JPH0438763B2 - - Google Patents
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- JPH0438763B2 JPH0438763B2 JP57118316A JP11831682A JPH0438763B2 JP H0438763 B2 JPH0438763 B2 JP H0438763B2 JP 57118316 A JP57118316 A JP 57118316A JP 11831682 A JP11831682 A JP 11831682A JP H0438763 B2 JPH0438763 B2 JP H0438763B2
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Description
この発明は、ポリβ−ヒドロキシ酪酸(以下
PHBと略記する)に関している。
PHBは、微生物細胞内部で粒子状のエネルギ
ー貯蔵物質として、種々の微生物、主としてバク
テリアにより蓄積される。
このような細胞から抽出したPHBは、次の繰
返し単位の熱可塑性ポリエステルであり、
−O・CH(CH3)CH2CO−
急速に比較的高いレベル例えば70%またはそれ以
上のオーダーまで結晶化する。この結晶化挙動
は、重合体を例えば成形用材料として使用すると
きには、しばしば欠点となる。
このPHBの結晶化は、重合体鎖に非類似単量
体の単位を組み入れることで変性できることが判
明した。
かくして微生物をある種の有機酸の存在下にお
いて特定の条件下で培養することにより小割合の
コモノマー単位を重合体鎖中へ導入することがで
きる。そのような酸の一例はプロピオン酸であ
る。
この発明は以下の理論に何ら拘束されるもので
はないが、そのような重合体をもたらす代謝経路
は下記の如くであると考えられる。下記におい
て、
CoASHは、末エステル化補酵素Aである。し
たがつてCH3COSCoAは補酵素Aのアセチルチ
オエステルで、一般にアセチルCoAと称されて
いる。
NADPは、酸化状態のニコチン酸アミドアデ
ニンジヌクレオチドホスフエートである。
NADPH2は、還元されたNADPである。
微生物によるPHBの生合成における第1工程
は、アセチルCoAの合成と考えられる。これは、
例えば補酵素Aと酢酸エステルから、またはピル
ベート〔炭水化物のグリコリシス(解糖)生成物
であるか、またはオキサロアセテート(トリカル
ボン酸(TCA)サイクルまたはクレブスサイク
ルの一員である)の脱カルボキシル化で生成す
る〕の脱カルボキシル化により形成される。
したがつて、アセチルCoA源としての酢酸エ
ステルで、PHBは次の諸反応を含む代謝経路で
産生される:
(1) CH3・CO・O-+CoA・SHチオキナーゼ
―――――――→
CH3・CO・S・CoA+OH-
(2) 2CH3・CO・S・CoAβ−ケトチオラーゼ
―――――――――――→
CH3・CO・CH2・CO・S・CoA+CoA・SH
(3) CH3・CO・CH2・CO・S・CoA+NADPH2リダク
ターゼ
――――――――→
CH3・CHOH・CH2・CO・
S・CoA+NADP
(3−ヒドロキシブチリルCoA)
(4) CH3・CHOH・CH2・CO・S・CoAポリメラーゼ
―――――――→
−O・CH(CH3)・CH2・CO−+CoASH
(重合体中の繰返し単位)
従つて反応(4)は、生長中の重合体鎖に一つの−
O・CH(CH3)・CH2・CO−単位を付加する。
関与する酵素類がプロピオン酸に関して特異性
を欠くので、対応する経路は下記の如くであると
考えられる。
(1a) CH3・CH2・COO-+CoA・SH―――→
CH3・CH2・CO・S・CoA+OH-
(2a) CH3・CH2・CO・S・CoA+CH3・
CO・S・CoA―→
CH3・CH2・CO・CH2・CO・S・CoA+
CoA・SH
(3a) CH3・CH2・CO・CH2・CO・S・CoA
+NADPH2―→
CH3・CH2・CHOH・CH2・CO・S・CoA
+NADP
(4a) CH3・CH2・CHOH・CH2・CO・S・
CoA――→
−O・CH(C2H5)・CH2・CO-+CoA・SH
すなわち、PHBがペンダント状メチル基を有
するのと対照的にペンダント状エチル基を有する
繰返し単位が重合体鎖中へ導入される。
3−ヒドロキシ酪酸単位、即ち次の単位
−OCH(CH3)CH2CO−
および他の単位をその他の単位と共に含むある種
の重合体は、既に文献に記載されている。
エチレン性不飽和を示すといわれる赤外バンド
を示す重合体が、Davisにより「Applied
Microbiology」12(1964)p.301〜304に発表さ
れている。Davisによつて、3−ヒドロキシ酪酸
単位および次の3−ヒドロキシ−2−ブテノン酸
単位
−OC(CH3)=CHCO−
を含む共重合体であるとされているこれら重合体
は、Nocordiaをn−ブタンで培養して産生され
た。
Wallen外は「Environmentel Science and
Technology6(1972)p.161〜164および8
(1974)p.576〜579に、活性汚泥から単離し反覆
洗浄後融点97〜100℃で、β−ヒドロキシ酪酸単
位および次の3−ヒドロキシバレリアン酸単位
−OCH(C2H5)CH2CO−
を1:5の比で含む重合体を発表している。
Marchessault外は、「IUPAC Macro
Florence1980 Internatinal Symposium on
Macromoles Preprints」2(1980)p.272〜275
に、この重合体の研究を報告し、主として3−ヒ
ドロキシバレリアン酸単位を含むことを確認して
いる。
USP3275610には、ある種の微生物、特に
Nocardia salmonicolorを炭素原子4個を含むカ
ルボン酸で培養することによるポリエステルの微
生物学的産生法が示されている。その実施例2お
よび3では、それぞれ3−ブテノン酸および2−
ヒドロキシ酪酸を用い、重合体は示された融点の
178〜184℃のオーダーからポリ−3−ヒドロキシ
酪酸エステルであると見られる。しかし、実施例
1では、2−メチルアクリル酸(すなわちメタク
リル酸)を用い、得られた重合体は同定してない
が、融点215〜220℃を有しかつメチルエチルケト
ンに可溶性と説明されている。これと対照的に、
この発明の主とし3−ヒドロキシ酪酸残基を含む
共重合体は、融点180℃以下で冷メチルエチルケ
トンに不溶性である。
PHB蓄積性微生物を、適当な基質、即ちエネ
ルギーおよび炭素源で好気培養すると、微生物は
増殖のための必須要素の一つまたはそれ以上が消
尽されるまで増殖する。以下においてこの微生物
の増殖を、“繁殖”と称する。繁殖必須要素の一
つが消尽されたとき、その後の繁殖は、もしあつ
たとしても極めて限られた程度であるが、基質が
消尽されない限り、PHBは微生物に蓄積される。
ある種の微生物では、PHB誘発抑制因子(例
えば1つまたはそれ以上の繁殖必須要素の制限)
が存在しなくても、微生物の繁殖中にPHBは蓄
積するであろう;しかし、構造的にPHBを産生
する微生物の場合を除き、このように蓄積した
PHBの量は一般に少量で、代表的には得られる
細胞の約10wt%以下である。したがつて、バツ
チ式培養で繁殖したとき、構造的にPHBを産生
しない微生物は、1つまたはそれ以上の繁殖必須
要素が消尽されるまでは、殆んどまたは全く
PHBを蓄積せず繁殖し、その後微生物はPHBを
合成する。
従つて共重合体を産生させるには、3−ヒドロ
キシ酪酸単位以外のコポリマー単位を与える酸ま
たはその誘導体を、重合体蓄積期間中に存在する
基質の少なくとも一部として使用することが必要
である。3−ヒドロキシ酪酸単位以外のコポリマ
ー単位を与える酸またはその誘導体を、この明細
書では「基質のコモノマー成分」(または単に
「コモノマー成分」)と称することがある。
培養条件が、ポリエステル(例えばPHB)が
顕著には蓄積されないような培養条件であると基
質のコモノマー成分は、しばしば微生物により別
の経過で代謝され、例えばアセチルCoAまたは
TCAサイクルの一員になり、共重合体は産生さ
れなくなる。したがつて、一例として、何らの繁
殖制限なしてはプロピオン酸は微生物により代謝
され、プロピオニルCoAを経て次いで炭酸ガス
を取り込みメチルマロニルCoA、次いでTCAサ
イクルの一員であるサクシネートになる。
そのような別の経過による「基質のコモノマー
成分」の代謝は、PHBを構造的に産生する微生
物を用いる場合にも起こる。従つて、構造的
PHB蓄積微生物を用いる場合でさえも、繁殖の
ためには必須であるがPHB蓄積のためには必須
ではない一またはそれ以上の要素の量が制限され
た条件下で微生物を培養することにより重合体を
蓄積させるのが好ましい。繁殖のための必須要素
を制限し、かくして重合体が微生物によつて蓄積
される条件下で、微生物を培養する場合でさえ
も、基質のコモノマー成分の幾分かは、アセチル
CoAまたはTCAサイクルのメンバーをもたらす
経路により代謝されることがある。このことによ
り、コモノマー成分が重合体蓄積段階中の唯一の
基質であるときにさえも、微生物は、共重合体へ
導入されるための3−ヒドロキシ酪酸単位ならび
にそれ以外のコポリマー単位を合成しうるのであ
る。またプロピオネートからの3−ヒドロキシバ
レレートの産生について上記に示唆した代謝経路
によつて示されるように、一つの工程、すなわち
反応(2a)では、プロピオニルCoAとアセチル
CoAとの反応が行われる。従つて、プロピオネ
ートが唯一の基質であるときには、プロピオネー
トの幾分かは代謝されてアセチルCoAとなり、
3−ヒドロキシバレリアン酸単位が産生されう
る。
上記に示した共重合体中に3−ヒドロキシバレ
リアン酸単位をもたらす諸代謝経路に加えて、基
質のコモノマー成分として種々の他の物質を用い
ることによりその他の反応が起こりうる。
例えば、その他のヒドロキシ置換カルボン酸
は、(もし例えばアセチルCoAまたはプロピオニ
ルCoAをもたらす他の経路によつて代謝されな
ければ)場合によつては、ポリメラーゼによつて
重合体中へ導入することも可能であり、例えば、
HO・CR1R2・(CR3R4)o・CO・CoA――→
−O・CR1R2(CR3R4)o・CO−+CoASH
〔ここにnはゼロまたは整数であり、R1,R2,
R3およびR4は同一かまたは相異なつていてよく、
炭化水素基(例:アルキル、アラルキル、アリー
ルまたはアルカリール基);ハロ−およびヒドロ
キシ−置換炭化水素;ヒドロキシ;ハロゲン原
子;および水素原子;から選択される〕。もちろ
ん、n=1およびR2=R3=R4=水素である場合、
もしR1がメチル基であるならば、ヒドロキシカ
ルボン酸は、代謝されて直接に3−ヒドロキシ酪
酸単位を与える3−ヒドロキシ酪酸である。
好ましくは、基R1,R2,R3およびR4のそれぞ
れは、4より少ない炭素原子を含む。一般にR1,
R2,R3およびR4のうちの少なくとも一つは水素
である。nはゼロ、1または2であるのが好まし
い。
そのようなヒドロキシカルボン酸は、そのまま
の状態で基質のコモノマー成分の一部または全部
として添加されても、あるいはその他のコモノマ
ー成分材料から微生物によつて合成されてもよ
い。
アクリル酸、3−クロルプロピオン酸および3
−ヒドロキシプロピオン酸のような酸は、3−ヒ
ドロキシ酪酸単位とその他の単位を含む重合体を
与えうることが判明した。若干の場合に、これら
の他の単位のすべては、3−ヒドロキシバレリア
ン酸単位であるが、別の場合には他の単位(すな
わち前記定義の単位Aであつて、3−ヒドロキシ
バレリアン酸単位と関連して生じうるもの)は、
就中、下記(i),(ii)を示すプロトンおよび13Cnmr
スペクトルによつて同定される。
(i) 4.3ppmにおけるプロトンnmrトリプレツト。
(ii) 59.89および33.83ppmにおける13Cnmrのピー
ク(テトラメチルシラン標準対照)。
これらのnmrデータから、これらの単位は3−
ヒドロキシプロピオン酸単位(n=1、R1=R2
=R3=R4=H)であると確信される。
共重合体は4−ヒドロキシバレリアン酸単位
(n=2、R1=CH3、R2=R3=R4=H)を含むこ
ともある。
3−ヒドロキシプロピオン酸単位および/また
は4−ヒドロキシバレリアン酸単位は、中間体の
CH3・OH・CH2・CO・S・CoAおよび
CH3・CHOH・CH2・CH2・CO・S・CoAか
ら由来することもありうる。前者は3−ヒドロキ
シプロピオネートおよびCoA・SHから生成され
うる。それ自体で供給される以外に、3−ヒドロ
キシプロピオネートはアクリレートの水和反応
CH2=CH・COO-+H2O――→CHOH・CH2・
COO-
により、または3−クロルプロピオネートの加水
分解
CH2Cl・CH2・COO-+OH-――→CHOH・
CH2・COO-+Cl-
により生成されうる。4−ヒドロキシバレリル
CoAは、アセチルCoAとアクリルCoAの縮合、
それに続く還元、すなわち
CH3・CO・S・CoA+CH2=CH・CO・S・
CoA――→
CH3・CO・CH=CH・CO・S・CoA+
CoA・SH
CH3・CO・CH=CH・CO・S・CoA+
2NADPH2――→
CH3・CHOH・CH2CH2・CO・S・CoA+
2NADP
によつて生成されうる。
同様に4−ヒドロキシバレリルCoAは、3−
ヒドロキシ−または3−クロル−プロピオネート
から、アセチルCoAとの縮合および脱水(3−
クロルプロピオネートの場合には中間の加水分解
工程を行う)の反応により生成しうる。
従つて、この発明の方法により、3−ヒドロキ
シ酪酸単位
−O・CH(CH3)・CH2・CO−
を下記式の単位
−O・CR1R2・(CR3R4)o・CO−
と共に含む共重合体を得ることが可能である。
〔上記式においてnはゼロまたは整数であり、
R1,R2,R3およびR4のそれぞれは、炭化水素基
(例えばアルキル、アラルキル、アリールまたは
アルカリール基);ハロ−およびヒドロキシ−置
換炭化水素基;ヒドロキシ基;ハロゲン原子;お
よび水素原子;から選択されるが、nが1、そし
てR2,R3およびR4がそれぞれ水素原子であるな
らばR1はメチル基でないことを条件とする〕。好
ましくは、R1,R2,R3およびR4のそれぞれは4
個より少ない炭素原子を含む。好ましくはnはゼ
ロ、1または2である。
共重合体は単位の2以上のタイプを含むこと
がある。
好ましくは単位の少なくとも幾分かにおいて
n=1、R2=R3=R4=HそしてR1=エチルであ
る。
プラスチツク材料として実用的であるために
は、重合体は10000以上の重量平均分子量Mw(例
えばゲル滲透クロマトグラフ法によつて測定)を
有すべきである。
共重合体中の繰返し単位の割合は、共重合体
の全繰返し単位の0.1ないし50モル%、特に1な
いし40モル%である。場合によつては、微生物に
より得られる重合体は、繰返し単位のホモ重合
体と繰返し単位およびを含む共重合体との混
合物である。この場合、重合体中の繰返し単位
の全体の割合は、全繰返し単位の0.1ないし50モ
ル%である。最も好ましくは、繰返し単位の割
合は、3ないし30モル%である。
顕著な割合のコモノマー単位を得るには、基
質のコモノマー成分中の化学結合炭素の量は、微
生物によつて重合体が蓄積されつつあるような培
養条件期間中に存在する基質中の全化学結合炭素
の少なくとも2重量%、好ましくは少なくとも10
重量%であるべきである。
そのような期間中は、コモノマー成分は基質中
に存在するカルボン酸(またはその誘導体)のみ
であるのが好ましいが、場合によつてはアセテー
トが存在することもある。
この発明によれば、ポリエステルを蓄積できる
微生物を、水性培地中において水溶性の資化性炭
素含有基質で培養し、その際に培養の少なくとも
一部期間はその微生物によつてポリエステルが蓄
積される条件下で培養を行うことにより、熱可塑
性ポリエステルを産生させる方法において、少な
くともポリエステルが蓄積する培養期間部分中
は、該資化性炭素含有基質は、該ポリエステル蓄
積条件下で微生物によつて代謝されて、−O・
CH(CH3)・CH2・CO−繰返し単位からもつぱら
構成されるもの以外のポリエステルとなる有機酸
もしくは有機酸誘導体を含むこと、かつ該酸もし
くは酸誘導体中の化学結合炭素の量は該ポリエス
テル蓄積期間中に存在する基質中の全化学結合炭
素の少なくとも2重量%をなすことを特徴とする
上記熱可塑性ポリエステルの微生物学的産生方法
が提供される。
水性培地中のコモノマー成分の濃度は0.05g/
以上であるべきであり、好ましくは0.1〜5
g/の濃度であろう。従つて、コモノマー成分
の水溶解度は0.05g/以上であるべきで、また
培養温度において所望のコモノマー成分濃度を与
えるのに充分でなければならないことは明かであ
ろう。
コモノマー成分は、酸自体であつても、あるい
は、塩、エステル(ヒドロキシ置換酸の場合、ラ
クトン類を含む)、無水物、アミドまたはハライ
ドであつてよい。
前述のように、培養期間の少なくとも一部は、
微生物の増殖にとつて必須であるがポリエステル
の蓄積のためには必須でない要素を制限した条件
下で培養を行うのが好ましい。最も便宜な増殖要
素の制限は窒素の制限である。この理由のため、
窒素制限を採用する場合、基質は窒素を含まない
ことが好ましく、従つてアミド類は余り好ましい
基質ではない。
共重合体を生じうる酸は、培養が重合体蓄積段
階にあるときに繰返し単位のみを与えない酸で
あるべきである。従つてこの点から望ましくない
酸の例としては、酢酸、3−ヒドロキシ酪酸、
TCAサイクルのメンバー、ならびに培養が重合
体蓄積段階にあるときにアセチルCoAおよび/
またはTCAサイクルのメンバーのみを与える酸
類がある。かくして、不適当な酸としては、ホス
ホグリセリン酸、ピルビン酸、クエン酸、イソク
エン酸、α−ケトグルタル酸、サクシン酸、フマ
ル酸、マレイン酸、リンゴ酸、オキサル酢酸、オ
キサロサクシン酸、アコニチン酸、およびメチル
マロン酸がある。アミノ酸も同様に不適当であ
る。共重合体を与えないことが判明したその他の
酸としては、ギ酸、酪酸、フエニル酢酸、安息香
酸、クロル酢酸、2−クロルプロピオン酸、3−
ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ酪酸、2−クロ
ロ酪酸、2−メチルアクリル酸、2,3−ジメチ
ルアクリル酸、3,3−ジメチルアクリル酸、乳
酸、グリオキシル酸およびグリコール酸がある。
共重合体を与えることが判明した酸としては、
プロピオン酸、3−ヒドロキシプロピオン酸、3
−クロロプロピオン酸、3−エトキシプロピオン
酸、2−ヒドロキシ酪酸、イソ酪酸、およびアク
リル酸がある。使用しうるその他の酸としては、
奇数の炭素原子を含む高級飽和カルボン酸、例え
ばバレリン酸、ヘプタン酸、ピパリン酸および置
換プロペン酸(例:2−および3−クロロプロペ
ン酸)がある。
前述の通り、場合によつては、微生物は酸に別
の作用を行うこともある。したがつて、イソ酪酸
はn=1、R2=R3=R4=H、R=イソプロピル
基の繰返し単位を与える。n=1、R2=R3=
R4=H、R1=エチル基の繰返し単位は、微生
物が共重合体への代謝経路中で、メチル基を水素
で置換することを示している。
共重合体を与えうる好ましい酸は、プロピオン
酸、イソラク酸およびアクリル酸である。そのよ
うな酸の適当な誘導体としては、アルカリ金属塩
および低級アルキルエステル(アルキル基が1〜
4個の炭素原子を含むもの)がある。特に適当な
エステルとしては、プロピオン酸のメチル、エチ
ル、イソプロピル、プロピル、ブチルおよびイソ
ブチルエステル類;イソ酪酸のメチルおよびエチ
ルエステル類;ならびにアクリル酸のメチルおよ
びエチルエステル類;がある。
共重合体形成性の酸(または酸誘導体)の混合
物は、基質のコモノマー成分として使用できる。
例えばプロピオン酸とアクリル酸との混合物を用
いて興味ある結果が得られている。
前述のように、PHBを構造的に産生する微生
物を用いる場合でさえも、ポリエステルが蓄積さ
れる微生物培養期間を、増殖には必須であるがポ
リエステル蓄積には必須でない栄養素の制限の条
件下に実施するのが好ましい。
基質および酸素(これは一般に培養槽の水性培
地に空気を注入して供給される)に加えて、各種
の栄養塩類が微生物が繁殖できるために必要であ
る。したがつて、一般に資化できる形態の次の元
素源(普通は水溶性塩)が必要である:窒素、リ
ン、イオウ、カリ、ナトリウム、マグネシウム、
カルシウムおよび鉄とともに微量元素、例えばマ
ンガン、亜鉛および銅。酸素の醗酵器への供給を
制限してポリエステル蓄積を誘導することも可能
であるが、1種またはそれ以上の栄養塩の量を制
限するのが好ましい。制限するのに最も実用的な
元素は、窒素、リンであり、余り好ましくないの
はマグネシウム、イオウまたはカリである。これ
らの中でも、窒素(これはアンモニウム塩で供給
するのが便利である)の量を制限するのが最も好
ましい。必要とされる資化性窒素の量は、ポリエ
ステル蓄積の少ない細胞の所望重量の約8〜15%
である。
醗酵は、水性培地1当りポリエステル含有細
胞の乾燥重量が少なくとも5gになるように行う
のが好ましい。したがつて、もし例えばPHB含
有量40wt%のPHB含有細胞を10g/で作ろう
とすれば、細胞繁殖制限のために培養槽に供給さ
れる必須栄養の量は、PHBを含まない細胞6
g/の繁殖を支持するのに要する量である;し
たがつて、もし窒素を繁殖制限栄養として用いれ
ば、PHBを含まない細胞の窒素含有量は約8〜
15wt%であるから、必要な資化性窒素の量は約
0.5〜0.9g/であり、例えばアンモニアイオン
0.6〜1.2g/である。
培養は、例えばPH、温度および曝気の程度(酸
素を制限栄養源としないとき)を当該微生物に対
し常用する条件下で行う。同様に、用いる栄養塩
類(その使用量は上記の条件を考慮して決定され
る繁殖制限栄養源以外のもの)は、当該微生物の
繁殖に通常用いる量である。
微生物は、容易に代謝できる基質、例えば炭水
化物で、重合体蓄積段階で制限すべき繁殖に必要
な栄養源の充分な量の存在下に、培養により所望
の重量まで繁殖させ、次いで重合体蓄積を生じさ
せる繁殖要素制限の条件下で培養するのが好まし
い。場合により、繁殖段階の少なくとも一部(ま
た場合によつては全部)についての基質は、重合
体蓄積段階で繰返し単位になる酸(またはその
誘導体)であつてよい。
培養は、繁殖には必要であるが重合体蓄積には
必要でない栄養源の量が不足ないし消尽したとき
に、重合体蓄積が起こるバツチ式培養で行うこと
ができる。別法として、培養は、新鮮な水性培地
および基質の添加速度に対応する速度で、培養槽
からバクテリア細胞を含む水性培地を連続的また
は間欠的に除去する連続式培養で行うことができ
る。培養槽に供給する制限栄養源の量は、槽から
除去した水性培地がこの栄養源を殆んど含まぬよ
うな量であり、そして槽から除去した水性培地
を、次いでバツチ式または好ましくは連続式で操
業する第2培養槽に供給し、コモノマー成分を含
む新鮮な基質の添加で、通気培養を継続して重合
体蓄積を起こさせるのが好ましい。この追加の培
養工程で、追加量の基質および栄養塩類を添加し
てよいが、追加繁殖は一般に好ましくないので、
繁殖を制限するのに用いる栄養源はさらに加える
べきではない。
しかし、第1培養槽から別の1個またはそれ以
上の培養槽に供給した水性培地に、制限栄養源が
若干の残留量含まれることおよび/またはその少
量を添加することが、効果的な操業に好ましいこ
とは了解されよう。
別法として、培養は一段連続式プロセスとして
実施することもできる。栄養制限によりポリエス
テル蓄積を達成するには、培養槽における培地の
滞留時間を、微生物が増殖して培養槽に供給され
た制限栄養を用い尽し、かつ次いで微生物がポリ
エステルを蓄積するのに充分であるように、長く
する。
上記のバツチ式または連続式の何れの場合も、
共重合体繰返し単位を与えるのに用いる酸(ま
たはその誘導体)は、繁殖に必要な栄養が消耗し
たときに起きる重合体蓄積段階中の基質の一部ま
たは全部として用いられる。この酸は、繰返し単
位を与える基質(例えば炭水物)との混合物で
用いるか、または唯一の基質であることもある;
後者の場合、十分なコモノマー成分が、アセチル
CoAへの別の経路で代謝されて繰返し単位を
与え、例えばもし別の経路が反応(2a)を含め
ば、繰返し単位を得るのに必要な任意のアセチ
ルCoAが用いられる。しかし、コモノマー成分
が唯一の基質であれば、重合体収量は往々にして
低下する。
コモノマー成分は、重合体蓄積段階の一部のみ
に存在させることもできる;コモノマー成分が存
在する重合体蓄積段階の部分の前および/または
後に起きる、重合体蓄積段階の残部では、繰返し
単位のみを与える基質が、唯一の基質であるこ
とがある。
場合によつては、通常の経路に必要な酵素をブ
ロツクすることおよび/または必要な酵素合成の
能力のない微生物を用いることにより、酸のアセ
チルCoAへの通常の代謝を阻止することも可能
である。しかし、実質的収量の重合体を得るため
に、繁殖に要する栄養を制限し、好ましくは消耗
した条件下での一定期間の培養が、一般に好まし
い。
培養は、蓄積ポリエステルの量が、バクテリア
細胞の約50〜80wt%になるように行うのが好ま
しい。
使用できる微生物は、共重合体を製造しようと
する酸またはその塩を同化できる任意のポリ(3
−ヒドロキシ酪酸エステル蓄積性微生物である。
バクテリアAlcaligenes entrophus(従来は
Hydrogenomonas eutrophaとして知られてい
た)種、例えばこの種の学術的研究に広く用いら
れたH16株、〔ATCC No.17699、J General
Microbiology(1979)115、p.185〜192参照〕お
よびH16株の変異株、例えば11/7B、S301/C5、
S501/C29およびS501/C41(それぞれthe
Natinal Collection of Industrial Bacteria、
Torry Research Station、Aberdeen、Scotland
に、1980年8月18日に寄託した、NCIB No.
11600、11599、11597および11598)が特に適して
いる。ATCC番号は、the American Type
Culture Collection,12301 Park Lawn Drive,
Rockville,Maryland 20852U.S.A.で与えられ
た番号である。上記の通り、繁殖段階中、炭水化
物を基質として用いるのが好ましい。
Alcaligenes eutrophus H16株(ATCC No.
17699)は、グルコースを資化しないが、その変
異株例えば上記の11/7B、S301/C5、S501/
C29およびS501/C41は、グルコースを資化でき
る。炭水化物、特にグルコースは、コストの面お
よび微生物が効果的に繁殖できるので、繁殖段階
での好ましい基質である。
ポリエステルは、微生物細胞内部の顆粒として
産生される。ポリエステルを含有する細胞は、例
えばUSP3107172に示すように、そのままで成形
材料として用いられるが、一般にポリエステル
を、バクテリア細胞から分離するのが好ましい。
これは、細胞を細胞破壊、次いで適当な溶剤でポ
リエステルを抽出することで達成される。適当な
抽出処理の例は、ヨーロツパ特許出願第15123号
に記載されている。
上記の通り、共重合体が実用できるためには、
共重合体はゲル滲透クロマトグラフ法で測定した
重量平均分子量(Mw)10000以上を有しなければ
ならない。好ましくは、Mwは50000以上、より好
ましくは100000以上、特に200000以上である。
共重合体は、常にD−立体配置を有し、3−ヒ
ドロキシ酪酸ホモ重合体よりも低い融点を示す。
共重合体は、溶融成形品の製造に特に有用であ
り、この場合3−ヒドロキシ酪酸ホモ重合体に匹
敵する還元結晶化度が好ましい。
特に興味深いのは、少量の共重合体の塩化ビニ
ル系重合体の高分子量加工助剤としての用途であ
る。この応用では、共重合体の量は、塩化ビニル
重合体に対し0.5〜10wt%である。この応用で最
良の結果を得るには、共重合体はランダムでなけ
ればならない。ランダム共重合体を得るには、コ
モノマー単位を得るのに用いる酸は、少なくと
も繁殖要素制限条件下での微生物の培養期間を通
じて唯一の基質として存在するのが好ましい。
共重合体は、溶融押出し後、好ましくは重合体
のガラス転移点(Tg)と融点との間の温度で、
一対またはそれ以上のロールを通過させて、フイ
ルムの厚さを減少しかつ若干の分子配向を導入す
るフイルムの製造にも用いられる。
この発明を、以下の実施例で説明する。
実施例 1
プロピオネートの通常の代謝では、プロピオネ
ートはサクシネートに変換し、これはTCAサイ
クルのオキサロ酢酸への酸化、次いで脱カルボキ
シル化によりアセチルCoAになる。オキサロ酢
酸の脱カルボキシル化では、両方の末端酸基は炭
酸ガスとして除去される。したがつて、もしカル
ボキシ基に放射性ラベルした炭素原子を有するプ
ロピオネート、即ち1−14C−プロピオネートを、
アセチルCoAへの細胞変換に供給すれば、14CO2
として放射性は失われる。重合体への何らかの
14Cの組込みは、プロピオニルCoAの3−ヒドロ
キシバレリルCoAへの変換、引き続く重合から
もたらされる。
Alcaligenes eutrophus変異株NCIB11599を、
3.5g/の蓄積ポリエステルを支持するに充分
な資化性窒素および基質としてのグルコースを含
む水性培地Aを用いるバツチ式醗酵器で、好気培
養により繁殖させた。水性培地Aは、脱イオン水
1当り次の組成を有していた。
(NH4)2SO4 2g
MgSO4・7H2O 0.8g
K2SO4 0.45g
H3PO4(1.1M) 12ml
FeSO4・7H2O 15mg
微量元素溶液 24ml
微量元素溶液は、脱イオン水1当り次の組成
を有していた。
CuSO4・5H2O 0.02g
ZnSO4・6H2O 0.1g
MnSO4・4H2O 0.1g
CaCl2・2H2O 2.6g
バイオマス濃度が4.5g/に達したとき、即
ち系の資化性窒素が枯渇した後、1−14C−プロ
ピオネートを含むプロピオン酸ソーダ1g/を
グルコースとともに醗酵器に加え、醗酵を5分間
継続した。次いで、細胞を過により回収し、重
合体をクロロホルムで抽出した。ラベルした炭素
は、殆んど完全にクロロホルム溶液にあり、ラベ
ルした末端炭素原子が炭酸ガスとして損失しなか
つたことを示した。したがつて、少なくとも幾ら
かのプロピオネートは、アセチルCoAとして以
外に重合体に組み込まれた。
実施例 2(比較例)
AlCaligenes eutrophus変異株NCIB11599を、
脱イオン水1当り次の組成を有する水性培地
B4000mlを含む5バツチ式醗酵器で、PH6.8、
34℃で好気培養により繁殖させた。
(NH4)2SO4 4g
MgSO4・7H2O 0.8g
K2SO4 0.45g
H3PO4(1.1M) 12ml
FeSO4・7H2O 15mg
実施例1で用いた 24ml
微量元素溶液
グルコースを、8g/hrの割合で醗酵器に供給
した。培地Bの資化性窒素の量は、26gのPHB
を含まぬ細胞を支持するに充分であつた。
40時間後、細胞を遠心分離で回収した。細胞を
凍結乾燥し、重合体をクロロホルムで抽出した。
実施例 3
実施例2を繰返したが、細胞重量34gに達した
とき、グルコースの代りにプロピオン酸を2.8
g/hrの割合で醗酵器に供給した。
実施例 4
実施例3を繰返したが、プロピオン酸の供給は
細胞重量39gに達したときに開始した。
実施例 5
実施例3を繰返したが、プロピオン酸の供給
は、細胞重量56gに達したときに始めた。
実施例 6
実施例3を繰返したが、細胞重量48gに達した
とき、プロピオン酸12gを一度に添加した。
実施例 7
実施例2を繰返したが、培地Aを用い、グルコ
ースの代りにプロピオン酸を4g/hrの割合で、
醗酵中を全体を通じて供給した。
実施例 8
実施例2を繰返したが、細胞重量が38gになつ
たとき、グルコースの代りに、グルコース5.2
g/hr、プロピオン酸2.8g/hrの割合で、グル
コースおよびプロピオン酸の混合物を醗酵器に供
給した。
実施例 9
実施例8を繰返したが、細胞重量28gに達した
とき、グルコース6.8g/hrおよびプロピオン酸
1.2g/hrの割合で、混合物の供給を開始した。
実施例2〜9では、プロピオン酸は400g/
を含む溶液として添加した。
実施例 10
実施例2を繰返したが、細胞重量が28gに達し
たとき、グルコースの代りにイソ酪酸を醗酵器に
2g/hrの割合で供給した。イソ酪酸は、150
g/を含む溶液で添加した。
実施例3〜6および8〜10では、「醗酵器に供
給した酸の重量」対「細胞重量が26gに達した後
(即ち系の窒素が枯渇したとき)に醗酵器に供給
したグルコースの重量および醗酵器に供給した酸
の重量の合計」の比が、表1に示す値に達するま
で、醗酵を継続した。
実施例 11
実施例2を繰返したが、細胞重量が26.4gに達
したとき、グルコースの代りに3−クロロプロピ
オン酸を4g/hrの割合で5時間醗酵器に供給し
た。
実施例 12
実施例11を繰返したが、3−クロロプロピオン
酸の供給は、細胞重量34.4gに達したときに開始
した。
実施例 13
実施例12を繰返したが、細胞重量30gに達した
とき、3−クロロプロピオン酸4gを一度に添加
し、次いでグルコースを6.8g/hrの割合で7時
間供給した。
実施例11〜13では、3−クロロプロピオン酸
は、50g/を含む溶液で添加した。
実施例 14
実施例2を繰返したが、細胞重量31gになつた
とき、グルコースの代りにアクリル酸を4g/hr
の割合で5時間醗酵器に供給した。アクリル酸
は、100g/を含む溶液の形で添加した。
This invention relates to poly-β-hydroxybutyric acid (hereinafter referred to as
(abbreviated as PHB). PHB is accumulated by various microorganisms, mainly bacteria, as a particulate energy storage substance inside microbial cells. PHB extracted from such cells is a thermoplastic polyester with the following repeating units: -O.CH( CH3 ) CH2CO- which rapidly crystallizes to relatively high levels, e.g. on the order of 70% or more. do. This crystallization behavior is often a disadvantage when the polymers are used, for example, as molding materials. It was found that the crystallization of this PHB can be modified by incorporating units of dissimilar monomers into the polymer chain. Thus, by culturing microorganisms under specific conditions in the presence of certain organic acids, small proportions of comonomer units can be introduced into the polymer chain. An example of such an acid is propionic acid. Although this invention is not bound by the following theory, it is believed that the metabolic pathway leading to such a polymer is as follows. In the following, CoASH is terminally esterified coenzyme A. Therefore, CH 3 COSCoA is an acetylthioester of coenzyme A and is generally referred to as acetyl-CoA. NADP is nicotinamide adenine dinucleotide phosphate in its oxidized state.
NADPH 2 is reduced NADP. The first step in the biosynthesis of PHB by microorganisms is considered to be the synthesis of acetyl-CoA. this is,
For example, it is produced from coenzyme A and acetate, or from the decarboxylation of pyruvate, which is a glycolysis product of carbohydrates, or oxaloacetate, which is a member of the tricarboxylic acid (TCA) cycle or the Krebs cycle. ] is formed by the decarboxylation of Therefore, with acetate ester as a source of acetyl-CoA, PHB is produced through a metabolic pathway that includes the following reactions: (1) CH 3・CO ・ O − +CoA ・SH thiokinase――――――――→ CH 3・CO・S・CoA+OH - (2) 2CH 3・CO・S・CoAβ−ketothiolase――――――――――→ CH 3・CO・CH 2・CO・S・CoA+CoA・SH ( 3) CH 3・CO・CH 2・CO・S・CoA+NADPH 2 reductase――――――――→ CH 3・CHOH・CH 2・CO・
S・CoA+NADP (3-hydroxybutyryl CoA) (4) CH 3・CHOH・CH 2・CO・S・CoA polymerase――――――――→ −O・CH (CH 3 )・CH 2・CO− +CoASH (repeat unit in the polymer) Therefore reaction (4) adds one -CoASH to the growing polymer chain.
Add O・CH(CH 3 )・CH 2・CO− unit. Since the enzymes involved lack specificity for propionic acid, the corresponding pathway is thought to be as follows. (1a) CH 3・CH 2・COO - +CoA・SH――→ CH 3・CH 2・CO・S・CoA+OH - (2a) CH 3・CH 2・CO・S・CoA+CH 3・
CO・S・CoA―→ CH 3・CH 2・CO・CH 2・CO・S・CoA+
CoA・SH (3a) CH 3・CH 2・CO・CH 2・CO・S・CoA
+NADPH 2 -→ CH 3・CH 2・CHOH・CH 2・CO・S・CoA
+NADP (4a) CH 3・CH 2・CHOH・CH 2・CO・S・
CoA――→ -O・CH(C 2 H 5 )・CH 2・CO − +CoA・SH In other words, in contrast to PHB having pendant methyl groups, repeating units with pendant ethyl groups form the polymer chain. introduced inside. Certain polymers containing 3-hydroxybutyric acid units, ie the following units -OCH( CH3 ) CH2CO- , and other units have already been described in the literature. A polymer that exhibits an infrared band that is said to show ethylenic unsaturation was developed by Davis as an ``Applied
Microbiology” 12 (1964) p.301-304. These polymers, described by Davis as copolymers containing 3-hydroxybutyric acid units and the following 3-hydroxy-2-butenoic acid units -OC( CH3 )=CHCO-, - Produced by culturing in butane. Outside of Wallen is “Environmentel Science and
Technology 6 (1972) p.161-164 and 8
(1974) p. 576-579, β-hydroxybutyric acid units and the following 3-hydroxyvaleric acid units –OCH(C 2 H 5 ) CH 2 CO - has been published in a ratio of 1:5. Outside of Marchessault, “IUPAC Macro
Florence1980 International Symposium on
Macromoles Preprints” 2 (1980) p.272-275
reported a study of this polymer and confirmed that it mainly contains 3-hydroxyvaleric acid units. USP 3275610 lists certain microorganisms, especially
A method for the microbiological production of polyester by culturing Nocardia salmonicolor with a carboxylic acid containing 4 carbon atoms is presented. In Examples 2 and 3 thereof, 3-butenoic acid and 2-
Using hydroxybutyric acid, the polymer has a melting point of
Since the temperature is on the order of 178-184°C, it appears to be poly-3-hydroxybutyric acid ester. However, in Example 1, 2-methylacrylic acid (ie, methacrylic acid) is used, and the resulting polymer is not identified, but is described as having a melting point of 215-220°C and being soluble in methyl ethyl ketone. In contrast,
The copolymer containing mainly 3-hydroxybutyric acid residues of this invention has a melting point of 180°C or less and is insoluble in cold methyl ethyl ketone. When PHB-accumulating microorganisms are cultured aerobically on suitable substrates, ie, energy and carbon sources, the microorganisms will proliferate until one or more of the essential elements for growth are exhausted. In the following, this growth of microorganisms will be referred to as "breeding". When one of the essential factors for reproduction is exhausted, PHB accumulates in the microorganisms unless the substrate is exhausted, although subsequent reproduction is very limited, if at all. In some microorganisms, PHB-induced inhibitory factors (e.g. restriction of one or more essential reproductive elements)
PHB will accumulate during microbial reproduction even in the absence of
The amount of PHB is generally small, typically less than about 10 wt% of the resulting cells. Therefore, when propagated in batch culture, microorganisms that do not structurally produce PHB produce little or no PHB until one or more of the essential reproductive components are exhausted.
The microorganisms reproduce without accumulating PHB, and then the microorganisms synthesize PHB. Therefore, to produce a copolymer it is necessary to use an acid or a derivative thereof which provides copolymer units other than 3-hydroxybutyric acid units as at least part of the substrate present during polymer accumulation. The acid or derivative thereof that provides copolymer units other than 3-hydroxybutyric acid units may be referred to herein as the "comonomer component of the substrate" (or simply "comonomer component"). If the culture conditions are such that polyesters (e.g. PHB) do not accumulate significantly, the comonomer components of the substrate are often metabolized by the microorganism in a separate process, e.g. acetyl-CoA or
It becomes a member of the TCA cycle and copolymers are no longer produced. Therefore, as an example, without any reproduction restrictions, propionic acid is metabolized by microorganisms to form propionyl-CoA, then take up carbon dioxide to become methylmalonyl-CoA, and then succinate, a member of the TCA cycle. Metabolism of the "substrate comonomer component" by such a different process also occurs when microorganisms that structurally produce PHB are used. Therefore, structural
Even when using PHB-accumulating microorganisms, cultivation of the microorganisms under conditions that limit the amount of one or more factors essential for reproduction but not essential for PHB accumulation is critical. It is preferable to accumulate coalescence. Even when microorganisms are cultured under conditions that limit the essential elements for growth and thus allow polymers to accumulate by the microorganisms, some of the comonomer components of the substrate are acetyl.
May be metabolized by pathways leading to CoA or members of the TCA cycle. This allows microorganisms to synthesize 3-hydroxybutyric acid units as well as other copolymer units for incorporation into the copolymer even when the comonomer component is the only substrate during the polymer accumulation step. It is. Also, as illustrated by the metabolic pathway suggested above for the production of 3-hydroxyvalerate from propionate, in one step, reaction (2a), propionyl CoA and acetyl
A reaction with CoA takes place. Therefore, when propionate is the only substrate, some of the propionate is metabolized to acetyl-CoA,
3-hydroxyvaleric acid units may be produced. In addition to the metabolic pathways that lead to 3-hydroxyvaleric acid units in the copolymer shown above, other reactions can occur by using various other materials as comonomer components of the substrate. For example, other hydroxy-substituted carboxylic acids can optionally be incorporated into the polymer by the polymerase (if not metabolized by other routes, resulting in e.g. acetyl-CoA or propionyl-CoA). For example, HO・CR 1 R 2・(CR 3 R 4 ) o・CO・CoA――→ −O・CR 1 R 2 (CR 3 R 4 ) o・CO−+CoASH [here n is zero or an integer, R 1 , R 2 ,
R 3 and R 4 may be the same or different;
selected from hydrocarbon groups (eg alkyl, aralkyl, aryl or alkaryl groups); halo- and hydroxy-substituted hydrocarbons; hydroxy; halogen atoms; and hydrogen atoms]. Of course, if n = 1 and R 2 = R 3 = R 4 = hydrogen,
If R 1 is a methyl group, the hydroxycarboxylic acid is 3-hydroxybutyric acid which is metabolized directly to give 3-hydroxybutyric acid units. Preferably, each of the groups R 1 , R 2 , R 3 and R 4 contains less than 4 carbon atoms. Generally R 1 ,
At least one of R 2 , R 3 and R 4 is hydrogen. Preferably, n is zero, 1 or 2. Such hydroxycarboxylic acids may be added neat as part or all of the comonomer component of the substrate, or may be microbially synthesized from other comonomer component materials. Acrylic acid, 3-chloropropionic acid and 3
It has been found that acids such as -hydroxypropionic acid can give polymers containing 3-hydroxybutyric acid units and other units. In some cases, all of these other units are 3-hydroxyvaleric acid units, while in other cases other units (i.e. units A as defined above, which are 3-hydroxyvaleric acid units and (which may arise in connection with)
In particular, protons showing the following (i) and (ii) and 13 Cnmr
Identified by spectrum. (i) Proton nmr triplet at 4.3 ppm. (ii) 13 Cnmr peaks at 59.89 and 33.83 ppm (tetramethylsilane standard control). From these nmr data, these units are 3-
Hydroxypropionic acid units (n=1, R 1 = R 2
= R 3 = R 4 = H). The copolymer may also contain 4-hydroxyvaleric acid units (n=2, R1 = CH3 , R2 = R3 = R4 =H). 3-Hydroxypropionic acid units and/or 4-hydroxyvaleric acid units are intermediates CH3 ·OH· CH2 ·CO·S·CoA and CH3 ·CHOH· CH2 · CH2 ·CO·S·CoA. It may also come from. The former can be produced from 3-hydroxypropionate and CoA.SH. In addition to being supplied by itself, 3-hydroxypropionate can be used in the hydration reaction of acrylates CH 2 = CH・COO − +H 2 O――→CHOH・CH 2・
Hydrolysis of 3-chloropropionate by COO - or CH 2 Cl・CH 2・COO - +OH - -- →CHOH・
It can be produced by CH 2・COO - +Cl - . 4-hydroxyvaleryl
CoA is a condensation of acetyl CoA and acrylic CoA,
The subsequent reduction, i.e. CH 3 · CO · S · CoA + CH 2 = CH · CO · S ·
CoA――→ CH 3・CO・CH=CH・CO・S・CoA+
CoA・SH CH 3・CO・CH=CH・CO・S・CoA+
2NADPH 2 ---→ CH 3・CHOH・CH 2 CH 2・CO・S・CoA+
Can be produced by 2NADP. Similarly, 4-hydroxyvaleryl CoA is 3-
From hydroxy- or 3-chloro-propionate, condensation with acetyl-CoA and dehydration (3-
In the case of chlorpropionate, it can be produced by an intermediate hydrolysis step). Therefore, by the method of the present invention, the 3-hydroxybutyric acid unit -O.CH(CH 3 ).CH 2.CO- is converted into the unit of the following formula -O.CR 1 R 2. (CR 3 R 4 ) o.CO - It is possible to obtain copolymers containing with. [In the above formula, n is zero or an integer,
Each of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 represents a hydrocarbon group (e.g. an alkyl, aralkyl, aryl or alkaryl group); a halo- and hydroxy-substituted hydrocarbon group; a hydroxy group; a halogen atom; and a hydrogen atom ; provided that n is 1 and R 2 , R 3 and R 4 are each a hydrogen atom, then R 1 is not a methyl group]. Preferably, each of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is 4
Contains fewer than 1 carbon atoms. Preferably n is zero, 1 or 2. Copolymers may contain more than one type of unit. Preferably in at least some of the units n=1, R 2 =R 3 =R 4 =H and R 1 =ethyl. To be of practical use as plastic materials, the polymers should have a weight average molecular weight M w (measured, for example, by gel permeation chromatography) of 10,000 or more. The proportion of repeating units in the copolymer is from 0.1 to 50 mol%, in particular from 1 to 40 mol%, of the total repeating units of the copolymer. In some cases, the microbially obtained polymer is a mixture of homopolymers of repeating units and copolymers containing repeating units. In this case, the total proportion of repeating units in the polymer is from 0.1 to 50 mol% of the total repeating units. Most preferably, the proportion of repeating units is between 3 and 30 mole percent. To obtain a significant proportion of comonomer units, the amount of chemically bound carbon in the comonomer component of the substrate must be equal to or less than the total chemical bonds in the substrate present during the culture conditions during which the polymer is being accumulated by the microorganism. at least 2% by weight of carbon, preferably at least 10
It should be % by weight. During such periods, the only comonomer component is preferably the carboxylic acid (or derivative thereof) present in the substrate, although acetate may optionally be present. According to the invention, a microorganism capable of accumulating polyester is cultured in an aqueous medium on a water-soluble assimilable carbon-containing substrate, and the microorganism accumulates polyester during at least a portion of the culture. In a method for producing a thermoplastic polyester by culturing under conditions, at least during the culture period during which polyester accumulates, the assimilable carbon-containing substrate is metabolized by microorganisms under the polyester accumulation conditions. T-O・
Contains an organic acid or organic acid derivative that forms a polyester other than one consisting solely of CH(CH 3 )/CH 2 /CO- repeating units, and the amount of chemically bonded carbon in the acid or acid derivative is There is provided a process for the microbiological production of thermoplastic polyesters as described above, characterized in that the polyester comprises at least 2% by weight of the total chemically bound carbon in the substrate present during the polyester accumulation period. The concentration of comonomer components in the aqueous medium is 0.05g/
Should be greater than or equal to 0.1 to 5, preferably 0.1 to 5
The concentration would be g/g/. It will therefore be clear that the water solubility of the comonomer component should be greater than or equal to 0.05 g/m and should be sufficient to provide the desired comonomer component concentration at the culture temperature. The comonomer component may be the acid itself, or it may be a salt, ester (including lactones in the case of hydroxy-substituted acids), anhydride, amide, or halide. As mentioned above, at least part of the culture period
Preferably, the culture is carried out under conditions that limit elements essential for microbial growth but not for polyester accumulation. The most convenient growth factor limitation is nitrogen limitation. For this reason,
When nitrogen limitation is employed, the substrate is preferably nitrogen-free and thus amides are less preferred substrates. The acid capable of forming a copolymer should be one that does not give only repeat units when the culture is in the polymer accumulation stage. Therefore, examples of acids that are undesirable from this point of view include acetic acid, 3-hydroxybutyric acid,
members of the TCA cycle, as well as acetyl-CoA and/or when the culture is in the polymer accumulation phase.
Or there are acids that give only members of the TCA cycle. Thus, unsuitable acids include phosphoglyceric acid, pyruvic acid, citric acid, isocitric acid, alpha-ketoglutaric acid, succinic acid, fumaric acid, maleic acid, malic acid, oxalacetic acid, oxalosuccinic acid, aconitic acid, and There is methylmalonic acid. Amino acids are similarly unsuitable. Other acids found not to give copolymers include formic acid, butyric acid, phenyl acetic acid, benzoic acid, chloroacetic acid, 2-chloropropionic acid, 3-
Hydroxybutyric acid, 4-hydroxybutyric acid, 2-chlorobutyric acid, 2-methylacrylic acid, 2,3-dimethylacrylic acid, 3,3-dimethylacrylic acid, lactic acid, glyoxylic acid and glycolic acid. Acids that have been found to give copolymers include:
Propionic acid, 3-hydroxypropionic acid, 3
-chloropropionic acid, 3-ethoxypropionic acid, 2-hydroxybutyric acid, isobutyric acid, and acrylic acid. Other acids that can be used include:
There are higher saturated carboxylic acids containing an odd number of carbon atoms, such as valeric acid, heptanoic acid, piparic acid and substituted propenoic acids (eg 2- and 3-chloropropenoic acids). As mentioned above, in some cases microorganisms may perform other actions on acids. Isobutyric acid therefore provides repeating units with n=1, R 2 =R 3 =R 4 =H, R=isopropyl group. n=1, R2 = R3 =
The repeating unit of R 4 =H, R 1 =ethyl group indicates that the microorganism replaces the methyl group with hydrogen during the metabolic pathway to the copolymer. Preferred acids that can give copolymers are propionic acid, isolactic acid and acrylic acid. Suitable derivatives of such acids include alkali metal salts and lower alkyl esters (where the alkyl group is 1 to 1).
containing 4 carbon atoms). Particularly suitable esters include the methyl, ethyl, isopropyl, propyl, butyl and isobutyl esters of propionic acid; the methyl and ethyl esters of isobutyric acid; and the methyl and ethyl esters of acrylic acid. Mixtures of copolymer-forming acids (or acid derivatives) can be used as the comonomer component of the substrate.
For example, interesting results have been obtained using mixtures of propionic acid and acrylic acid. As mentioned above, even when using microorganisms that constitutively produce PHB, the microbial culture period during which polyesters are accumulated must be kept under conditions of nutrient limitation that is essential for growth but not essential for polyester accumulation. It is preferable to carry out. In addition to substrate and oxygen (which is generally provided by injecting air into the aqueous culture medium), various nutrient salts are necessary for the microorganisms to be able to reproduce. Therefore, sources of the following elements in generally assimilable form (usually water-soluble salts) are required: nitrogen, phosphorus, sulfur, potassium, sodium, magnesium,
Along with calcium and iron, trace elements such as manganese, zinc and copper. Although it is possible to limit the supply of oxygen to the fermenter to induce polyester accumulation, it is preferred to limit the amount of one or more nutrients. The most practical elements to limit are nitrogen, phosphorous, and less preferred are magnesium, sulfur, or potassium. Among these, it is most preferred to limit the amount of nitrogen, which is conveniently supplied as an ammonium salt. The amount of assimilable nitrogen required is approximately 8-15% of the desired weight of cells with low polyester accumulation.
It is. Fermentation is preferably carried out such that the dry weight of polyester-containing cells is at least 5 g per aqueous medium. Therefore, if, for example, you want to produce 10 g/cell of PHB-containing cells with a PHB content of 40 wt%, the amount of essential nutrients supplied to the culture tank to limit cell proliferation is 6
Therefore, if nitrogen is used as the reproductive limiting nutrient, the nitrogen content of cells without PHB is approximately 8 to
Since it is 15wt%, the amount of assimilable nitrogen required is approximately
0.5-0.9g/, for example, ammonia ion
It is 0.6-1.2g/. Cultivation is carried out under conditions customary for the microorganism, such as pH, temperature, and degree of aeration (when oxygen is not the limiting nutrient source). Similarly, the nutrient salts used (other than the growth-limiting nutrient source, the amount of which is determined in consideration of the above conditions) are the amounts normally used for the growth of the microorganism. The microorganisms are grown in culture to a desired weight on readily metabolizable substrates, such as carbohydrates, in the presence of sufficient amounts of nutrients necessary for growth to be limited during the polymer accumulation stage, and then polymer accumulation is allowed to proceed. Preferably, the culture is carried out under conditions of reproductive element limitation. Optionally, the substrate for at least a portion (and possibly all) of the propagation step may be an acid (or a derivative thereof) that becomes a repeating unit in the polymer accumulation step. Cultures can be carried out in batch cultures, where polymer accumulation occurs when the amount of nutrients necessary for reproduction but not for polymer accumulation is insufficient or exhausted. Alternatively, the culture can be carried out in a continuous culture where the aqueous medium containing the bacterial cells is removed continuously or intermittently from the culture vessel at a rate that corresponds to the rate of addition of fresh aqueous medium and substrate. The amount of limiting nutrient source fed to the culture tank is such that the aqueous medium removed from the tank contains very little of this nutrient, and the aqueous medium removed from the tank is then fed batchwise or preferably continuously. Preferably, the aerated culture is continued with the addition of fresh substrate containing the comonomer component to allow polymer accumulation to occur. During this additional cultivation step, additional amounts of substrate and nutrients may be added, but additional propagation is generally undesirable;
Nutrient sources used to limit reproduction should not be added further. However, the presence and/or addition of some residual amount of the limiting nutrient source to the aqueous medium fed from the first culture tank to one or more other culture tanks is essential for effective operation. It is understood that this is preferable. Alternatively, culturing can be carried out as a one-step continuous process. To achieve polyester accumulation by nutrient limitation, the residence time of the medium in the fermenter must be long enough for the microorganisms to grow and use up the limiting nutrients supplied to the culture tank, and for the microorganisms to then accumulate polyester. As it is, make it longer. In either the batch type or continuous type mentioned above,
The acid (or derivative thereof) used to provide the copolymer repeat units is used as part or all of the substrate during the polymer accumulation phase that occurs when the nutrients necessary for propagation are depleted. The acid may be used in a mixture with a substrate (e.g. a carbohydrate) that provides the repeating units, or it may be the only substrate;
In the latter case, sufficient comonomer content is present in the acetyl
If the alternative route to CoA is metabolized to give the repeat unit, for example if the alternative route involves reaction (2a), then any acetyl-CoA necessary to obtain the repeat unit is used. However, if the comonomer component is the only substrate, polymer yields are often reduced. The comonomer component can also be present in only a portion of the polymer accumulation step; the remainder of the polymer accumulation step, occurring before and/or after the portion of the polymer accumulation step in which the comonomer component is present, contains only repeating units. The substrate provided may be the only substrate. In some cases, it is also possible to prevent the normal metabolism of acid to acetyl-CoA by blocking enzymes required for the normal pathway and/or by using microorganisms that are incapable of synthesizing the necessary enzymes. be. However, to obtain substantial yields of polymer, cultivation for a period of time under conditions that limit and preferably deplete the nutrients required for propagation is generally preferred. Cultivation is preferably carried out such that the amount of accumulated polyester is approximately 50-80% by weight of the bacterial cells. Microorganisms that can be used include any poly(3) that can assimilate the acid or its salt to produce the copolymer.
-It is a hydroxybutyrate ester accumulating microorganism.
Bacteria Alcaligenes entrophus (traditionally
(formerly known as Hydrogenomonas eutropha), such as the H16 strain, which has been widely used in academic studies of this species [ATCC No. 17699, J General
Microbiology (1979) 115, p. 185-192] and mutant strains of the H16 strain, such as 11/7B, S301/C5,
S501/C29 and S501/C41 (respectively the
Natinal Collection of Industrial Bacteria,
Torry Research Station, Aberdeen, Scotland
NCIB No. deposited on August 18, 1980.
11600, 11599, 11597 and 11598) are particularly suitable. The ATCC number is the American Type
Culture Collection, 12301 Park Lawn Drive,
Rockville, Maryland 20852U.SA. As mentioned above, it is preferred to use carbohydrates as a substrate during the breeding stage.
Alcaligenes eutrophus strain H16 (ATCC No.
17699) does not assimilate glucose, but its mutant strains, such as the above-mentioned 11/7B, S301/C5, S501/
C29 and S501/C41 can utilize glucose. Carbohydrates, especially glucose, are preferred substrates for the propagation stage due to their cost and the ability of microorganisms to propagate effectively. Polyesters are produced as granules inside microbial cells. Although the polyester-containing cells can be used as is as a molding material, as shown for example in US Pat. No. 3,107,172, it is generally preferred to separate the polyester from the bacterial cells.
This is accomplished by disrupting the cells and then extracting the polyester with a suitable solvent. An example of a suitable extraction process is described in European Patent Application No. 15123. As mentioned above, in order for the copolymer to be put to practical use,
The copolymer must have a weight average molecular weight ( Mw ) of 10,000 or more as measured by gel permeation chromatography. Preferably, M w is 50,000 or more, more preferably 100,000 or more, especially 200,000 or more. The copolymers always have a D-configuration and exhibit lower melting points than 3-hydroxybutyric acid homopolymers. The copolymers are particularly useful in the production of melt-molded articles, where reduced crystallinity comparable to 3-hydroxybutyric acid homopolymers is preferred. Of particular interest is the use of small amounts of copolymers of vinyl chloride-based polymers as high molecular weight processing aids. In this application, the amount of copolymer is 0.5-10 wt% relative to the vinyl chloride polymer. For best results in this application, the copolymer should be random. To obtain a random copolymer, the acid used to obtain the comonomer units is preferably present as the only substrate at least throughout the period of cultivation of the microorganism under propagation factor limiting conditions. After melt extrusion, the copolymer is preferably heated at a temperature between the glass transition temperature (Tg) and the melting point of the polymer.
It is also used to make films by passing them through one or more rolls to reduce the film thickness and introduce some molecular orientation. The invention is illustrated in the following examples. Example 1 The normal metabolism of propionate converts it to succinate, which is oxidized to oxaloacetate in the TCA cycle and then decarboxylated to acetyl-CoA. In decarboxylation of oxaloacetate, both terminal acid groups are removed as carbon dioxide gas. Therefore, if a propionate with a radioactively labeled carbon atom in the carboxy group, i.e. 1- 14 C-propionate,
If fed into cells for conversion to acetyl-CoA, 14 CO 2
Radioactivity is lost as some kind of polymer
Incorporation of 14 C results from the conversion of propionyl CoA to 3-hydroxyvaleryl CoA, followed by polymerization. Alcaligenes eutrophus mutant strain NCIB11599,
It was propagated aerobically in a batch fermenter using an aqueous medium A containing sufficient assimilable nitrogen and glucose as substrate to support 3.5 g/accumulated polyester. Aqueous medium A had the following composition per portion of deionized water. (NH 4 ) 2 SO 4 2g MgSO 4・7H 2 O 0.8g K 2 SO 4 0.45g H 3 PO 4 (1.1M) 12ml FeSO 4・7H 2 O 15mg Trace element solution 24ml Trace element solution is deionized water Each sample had the following composition: CuSO 4・5H 2 O 0.02g ZnSO 4・6H 2 O 0.1g MnSO 4・4H 2 O 0.1g CaCl 2・2H 2 O 2.6g When the biomass concentration reaches 4.5g/, that is, the assimilable nitrogen of the system After depletion, 1 g of sodium propionate containing 1-14C -propionate was added to the fermenter together with glucose, and fermentation was continued for 5 minutes. Cells were then collected by filtration and the polymer was extracted with chloroform. The labeled carbon was almost completely in the chloroform solution, indicating that no labeled terminal carbon atoms were lost as carbon dioxide gas. Therefore, at least some propionate was incorporated into the polymer other than as acetyl CoA. Example 2 (comparative example) AlCaligenes eutrophus mutant strain NCIB11599,
An aqueous medium having the following composition per 1 part deionized water:
In a 5-batch fermenter containing 4000ml of B, PH6.8,
Propagated by aerobic culture at 34°C. (NH 4 ) 2 SO 4 4g MgSO 4・7H 2 O 0.8g K 2 SO 4 0.45g H 3 PO 4 (1.1M) 12ml FeSO 4・7H 2 O 15mg 24ml trace element solution used in Example 1 Glucose , was supplied to the fermenter at a rate of 8 g/hr. The amount of assimilable nitrogen in medium B is 26 g of PHB.
This was sufficient to support cells containing no. After 40 hours, cells were collected by centrifugation. Cells were lyophilized and polymers were extracted with chloroform. Example 3 Example 2 was repeated, but when the cell weight reached 34 g, 2.8 g of propionic acid was added instead of glucose.
It was fed to the fermenter at a rate of g/hr. Example 4 Example 3 was repeated, but the propionic acid feed was started when a cell weight of 39 g was reached. Example 5 Example 3 was repeated, but the propionic acid feed was started when a cell weight of 56 g was reached. Example 6 Example 3 was repeated, but when a cell weight of 48 g was reached, 12 g of propionic acid was added at once. Example 7 Example 2 was repeated, but using medium A and propionic acid at a rate of 4 g/hr instead of glucose.
It was fed throughout the fermentation. Example 8 Example 2 was repeated, but when the cell weight reached 38 g, glucose 5.2 was added instead of glucose.
A mixture of glucose and propionic acid was fed to the fermenter at a rate of 2.8 g/hr and 2.8 g/hr of propionic acid. Example 9 Example 8 was repeated but when a cell weight of 28 g was reached, glucose 6.8 g/hr and propionic acid
Feed of the mixture was started at a rate of 1.2 g/hr. In Examples 2 to 9, propionic acid was 400g/
It was added as a solution containing. Example 10 Example 2 was repeated, but when the cell weight reached 28 g, isobutyric acid was fed to the fermenter at a rate of 2 g/hr instead of glucose. Isobutyric acid is 150
It was added as a solution containing g/g. In Examples 3-6 and 8-10, the weight of acid fed to the fermenter versus the weight of glucose fed to the fermenter after the cell weight reached 26 g (i.e., when the system was depleted of nitrogen) Fermentation was continued until the ratio of "total weight of acid supplied to the fermenter" reached the value shown in Table 1. Example 11 Example 2 was repeated, but when the cell weight reached 26.4 g, 3-chloropropionic acid was fed to the fermenter instead of glucose at a rate of 4 g/hr for 5 hours. Example 12 Example 11 was repeated, but the 3-chloropropionic acid feed was started when a cell weight of 34.4 g was reached. Example 13 Example 12 was repeated, but when a cell weight of 30 g was reached, 4 g of 3-chloropropionic acid was added at once, and then glucose was fed at a rate of 6.8 g/hr for 7 hours. In Examples 11-13, 3-chloropropionic acid was added in a solution containing 50 g/ml. Example 14 Example 2 was repeated, but when the cell weight reached 31 g, 4 g/hr of acrylic acid was added instead of glucose.
was fed to the fermenter for 5 hours at a ratio of Acrylic acid was added in the form of a solution containing 100 g/ml.
【表】
ルコースの重量および醗酵器に供給した酸の重
量の合計で除した商である。
実施例2〜14の重合体中の各コモノマー単位の
量は、(a)加水分解およびガスクロマトグラフ法お
よび(b)13C核磁気共鳴スペクトル法により決定し
た。
重合体の分子量は、ゲル滲透過クロマトグラフ
法で決定した。
塩素分析も、実施例2,11,12および13の重合
体について行つた。
結果を表2に示した。
表2において、3−HVは3−ヒドロキシバレ
リアン酸単位を示し、ま現単位Aは前述の単位
で、3−ヒドロキシプロピオン酸単位と考えられ
るものである。
3−クロロプロピオン酸からの塩素は、殆んど
重合体に見出されなかつた。したがつて、3−ク
ロロプロピオン酸の代謝中に塩素が失なわれて、
その結果の生成物が代謝されて単位Aおよび3−
ヒドロキシバレリアン酸単位を与えるようであ
る。実施例11〜13の重合体の塩素含量は、若干の
塩素が単位中に塩素含有基Rとして存在してい
ることを示し、おそらく、R1=クロロエチル、
R2=R3=R4=H、n=1となつているのであろ
う。[Table] This is the quotient divided by the sum of the weight of lucose and the weight of acid supplied to the fermenter.
The amount of each comonomer unit in the polymers of Examples 2-14 was determined by (a) hydrolysis and gas chromatography and (b) 13 C nuclear magnetic resonance spectroscopy. The molecular weight of the polymer was determined by gel permeation chromatography. Chlorine analysis was also performed on the polymers of Examples 2, 11, 12 and 13. The results are shown in Table 2. In Table 2, 3-HV represents a 3-hydroxyvaleric acid unit, and the current unit A is the unit described above and is considered to be a 3-hydroxypropionic acid unit. Almost no chlorine from 3-chloropropionic acid was found in the polymer. Therefore, chlorine is lost during the metabolism of 3-chloropropionic acid,
The resulting product is metabolized to units A and 3-
It appears to give hydroxyvaleric acid units. The chlorine content of the polymers of Examples 11-13 shows that some chlorine is present in the unit as a chlorine-containing group R, possibly R 1 =chloroethyl,
Probably, R 2 = R 3 = R 4 = H, and n = 1.
【表】【table】
【表】
高分解能13C NMRを用いて、実施例3〜10の
共重合体の単量体配列を調べた。カルボニル基の
炭素原子から得られるシグナルは、その環境に応
じて、異なる化学シフトで起きることが判明し
た。したがつて、単位および(n=1、R2
=C2H5、R2=R3=H)を含む重合体では、可能
な配列は次の通りである。
A ブチレート−ブチレート
B バレレート−バレレート
C ブチレート−バレレート
実施例2〜10の重合体のNMR試験は、それぞ
れ169.07、169.25および169.44ppmで起きる3つ
の共鳴を示した。M.Iida外〔Macromoles 11
(1978)p490〕によれば、169.07ppmでの共鳴は、
ブチレート−ブチレートの配列Aであり、
169.44ppmはバレレート−バレレートの配列Bで
ある。推論によれば、169.25ppmでのシグナル
は、ブチレート−バレレートの配列Cから生じ
る。
実施例10の重合体のNMRの結果の定量的分析
は、次の結果を与えた。
配列A(ブチレート−ブチレート) 55%
配列B(バレレート−バレレート) 14%
配列C(ブチレート−バレレート) 31%
これらの結果は、実施例10の重合体が単位お
よび(n=1、R1=C2H5、R2=R3=R4=H)
の共重合体を実質的量で含むことを、明らかに示
している。しかし、繰返し単位のホモ重合体の
若干も存在する可能性がある。
実施例2〜14の重合体は、全部D(−)立体配
置を有していた。
抽出したままの共重合体の溶融挙動は、コンピ
ユーターデーター分析付のジユポン1090システム
を用いて、先ず差動走査熱計量法(DSC)で決
定した。DSC法を、190℃で圧縮成形し、完全に
結晶化した製品を得るために、プレス中に冷却し
た後の試料でも実施した。それぞれの場合、見本
は空気中で20℃/分で加熱し、吸熱溶融のスター
ト(Ts)およびピーク(Tp)の温度をその面積
とともに記録した。アニーリングした試料の加熱
を200℃まで継続し、完全に溶融させるため1分
間等温にした後、試料を液体窒素中で急冷した。
非晶領域のガラス転移温度(Tg)を決定するた
めに、DSC試験に再び行つた。最後に、密度勾
配浮遊法により、アニーリングした共重合体の密
度を測定した。
結果を、表3に示す。[Table] The monomer sequences of the copolymers of Examples 3 to 10 were investigated using high-resolution 13 C NMR. It was found that the signals obtained from the carbon atoms of carbonyl groups occur at different chemical shifts, depending on their environment. Therefore, the unit and (n=1, R 2
=C 2 H 5 , R 2 =R 3 =H), the possible sequences are as follows. A Butyrate-Butyrate B Valerate - Valerate C Butyrate-Valerate NMR testing of the polymers of Examples 2-10 showed three resonances occurring at 169.07, 169.25 and 169.44 ppm, respectively. Outside M.Iida〔Macromoles 11
(1978) p490], the resonance at 169.07ppm is
Butyrate-butyrate sequence A,
169.44 ppm is the valerate-valerate arrangement B. By inference, the signal at 169.25 ppm arises from sequence C of butyrate-valerate. Quantitative analysis of the NMR results of the polymer of Example 10 gave the following results. Sequence A (butyrate-butyrate) 55% Sequence B (valerate-valerate) 14% Sequence C (butyrate-valerate) 31% These results demonstrate that the polymer of Example 10 has a 2 H 5 , R 2 = R 3 = R 4 = H)
It clearly shows that it contains a substantial amount of the copolymer. However, some homopolymers of repeating units may also be present. The polymers of Examples 2-14 all had the D(-) configuration. The melting behavior of the as-extracted copolymer was first determined by differential scanning calorimetry (DSC) using a DuPont 1090 system with computer data analysis. The DSC method was also carried out on the samples after compression molding at 190° C. and cooling during pressing to obtain a fully crystallized product. In each case, the swatches were heated in air at 20° C./min and the temperatures of the start (Ts) and peak (Tp) of endothermic melting were recorded along with their area. Heating of the annealed sample was continued to 200°C and after isothermal for 1 minute to ensure complete melting, the sample was quenched in liquid nitrogen.
DSC tests were again performed to determine the glass transition temperature (Tg) of the amorphous region. Finally, the density of the annealed copolymer was measured by density gradient flotation method. The results are shown in Table 3.
【表】
各共重合体の広い融点範囲は、共重合体がむし
ろ不均質組成物であることを示している。しか
し、溶融吸熱がよりシヤープになりかつ面積が僅
かに減少しているので、アニーリングしたとき、
エステル交換による顕著なランダム化が起きてい
る。このことは、重合体はホモ重合体の物理的混
合物でなく、真正共重合体であることの指標であ
る。
多重DSCピークが、実施例3,5,8および
10の抽出したままの重合体で観察された。
溶融吸熱面積は、結晶化度の指標である。アニ
ーリング後の実施例3〜14の重合体は、全部実施
例2の対照ホモ重合体よりも、著るしく結晶化度
は低かつた。
実施例 15
Alcaligenes eutrophus 変異株NCIB11599
を、水性培地C(これは培地Bと同じであるが、
PHBを含まぬ細胞8.5g/を支持するのに充分
な硫酸アンモニア5.2g/であつた)4000mlを
含む5バツチ式醗酵器で、PH6.8、34℃で好気
培養により繁殖させた。
基質は、5.5g//hrの割合で供給するグル
コースであつた。細胞濃度が7g/に達したと
き、グルコースに加えてプロピオン酸を1.58g/
/hrの割合で供給した。細胞乾燥重量が15g/
に達したとき、細胞を回収した。細胞懸濁液を
噴霧乾燥し、脂質を乾燥細胞のメタノール還流で
抽出し、重合体をクロロホルム還流で抽出した。
クロロホルム溶液をメタノール/水混合物に添加
する沈澱法により、重合体を回収した。
共重合体は、反覆単位(R=C2H5、R2=R3
=R4=H、n=1)20モル%を含んでいた。共
重合体は、分子量350000を有し、冷メチルエチル
ケトンに不溶性であつた。共重合体2gを、メチ
ルエチルケトン100mlで1時間還流すると、全量
溶解した。溶液を冷却すると、ゼラチン状マスを
生じた。これに対し、3−ヒドロキシ酪酸エステ
ルホモ重合体2gをメチルエチルケトン100mlと
還流したとき、溶解したホモ重合体は0.1g以下
であつた。メチルエチルケトンの代りにエタノー
ルで、溶解度テストを反覆すると、1時間還流
後、共重合体は約0.7gが、ホモ重合体は0.04g
以下が溶解した。
これに対し、Wallen外によりEnvironmen−
tal Science and Technology8(1974)p.576〜
579に記載の重合体は、熱エタノールに可溶性と
されている。
実施例 16
水性培地D,EおよびFを、脱イオン水1当
り次の組成で作つた。
培地D
(NH4)2SO4 12g
MgSO4・7H2O 1.2g
K2SO4 1.5g
CaCl2 0.12g
FeSO4・7H2O 0.1g
ZnSO4・7H2O 0.006g
MnSO4・4H2O 0.006g
CuSO4・5H2O 0.0015g
H2SO4(濃厚) 1ml
培地E
H3PO4(1.1M) 2.4ml
グルコース 40g
培地F
H3PO4(1.1M) 2.4ml
プロピオン酸 40g
殺菌した公称容量250バツチ式醗酵器に、培
地DおよびEのほぼ等容量混合物を、130のマ
ークまで満たした。醗酵器中の培地の少量の試料
で、窒素含有量を分析した。次いで、培養器に
Alcaligenes eutrophus変異株NCIB 11599を接
種し、醗酵を34℃で、苛性ソーダ溶液の添加でPH
を6.8に自動的にコントロールして好気的に行つ
た。
醗酵器に存在した資化性窒素の量は、PHBを
含まぬ細胞約1.2Kgのみまでの微生物繁殖を行う
のに充分であつた。細胞重量が約1.05Kgに達した
とき、培地Eの供給を、6.5/hrの割合で開始
した。
細胞重量が約1700gに達したとき、培地Eの供
給を停止し、培地Fの供給を6.5/hrの割合で
開始し、細胞約2.6Kgが産生されるまで醗酵を継
続した。
次いで、細胞懸濁液を、遠心分離により濃度約
60g/まで濃縮し、懸濁液1容量を1,2−ジ
クロロエタン(DCE)2容量とシルバーソンミ
キサーで20℃で15分間接触させて重合体を抽出し
た。DCE相を、細胞の残骸を含む水性相から分
離し、過した。過したDCE相1容量を、メ
タノール/水(4/1、容量)混合物4容量に加え
て、重合体を沈澱させた。沈澱重合体を別し、
メタノールで洗浄してから、オープンで100℃で
4時間乾燥した。
重合体は、DSC法で決定して168℃で溶融吸熱
のピークを有し約100〜180℃の溶融範囲を有して
いた。
実施例 17
実施例16の醗酵処理を反覆したが、培地Eの供
給から培地Fの供給への切換えは、細胞重量が約
3.5Kgに達したときに行つた。培地Fは、11.4
/hrの割合で4時間供給してから3.2/hrに
低下させ、このレベルをさらに9時間維持し、こ
の段階で細胞重量は約3.9Kgであつた。
この実施例では、醗酵器に存在した資化性窒素
の量は、重合体を含まぬ細胞わずか約1.5Kgに微
生物を繁殖させるに充分であつた。
細胞懸濁物を遠心分離で濃縮し、次いで実施例
15の方法で、重合体を濃縮細胞懸濁液から抽出し
た。
実施例 18
実施例16のようにして、250醗酵器に装入、
接種を行つた。資化性窒素の量は、重合体を含ま
ぬ細胞わずか約1.9Kgに、微生物を繁殖させるに
充分であつた。実施例16のようにして、醗酵を34
℃、PH6.8で好気的に行つた。
細胞重量が約1.0Kgに達したとき、培地Eおよ
び培地Gをそれぞれ8.7/hrおよび4.6/hrの
割合で供給を開始し、細胞重量が3.9Kgになるま
で継続した。
培地Gは、脱イオン水1当り次の組成を有し
ていた:
H3PO4(1.1M) 1.2ml
プロピオン酸 20g
細胞懸濁液を遠心分離で濃縮し、実施例15の方
法で、重合体を濃縮細胞懸濁液から抽出した。
実施例 19
実施例17の処理を大規模で反覆し、公称容積
1000の醗酵器を用い、ほぼ等容量の培地Dおよ
びEで500マークまで満たした。この実施例で
は、培地Eの供給は細胞重量約4Kgになつたとき
に25/hrの割合で開始し、培地Fの供給は細胞
重量約8Kgになつたとき37.5/hrの割合で開始
した。培地EおよびFの供給は、細胞重量が約10
Kgに達するまで継続した。存在する資化性窒素の
量は、重合体を含まぬ細胞約4.1Kgまで微生物を
繁殖させるに充分であつた。
実施例 20
実施例19を反覆したが、培地Fの供給割合は25
/hrで、醗酵は細胞重量約11Kgになるまで継続
した。この場合、資化性窒素の量は、重合体を含
まぬ細胞約4Kgまで微生物が繁殖するに充分であ
つた。
実施例16〜20の重合体は、それぞれ3−ヒドロ
キシ酪酸(HB)単位およびβ−ヒドロキシバレ
リアン酸(HV)単位を含む共重合体であり、重
量平均分子量は300000以上であつた。共重合体
は、それぞれD(−)立体配置を有していた。
実施例16〜20の各共重合体および3−ヒドロキ
シ酪酸ホモ重合体100重量部を、クロロホルム約
10重量部およびタルク1重量部でスラリー化し、
家庭用肉ひき機で室温で粒状化した。次いで、組
成物を乾燥してクロロホルムを除去し、190℃で
抽出してから、再び粒状化した。得られる粒状物
を、185℃で試験用バーに射出成形し、型温度65
℃および冷却時間20秒を用いた。引張特性を、
ASTM D638−77aにより50mm/分の速度で測定
し、衝撃強度をASTM D256−78によりアイゾ
ツト衝撃試験で評価した。
結果を、表4に示した。TABLE The wide melting point range of each copolymer indicates that the copolymers are rather heterogeneous compositions. However, the melting endotherm becomes sharper and the area slightly decreases, so when annealing,
Significant randomization occurs due to transesterification. This is an indication that the polymer is a true copolymer and not a physical mixture of homopolymers. Multiple DSC peaks are shown in Examples 3, 5, 8 and
10 of the as-extracted polymers were observed. Melting endothermic area is an indicator of crystallinity. After annealing, the polymers of Examples 3-14 were all significantly less crystalline than the control homopolymer of Example 2. Example 15 Alcaligenes eutrophus mutant strain NCIB11599
, aqueous medium C (which is the same as medium B, but
The cells were propagated aerobically at 34° C. and pH 6.8 in a 5-batch fermenter containing 4000 ml of ammonia sulfate (5.2 g/m) sufficient to support 8.5 g/m of PHB-free cells. The substrate was glucose provided at a rate of 5.5 g/hr. When the cell concentration reached 7 g/g, in addition to glucose, propionic acid was added at 1.58 g/g/g.
/hr. Cell dry weight is 15g/
Cells were harvested when . The cell suspension was spray dried, lipids were extracted by refluxing the dry cells with methanol, and polymers were extracted by refluxing chloroform.
The polymer was recovered by a precipitation method in which a chloroform solution was added to a methanol/water mixture. The copolymer has repeating units (R=C 2 H 5 , R 2 =R 3
=R 4 =H, n=1) contained 20 mol%. The copolymer had a molecular weight of 350,000 and was insoluble in cold methyl ethyl ketone. When 2 g of the copolymer was refluxed with 100 ml of methyl ethyl ketone for 1 hour, the entire amount was dissolved. Upon cooling the solution a gelatinous mass formed. On the other hand, when 2 g of 3-hydroxybutyrate homopolymer was refluxed with 100 ml of methyl ethyl ketone, less than 0.1 g of the homopolymer was dissolved. If the solubility test is repeated with ethanol instead of methyl ethyl ketone, after 1 hour of reflux, the copolymer weighs about 0.7 g and the homopolymer weighs 0.04 g.
The following dissolved. In contrast, Wallen et al.
tal Science and Technology 8 (1974) p.576~
The polymer described in No. 579 is said to be soluble in hot ethanol. Example 16 Aqueous media D, E and F were made with the following composition per part deionized water. Medium D (NH 4 ) 2 SO 4 12g MgSO 4・7H 2 O 1.2g K 2 SO 4 1.5g CaCl 2 0.12g FeSO 4・7H 2 O 0.1g ZnSO 4・7H 2 O 0.006g MnSO 4・4H 2 O 0.006g CuSO 4・5H 2 O 0.0015g H 2 SO 4 (concentrated) 1ml Medium E H 3 PO 4 (1.1M) 2.4ml Glucose 40g Medium F H 3 PO 4 (1.1M) 2.4ml Propionic acid 40g Sterilized nominal A 250 capacity batch fermenter was filled to the 130 mark with an approximately equal volume mixture of media D and E. A small sample of the medium in the fermenter was analyzed for nitrogen content. Then, in an incubator
The Alcaligenes eutrophus mutant strain NCIB 11599 was inoculated and the fermentation was carried out at 34°C and the pH was adjusted by adding caustic soda solution.
was automatically controlled at 6.8 and carried out aerobically. The amount of assimilable nitrogen present in the fermenter was sufficient to allow microbial growth of only about 1.2 kg of PHB-free cells. When the cell weight reached approximately 1.05 Kg, medium E feeding was started at a rate of 6.5/hr. When the cell weight reached approximately 1700 g, the supply of medium E was stopped and the supply of medium F was started at a rate of 6.5/hr, and fermentation was continued until approximately 2.6 Kg of cells were produced. The cell suspension is then centrifuged to a concentration of ca.
It was concentrated to 60 g/ml and the polymer was extracted by contacting 1 volume of the suspension with 2 volumes of 1,2-dichloroethane (DCE) in a Silverson mixer at 20°C for 15 minutes. The DCE phase was separated from the aqueous phase containing cell debris and filtered. One volume of the filtered DCE phase was added to four volumes of a methanol/water (4/1, by volume) mixture to precipitate the polymer. Separate the precipitated polymer,
After washing with methanol, it was dried in the open at 100°C for 4 hours. The polymer had a melting range of about 100-180°C with a peak melting endotherm at 168°C as determined by DSC method. Example 17 The fermentation process of Example 16 was repeated, but switching from supplying medium E to supplying medium F was performed until the cell weight was approx.
I went when I reached 3.5Kg. Medium F is 11.4
/hr for 4 hours and then reduced to 3.2/hr and maintained at this level for a further 9 hours, at which point the cell weight was approximately 3.9Kg. In this example, the amount of assimilable nitrogen present in the fermenter was sufficient to propagate the microorganisms to only about 1.5 Kg of polymer-free cells. The cell suspension was concentrated by centrifugation and then
Polymers were extracted from concentrated cell suspensions using a method of 15. Example 18 Charge a 250 fermenter as in Example 16,
Inoculation was carried out. The amount of assimilable nitrogen was sufficient to propagate microorganisms in only about 1.9 kg of polymer-free cells. Fermentation was carried out as in Example 16 for 34 hours.
The test was carried out aerobically at ℃ and pH 6.8. When the cell weight reached approximately 1.0 Kg, feeding of medium E and medium G at a rate of 8.7/hr and 4.6/hr, respectively, was started and continued until the cell weight reached 3.9 Kg. Medium G had the following composition per 1 ml of deionized water: 1.2 ml H 3 PO 4 (1.1 M) 20 g propionic acid The cell suspension was concentrated by centrifugation and weighed using the method of Example 15. Combines were extracted from the concentrated cell suspension. Example 19 The process of Example 17 was repeated on a larger scale and the nominal volume
A 1000 fermenter was used and filled to the 500 mark with approximately equal volumes of medium D and E. In this example, feeding of medium E was started at a rate of 25/hr when the cell weight was about 4 kg, and feeding of medium F was started at a rate of 37.5/hr when the cell weight was about 8 kg. The supply of media E and F is such that the cell weight is approximately 10
This continued until Kg was reached. The amount of assimilable nitrogen present was sufficient to propagate the microorganisms to approximately 4.1 kg of polymer-free cells. Example 20 Example 19 was repeated, but the feeding rate of medium F was 25
/hr, fermentation continued until the cell weight was about 11 Kg. In this case, the amount of assimilable nitrogen was sufficient for microorganisms to propagate up to about 4 kg of polymer-free cells. The polymers of Examples 16 to 20 were copolymers containing 3-hydroxybutyric acid (HB) units and β-hydroxyvaleric acid (HV) units, and had weight average molecular weights of 300,000 or more. Each copolymer had a D(-) configuration. 100 parts by weight of each of the copolymers of Examples 16 to 20 and the 3-hydroxybutyric acid homopolymer were added to about chloroform.
Slurry with 10 parts by weight and 1 part by weight of talc,
Granulated at room temperature in a domestic meat mincer. The composition was then dried to remove chloroform, extracted at 190°C, and granulated again. The resulting granules were injection molded into test bars at 185°C and mold temperature 65°C.
°C and a cooling time of 20 seconds were used. tensile properties,
The impact strength was measured by ASTM D638-77a at a speed of 50 mm/min and the impact strength was evaluated by the Izot impact test according to ASTM D256-78. The results are shown in Table 4.
【表】
実施例 21
下記成分を室温で乾式混合し、PVC配合物を
作つた:
重量部
(i) 塩化ビニルホモ重合体(K62) 100
(ii) ジ−N−ジチオグリコール酸エステルベース
のチオオクチルスズ錯体の安定化剤 1.5
(iii) メチルメタクリレート/ブタジエン/スチレ
ンPVC衝撃改善剤 8
(iv) ワツクス(外部油滑剤) 0.8
(v) グリセリルモノエステル(内部油滑剤) 1
(vi) HB重合体(加工助剤) 2
HB重合体加工助剤は、次のものであつた:
(a) 実施例2で得た3−ヒドロキシ酪酸エステル
ホモ重合体
(b) 実施例7の共重合体(共重合体A)
(c) 実施例16の共重合体(共重合体B)
加工助剤は、約10wt%のクロロホルムでスラ
リー化し、家庭用肉ひき機で室温で粒状化し、乾
燥し、190℃で溶融押出し、再度粒状化し、PVC
乾燥混合物に配合する前に、粒子寸法150μm以
下に粉砕した。
乾燥混合物を、次のようにして試験した:
1 混合物50gを、5Kgの重錘で負荷した圧力ム
ラの下で18rpmで回転し、180℃に維持した
Brabender Plastographの混合ヘツドに投入し
た。ゲル化が起きるに要した時間を、記録し
た。
2 混合物を冷圧縮したキヤンドルにし、これを
170℃に維持し、直径1mmおよびランド長20mm
の円形オリフイスを有するダイを取付けた押出
しレオメーターに装入した。装入物が170℃に
加熱された後、速度を増加させながら押出し
た。押出し物の外観を記録し、押出し物をダイ
から引張つて溶融伸長性を評価した。
結果を、表5に示す。[Table] Example 21 The following ingredients were dry mixed at room temperature to make a PVC formulation: Part by weight (i) Vinyl chloride homopolymer (K62) 100 (ii) Thiooctyl based di-N-dithioglycolic acid ester Tin complex stabilizer 1.5 (iii) Methyl methacrylate/butadiene/styrene PVC impact modifier 8 (iv) Wax (external lubricant) 0.8 (v) Glyceryl monoester (internal lubricant) 1 (vi) HB polymer ( Processing aids) 2 The HB polymer processing aids were as follows: (a) 3-hydroxybutyrate homopolymer obtained in Example 2 (b) Copolymer of Example 7 (copolymer Copolymer A) (c) Copolymer of Example 16 (Copolymer B) The processing aid was slurried with approximately 10 wt% chloroform, granulated in a domestic meat grinder at room temperature, dried, and processed at 190°C. Melt extruded, re-granulated, PVC
It was ground to a particle size of less than 150 μm before being incorporated into the dry mixture. The dry mixture was tested as follows: 1. 50 g of the mixture was rotated at 18 rpm under a pressure unevenness loaded with a 5 Kg weight and maintained at 180°C.
Loaded into the mixing head of a Brabender Plastograph. The time required for gelation to occur was recorded. 2 Make the mixture into a cold-pressed candle and pour it into
Maintained at 170℃, diameter 1mm and land length 20mm
The sample was placed in an extrusion rheometer equipped with a die having a circular orifice. After the charge was heated to 170°C, it was extruded at increasing speed. The appearance of the extrudate was recorded and the extrudate was pulled through the die to assess melt extensibility. The results are shown in Table 5.
【表】
この実施例は、塩化ビニル重合体加工助剤とし
て、共重合体は、3−ヒドロキシ酪酸ホモ重合体
より優れていることを示している。よりランダム
共重合体Aは、明らかに共重合体Bより秀れてい
る。
実施例 22
培地Hを、次の組成で作つた:
(NH4)2SO4 1g
KH2PO4 2g
(Na)2HPO4 3g
MgSO4・7H2O 0.2g
CaCl2 0.01g
FeSO4・7H2O 0.005g
MnSO4・4H2O 0.002g
Na2CO3・10H2O 0.1g
(NH2)2CO 1.5g
脱イオン水 全体で1にする
培地のPHは、7であつた。
予じめメタクリル酸0.5gを溶解した培地H500
mlをそれぞれ含む8個の1振とうフラスコに、
Nocardia salmonicolor株ATCC19149の種培養
物5mlを接種し、旋回振とう機で32℃で培養し
た。
接種後24時間、48時間および72時間の間隔で、
各フラスコにメタクリル酸0.5gづつを添加し、
メタクリル酸0.25gの最終添加を96時間後に行つ
た。接種後108時間で、各フラスコを検査した。
どのフラスコでも、微生物の繁殖は殆んどなかつ
た。フラスコ内容物を一緒にし、遠心分離して細
胞のペレツトにして、オーブンで乾燥してから計
量した。ペレツト重量は、2.81gであつた。接種
物の細胞含有量も決定し、69.75g/であつた。
したがつて、接種物としてフラスコに添加した細
胞の全重量は、2.79gであつた。
用いたメタクリル酸濃度では、この菌株は、メ
タクリル酸を資化しなかつた。
実施例 23−45
これらの実施では、ある範囲の酸および酸誘導
体を、共重合体を与えうるか否かについてスクリ
ーニング試験した。
使用した方法は下記の通りであつた。
Alcaligenes eutrophus変異株NCIB11599を、
脱イオン水1当り下記の組成の水性培地3500〜
4000mlを入れた5のバツチ式醗酵器中でPH6.8
および34℃において好気培養した。
グルコース 17g
(NH4)2SO4 4g
MgSO4・7H2O 0.8g
H3PO4(1.1M) 12ml
FeSO4・7H2O 15mg
微量元素溶液 36ml
(実施例1のもの)
PHは4M水酸化カリウム溶液および4M水酸化ナ
トリウムの9:1(容/容)混合物の自動添加に
より6.8に制御した。このようなPH制御のための
KOH/NaOH混合物の添加は、培地にカリウム
およびナトリウムを供給する機能も果した。
資化性窒素(上記4g/の硫酸アンモニウム
によつて与えられる)の量は、わずかに約6.5
g/のHB重合体不含有細胞を支持するに足る
量であつた。約16g/のグルコースが6.5g/
のHB重合体不含有細胞を生じさせるのに必要
とされるから、存在したグルコースの量は、少し
の炭素過剰を与えるのに足るものであつた。残留
グルコース濃度を監視し、また溶存酸素張力を追
跡することにより、系が資化性窒素に欠乏した時
点の明かな指示が得られた。この段階でコモノマ
ー成分(すなわち試験用の酸または酸誘導体)の
供給を開始し、合計で約0.1〜5g/のコモノ
マー成分が添加されるまでその供給を続けた。
コモノマー成分の添加終了後、細胞を遠心分離
で回収した。遠心分離した細胞の試料を凍結乾燥
し、その重合体をクロロホルムで抽出した。重合
体をガスクロマトグラフ/質量スペクトル
(GCMS)法(これには予備的なエステル交換工
程が含まれる)またはnmrスペクトル法
(NMR)によつて分析した。
結果を表6に示す。この表において、NMRの
結果は、NMR法がエステル交換工程を含まず一
層明確であると考えられるので、可能な場合に表
示してある。TABLE This example shows that the copolymer is superior to 3-hydroxybutyric acid homopolymer as a vinyl chloride polymer processing aid. More random copolymer A is clearly superior to copolymer B. Example 22 Medium H was prepared with the following composition: (NH 4 ) 2 SO 4 1 g KH 2 PO 4 2 g (Na) 2 HPO 4 3 g MgSO 4.7H 2 O 0.2 g CaCl 2 0.01 g FeSO 4.7H 2 O 0.005g MnSO 4・4H 2 O 0.002g Na 2 CO 3・10H 2 O 0.1g (NH 2 ) 2 CO 1.5g Deionized water Set the total to 1. The pH of the medium was 7. Medium H500 with 0.5g of methacrylic acid dissolved in advance
into 8 shake flasks each containing ml.
5 ml of a seed culture of Nocardia salmonicolor strain ATCC 19149 was inoculated and cultured at 32°C on an orbital shaker. at intervals of 24, 48 and 72 hours after inoculation.
Add 0.5g of methacrylic acid to each flask,
A final addition of 0.25 g of methacrylic acid was made after 96 hours. Each flask was inspected 108 hours after inoculation.
There was almost no growth of microorganisms in any of the flasks. The flask contents were combined, centrifuged to pellet cells, dried in an oven, and weighed. The pellet weight was 2.81 g. The cell content of the inoculum was also determined and was 69.75 g/.
Therefore, the total weight of cells added to the flask as inoculum was 2.79 g. At the methacrylic acid concentration used, this strain did not assimilate methacrylic acid. Examples 23-45 In these runs, a range of acids and acid derivatives were screened for their ability to give copolymers. The method used was as follows. Alcaligenes eutrophus mutant strain NCIB11599,
Aqueous medium with the following composition per 1 deionized water: 3500 ~
PH6.8 in a 5 batch fermenter containing 4000ml
and cultured aerobically at 34°C. Glucose 17g (NH 4 ) 2 SO 4 4g MgSO 4・7H 2 O 0.8g H 3 PO 4 (1.1M) 12ml FeSO 4・7H 2 O 15mg Trace element solution 36ml (from Example 1) PH is 4M hydroxide Controlled at 6.8 by automatic addition of a 9:1 (vol/vol) mixture of potassium solution and 4M sodium hydroxide. For such PH control
The addition of KOH/NaOH mixture also served to supply potassium and sodium to the medium. The amount of assimilable nitrogen (provided by the 4 g/ammonium sulfate above) is only about 6.5
The amount was sufficient to support g/g of HB polymer-free cells. Approximately 16g/glucose is 6.5g/
The amount of glucose present was sufficient to provide a small carbon excess as required to produce HB polymer-free cells. Monitoring the residual glucose concentration and also tracking the dissolved oxygen tension provided a clear indication of when the system was starved of assimilable nitrogen. At this stage, the feed of the comonomer component (ie, test acid or acid derivative) was started and continued until a total of about 0.1-5 g/g of comonomer component had been added. After the addition of the comonomer components, the cells were collected by centrifugation. Centrifuged cell samples were lyophilized and the polymers were extracted with chloroform. The polymers were analyzed by gas chromatography/mass spectrometry (GCMS) (which included a preliminary transesterification step) or nmr spectroscopy (NMR). The results are shown in Table 6. In this table, NMR results are shown where possible since the NMR method does not involve a transesterification step and is considered to be more definitive.
【表】
同様な結果は、実施例23−44において窒素が用
い尽された後にグルコースおよびコモノマー成分
の混合物を連続的に添加するように改変した培養
を繰返えして実施したときにも得られた。
実施例 46〜51
0.085/hrの稀釈率(滞留時間の逆数)で約4
の有効培地液容積を用いて、5の醗酵器中で
PH6.8および34℃において
Alcaligenes eutrophus変異株NCIB11599を連続
好気培養した。使用水性培地は、脱イオン水1
当り下記の組成であつた。
MgSO4・7H2O 0.8g
K2SO4 0.45g
Na2SO4 0.05g
H3PO4(1.1M)溶液 12ml
微量元素溶液(実施例1のもの) 36ml
また表7に示した各成分も醗酵器に連続的に供
給した。[Table] Similar results were obtained when the culture of Examples 23-44 was repeated in which the mixture of glucose and comonomer components was continuously added after the nitrogen was exhausted. It was done. Examples 46-51 At a dilution rate (reciprocal of residence time) of 0.085/hr, approximately 4
in 5 fermenters using an effective medium volume of
Alcaligenes eutrophus mutant strain NCIB11599 was continuously cultured aerobically at PH6.8 and 34°C. The aqueous medium used was 1 part deionized water.
The composition was as follows. MgSO 4・7H 2 O 0.8g K 2 SO 4 0.45g Na 2 SO 4 0.05g H 3 PO 4 (1.1M) solution 12ml Trace element solution (Example 1) 36ml Also each component shown in Table 7 Continuously fed to the fermenter.
【表】
窒素の量は、わずかに6.5g/のHB重合体不
含有細胞を支持するに足る量であつた。
pHは、4M水酸化カリウム溶液および4M水酸
化ナトリウム溶液の9:1(容/容)混合物の自
動添加制御した。
醗酵は唯一の基質としてプロピオン酸を用いて
開始した。定常状態に達してから3日後に、水性
細胞懸濁生成物のサンプルを採取し、次いでアク
リル酸を、次第に増加する量で補助基質として添
加した。少なくとめ3日間定状態下での醗酵を各
アクリル酸濃度において実施し、その後にそれぞ
れサンプルを採取した。水性細胞懸濁生成物の各
サンプルを遠心分離して細胞を回収し、次いで凍
結乾燥した。重合体を、クロロホルムで細胞から
回収し、次いでNMR法で分析した。結果を表8
に示す。[Table] The amount of nitrogen was sufficient to support only 6.5 g/cell without HB polymer. The pH was controlled by automatic addition of a 9:1 (vol/vol) mixture of 4M potassium hydroxide solution and 4M sodium hydroxide solution. Fermentation was started using propionic acid as the only substrate. Three days after reaching steady state, samples of the aqueous cell suspension product were taken and acrylic acid was then added as a co-substrate in increasing amounts. Steady-state fermentation was carried out at each acrylic acid concentration for at least 3 days before each sample was taken. Each sample of aqueous cell suspension product was centrifuged to recover the cells and then lyophilized. The polymer was recovered from the cells with chloroform and then analyzed by NMR methods. Table 8 shows the results.
Shown below.
【表】
実施例 52
この実施例では、窒素ではなく燐の制限下に
Alcaligenes eutrophus変異株NCIB11599を34℃
で好気培養した。5の醗酵器に、脱イオン水1
当り下記の組成の水性培地を仕込んだ。
(NH4)2SO4 6.2g
H3PO4(1.1M) 1.5ml
MgSO4・7H2O 0.8g
FeSO4・7H2O 15mg
微量元素溶液(実施例1のもの) 36ml
醗酵時のPHは、4MのKOHおよび4MのNaOH
の9:1(容/容)混合物の添加により自動的に
6.8に制御した。燐の量は8g/のHB重合体不
含有細胞を支持するに足るものであつた。
醗酵器に48時間振とうフラスコ培養物を接種
し、次いで5g/のグルコースを添加した。す
べてのグルコースが用い尽されたとき(この時点
で細胞濃度は約2.5g/)、プロピオン酸を
(300g/の溶液の形で)、0.8g//時の速度
で54時間添加した。
次いで細胞を回収し、重合体をクロロホルムで
抽出し、GCMS法で分析した。結果は下記の通
りであつた。
最終細胞濃度 20g/
重合体含量 60%
3−HVのモル% 40モル%
実施例 53−57
これらの実施例ではNocardia Salmoni−
color種の二つの菌株をグルコース基質で培養し、
次いで種々の酸を用いて重合体蓄積を誘導した。
各実施例において、250mlの振とうフラスコに、
脱イオン水1当り下記の成分を含む水性培地を
50ml仕込んだ。
グルコース 10g
K2HPO4 1.9g
NaHPO4 1.56g
(NH4)2SO4 1.8g
MgSO4・7H2O 0.2g
FeCl3・6H2O 0.001g
微量元素溶液(実施例1のもの) 1ml
この水性培地のPHは7.0であつた。フラスコに
微生物(表9)を接種し、回旋振とう法で30℃に
おいて24時間培養した。得られた懸濁液を次いで
遠心分離し、上澄みの水性培地を捨てた。残留し
た遠心分離ペレツト状物を上記の水性培地(但し
10g/のグルコースの代りに1g/の酸を用
いそして1.8g/の硫酸アンモニウムを省略し
たもの)の50ml中に再懸濁させた。再懸濁した細
胞を30℃でさらに24時間振とうし、次いでその細
胞懸濁液を遠心分離した。得られた遠心分離ペレ
ツト状の細胞をメタノールで2回洗浄し、その重
合体含量を分析した。重合体はGCMS法で分析
した。結果を表9に示す。[Table] Example 52 In this example, under the limitation of phosphorus instead of nitrogen,
Alcaligenes eutrophus mutant strain NCIB11599 at 34°C.
Cultured aerobically. 5 fermenters, 1 part deionized water
An aqueous medium having the following composition was prepared. (NH 4 ) 2 SO 4 6.2g H 3 PO 4 (1.1M) 1.5ml MgSO 4・7H 2 O 0.8g FeSO 4・7H 2 O 15mg Trace element solution (from Example 1) 36ml PH during fermentation is , 4M KOH and 4M NaOH
automatically by adding a 9:1 (vol/vol) mixture of
Controlled to 6.8. The amount of phosphorus was sufficient to support 8 g/h of HB polymer-free cells. The fermentor was inoculated with a 48 hour shake flask culture and then 5 g/g glucose was added. When all the glucose was used up (at this point the cell concentration was about 2.5 g/hr), propionic acid (in the form of a solution of 300 g/hr) was added at a rate of 0.8 g/hr for 54 hours. Cells were then collected, and the polymer was extracted with chloroform and analyzed by GCMS method. The results were as follows. Final cell concentration 20g/Polymer content 60% Mol% of 3-HV 40mol% Examples 53-57 These examples use Nocardia Salmoni-
Two strains of color species were cultured on glucose substrate,
Polymer accumulation was then induced using various acids. In each example, in a 250 ml shake flask,
Add an aqueous medium containing the following ingredients per 1 ounce of deionized water.
I prepared 50ml. Glucose 10g K 2 HPO 4 1.9g NaHPO 4 1.56g (NH 4 ) 2 SO 4 1.8g MgSO 4・7H 2 O 0.2g FeCl 3・6H 2 O 0.001g Trace element solution (from Example 1) 1ml of this aqueous The pH of the medium was 7.0. A flask was inoculated with microorganisms (Table 9) and cultured at 30° C. for 24 hours using a rotary shaking method. The resulting suspension was then centrifuged and the supernatant aqueous medium was discarded. The remaining centrifuged pellet was transferred to the above aqueous medium (but
1 g/acid instead of 10 g/glucose and 1.8 g/ammonium sulfate omitted). The resuspended cells were shaken for an additional 24 hours at 30°C, and then the cell suspension was centrifuged. The resulting centrifuged pelleted cells were washed twice with methanol and analyzed for polymer content. The polymer was analyzed by GCMS method. The results are shown in Table 9.
Claims (1)
る微生物を、水性培地中において水溶性の資化性
炭素含有基質で培養し、その際に培養の少なくと
も一部期間はその微生物によつてポリエステルが
蓄積される条件下で培養を行うことにより熱可塑
性ポリエステルを産生させる方法において、少な
くともポリエステルが蓄積している培養期間部分
中は、該資化性炭素含有基質は、該ポリエステル
蓄積条件下で微生物によつて代謝されて、−O・
CH(CH3)・CH2・CO−繰返し単位からもつぱら
構成されるもの以外のポリエステルとなる、プロ
ピオン酸、3−ヒドロキシプロピオン酸、3−ク
ロロプロピオン酸、3−エトキシプロピオン酸、
2−ヒドロキシ酪酸、イソ酪酸、アクリル酸及び
奇数個の炭素原子を含む高級飽和カルボン酸から
選択される有機酸もしくは有機酸誘導体を含むこ
と、そして該酸もしくは酸誘導体中の化学結合炭
素の量は該ポリエステル蓄積期間中に存在する基
質中に全化学結合炭素の少なくとも2重量%をな
すこと、を特徴とする上記熱可塑性ポリエステル
産生方法。 2 微生物の増殖にとつて必須ではあるがポリエ
ステルの蓄積にとつては必須ではない要素の一ま
たはそれ以上の供給を制限した条件下で、微生物
によりポリエステルを蓄積させる特許請求の範囲
第1項に記載の方法。 3 重量平均分子量が10000以上であり、 −O・CH(CH3)・CH2・CO−の繰返し単位
および プロピオン酸、3−ヒドロキシプロピオン
酸、3−クロロプロピオン酸、3−エトキシプ
ロピオン酸、2−ヒドロキシ酪酸、イソ酪酸、
アクリル酸及び奇数個の炭素原子を含む高級飽
和カルボン酸から選択される有機酸もしくは酸
誘導体に基くエステル残基の繰返し単位、 を含み、かつ上記繰返し単位が全繰返し単位の
0.1〜50モル%を構成していることを特徴とする
ポリβ−ヒドロキシ酪酸共重合体。[Scope of Claims] 1. A microorganism capable of accumulating polyβ-hydroxybutyric acid ester is cultured in an aqueous medium on a water-soluble assimilable carbon-containing substrate, and at least part of the period of the culture is maintained by the microorganism. In a method for producing a thermoplastic polyester by culturing under conditions in which polyester is accumulated, at least during the portion of the culture period in which polyester is accumulated, the assimilable carbon-containing substrate is is metabolized by microorganisms to produce -O.
Propionic acid, 3-hydroxypropionic acid, 3-chloropropionic acid, 3-ethoxypropionic acid, which is a polyester other than one consisting exclusively of CH(CH 3 )/CH 2 /CO- repeating units;
comprising an organic acid or organic acid derivative selected from 2-hydroxybutyric acid, isobutyric acid, acrylic acid and higher saturated carboxylic acids containing an odd number of carbon atoms, and the amount of chemically bonded carbon in the acid or acid derivative is The method for producing thermoplastic polyesters as described above, characterized in that at least 2% by weight of the total chemically bound carbon is present in the matrix present during the polyester accumulation period. 2. Claim 1 provides for the accumulation of polyester by microorganisms under conditions that limit the supply of one or more elements essential for the growth of the microorganisms but not essential for the accumulation of polyesters. The method described. 3 Weight average molecular weight is 10,000 or more, repeating unit of -O・CH( CH3 )・CH2・CO− and propionic acid, 3-hydroxypropionic acid, 3-chloropropionic acid, 3-ethoxypropionic acid, 2 -Hydroxybutyric acid, isobutyric acid,
repeating units of ester residues based on organic acids or acid derivatives selected from acrylic acid and higher saturated carboxylic acids containing an odd number of carbon atoms, and said repeating units account for the total number of repeating units.
A poly-β-hydroxybutyric acid copolymer comprising 0.1 to 50 mol%.
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