solvents, components derived from bacterial cells, compounds generated during purification, etc., as long as they do not impair the essence of the present invention.
  • the aqueous medium that constitutes the PHA aqueous suspension in this production method preferably contains water.
  • the water content in the aqueous medium is preferably 5% by weight or more, more preferably 10% by weight or more, still more preferably 30% by weight or more, and particularly preferably 50% by weight or more.
  • the production method may include the following steps before step (a).
  • Step (a1) is a step of culturing PHA-containing cells.
  • step (a1) for example, the bacterial cells described in the section ⁇ Microorganisms (microorganisms)> above are used.
  • the method for culturing the cells is not particularly limited, but includes, for example, the methods described in paragraphs [0041] to [0048] of International Publication No. WO2019/142717.
  • Step (a2) is a step of inactivating the cells obtained in step (a1).
  • the cells obtained in step (a1) are inactivated to obtain an inactivated culture solution.
  • the method of inactivation is not particularly limited, but for example, a method of heating and stirring the culture medium containing the P3HA-containing cells at an internal temperature of 60-70°C for 7 hours can be mentioned.
  • Step (a3) is a step of adjusting the concentration and pH of the inactivated culture solution obtained in step (a2).
  • the step (a3) is mainly performed when the viscosity of the inactivated culture solution obtained in the step (a2) is high, and the concentration and pH of the inactivated culture solution are adjusted to reduce the viscosity of the inactivated culture solution. lower the Step (a3) facilitates solubilization in step (a).
  • the method for adjusting the concentration and pH of the inactivated culture medium is not particularly limited, and any method used in the art may be used.
  • the concentration of the inactivated culture medium can be adjusted by adding hydrogen peroxide or the like to the inactivated culture medium.
  • a method of adjusting the pH for example, a method of adding a basic compound to the inactivated culture solution can be mentioned.
  • the basic compound is not particularly limited, alkali metal hydroxides or alkaline earth metal hydroxides are preferred, and sodium hydroxide is more preferred.
  • a basic compound may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
  • step (b) In step (b) in the present production method, after step (a), the PHA aqueous suspension is recovered by centrifugation. Through step (b), impurities (cell walls, proteins, etc.) derived from the bacterial cells in the PHA aqueous suspension can be removed.
  • step (b) recovery of the PHA aqueous suspension is performed by any centrifugation method known in the art.
  • the method of centrifugation is not particularly limited, but examples thereof include centrifugation using a centrifugal sedimentation machine, a centrifugal dehydrator, and the like.
  • centrifugal sedimentation machines include separation plate type (eg, disk type, self-cleaning type, nozzle type, screw decanter type, skimming type, etc.), cylindrical type, and decanter type centrifuge sedimenters.
  • separation plate type eg, disk type, self-cleaning type, nozzle type, screw decanter type, skimming type, etc.
  • cylindrical type e.g., cylindrical type
  • decanter type centrifuge sedimenters e.g., a centrifugal sedimentation machines, etc.
  • the centrifugal dehydrator there are palindrome type and continuous type.
  • steps (a) and (b) largely determine the amount of impurities remaining in the final product, it is preferable to reduce these impurities as much as possible.
  • impurities may be mixed as long as the physical properties of the final product are not impaired.
  • impurities should be reduced as much as possible. preferable.
  • the amount of protein attached to the PHA surface in the PHA aqueous suspension can be mentioned.
  • the amount of protein is 2000 ppm or less, preferably 1900 ppm or less, more preferably 1800 ppm or less, most preferably 1700 ppm or less, based on PHA weight.
  • step (c′) the PHA aqueous suspension recovered by centrifugation usually has a pH greater than 7. Therefore, in step (c′) in the present production method, the PHA aqueous suspension obtained in step (b) is adjusted to pH 2.5 to 5.5. The pH adjustment of step (c') reduces the leakage rate in the filtration of step (d).
  • the pH of the PHA aqueous suspension is 2.5 to 5.5, preferably 2.5 to 5.0, and preferably 2.5 to 4.5. It is more preferably 2.5 to 4.0, and particularly preferably 2.5 to 3.5.
  • the pH of the PHA aqueous suspension is within the above range, there is an advantage that the filtrate permeation rate can be improved without increasing the leakage rate of PHA into the filtrate in the filtration step. It is speculated that this effect is due to the fact that the PHA does not become too small and easily aggregates.
  • the viewpoint of reducing coloring when PHA is heated and melted, ensuring the stability of the molecular weight during heating and/or drying, and reducing coloring during heating and melting A pH of 5.5 or less is preferable also from the viewpoint that a PHA with reduced molecular weight reduction during drying and/or drying can be obtained.
  • the lower limit of pH from the viewpoint of acid resistance of the container, pH 2.5 or less is preferable.
  • the method for adjusting the pH is not particularly limited, and examples thereof include a method of adding an acid.
  • the acid is not particularly limited, and may be either an organic acid or an inorganic acid, and may or may not be volatile. More specifically, examples of acids that can be used include sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, and acetic acid.
  • step (c) after the pH adjustment in step (c), it is preferable not to perform additional pH adjustment until step (d) is performed.
  • Step (c) In the step (c) of the present production method, an aqueous PHA suspension having a pH of 2.5 to 5.5 and containing at least one additive selected from fatty acid amides and fatty acids having a melting point of 60°C or higher, Heat to 60-95°C.
  • the step (c) can increase the filtrate permeation rate during filtration.
  • the PHA aqueous suspension contains at least one additive selected from fatty acid amides and fatty acids having a melting point of 60°C or higher.
  • the melting point of the additive is 60° C. or higher, preferably 65° C. or higher, more preferably 70° C. or higher, even more preferably 75° C. or higher, and 80° C. or higher. It is particularly preferred to have When the melting point of the additive is within the above range, there is an advantage that the filtrate permeation rate is improved. This effect is presumed to be due to the fact that the additive locally melts at high temperatures and acts like a binder. The melting point is measured according to the method described in Examples.
  • Fatty acid amides having a melting point of 60° C. or higher are not particularly limited, but examples include erucamide (melting point 80° C.), behenic acid amide (melting point 110° C.), oleic acid amide (melting point 73° C.), stearic acid amide (melting point 73° C.). 106°C), palmitic acid amide (melting point 103°C), N-stearylerucamide (melting point 72°C), ethylene bis stearamide (melting point 145° C.), ethylene bis oleic acid amide (melting point 119° C.), and the like. .
  • erucic acid amide (melting point 80° C.) and behenic acid amide (melting point 110° C.) are particularly preferable from the viewpoint of light color.
  • One of these may be used, or two or more thereof may be used.
  • Fatty acids with a melting point of 60°C or higher are not particularly limited, but examples include stearic acid (melting point of 70°C), palmitic acid (melting point of 63°C), and behenic acid (melting point of 82°C).
  • stearic acid is particularly preferred from the viewpoint of price.
  • One of these may be used, or two or more thereof may be used.
  • the additive is preferably contained in an amount of 0.3 to 6.0 parts by weight, more preferably 0.35 to 5.8 parts by weight, based on 100 parts by weight of PHA. More preferably, it contains ⁇ 5.6 parts by weight.
  • the content of the additive is within the above range, there is an advantage that the filtrate permeation rate is improved.
  • step (c) the PHA aqueous suspension is heated to a temperature of 60 to 95°C, preferably heat-treated to 65 to 93°C, and heated to 70 to 91°C. is more preferable.
  • the temperature of the PHA aqueous suspension is within the above range, the filtrate permeation rate during filtration can be further increased.
  • the method of heat treatment is not particularly limited. Examples include a method of warming a container containing a liquid, (iii) a method of directly introducing steam into the PHA aqueous suspension, and the like.
  • the temperature of the steam in (i) and (iii) above and the temperature of the oil in (ii) above are such that the temperature of the PHA aqueous suspension in step (c) is 60 to 95°C.
  • step (d') In step (d') in the present production method, the PHA aqueous suspension obtained in step (c) is cooled to be 5°C or more lower than the temperature of the PHA aqueous suspension after heating.
  • step (d′) the PHA aqueous suspension obtained in step (c) is heated to a temperature lower than that of the PHA aqueous suspension by 8° C. or more. Cooling is preferable, cooling to a temperature lower than 10°C is more preferable, cooling to a temperature lower than 12°C is more preferable, and cooling to a temperature lower than 15°C is particularly preferable.
  • the method of cooling is not particularly limited, and examples thereof include cooling by a cooling device, standing to cool, and the like.
  • the temperature of the PHA aqueous suspension in step (d′) is not particularly limited, but is preferably 20 to 90° C., more preferably 20 to 90° C., and 20 to 90° C. 85°C is more preferred, 20 to 80°C is particularly preferred, and 20 to 75°C is particularly preferred.
  • the temperature of the PHA aqueous suspension is preferably maintained until the filtration step (step (d)). That is, the temperature of the aqueous PHA suspension in step (d') is preferably equal to the temperature of the aqueous PHA suspension in step (d) (temperature during filtration).
  • step (d) of the present production method the aqueous PHA suspension obtained in the cooling step (step (d′)) is filtered using a filter medium having an air flow rate of 0.01 to 5.0 cc/cm 2 /sec. dead-end filtering.
  • the amount of PHA surface-attached protein in the PHA aqueous suspension is 2000 ppm or less, and the liquid density of the PHA aqueous suspension in the filtration step is 0.5 to 1.08 g/mL.
  • Step (d) yields a PHA with a constant volume median diameter and moisture content.
  • the ventilation rate is 0.01 to 5.0 cc/cm 2 /sec, preferably 0.1 to 4.0 cc/cm 2 /sec, and more preferably 0.2 to 3.5 cc/cm 2 . /sec, more preferably 0.3 to 3.0 cc/cm 2 /sec, and particularly preferably 0.4 to 2.5 cc/cm 2 /sec.
  • the ventilation rate in the filtration step of this production method is measured by the method described in Examples.
  • the liquid density of the PHA aqueous suspension is preferably 0.50 to 1.08 g/mL, more preferably 0.55 to 1.05 g/mL, and 0.60 More preferably ⁇ 1.02 g/mL, even more preferably 0.65 to 1.00 g/mL.
  • the liquid density of the PHA aqueous suspension is within the above range, there are advantages that the filtrate permeation rate is high and the water content in the PHA aggregates is low. It is speculated that the reason why the filtrate permeation rate decreases when the liquid density is low is that the inclusion of air increases the viscosity of the PHA aqueous suspension, and the interaction between air and PHA increases the viscosity. .
  • the liquid density of the PHA aqueous suspension can be adjusted, for example, by adding air. The liquid density of the turbidity increases.
  • the filter medium used in step (d) is not particularly limited, but various examples include paper, filter cloth (woven fabric, non-woven fabric), screen, sintered plate, bisque, polymer membrane, perforated metal, wedge wire, and the like. material can be selected. Filter cloth is preferably used from the viewpoint of cost and ease of cleaning.
  • the method of filtration in step (d) is not particularly limited as long as it is dead-end filtration, but examples include suction filtration, pressure filtration, centrifugal filtration, gravity filtration, and the like. Among them, suction filtration, pressure filtration, and centrifugal filtration are preferably used from the viewpoint of equipment size. Further, suction filtration and pressure filtration are more preferably used in view of structural easiness.
  • the filtrate permeation rate means the rate at which the filtrate permeates the PHA aggregates and the filter medium.
  • the filtrate permeation rate is preferably 1400 L/m 2 /hr or more, more preferably 1450 L/m 2 /hr or more, and 1500 L/m 2 /hr or more. more preferably 1550 L/m 2 /hr or more, more preferably 1600 L/m 2 /hr or more, more preferably 1650 L/m 2 /hr or more, 1700 L /m 2 /hr or more is more preferable, and 1750 L/m 2 /hr or more is particularly preferable.
  • the filtrate permeation rate is within the above range, there is an advantage that the working time can be shortened.
  • the filtrate permeation rate is measured by the method described in Examples.
  • the leak rate means the leak rate of PHA into the filtrate after the filtration process.
  • the leakage rate is preferably 5% or less, more preferably 4% or less, more preferably 3% or less, and 2% or less. It is more preferably 1% or less, even more preferably 0.5% or less, and particularly preferably 0.3% or less.
  • the temperature of the aqueous PHA suspension in step (d) is preferably the same as the temperature of the aqueous PHA suspension in step (d′), and is 20 to 90°C. 20 to 85°C is more preferred, 20 to 80°C is even more preferred, and 20 to 75°C is particularly preferred.
  • the temperature of the PHA aqueous suspension is within the above range, there is an advantage that the filtrate permeation rate increases. It is presumed that the increase in the permeation rate of the filtrate is due to the increase in the particle size while the viscosity increases due to the increase in temperature.
  • step (d) the description of the above (step (c')) is used for "pH”.
  • step (d) the description of the above (step (b)) is used for the “amount of protein attached to the PHA surface in the aqueous PHA suspension”.
  • step (e) In step (e) in the present production method, the PHA obtained in step (d) is dried at 20-80°C. By step (e), the water content in the PHA aqueous suspension can be evaporated to adjust the water content.
  • the method for drying the PHA in step (e) is not particularly limited, but examples include heating, vacuum drying, normal temperature drying, and the like. Heating is preferably used from the viewpoint of an appropriate drying speed.
  • a heating medium for example, hot air, a jacket, etc.
  • during drying is preferably 20 to 160°C, more preferably 40 to 160°C, still more preferably 40 to 150°C, and particularly preferably 50 to 150°C.
  • step (f) of the present production method the dried PHA is redispersed in an aqueous solvent to obtain an aqueous PHA suspension containing PHA having a volume median diameter of 0.5 to 5 ⁇ m.
  • step (f) a PHA aqueous suspension containing PHA having a particle size substantially the same as the original particle size (primary particle size) is obtained.
  • step (f) the method of redispersion is not particularly limited, and any method used in the art is used.
  • the volume median diameter of PHA is not particularly limited as long as it is substantially the same as the volume median diameter of PHA in step (a). 5 ⁇ m is more preferred, and 1 to 4 ⁇ m is even more preferred.
  • the present PHA aggregate contains PHA and at least one additive selected from fatty acid amides and fatty acids having a melting point of 60° C. or higher, and the content of the additive is is 0.3 to 6.0 parts by weight, the water content is 25.0 to 50.0% (W.B.), and the Feret diameter of the PHA aggregates is 1 to 30 mm.
  • the present PHA aggregate contains PHA and at least one additive selected from fatty acid amides and fatty acids having a melting point of 60° C. or higher, and the content of the additive is 100 parts by weight of the PHA.
  • PHA aggregates may be referred to as "PHA cake”, “filter cake” or "PHA filter cake”.
  • the water content of the present PHA aggregates is 25.0 to 50.0% (W.B.), preferably 25.5 to 49.0% (W.B.), and 26.0 to It is more preferably 48.0% (W.B.), further preferably 26.5 to 47.0% (W.B.), 27.0 to 46.0% (W.B. .) is particularly preferred.
  • the moisture content of the present PHA aggregates is within the above range, the PHA aggregates are not in the form of slurry but in the form of a solid, which has the advantage of being easy to put into a dryer.
  • the water content of the present PHA aggregates is measured by the method described in Examples.
  • the Feret diameter of the present PHA aggregates is 1 to 100 mm, preferably 1 to 70 mm, more preferably 1 to 50 mm, even more preferably 1 to 30 mm, and 1 to 10 mm. is particularly preferred.
  • the Feret diameter of the present PHA agglomerates is within the above range, there is an advantage that the transfer to the next process is advantageous. In particular, there is an advantage that fine powder is less likely to scatter due to the Feret diameter of the present PHA agglomerate being 1 to 30 mm.
  • the PHA agglomerates obtained in step (d) can be granulated within the above range by a mechanical method such as a crusher or screw, or can be granulated within this range by breaking due to the impact of dropping. is.
  • step (c)) For the content of additives and additives in this PHA aggregate, see [2. Production method of PHA], the description of (step (c)) is incorporated.
  • the present PHA aggregates are produced by the present production method.
  • the present PHA aggregates may contain various components generated or not removed during the course of the present production method as long as the effects of the present invention are exhibited.
  • [3. PHA Agglomerate] provides a dried product (hereinafter referred to as “this dried product”) obtained by drying the PHA aggregate described in the section.
  • this dried product can be prepared according to [2. PHA manufacturing method], (step (e)), and is different from an extruded product.
  • the moisture content of the dried product is preferably 0.01 to 10.0% (W.B.), more preferably 0.1 to 5.0% (W.B.), .5 to 5.0% (W.B.) is more preferred.
  • W.B. The moisture content of the dried product is measured by the method described in Examples.
  • the PHA obtained by this production method, this PHA aggregate, and this dried product can be used in various applications such as paper, film, sheet, tube, plate, rod, container (e.g., bottle container, etc.), bag, parts, etc. Available.
  • one embodiment of the present invention is as follows. ⁇ 1> A polyhydroxyalkanoate aqueous suspension having a pH of 2.5 to 5.5 and containing at least one additive selected from fatty acid amides or fatty acids having a melting point of 60°C or higher is heated to 60 to 95°C. and cooling the polyhydroxyalkanoate aqueous suspension obtained in the heating step so as to be 5°C or more lower than the temperature of the polyhydroxyalkanoate aqueous suspension after the heating. and dead-end filtering the polyhydroxyalkanoate aqueous suspension obtained in the cooling step using a filter medium having an air flow rate of 0.01 to 5.0 cc/cm 2 /sec.
  • a method for producing an alkanoate is described in this specification.
  • ⁇ 2> The production method according to ⁇ 1>, wherein in the filtration step, the filtrate permeation rate is 1400 L/m 2 /hr or more and the leakage rate is 5% or less.
  • ⁇ 3> The production method according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the additive is contained in an amount of 0.3 to 6.0 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polyhydroxyalkanoate.
  • ⁇ 4> The production method according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the temperature of the PHA aqueous suspension in the cooling step is 20°C or higher and lower than 90°C.
  • ⁇ 6> A dried product obtained by drying the polyhydroxyalkanoate aggregate according to ⁇ 5>.
  • P3HB3HH is used as “PHA”
  • P3HB3HH is used as “PHA”
  • P3HB3HH is used as “PHA”
  • P3HB3HH is used as “PHA”
  • P3HB3HH is used as “PHA”
  • P3HB3HH is used as “PHA”
  • P3HB3HH is used as “PHA”
  • P3HB3HH is used as “PHA”
  • P3HB3HH P3HB3HH
  • the ventilation rate was measured by the method described in JISL1096. Specifically, using a Frazier air permeability tester (Permeometer P2, manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.), the amount of air sucked was adjusted so that the tilt barometer indicated 125 Pa, and the air at that time Flow rate was measured.
  • Frazier air permeability tester Permeometer P2, manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.
  • PHA surface-attached protein amount The amount of protein attached to the PHA surface was measured using BCA Protein Assay Kit (manufactured by Thermo Fisher Scientific). Specifically, 20 to 50 mg of the PHA aqueous suspension immediately before step (c′) (an amount containing about 10 mg of P3HB3HH particles in the liquid) was put into a 15 mL Falcon tube, and 2 mL of the reagent of the kit was added. After the addition, it was shaken at 60°C for 30 minutes. After 30 minutes from the end of shaking, the mixture was cooled to 25° C. and the absorbance at a wavelength of 562 nm was measured.
  • Solid content concentration The solid content concentration of the inactivated PHA-containing culture solution and the pH-adjusted PHA aqueous suspension was measured using a heat drying moisture meter ML-50 (manufactured by A&D Co., Ltd.). The culture broth and PHA aqueous suspension were heated at 130° C. until the weight change rate was less than 0.05% (W.B.)/min, and the solid content concentration was determined from the weight change before and after heating. .
  • melting point of additive The melting point of the additive was measured by DSC (Differential Scanning Calorimeter Q20 manufactured by TA Instruments). Specifically, the additive was heated at a rate of 3° C./min, and the melting point peak was measured. When multiple peaks existed, the inflection point of the peak with the largest peak area was taken as the melting point.
  • Heat treatment temperature For the heat treatment temperature, the temperature of the PHA aqueous suspension furthest away from the heat source was measured while the PHA aqueous suspension was fluidized with a stirring blade or the like. For example, when heating from the outside of the vessel, the center of the vessel was measured, and when steam was injected directly into the center of the vessel, the vessel wall temperature was measured. The temperature was measured with a K thermocouple (AD5601A manufactured by AND).
  • pH of PHA aqueous suspension in step (c′) It was measured using a pH meter (9652-10D manufactured by HORIBA). The pH was measured at the position of the PHA aqueous suspension furthest from the acid addition position while the PHA aqueous suspension was in a fluidized state with a stirring blade or the like. For example, when adding acid through the wall of the vessel, the pH at the center of the vessel was measured.
  • the filter cloth was placed on a filter with an inner diameter of 47 mm (manufactured by kst-47 Advantec), and the filter was attached to a suction bell (manufactured by 2L SHIBATA) with the upper cover removed.
  • a glass 50 mL graduated cylinder was placed in the suction bell so that all the filtrate was in the graduated cylinder. Filtration was carried out by putting the PHA aqueous suspension into a filter while sucking to ⁇ 76 kPa with a vacuum pump. The dropping of the filtrate was filmed with a video camera.
  • the filtrate permeation rate (L/m 2 /hr) was calculated by dividing the amount (L).
  • the filtration area during suction filtration in this specification was calculated as the area of a circle with a diameter of 47 mm.
  • the weight of the filtrate obtained by the filtration process was measured.
  • the absorbance of the filtrate was measured using a spectrophotometer (Jasco V-770, manufactured by JASCO Corporation), and the absorbance at a wavelength of 600 nm was measured.
  • the PHA concentration in the filtrate was calculated using a calibration curve prepared from PHA aqueous suspensions with known solid concentrations.
  • the leakage rate (%) is calculated by dividing the solid content weight (g) from the PHA concentration in the filtrate and the filtrate weight (g) by the solid content weight (g) of the PHA aqueous suspension before the filtration step. bottom.
  • the PHA aggregate obtained after filtration and the PHA dried product obtained after drying were measured using a heat drying moisture meter ML-50 (manufactured by A&D Co., Ltd.). PHA agglomerates and PHA dried matter are heated at 105° C. until the weight change rate is less than 0.05% (W.B.)/minute, and the PHA agglomerates and PHA dried matter are measured from the weight change before and after heating. Moisture content was determined.
  • volume median diameter The volume median diameter in the PHA aqueous suspension was measured using a HORIBA laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer LA-950.
  • Example 1 (Preparation of cell culture solution)
  • Ralstonia eutropha described in International Publication No. WO2019/142717 was cultured by the method described in paragraphs [0041] to [0048] of the same document to obtain a cell culture solution containing cells containing PHA.
  • Ralstonia eutropha is now classified as Capriavidus necator.
  • the cell culture solution obtained above was sterilized by heating and stirring at an internal temperature of 60 to 70° C. for 7 hours to obtain an inactivated culture solution.
  • Alcalase 2.5 L manufactured by Novozyme
  • 30% sodium hydroxide was added at 50°C to adjust the pH to 8.5. maintained for 2 hours.
  • filtration 0.5 parts by weight of erucamide (EA, melting point 80°C, product name Neutron S, manufactured by Nippon Seika Co., Ltd.) is added to the PHA aqueous suspension, and the internal temperature reaches 90°C in an oil bath at 125°C. and held for 5 minutes. Then, it was cooled in a water bath at 63°C until the internal temperature reached 60°C, and filtration was carried out.
  • a filter cloth T7104C manufactured by Yabuta Kikai Co., Ltd.
  • the filtrate permeation rate was 1820 L/m 2 /h and the leakage rate was 0.0%.
  • the resulting PHA aggregate water content was 44.0% (W.B.).
  • the Feret diameter of the PHA aggregates was 20 mm.
  • Example 2 Filtration was performed in the same manner as in Example 1, except that the amount of EA added was 5.0 parts by weight.
  • the filtrate permeation rate was 2200 L/m 2 /h, and the leakage rate was 0.0%.
  • the resulting PHA aggregate moisture content was 47.6% (W.B.).
  • the Feret diameter of the PHA aggregates was 17 mm.
  • Example 3 Filtration was performed in the same manner as in Example 1, except that 0.5 parts by weight of behenic acid amide (BA, melting point 110° C., product name BNT-22H, manufactured by Nippon Seika Co., Ltd.) was added. The filtrate permeation rate was 2360 L/m 2 /h, and the leakage rate was 1.0%. The resulting PHA aggregate moisture content was 44.3% (W.B.). The Feret diameter of the PHA aggregates was 12 mm.
  • behenic acid amide BA, melting point 110° C., product name BNT-22H, manufactured by Nippon Seika Co., Ltd.
  • Example 1 Filtration was performed in the same manner as in Example 1, except that no erucamide was added.
  • the filtrate permeation rate was 1320 L/m 2 /h, and the leakage rate was 0.1%.
  • the resulting PHA aggregate water content was 44.0% (W.B.).
  • the Feret diameter of the PHA aggregates was 21 mm.
  • Example 2 Filtration was performed in the same manner as in Example 1, except that the liquid temperature was not lowered to 60°C during filtration, and the filtration was performed at 90°C. The filtrate permeation rate was 930 L/m 2 /h, and the leakage rate was 0.1%. The resulting PHA aggregate moisture content was 46.9% (W.B.). The Feret diameter of the PHA aggregates was 35 mm.
  • this production method can produce PHA with a simple operation, it can be advantageously used in the production of PHA.
  • PHA obtained by this production method, and PHA aggregates and dried products containing the PHA are used in agriculture, fishery, forestry, gardening, medicine, sanitary products, clothing, non-clothing, packaging, automobiles, building materials, and other It can be suitably used in the field.

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Abstract

効率的にろ過可能なPHAの製造方法を提供することを目的とする。特定の添加剤を含む、pH2.5~5.5のPHA水性懸濁液を、60~95℃となるように加熱する工程、前記加熱工程で得られたPHA水性懸濁液を、特定の温度まで冷却する工程、および前記冷却工程で得られたPHA水性懸濁液を、通気量が0.01~5.0cc/cm2/secのろ材を用いてデッドエンドろ過する工程を含む、PHAの製造方法を提供することにより、上記課題を解決する。

Description

ポリヒドロキシアルカノエートの製造方法およびその利用
 本発明はポリヒドロキシアルカノエートの製造方法およびその利用に関する。
 ポリヒドロキシアルカノエート(以後、「PHA」と称する場合がある。)は、生分解性を有することが知られている。
 微生物が生成するPHAは、微生物の菌体内に蓄積されるため、PHAをプラスチックとして利用するためには、微生物の菌体内からPHAを分離・精製する工程が必要となる。PHAを分離・精製する工程では、PHA含有微生物の菌体を破砕もしくはPHA以外の生物由来成分を可溶化した後、得られた水性懸濁液からPHAを取り出す。このとき、例えば、遠心分離、ろ過、乾燥等の分離操作を行う。
 ろ過を用いたPHAの製造方法として、例えば、特許文献1には、PHA発酵菌種を発酵培地に接種して発酵させる工程、発酵液を固液分離し、発酵上澄み液および菌体沈殿を得る工程、菌体を沈殿させて細胞壁を破砕し、かつ、細胞壁破砕物をプレコートしたフィルタを用いてプレートフレーム濾過し、PHAを得る工程、を含むPHAの製造方法が開示されている。
 また、特許文献2には、前処理として酸処理を行う工程を含む、細胞培養物からPHAを回収し、かつ、精製する方法が開示されている。
中国特許第111500650号明細書 国際公開2015/015395号
 しかしながら、上述した技術は、ろ液透過速度および漏洩率の観点で、さらなる改善の余地があった。
 そこで、本発明の目的は、効率的にろ過可能なPHAの製造方法を提供することにある。
 本発明者らは、前記課題を解決すべく、鋭意検討した結果、PHAの製造において、特定の添加剤を添加すること、および特定の工程を含むことにより、特定のろ液透過速度および特定の漏洩率を達成できる(すなわち、効率的にろ過可能となる)との新規知見を見出し、本発明を完成するに至った。
 したがって、本発明の一態様は、融点が60℃以上の、脂肪酸アミドおよび脂肪酸から選択される少なくとも1種以上の添加剤を含む、pH2.5~5.5のPHA水性懸濁液を、60~95℃となるように加熱する工程、前記加熱工程で得られたPHA水性懸濁液を、前記加熱後のPHA水性懸濁液の温度よりも5℃以上低くなるように冷却する工程、および、前記冷却工程で得られたPHA水性懸濁液を、通気量が0.01~5.0cc/cm/secのろ材を用いてデッドエンドろ過する工程を含む、PHAの製造方法(以下、「本製造方法」と称する。)である。
 また、本発明の一態様は、PHAと、融点が60℃以上の、脂肪酸アミドおよび脂肪酸から選択される少なくとも1種以上の添加剤と、を含むPHA凝集塊であり、前記添加剤の含有量が、前記PHA100重量部に対して0.3~6.0重量部であり、含水率が、25.0~50.0%(W.B.)であり、前記PHA凝集塊のFeret径が、1~30mmである、PHA凝集塊(以下、「本PHA凝集塊」と称する。)である。
 本発明の一態様によれば、効率的にろ過可能なPHAの製造方法を提供できる。特に、本製造方法によれば、ろ過速度が速いため、ろ過設備コストを抑制でき、より効率的な精製が可能となる。
 本発明の実施の一形態について、以下に詳細に説明する。なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A~B」は、「A以上、B以下」を意味する。また、本明細書中に記載された文献の全てが、本明細書中において参考文献として援用される。
 〔1.本発明の概要〕
 菌体内で造られるPHAは、粒子径が1~2μm程度であるため、ろ過が困難であるとの課題があった。また、PHAの回収には遠心分離が主に用いられているが、分離形態は水性懸濁液となり、多量の水を含んだ状態でPHAを回収する。水から分離してPHAを回収するためには、水性懸濁液の水分を蒸発させる必要があり、大きなエネルギーが必要となる等、問題があった。
 ろ過を用いたPHAの製造方法として、例えば、上述した特許文献1および2が知られている。特許文献1の技術では、精製前(生物由来の残渣が多く残った状態)にろ過を実施しているため、不純物が多く、ろ過速度が極めて遅いとの問題がある。また、特許文献2の技術について、本発明者が追試を行ったところ、pHの範囲が6~7であることが分かり、この条件でろ過を行うと、かなりの樹脂が漏洩してしまうとの問題があることを見出した。また、同条件下で、ろ布を細かくすると、ろ過速度が極めて遅くなるとの問題があることを見出した。
 そこで、本発明者は、PHAの製造におけるろ過工程について、ろ液透過速度および漏洩率の改善の観点から鋭意検討を行った結果、特定の添加剤を添加すること、および特定の工程を含むことにより、効率的にろ過可能となることを初めて見出した。具体的には、特定の添加剤を含む特定のpHのPHA水性懸濁液を、特定の温度となるように加熱する工程、前記加熱工程で得られたPHA水性懸濁液を、特定の温度まで冷却する工程、および前記冷却工程で得られたPHA水性懸濁液を、特定の通気量を示すろ材を用いてろ過する工程を含むことにより、特定のろ液透過速度および特定の漏洩率を達成できる(すなわち、効率的にろ過可能となる)ことを初めて見出した。
 本製造方法によれば、効率的にろ過可能なPHAの製造方法を提供することができる。特に、本製造方法によれば、ろ過速度が速いため、ろ過設備コストを抑制でき、より効率的な精製が可能となる。したがって、本製造方法は、PHAの工業的な製造において極めて有利である。なお、本明細書において、「効率的にろ過可能」とは、ろ液透過速度が1400L/m/hr以上であり、かつ、漏洩率が5%以下であることを意味する。
 また、上述したような構成によれば、ろ過後の乾燥工程において必要な熱量な時間およびコスト、すなわちエネルギーを削減できる。これにより、例えば、目標7「すべての人々に手ごろで信頼でき、持続可能かつ近代的なエネルギーへのアクセスを確保する」等の持続可能な開発目標(SDGs)の達成に貢献できる。以下、本発明について詳説する。
 〔2.PHAの製造方法〕
 本製造方法は、以下の工程を含む方法である:
・融点が60℃以上の、脂肪酸アミドまたは脂肪酸から選択される少なくとも1種以上の添加剤を含む、pH2.5~5.5のPHA水性懸濁液を、60~95℃となるように加熱する工程(以下、工程(c)、または、「加熱処理工程」と称する。)、前記加熱工程で得られたPHA水性懸濁液を、前記加熱後のPHA水性懸濁液の温度よりも5℃以上低くなるように冷却する工程(以下、工程(d’)、または、「冷却工程」と称する。)、および前記冷却工程で得られたPHA水性懸濁液を、通気量が0.01~5.0cc/cm/secのろ材を用いてデッドエンドろ過する工程(以下、工程(d)と称する。)。
 また、本発明の一実施形態において、本製造方法は、上記工程(c)、(d’)および(d)に加えて、以下の工程の少なくとも一つを含むことが好ましい。
・工程(a):PHAを含む菌体のPHA以外の細胞由来成分を破壊および可溶化する工程であり、前記PHAの体積メジアン径が、0.5~5μmである、工程(「可溶化工程」とも称する。)
・工程(b):前記工程(a)の後、遠心分離によりPHA水性懸濁液を回収する工程(「回収工程」とも称する。)
・工程(c’):前記工程(b)で得たPHA水性懸濁液をpH2.5~5.5に調製する工程(「調製工程」とも称する。)。
・工程(e):前記工程(d)で得られたPHAを20~80℃で乾燥させる工程(「乾燥工程」とも称する。)。
・工程(f):前記乾燥させたPHAを水系溶媒に再分散させて、体積メジアン径が0.5~5μmであるPHAを含むPHA水性懸濁液を得る工程(「再分散工程」とも称する。)。
 本製造方法において、上記の各工程は、工程(a)、(b)、(c’)、(c)、(d’)、(d)、(e)、(f)の順に行われることが好ましいが、目的に応じて、適宜順番を入れ替えることも可能である。例えば、工程(a)、(b)の順番を入れ替えて、工程(b)、(a)の順に行うこと、および、工程(c’)、(c)の順番を入れ替えて、工程(c)、(c’)の順に行うことができる。また、目的に応じて、工程(a)、(b)、(c’)および(c)を2回以上行うことも可能である。すなわち、例えば、工程(b)、(a)、(b)、または、(c’)、(c)、(c’)といった順で行うことも可能である。以下、説明の便宜上、工程(a)、(b)、(c’)、(c)、(d’)、(d)、(e)、(f)の順に説明する。なお、本明細書では、少なくともPHAを含む水性懸濁液を、「PHA水性懸濁液」と略して表記する場合がある。
 (工程(a))
 本製造方法における工程(a)では、PHAを含む菌体のPHA以外の細胞由来成分を破壊および可溶化する。工程(a)により、前記菌体由来の不純物(細胞壁、タンパク質等)を破壊および除去することで、前記菌体から体積メジアン径が0.5~5μmであるPHAを効率的に回収できる。
 <PHA>
 本明細書において、「PHA」とは、ヒドロキシアルカン酸をモノマーユニットとする重合体の総称である。PHAを構成するヒドロキシアルカン酸としては、特に限定されないが、例えば、3-ヒドロキシブタン酸、4-ヒドロキシブタン酸、3-ヒドロキシプロピオン酸、3-ヒドロキシペンタン酸、3-ヒドロキシヘキサン酸、3-ヒドロキシヘプタン酸、3-ヒドロキシオクタン酸等が挙げられる。これらの重合体は、単独重合体でも、2種以上のモノマーユニットを含む共重合体でもよい。
 より詳しくは、PHAとしては、例えば、ポリ(3-ヒドロキシブチレート)(P3HB)、ポリ(3-ヒドロキシブチレート-コ-3-ヒドロキシヘキサノエート)(P3HB3HH)、ポリ(3-ヒドロキシブチレート-コ-3-ヒドロキシバリレート)(P3HB3HV)、ポリ(3-ヒドロキシブチレート-コ-4-ヒドロキシブチレート)(P3HB4HB)、ポリ(3-ヒドロキシブチレート-コ-3-ヒドロキシオクタノエート)(P3HB3HO)、ポリ(3-ヒドロキシブチレート-コ-3-ヒドロキシオクタデカノエート)(P3HB3HOD)、ポリ(3-ヒドロキシブチレート-コ-3-ヒドロキシデカノエート)(P3HB3HD)、ポリ(3-ヒドロキシブチレート-コ-3-ヒドロキシバリレート-コ-3-ヒドロキシヘキサノエート)(P3HB3HV3HH)等が挙げられる。中でも、工業的に生産が容易であることから、P3HB、P3HB3HH、P3HB3HV、P3HB4HBが好ましい。
 また、繰り返し単位の組成比を変えることで、融点、結晶化度を変化させ、結果として、ヤング率、耐熱性等の物性を変化させることができ、かつ、ポリプロピレンとポリエチレンとの間の物性を付与することが可能であること、および上記したように工業的に生産が容易であり、物性的に有用なプラスチックであるという観点から、3-ヒドロキシ酪酸と3-ヒドロキシヘキサン酸の共重合体であるP3HB3HHがより好ましい。
 本発明の一実施形態において、P3HB3HHの繰り返し単位の組成比は、柔軟性および強度のバランスの観点から、3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシヘキサノエート単位の組成比が、80/20~99.9/0.1(mol/mol)であることが好ましく、85/15~97/3(mo1/mo1)であることがより好ましい。3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシヘキサノエート単位の組成比が、99.9/0.01(mol/mol)以下であると、十分な柔軟性が得られ、80/20(mol/mol)以上であると、十分な硬度が得られる。
 工程(a)におけるPHAの体積メジアン径は、当該PHAの1次粒子の体積メジアン径(以下、「1次粒子径」と称する。)の50倍以下が好ましく、20倍以下がより好ましく、10倍以下がさらに好ましい。PHAの体積メジアン径が1次粒子径の50倍以下であることにより、PHA水性懸濁液がより優れた流動性を示すため、PHAの生産性が一層向上する傾向がある。
 本発明の一実施形態において、PHAの体積メジアン径は、例えば、優れた流動性が達成されるという観点から、0.5~5μmが好ましく、1~4.5μmがより好ましく、1~4μmがさらに好ましい。PHAの体積メジアン径は、HORIBA製レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置LA-950を用いて測定される。
 <菌体(微生物)>
 工程(a)において用いられる微生物は、細胞内にPHAを生成し得る微生物である限り、特に限定されない。例えば、天然から単離された微生物および菌株の寄託機関(例えば、IFO、ATCC等)に寄託されている微生物、またはそれらから調製し得る変異体および形質転換体等を使用できる。例えば、PHAの一例であるP3HBを生成する菌体としては、1925年に発見されたBacillus megateriumが最初で、他にもカプリアビダス・ネカトール(Cupriavidus necator)(旧分類:アルカリゲネス・ユートロファス(Alcaligenes eutrophus)、ラルストニア・ユートロフア(Ralstonia eutropha))、アルカリゲネス・ラタス(Alcaligenes latus)等の天然微生物が挙げられる。これらの微生物ではPHAが菌体内に蓄積されることが知られている。
 また、PHAの一例である、ヒドロキシブチレートとその他のヒドロキシアルカノエートとの共重合体を生成する菌体としては、P3HB3HVおよびP3HB3HH生産菌であるアエロモナス・キヤビエ(Aeromonas caviae)、P3HB4HB生産菌であるアルカリゲネス・ユートロファス(Alcaligenes eutrophus)等が挙げられる。特に、P3HB3HHに関し、P3HB3HHの生産性を上げるために、PHA合成酵素群の遺伝子を導入したアルカリゲネス・ユートロファス AC32株(Alcaligenes eutrophus AC32, FERM BP-6038)(T.Fukui,Y.Doi,J.Bateriol.,179,p4821-4830(1997))等がより好ましい。また、菌体は、上記以外にも、生産したいPHAに合わせて、各種PHA合成関連遺伝子を導入した遺伝子組換え微生物であっても良い。
 <細胞由来成分の破壊および可溶化>
 工程(a)において、PHAを含む菌体のPHA以外の細胞由来成分を破壊および可溶化する方法は特に限定されない。
 本発明の一実施形態において、上記破壊および可溶化は、例えば、溶菌酵素、タンパク質分解酵素(例えば、アルカリ性タンパク質分解酵素)を用いて行われる。
 本明細書において、「溶菌酵素」とは、菌体の細胞壁(例えば、ペプチドグリカン)を分解する(溶菌する)活性を有する酵素を意図する。
 本発明の一実施形態において、溶菌酵素は特に限定されず、例えば、リゾチーム、ラビアー、β-N-アセチルグルコサミニダーゼ、エンドリシン、オートリシン等が挙げられる。経済的に有利であるとの観点から、リゾチームが好ましい。これらの1種類を単独で使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
 溶菌酵素としては、市販品を用いることもでき、例えば、富士フイルム和光純薬株式会社製「リゾチーム」、「アクロモペプチダーゼ」等が挙げられる。
 本発明の一実施形態において、溶菌酵素の至適pHは、当該溶菌酵素が細胞壁分解活性を有する限り特に限定されないが、例えば、5.0~11.0であり、好ましくは6.0~9.0であり、より好ましくは6.0~8.0である。
 本発明の一実施形態において、溶菌酵素の至適温度は特に限定されないが、過度の加温を必要とせず、PHAの熱変化(熱分解)を防ぐことができるとの観点から、60℃以下が好ましく、50℃以下がさらに好ましい。至適温度の下限は特に限定されないが、過度の冷却操作が必要なく、経済的であるとの観点から、室温(例えば25℃)以上であることが好ましい。
 本明細書において、「アルカリ性タンパク質分解酵素」とは、アルカリ環境下(例えばpH8.5の溶液中)でタンパク質を分解する活性を有するタンパク質分解酵素を意図する。
 本発明の一実施形態において、アルカリ性タンパク質分解酵素は、アルカリ環境下でタンパク質を分解する活性を有する限り特に限定されず、例えば、セリン特異的タンパク質分解酵素(例えば、サブチリシン、キモトリプシン、トリプシン)、システイン特異的タンパク質分解酵素(例えばパパイン、プロメライン、カテプシン)、アスパラギン酸特異的タンパク質分解酵素(例えば、ペプシン、カテプシンD、HIVプロテアーゼ)等が挙げられる。経済的に有利であるとの観点から、セリン特異的タンパク質分解酵素、とりわけ、サブチリシン(例えば、アルカラーゼ)が好ましい。これらの1種類を単独で使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
 アルカリ性タンパク質分解酵素としては、市販品を用いることもでき、例えば、Novozyme社製「アルカラーゼ2.5L」;天野エンザイム株式会社社製「プロチンSD-AY10」および「プロテアーゼP「アマノ」3SD」;ダニスコジャパン株式会社製「マルチフェクトPR6L」および「オプチマーゼPR89L」;新日本化学工業株式会社製「スミチームMP」;ディー・エス・エムジャパン株式会社製「デルボラーゼ」;ナガセケムテックス株式会社製「ビオプラーゼOP」、「ビオプラーゼSP-20FG」および「ビオプラーゼSP-4FG」;HBI株式会社製「オリエンターゼ22BF」;ヤクルト薬品工業株式会社製「アロアーゼXA-10」等が挙げられる。
 本発明の一実施形態において、アルカリ性タンパク質分解酵素の至適pHは、当該アルカリ性タンパク質分解酵素がアルカリ環境下で活性を有する限り特に限定されないが、例えば8.0~14.0であり、好ましくは8.0~12.0であり、より好ましくは8.0~10.0であり、さらに好ましくは8.0~9.0であり、最も好ましくは8.5である。
 本発明の一実施形態において、アルカリ性タンパク質分解酵素の至適温度は、特に限定されないが、過度の加温を必要とせず、PHAの熱変化(熱分解)を防ぐことができるとの観点から、60℃以下が好ましく、50℃以下がさらに好ましい。至適温度の下限は、特に限定されないが、過度の冷却操作が必要なく、経済的であるとの観点から、室温(例えば、25℃)以上であることが好ましい。
 本発明の一実施形態において、工程(a)における細胞由来成分の破壊および可溶化は、リゾチームおよびアルカラーゼを組み合わせて行われ得る。
 工程(a)における上記酵素処理時間は、酵素の種類、pH、温度等の条件により変わり得るが、例えば、1時間~8時間であり、2時間~6時間が好ましい。
 なお、本製造方法におけるPHA水性懸濁液を構成する溶媒(「溶媒」は、「水性媒体」とも称する。)は、水、または水と有機溶媒との混合溶媒であってもよい。また、当該混合溶媒において、水と相溶性のある有機溶媒の濃度としては、使用する有機溶媒の水への溶解度以下であれば特に限定されない。また、水と相溶性のある有機溶媒としては特に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、iso-ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類;ジメチルホルムアミド、アセトアミド等のアミド類;ジメチルスルホキシド、ピリジン、ピペリジン等が挙げられる。中でも、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、iso-ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アセトニトリル、プロピオニトリル等が、除去しやすい点から好ましい。また、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、ブタノール、アセトン等が、入手容易であることからより好ましい。さらに、メタノール、エタノール、アセトンが、特に好ましい。なお、PHA水性懸濁液を構成する水性媒体は、本発明の本質を損なわない限り、他の溶媒、菌体由来の成分、精製時に発生する化合物等を含んでいても構わない。
 本製造方法におけるPHA水性懸濁液を構成する水性媒体には、水が含まれていることが好ましい。水性媒体中の水の含有量は、5重量%以上が好ましく、より好ましくは、10重量%以上であり、さらに好ましくは、30重量%以上であり、特に好ましくは、50重量%以上である。
 (その他の工程)
 本発明の一実施形態において、本製造方法は、工程(a)の前に、以下で示す工程を含んでいてもよい。
 <工程(a1)>
 工程(a1)は、PHAを含む菌体を培養する工程である。
 工程(a1)において、菌体は、例えば、上記<菌体(微生物)>の項に記載した菌体が用いられる。
 工程(a1)において、菌体の培養方法は特に限定されないが、例えば、国際公開第WO2019/142717号の段落〔0041〕~〔0048〕に記載の方法が挙げられる。
 <工程(a2)>
 工程(a2)は、前記工程(a1)で得られた菌体を不活化する工程である。本工程では、前記工程(a1)で得られた菌体を不活化し、不活化培養液を得る。
 工程(a2)において、不活化の方法は特に限定されないが、例えば、P3HAを含有する菌体を含む培養液を、内温60~70℃で7時間、加熱および攪拌処理する方法が挙げられる。
 <工程(a3)>
 工程(a3)は、前記工程(a2)で得られた不活化培養液の濃度およびpHを調整する工程である。工程(a3)は、主に、前記工程(a2)で得られた不活化培養液の粘度が高い場合に行われ、不活化培養液の濃度およびpHを調整して、不活化培養液の粘度を低下させる。工程(a3)により、工程(a)における可溶化を容易にする。
 工程(a3)において、不活化培養液の濃度およびpHを調整する方法は特に限定されず、当技術分野で用いられる任意の方法により行われる。例えば、不活化培養液に過酸化水素等を添加して、不活化培養液の濃度を調整できる。また、pHを調整する方法としては、例えば、不活化培養液に塩基性化合物を添加する方法が挙げられる。塩基性化合物としては、特に限定されないが、アルカリ金属水酸化物またはアルカリ土類金属水酸化物が好ましく、水酸化ナトリウムがより好ましい。塩基性化合物は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
 (工程(b))
 本製造方法における工程(b)では、前記工程(a)の後、遠心分離によりPHA水性懸濁液を回収する。工程(b)により、PHA水性懸濁液中の前記菌体由来の不純物(細胞壁、タンパク質等)を除去できる。
 工程(b)において、PHA水性懸濁液の回収は、当該技術分野で公知である任意の遠心分離法により行われる。遠心分離の方法は、特に限定されないが、例えば、遠心沈降機、遠心脱水機等を用いた遠心分離が挙げられる。
 遠心沈降機としては、例えば、分離板型(例えば、ディスク型、セルフクリーニング型、ノズル型、スクリューデカンター型、スキミング型等)、円筒型、デカンター型の遠心沈降機が挙げられる。それぞれ沈降成分の排出の方法により、回文式と連続式がある。また遠心脱水機についても回文式と連続式とが挙げられる。これらの機器を用いることにより、比重差により、PHAを含む沈降物と、培養液成分とを分離することが可能である。
 工程(a)および(b)により、最終製品に残留する不純物量が概ね決定されるため、これらの不純物は、できる限り低減させた方が好ましい。当然に、用途によっては、最終製品の物性を損なわない限り不純物が混入しても構わないが、医療用用途等、高純度のPHAが必要とされる場合は、できる限り不純物を低減させることが好ましい。その際の精製度の指標としては、例えば、PHA水性懸濁液中のPHA表面付着タンパク質量が挙げられる。当該タンパク質量は、PHA重量当たり2000ppm以下であり、好ましくは、1900ppm以下、さらに好ましくは、1800ppm以下、最も好ましくは、1700ppm以下である。PHA水性懸濁液のPHA表面付着タンパク質量が上記の範囲内であると、漏洩率が高くなりすぎないという利点を有する。当該効果は、PHA表面付着タンパク質量が少ないと、PHA同士が纏まり易いためであると推察される。
 (工程(c’))
 工程(c’)において、遠心分離により回収されたPHA水性懸濁液は、通常、7を超えるpHを有する。そこで、本製造方法における工程(c’)では、前記工程(b)で得たPHA水性懸濁液をpH2.5~5.5に調整する。工程(c’)のpH調整を行うことにより、工程(d)のろ過における漏洩率が下がる。
 工程(c’)において、PHA水性懸濁液のpHは、2.5~5.5であり、2.5~5.0であることが好ましく、2.5~4.5であることがより好ましく、2.5~4.0であることがさらに好ましく、2.5~3.5であることが特に好ましい。PHA水性懸濁液のpHが上記の範囲内であると、ろ過工程において、ろ液へのPHAの漏洩率を高くすることなく、ろ液透過速度を向上させることができるという利点を有する。当該効果は、PHAが小さくなりすぎず、凝集し易いためであると推察される。また、pHの上限については、PHAを加熱溶融した時の着色を低減したり、加熱時および/または乾燥時の分子量の安定性を確保する観点、および、加熱溶融時の着色が低減され、加熱時および/または乾燥時の分子量低下が抑制されたPHAが得られるという観点からもpH5.5以下が好ましい。pHの下限については、容器の耐酸性の観点から、pH2.5以下が好ましい。
 工程(c’)において、pHの調整方法は、特に限定されず、例えば、酸を添加する方法等が挙げられる。酸は、特に限定されず、有機酸、無機酸のいずれでもよく、揮発性の有無は問わない。より具体的には、酸としては、例えば、硫酸、塩酸、リン酸、酢酸等が使用できる。
 本発明の一実施形態において、工程(c)におけるpH調整の後、工程(d)を行うまでの間に、追加のpH調整は実施しないことが好ましい。
 (工程(c))
 本製造方法における工程(c)では、融点が60℃以上の、脂肪酸アミドまたは脂肪酸から選択される少なくとも1種以上の添加剤を含む、pH2.5~5.5のPHA水性懸濁液を、60~95℃となるように加熱する。工程(c)により、ろ過時のろ液透過速度を高めることができる。
 工程(c)において、PHA水性懸濁液は、融点が60℃以上の、脂肪酸アミドおよび脂肪酸から選択される少なくとも1種以上の添加剤を含む。
 工程(c)において、添加剤の融点は60℃以上であり、65℃以上であることが好ましく、70℃以上であることがより好ましく、75℃以上であることがさらに好ましく、80℃以上であることが特に好ましい。添加剤の融点が上記の範囲内であると、ろ液透過速度が向上するという利点を有する。当該効果は、添加剤が局所的に高温となる部分で融解し、バインダーのように作用していると推察される。なお、融点は、実施例に記載の方法に従って測定される。
 融点が60℃以上の脂肪酸アミドとしては、特に限定されないが、例えば、エルカ酸アミド(融点80℃)、ベヘン酸アミド(融点110℃)、オレイン酸アミド(融点73℃)、ステアリン酸アミド(融点106℃)、パルミチン酸アミド(融点103℃)、N-ステアリルエルカ酸アミド(融点72℃)、エチレンビスステアリン酸アミド(融点145℃)、エチレンビスオレイン酸アミド(融点119℃)等が挙げられる。これらの脂肪酸アミドのうち、色が薄い観点から、エルカ酸アミド(融点80℃)、ベヘン酸アミド(融点110℃)が特に好ましい。これらは、1種を用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
 融点が60℃以上の脂肪酸としては、特に限定されないが、例えば、ステアリン酸(融点70℃)、パルミチン酸(融点63℃)、ベヘン酸(融点82℃)等が挙げられる。これらの脂肪酸のうち、価格の観点から、ステアリン酸が特に好ましい。これらは、1種を用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
 また、工程(c)において、添加剤は、PHA100重量部に対して0.3~6.0重量部含むことが好ましく、0.35~5.8重量部含むことがより好ましく、0.4~5.6重量部含むことがさらに好ましい。添加剤の含有量が上記の範囲内であると、ろ液透過速度が向上するという利点を有する。
 工程(c)において、PHA水性懸濁液の温度が、60~95℃になるように加熱し、65~93℃になるように加熱処理することが好ましく、70~91℃になるように加熱することがより好ましい。PHA水性懸濁液の温度が上記の範囲内であると、ろ過時のろ液透過速度をより高めることができる。
 工程(c)において、加熱処理する方法は、特に限定されないが、例えば、(i)蒸気を用いてPHA水性懸濁液の入った容器を温める方法、(ii)オイルを用いてPHA水性懸濁液の入った容器を温める方法、(iii)蒸気をPHA水性懸濁液に直接投入する方法等が挙げられる。上記(i)および(iii)の蒸気の温度、ならびに上記(ii)のオイルの温度は、工程(c)におけるPHA水性懸濁液の温度が、60~95℃になるような温度であれば特に限定されないが、高温である方が昇温する時間も速くなり、設備を小スケールにできることから、例えば95~160℃である。
 (工程(d’))
 本製造方法における工程(d’)では、工程(c)で得られたPHA水性懸濁液を、加熱後のPHA水性懸濁液の温度よりも5℃以上低くなるように冷却する。本発明の一実施形態において、工程(d’)では、工程(c)で得られたPHA水性懸濁液を、加熱後のPHA水性懸濁液の温度よりも、8℃以上低くなるように冷却することが好ましく、10℃以上低くなるように冷却することがより好ましく、12℃以上低くなるように冷却することがさらに好ましく、15℃以上低くなるように冷却することが特に好ましい。冷却する方法は、特に限定されず、例えば、冷却装置による冷却、放冷等が挙げられる。
 具体的には、工程(d’)におけるPHA水性懸濁液の温度は、特に限定されないが、20~90℃であることが好ましく、20℃以上90℃未満であることがより好ましく、20~85℃であることがさらに好ましく、20~80℃であることが特に好ましく、20~75℃であることがとりわけ好ましい。なお、PHA水性懸濁液の当該温度を、ろ過工程(工程(d))まで持続させることが好ましい。すなわち、工程(d’)でのPHA水性懸濁液の温度は、工程(d)でのPHA水性懸濁液の温度(ろ過時温度)と等しいことが好ましい。
 (工程(d))
 本製造方法における工程(d)では、冷却工程(工程(d’))で得られたPHA水性懸濁液を、通気量が0.01~5.0cc/cm/secのろ材を用いてデッドエンドろ過する。工程(d)では、前記PHA水性懸濁液中のPHA表面付着タンパク質量が、2000ppm以下であり、前記ろ過工程におけるPHA水性懸濁液の液密度が、0.5~1.08g/mLであることが好ましい。工程(d)により、一定の体積メジアン径および含水率を有するPHAが得られる。
 本明細書中では、1秒あたりにろ材の単位面積(cm)を通過する空気量(cc)を通気量と称する。工程(d)において、通気量は、0.01~5.0cc/cm/secであり、0.1~4.0cc/cm/secが好ましく、0.2~3.5cc/cm/secがより好ましく、0.3~3.0cc/cm/secがさらに好ましく、0.4~2.5cc/cm/secが特に好ましい。通気量が上記の範囲内であると、ろ液へのPHAの漏洩率が低いという利点を有する。なお、本製造方法のろ過工程における通気量は、実施例に記載の方法で測定される。
 工程(d)において、PHA水性懸濁液の液密度は、0.50~1.08g/mLであることが好ましく、0.55~1.05g/mLであることがより好ましく、0.60~1.02g/mLであることがより好ましく、0.65~1.00g/mLであることがさらに好ましい。PHA水性懸濁液の液密度が上記の範囲内であると、ろ液透過速度が高く、かつ、PHA凝集塊中の含水率が低くなるという利点を有する。液密度が低い場合に、ろ液透過速度が下がるのは、空気を含むことによりPHA水性懸濁液の粘度が上がり、空気とPHAとが相互作用して粘度が上がるためであると推察される。PHA水性懸濁液の液密度は、例えば、空気を含ませることにより調整でき、空気の量を増やすと、PHA水性懸濁液の液密度は低下し、空気の量を減らすと、PHA水性懸濁液の液密度は増加する。
 工程(d)で使用されるろ材としては、特に限定されないが、例えば、紙、ろ布(織布、不織布)、スクリーン、焼結板、素焼、高分子膜、パンチングメタル、ウェッジワイヤー等、種々の素材から選択可能である。価格、洗浄の容易さの観点から、好ましくは、ろ布が使用される。
 工程(d)におけるろ過の方法は、デッドエンドろ過であればよく、特に限定されないが、例えば、吸引ろ過、加圧ろ過、遠心ろ過、重力式ろ過等が挙げられる。中でも、機器の大きさの観点から、好ましくは、吸引ろ過、加圧ろ過、遠心ろ過が用いられる。更に、構造の容易さから、より好ましくは、吸引ろ過、加圧ろ過が用いられる。
 本明細書において、ろ液透過速度とは、ろ液がPHA凝集塊とろ材を透過する速度のことを意味する。本製造方法における工程(d)において、ろ液透過速度は、1400L/m/hr以上であることが好ましく、1450L/m/hr以上であることがより好ましく、1500L/m/hr以上であることがより好ましく、1550L/m/hr以上であることがより好ましく、1600L/m/hr以上であることがより好ましく、1650L/m/hr以上であることがより好ましく、1700L/m/hr以上であることがさらに好ましく、1750L/m/hr以上であることが特に好ましい。ろ液透過速度が上記の範囲内であると、作業時間が短縮できるという利点を有する。ろ液透過速度は高い程よく、上限は特に限定されないが、例えば、4000L/m/hr以下である。なお、ろ液透過速度は、実施例に記載の方法で測定される。
 本明細書において、漏洩率とは、ろ過工程後における、ろ液へのPHAの漏洩率を意味する。本製造方法における工程(d)において、漏洩率は、5%以下であることが好ましく、4%以下であることがより好ましく、3%以下であることがより好ましく、2%以下であることがより好ましく、1%以下であることがより好ましく、0.5%以下であることがさらに好ましく、0.3%以下であることが特に好ましい。漏洩率が上記の範囲内であると、高い分離能でPHAと水とを分離可能であり、高収率でPHAを回収できるという利点を有する。なお、漏洩率は、実施例に記載の方法で測定される。
 上述の通り、工程(d)におけるPHA水性懸濁液の温度(ろ過時温度)は、工程(d’)におけるPHA水性懸濁液の温度と同じであることが好ましく、20~90℃であることが好ましく、20~85℃であることがより好ましく、20~80℃であることがさらに好ましく、20~75℃であることが特に好ましい。PHA水性懸濁液の温度が前記の範囲内であると、ろ液透過速度が高くなるという利点を有する。前記ろ液透過速度の増加は、温度上昇により粘度が上がる一方で、粒子径が大きくなるためであると推察される。
 なお、工程(d)において、「pH」については、上記(工程(c’))の記載が援用される。また、工程(d)において、「PHA水性懸濁液中のPHA表面付着タンパク質量」については、上記(工程(b))の記載が援用される。
 (工程(e))
 本製造方法における工程(e)では、前記工程(d)で得られたPHAを20~80℃で乾燥させる。工程(e)により、PHA水性懸濁液中の水分を蒸発させ、含水率を調整できる。
 工程(e)において、PHAを乾燥させる方法は特に限定されないが、例えば、加熱、真空乾燥、常温乾燥等が挙げられる。好ましくは、適度な乾燥速度の観点から、加熱により行われる。乾燥時の熱媒体(例えば、熱風、ジャケット等)は、20~160℃が好ましく、40~160℃がより好ましく、40~150℃がさらに好ましく、50℃~150℃が特に好ましい。
 (工程(f))
 本製造方法における工程(f)では、前記乾燥させたPHAを水系溶媒に再分散させて、体積メジアン径が0.5~5μmであるPHAを含むPHA水性懸濁液を得る。工程(e)に続いて、工程(f)を行うことにより、元の粒子径(1次粒子径)と実質的に同一な粒子径を有するPHAを含むPHA水性懸濁液が得られる。
 工程(f)において、再分散の方法は特に限定されることなく、当技術分野で用いられる任意の方法により行われる。
 工程(f)において、PHAの体積メジアン径は、工程(a)におけるPHAの体積メジアン径と実質的に同一であれば特に限定されないが、例えば、0.5~5μmが好ましく、1~4.5μmがより好ましく、1~4μmがさらに好ましい。
 〔3.PHA凝集塊〕
 本PHA凝集塊は、PHAと、融点が60℃以上の、脂肪酸アミドまたは脂肪酸から選択される少なくとも1種以上の添加剤と、を含み、前記添加剤の含有量が、前記PHA100重量部に対して0.3~6.0重量部であり、含水率が、25.0~50.0%(W.B.)であり、前記PHA凝集塊のFeret径が、1~30mmである。なお、本PHA凝集塊は、PHAと、融点が60℃以上の、脂肪酸アミドまたは脂肪酸から選択される少なくとも1種以上の添加剤と、を含み、前記添加剤の含有量が、前記PHA100重量部に対して0.3~6.0重量部であり、含水率が、25.0~50.0%(W.B.)であり、前記PHA凝集塊のFeret径が、1~30mmである組成物であるとも言える。なお、PHA凝集塊は、「PHAケーキ」、「ろ過ケーキ」または「PHAろ過ケーキ」と称することもある。
 本PHA凝集塊の含水率は、25.0~50.0%(W.B.)であり、25.5~49.0%(W.B.)であることが好ましく、26.0~48.0%(W.B.)であることがより好ましく、26.5~47.0%(W.B.)であることがさらに好ましく、27.0~46.0%(W.B.)であることが特に好ましい。本PHA凝集塊の含水率が上記の範囲内であると、PHA凝集塊がスラリー状ではなく、固体状となり、乾燥機に投入しやすいという利点を有する。なお、本PHA凝集塊の含水率は、実施例に記載の方法で測定される。
 本PHA凝集塊のFeret径は、1~100mmであり、1~70mmであることが好ましく、1~50mmであることがより好ましく、1~30mmであることがさらに好ましく、1~10mmであることが特に好ましい。本PHA凝集塊のFeret径が上記の範囲内であると、次のプロセスへの移送が有利になるという利点を有する。特に、本PHA凝集塊のFeret径が1~30mmであることにより、微粉が飛散しにくいという利点がある。なお、工程(d)で得られたPHA凝集塊を、破砕機やスクリュー等の機械的な方法で上記範囲に整粒したり、落下の衝撃による破壊等でこの範囲に整粒することも可能である。PHA凝集塊10個の画像(図1)を取り、ImageJ(ver1.50)で解析し、10個のPHA凝集塊に対して、個別Feret径を出し、10個の個別Feret径の単純平均をFeret径とする。
 なお、本PHA凝集塊における添加剤および添加剤の含有量については、〔2.PHAの製造方法〕の(工程(c))の記載が援用される。
 本発明の一実施形態において、本PHA凝集塊は、本製造方法により製造される。
 本PHA凝集塊は、本発明の効果を奏する限り、本製造方法の過程で生じた、または除去されなかった種々の成分を含んでいてもよい。
 〔4.乾燥物〕
 本発明の一実施形態において、〔3.PHA凝集塊〕の項に記載のPHA凝集塊を乾燥させてなる乾燥物(以下、「本乾燥物」と称する。)を提供する。本乾燥物は、例えば、〔2.PHAの製造方法〕の(工程(e))に記載の方法により得られるものであり、押出加工物とは異なる。
 本乾燥物の含水率は、0.01~10.0%(W.B.)であることが好ましく、0.1~5.0%(W.B.)であることがより好ましく、0.5~5.0%(W.B.)であることがさらに好ましい。本乾燥物の含水率が上記の範囲内であると、長期の貯蔵安定性が確保できるという利点を有する。なお、本乾燥物の含水率は、実施例に記載の方法で測定される。
 本製造方法により得られたPHA、本PHA凝集塊、および本乾燥物は、紙、フィルム、シート、チューブ、板、棒、容器(例えば、ボトル容器等)、袋、部品等、種々の用途に利用できる。
 本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
 すなわち、本発明の一実施形態は、以下である。
<1>融点が60℃以上の、脂肪酸アミドまたは脂肪酸から選択される少なくとも1種以上の添加剤を含む、pH2.5~5.5のポリヒドロキシアルカノエート水性懸濁液を、60~95℃となるように加熱する工程、前記加熱工程で得られたポリヒドロキシアルカノエート水性懸濁液を、前記加熱後のポリヒドロキシアルカノエート水性懸濁液の温度よりも5℃以上低くなるように冷却する工程、および前記冷却工程で得られたポリヒドロキシアルカノエート水性懸濁液を、通気量が0.01~5.0cc/cm/secのろ材を用いてデッドエンドろ過する工程を含む、ポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。<2>前記ろ過工程において、ろ液透過速度が1400L/m/hr以上であり、かつ、漏洩率が5%以下である、<1>に記載の製造方法。
<3>前記添加剤を、前記ポリヒドロキシアルカノエート100重量部に対して0.3~6.0重量部含む、<1>または<2>に記載の製造方法。
<4>前記冷却工程におけるPHA水性懸濁液の温度が20℃以上90℃未満である、<1>~<3>のいずれかに記載の製造方法。
<5>ポリヒドロキシアルカノエートと、融点が60℃以上の、脂肪酸アミドまたは脂肪酸から選択される少なくとも1種以上の添加剤と、を含むポリヒドロキシアルカノエート凝集塊であり、前記添加剤の含有量が、前記ポリヒドロキシアルカノエート100重量部に対して0.3~6.0重量部であり、含水率が、25.0~50.0%(W.B.)であり、前記ポリヒドロキシアルカノエート凝集塊のFeret径が、1~30mmである、PHA凝集塊。
<6><5>に記載のポリヒドロキシアルカノエート凝集塊を乾燥させてなる乾燥物。
 以下、本発明を実施例に基づいてより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、実施例において、「PHA」としては「P3HB3HH」を使用しており、実施例中の記載「PHA」は、「P3HB3HH」と読み替えることもできる。
 〔測定方法〕
 実施例および比較例における測定を、以下の方法で行った。
 (通気量)
 通気量はJISL1096に記載の方法で測定した。具体的には、フラジール型通気性試験機(パーミヤメーターP2 東洋精機製作所株式会社製)を用いて、傾斜型気圧計が125Paを示すように、空気の吸い込み量を調節し、そのときの空気流量を測定した。
 (PHA表面付着タンパク質量)
 PHA表面付着タンパク質量は、BCA Protein Assay Kit(Thermo Fisher Scientific社製)を用いて測定した。具体的には、工程(c’)直前のPHA水性懸濁液を20~50mg(液中に約10mgのP3HB3HH粒子が含有する量)を15mLのファルコンチューブに投入し、前記キットの試薬2mLを添加した後、60℃で30分間振とうした。振とう終了から30分後に25℃に冷却し、波長562nmの吸光度を測定した。
 (固形分濃度)
 不活化後のPHAを含む培養液やpH調整後のPHA水性懸濁液の固形分濃度を、加熱乾燥式水分計ML-50(株式会社A&D製)を用いて測定した。前記培養液、PHA水性懸濁液を130℃で加熱し、重量変化速度が0.05%(W.B.)/分を下回るまで加熱し、加熱前後の重量変化から固形分濃度を割り出した。
 (液密度)
 ろ過工程直前のPHA水性懸濁液をろ過時温度まで加温し、予め重量を測定しておいた20mLプラスチックシリンジ(テルモ製)に20mL分吸引した。次いで、プラスチックシリンジと20mL分の水性懸濁の重量を測定し、20mLプラスチックシリンジの重量を差し引いた重量(g)を、液体の体積(20mL)で除することにより、ろ過時温度における液密度を計算した。
 (添加剤の融点)
 添加物の融点はDSC(示差走査熱量計Q20 TA instrument製)で測定した。具体的には、添加物を3℃/minで昇温し、融点のピークを測定した。ピークが複数存在する場合には、最もピーク面積が大きいピークの変曲点を融点とした。
 (加熱処理温度)
 加熱処理温度は、PHA水性懸濁液を撹拌翼などで流動状態にした状態で、熱源から最も離れたPHA水性懸濁液の温度を測定した。例えば、容器の外側から加熱する場合は容器の中心を測定し、蒸気を容器の中心に直接投入する場合は、容器壁面温度を測定した。温度の測定はK熱電対(AD5601A AND社製)で測定した。
 (ろ過時温度)
 ろ過時の温度は、K熱電対(AD5601A AND社製)を用いて、PHA水性懸濁液をろ過器に投入する直前の温度を測定した。
 (工程(c’)におけるPHA水性懸濁液のpH)
 pH計(9652-10D HORIBA製)を用いて測定した。pHの測定位置は、PHA水性懸濁液を撹拌翼などで流動状態にした状態で、酸の添加位置から最も離れたPHA水性懸濁液の位置にした。例えば、容器の壁面から酸を添加する場合は容器の中心のpHを測定した。
 (吸引ろ過のろ液透過速度)
 内径47mmのろ過器(kst-47 Advantec製)に濾布を置き、ろ過器の上蓋を取った状態で吸引鐘(2L SHIBATA製)に取り付けた。吸引鐘内に、全てのろ液がメスシリンダー内に入るようにガラス製の50mLメスシリンダーを設置した。真空ポンプで-76kPaまで吸引しつつ、PHA水性懸濁液をろ過器に投入することにより、ろ過を行った。ろ液の落ちる様子をビデオカメラで撮影した。ろ液が5mL排出されてから、ろ液が25mL排出されるまでに要した時間(hr)と、ろ過器の断面積(m)とによって、差分(25-5=20mL)のろ液の量(L)を除することにより、ろ液透過速度(L/m/hr)を算出した。本明細書における吸引ろ過時のろ過面積は、直径47mmの円の面積として計算した。
 (漏洩率)
 ろ過工程により得られた、ろ液の重量を測定した。ろ液の吸光度を分光光度計(Jasco V-770 日本分光製)を用いて測定し、波長600nmの吸光度を測定した。固形分濃度が既知であるPHA水性懸濁液から作成した検量線を用いることにより、ろ液中のPHA濃度を算出した。ろ液中のPHA濃度とろ液重量(g)から固形分重量(g)を、ろ過工程前のPHA水性懸濁液の固形分重量(g)で除することにより、漏洩率(%)を算出した。
 (PHA凝集塊およびPHA乾燥物の含水率)
 ろ過後に得られるPHA凝集塊や乾燥後に得られるPHA乾燥物を、加熱乾燥式水分計ML-50(株式会社A&D製)を用いて測定した。PHA凝集塊およびPHA乾燥物を105℃で加熱し、重量変化速度が0.05%(W.B.)/分を下回るまで加熱し、加熱前後の重量変化からPHA凝集塊およびPHA乾燥物の含水率を割り出した。
 (体積メジアン径)
 PHA水性懸濁液中の体積メジアン径は、HORIBA製レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置LA-950を用いて測定した。
 (Feret径)
 PHA凝集塊10個の画像(図1)を取り、ImageJ(ver1.50)で解析し、10個のPHA凝集塊に対して、個別Feret径を出し、10個の個別Feret径の単純平均をFeret径とした。
 〔実施例1〕
 (菌体培養液の調製)
 国際公開第WO2019/142717号に記載のラルストニア・ユートロファを、同文献の段落〔0041〕~〔0048〕に記載の方法で培養し、PHAを含有する菌体を含む菌体培養液を得た。なお、ラルストニア・ユートロファは、現在では、カプリアビダス・ネカトールに分類されている。
 (不活化)
 前記で得られた菌体培養液を、内温60~70℃で7時間加熱および攪拌処理することにより滅菌処理を行い、不活化培養液を得た。
 (粘度低下処理)
 前記で得られた不活化培養液に対して、1重量%となるように、35重量%過酸化水素(富士フイルム和光純薬製)を添加した。次いで、30%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pHを11.0に調整した。溶液を60℃で維持しつつ、30%水酸化ナトリウム水溶液を添加し続けることにより、pHを11.0で180分間維持し、PHA水性懸濁液を得た。
 (酵素処理)
 前記で得られたPHA水性懸濁液に対し、95%硫酸を添加してpHを7.0±0.2に調整した。硫酸を添加したPHA水性懸濁液の固形分濃度を測定したところ、30重量%であった。硫酸添加後、細胞壁中の糖鎖(ペプチドグリカン)を分解する酵素であるリゾチーム(富士フイルム和光純薬製)を、液中濃度が10ppmとなるように添加して、50℃で2時間保持した。その後、タンパク質分解酵素であるアルカラーゼ2.5L(Novozyme社製)を、液中濃度が300ppmとなるように添加し、次いで、50℃で30%水酸化ナトリウムを添加して、pH8.5に調整しながら2時間維持した。
 (アルカリ処理)
 前記酵素処理液に対して、0.3重量%になるようにドデシル硫酸ナトリウム(SDS、花王製)を添加した。その後、水酸化ナトリウム水溶液を用いて、pHが11.0±0.2となるように調整した。次いで、前記酵素処理液を遠心分離(4000G、10分間)した後、上清を除去して2倍濃縮したPHA水性懸濁液を得た。前記濃縮PHA水性懸濁液に、除去した上清と同量の水酸化ナトリウムを添加して再度遠心分離(4000G、10分間)して、上清を除去することを4回繰り返した。得られたPHA水性懸濁液中のPHA粒子表面残タンパク質濃度は、1000ppmであった。PHAの体積メジアン径は、2.2μmであった。
 (pH調整)
 前記で得られたPHA水性懸濁液中の固形分濃度を25重量%に調整し、60℃で保持した。次いで、10%硫酸を添加してpHを3.0に調整した。液密度は1.0g/mLであった。
 (ろ過)
 前記PHA水性懸濁液にエルカ酸アミド(EA、融点80℃、製品名ニュートロンS、日本精化製)を0.5重量部添加し、125℃のオイルバスで内温が90℃になるまで加温し5分保持した。その後、63℃のウォーターバスで内温が60℃になるまで冷却し、ろ過を実施した。通気量0.5cc/cm/secの濾布(T7104C 薮田機械製)を使用したところ、ろ液透過速度は1820L/m/hを示し、漏洩率は0.0%であった。得られたPHA凝集塊含水率は44.0%(W.B.)であった。PHA凝集塊のFeret径は、20mmであった。
 〔実施例2〕
 EAの添加量を5.0重量部とした以外は、実施例1と同じ手法でろ過を実施した。ろ液透過速度は2200L/m/hを示し、漏洩率は0.0%であった。得られたPHA凝集塊含水率は47.6%(W.B.)であった。PHA凝集塊のFeret径は、17mmであった。
 〔実施例3〕
 ベヘン酸アミド(BA、融点110℃、製品名BNT-22H、日本精化製)を0.5重量部添加した以外は、実施例1と同じ手法でろ過を実施した。ろ液透過速度は2360L/m/hを示し、漏洩率は1.0%であった。得られたPHA凝集塊含水率は44.3%(W.B.)であった。PHA凝集塊のFeret径は、12mmであった。
 〔比較例1〕
 エルカ酸アミドを添加しなかったこと以外は、実施例1と同じ手法でろ過を実施した。ろ液透過速度は1320L/m/hを示し、漏洩率は0.1%であった。得られたPHA凝集塊含水率は44.0%(W.B.)であった。PHA凝集塊のFeret径は、21mmであった。
 〔比較例2〕
 ろ過時に液温を60℃まで下げず、90℃のままろ過を実施した以外は実施例1と同じ手法でろ過を実施した。ろ液透過速度は930L/m/hを示し、漏洩率は0.1%であった。得られたPHA凝集塊含水率は46.9%(W.B.)であった。PHA凝集塊のFeret径は、35mmであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 〔結果〕
 実施例と比較例1とを比較すると、脂肪酸を含有するPHA水性懸濁液では、ろ液透過速度が上昇することがわかる。また、実施例1と比較例2との比較より、脂肪酸含有PHA水性懸濁液は、ろ過前に温度を下げることで、ろ液透過速度が大きく上昇することがわかる。
 本製造方法は、簡便な操作でPHAを製造することができることから、PHAの製造において有利に使用できる。また、本製造方法により得られたPHA、ならびに当該PHAを含むPHA凝集塊および乾燥物は、農業、漁業、林業、園芸、医学、衛生品、衣料、非衣料、包装、自動車、建材、その他の分野に好適に利用することができる。

 

Claims (6)

  1.  融点が60℃以上の、脂肪酸アミドまたは脂肪酸から選択される少なくとも1種以上の添加剤を含む、pH2.5~5.5のポリヒドロキシアルカノエート水性懸濁液を、60~95℃となるように加熱する工程、
     前記加熱工程で得られたポリヒドロキシアルカノエート水性懸濁液を、前記加熱後のポリヒドロキシアルカノエート水性懸濁液の温度よりも5℃以上低くなるように冷却する工程、および
     前記冷却工程で得られたポリヒドロキシアルカノエート水性懸濁液を、通気量が0.01~5.0cc/cm/secのろ材を用いてデッドエンドろ過する工程を含む、ポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。
  2.  前記ろ過工程において、ろ液透過速度が1400L/m/hr以上であり、かつ、漏洩率が5%以下である、請求項1に記載の製造方法。
  3.  前記添加剤を、前記ポリヒドロキシアルカノエート100重量部に対して0.3~6.0重量部含む、請求項1または2に記載の製造方法。
  4.  前記冷却工程におけるポリヒドロキシアルカノエート水性懸濁液の温度が20℃以上90℃未満である、請求項1または2に記載の製造方法。
  5.  ポリヒドロキシアルカノエートと、
     融点が60℃以上の、脂肪酸アミドまたは脂肪酸から選択される少なくとも1種以上の添加剤と、を含むポリヒドロキシアルカノエート凝集塊であり、
     前記添加剤の含有量が、前記ポリヒドロキシアルカノエート100重量部に対して0.3~6.0重量部であり、
     含水率が、25.0~50.0%(W.B.)であり、
     前記ポリヒドロキシアルカノエート凝集塊のFeret径が、1~30mmである、ポリヒドロキシアルカノエート凝集塊。
  6.  請求項5に記載のポリヒドロキシアルカノエート凝集塊を乾燥させてなる乾燥物。

     
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