JPH07113055B2 - ポリエステル共重合体およびその製造方法 - Google Patents

ポリエステル共重合体およびその製造方法

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JPH07113055B2
JPH07113055B2 JP62204537A JP20453787A JPH07113055B2 JP H07113055 B2 JPH07113055 B2 JP H07113055B2 JP 62204537 A JP62204537 A JP 62204537A JP 20453787 A JP20453787 A JP 20453787A JP H07113055 B2 JPH07113055 B2 JP H07113055B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、3−ヒドロキシブチレート単位(以下3HB成
分と記す)、3−ヒドロキシバリレート単位(以下3HV
成分と記す)および5−ヒドロキシバリレート単位(以
下5HV成分と記す)を含有する共重合体およびその製造
法に関し、さらに詳しくはポリエステルを蓄積できる微
生物を用いて製造される3HB成分、3HV成分および5HV成
分からなる新規の共重合ポリエステル及びその製造法に
関する。
〔従来の技術〕
ポリ−3−ヒドロキシブチレート(PHB)は、エネルギ
ー貯蔵物質として数多くの微生物の菌体内に蓄積され、
優れた生物分解性と生体適合性を示す熱可塑性高分子で
あることから、環境を保全する“クリーン”プラスチッ
クとして注目され、手術糸や骨折固定用材などの医用材
料および医薬や農薬を徐々に放出する徐放性システムな
どの多方面への応用が長年にわたり期待されてきた。特
に近年、合成プラスチックが環境汚染や資源循環の観点
から深刻な社会問題となるに至り、PHBは石油に依存し
ないバイオポリマーとして注目されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、PHBは耐衝撃性に劣るとゆう物性上の問
題とともに、生産コストが高いことから工業的生産が見
送られてきた。
近時、3HB成分および3HV成分を含有する共重合体および
その製造法について、研究、開発がなされ、たとえば、
特開昭57-150393号公報および特開昭59-220192号公報に
それぞれ記載されている。
これらの公報のPHBの製造法は、従来のPHBの製造法にお
けると同様に、前段では菌体を増殖させ、後段では窒素
またはりんを制限して微生物を培養し、共重合体を製造
するものである。
しかしながら、前者では、後段の培養において基質とし
て、たとえば、プロピオン酸およびイソ酪酸を使用する
ことにより、3HB成分99.9〜50モル%と、たとえば、3HV
成分のような他のエステル成分0.1〜50モル%を含む共
重合体を製造するとの記載がある。しかしながら、この
公報においては、たとえば、実施例では最高33モル%の
3HV成分を含む共重合体しか示されておらず、3HV成分が
これよりも多い共重合体は具体的には示されていない。
一方、後者では、後段の培養において、PHB抽出後の廃
菌体の細胞物質からの炭素を使用して、少なくとも40モ
ル%の3HB成分と他のエステル成分とを含む共重合体を
製造するとの定性的な記載がある。しかしながら、この
公報には、3HB成分と3HV成分との割合を具体的に示した
共重合体は全く記載されていない。また、この方法は煩
雑であり、かつ、細胞物質の成分は、培養条件などによ
り物質の種類、量などに大幅の変動があり不安定であっ
て、実際的ではない。
さらに、共重合体の3HV成分が0から33モル%まで増大
すると、この増大に伴って融解温度(Tm)が180℃から8
5℃まで急激に低下することが知られており〔T.L.Bluhm
et al,Macromolecules,19,2871-2876(1986)〕、こ
のことは、工業的には均一な製品を得ることが困難であ
ることを意味している。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者は、3HB成分に対する共重合成分の割合(モル
比)が比較的大きい共重合体を工業的に有利にかつ容易
に製造すべく鋭意検討した結果、後段の窒素もしくはリ
ンを制限する培養において下記一般式(I)であらわさ
れる化合物の存在下でPHB生産能を有する微生物を培養
すると、この菌体中に3HB成分に対する3HV成分および5H
V成分の割合(モル比)が比較的大きい共重合体が生成
蓄積されるとの新知見を得て本発明に到達した。
すなわち本発明は (1)3−ヒドロキシブチレート単位 2〜50モル% 3−ヒドロキシバリレート単位 3〜95モル% 5−ヒドロキシバリレート単位 3〜90モル% からなり、30℃クロロホルム中で測定した〔η〕が0.4
〜10.0dl/gの範囲にあるポリエステル共重合体。
(2)ポリ−3−ヒドロキシブチレート生産能を有する
微生物を前段で菌体を増殖させ、後段で該菌体を窒素あ
るいはリンの制限下で培養して該菌体内にポリ−3−ヒ
ドロキシブチレートを生成、蓄積させるに際して、後段
の培養を下記一般式(I)で表わされる化合物の存在下
におこなうことを特徴とする、3−ヒドロキシブチレー
ト単位、3−ヒドロキシバリレート単位および5−ヒド
ロキシバリレート単位からなるポリエステル共重合体の
製造法 に存する。
以下本発明を詳細に説明する。
本発明において共重合体に含有される3HB成分、3HV成分
および5HV成分はそれぞれ次式であらわされる。
本発明で使用される微生物は、PHB生産能を有する微生
物であれば特に制限はないが、実用上は、たとえば、ア
ルカリゲネス フェカリス(Alcaligenes faecalis),
アルカリゲネス ルーランディィ(Alcaligenes ruhlan
dii),アルカリゲネス ラタス(Alcaligenes latu
s),アルカリゲネス アクアマリヌス(Alcaligenes a
quamarinus)およびアルカリゲネス ユウトロフス(Al
caligenes eutrophs)等のアルカリゲネス属などがあ
る。
これらの菌種に属する菌株の代表例として、アルカリゲ
ネス フェカリスATCC 8750,アルカリゲネス ルーラン
ディィATCC 15749,アルカリゲネス ラタスATCC 29712,
アルカリゲネス アクアマリヌスATCC 14400ならびにア
ルカリゲネス ユウトロフスH-16 ATCC 17699およびこ
のH-16株の突然変異株であるアルカリゲネス ユウトロ
フス NCIB 11597,同NCIB 11598,同NCIB 11599,同NCIB 1
1600などを挙げることができる。これらのうち、実用
上、アルカリゲネス ユウトロフスH-16 ATCC 17699お
よびアルカリゲネス ユウトロフスNCIB 11599が特に好
ましい。
アルカリゲネス属に属するこれらの微生物の菌学的性質
は、たとえば、“BERGEY′S MANUAL OF DETERMINATIVE
BACTERIOLOGY:Eighth Edition,The Williams & Wilkin
s Company/Baltimore"に、また、アルカリゲネス ユウ
トロフスH-16の菌学的性質は、たとえば、“J.Gen.Micl
obiol.,115,185〜192(1979)にそれぞれ記載されてい
る。
これらの微生物は、従来の方法と同様に、主として菌体
を増殖させる前段の培養と、窒素もしくはりんを制限し
て菌体内に共重合体を生成、蓄積させる後段の培養との
2段で培養される。
前段の培養は、微生物を増殖させる為の通常の培養方を
適用することができる。すなわち、使用する微生物が増
殖し得る培地および培養条件を採用すればよい。
培地成分は、使用する微生物が資化し得る物質であれば
特に制限はないが、実用上は、炭素源としては、たとえ
ば、メタノール、エタノールおよび酢酸などの合成炭素
源、二酸化炭素などの無機炭素源、酵母エキス、糖蜜、
ペプトンおよび肉エキスなどの天然物、アラビノース、
グルコース、マンノース、フラクトースおよびガラクト
ースなどの糖類ならびにソルビトール、マンニトールお
よびイノシトールなど、窒素源としては、たとえば、ア
ンモニア、アンモニウム塩、硝酸塩などの無機窒素化合
物および/または、たとえば、尿素、コーン・スティー
ブ・リカー、カゼイン、ペプトン、酵母エキス、肉エキ
スなどの有機窒素含有物ならびに無機成分としては、た
とえば、カルシウム塩、マグネシウム塩、カリウム塩、
ナトリウム塩、りん酸塩、マンガン塩、亜鉛塩、鉄塩、
銅塩、モリブデン塩、コパルト塩、ニッケル塩、クロム
塩、ほう素化合物およびよう素化合物などからそれぞれ
選択される。
また、必要に応じて、ビタミン類なども使用することが
できる。
培養条件としては、温度は、たとえば、20〜40℃程度、
好ましくは25〜35℃程度とされ、また、pHは、たとえ
ば、6〜10程度、好ましくは6.5〜9.5程度とされる。こ
のような条件で好気的に培養する。
これらの条件をはずして培養した場合には、微生物の増
殖は比較的悪くなるが、これらの条件をはずして培養す
ることを妨げない。
培養方式は、回分培養または連続培養のいずれでもよ
い。
前段の培養によって得られた菌体を、さらに窒素および
/またはりん制限条件下で培養する。すなわち、前段の
培養で得られた培養液から微生物の菌体を、濾過および
遠心分離のような通常の固液分離手段により分離回収
し、この菌体を後段の培養に付するか、または、前段の
培養において、窒素および/またはりんを実質的に枯渇
させて、菌体を分離回収することなく、この培養液を後
段の培養に移行させることによってもできる。
この後段の培養においては、培地または培養液に窒素お
よび/またはリンを実質的に含有させず前記一般式
(I)で表わされる化合物を炭素源として含有させるこ
と以外には前段の培養と異なるところはない。
本発明で使用しうる前記一般式(I)で表わされる化合
物としては具体的には、5−クロロ吉草酸、5−ヒドロ
キシ吉草酸およびそれらのナトリウム塩、カリウム塩、
カルシウム塩等が挙げられる。
本発明を実施するにあたり前記一般式(I)で表わされ
る化合物は、後段の培養における培地もしくは培養液に
含有せしめる。後者の場合には、培養の初期ないし後期
のその時点でもよいが、培養の初期が好ましい。
本発明に用いられる前記一般式(I)で表わされる化合
物は、共重合体を生成させることができ、かつ微生物の
生育を阻害しないような量であればよく使用した微生物
の菌株および所望の共重合割合(モル比)などによって
異なるが、一般的には培地もしくは培養液1に前記一
般式(I)として3〜40g程度が適当である。
この後段の培養においては前記一般式(I)で表わされ
る化合物を唯一の炭素源としてもよいが、使用した微生
物が資化し得る他の炭素源−たとえば、グルコース、フ
ラクトース、メタノール、エタノール、酢酸、プロピオ
ン酸、n−酪酸、乳酸および吉草酸など−を共存させる
こともできる。たとえば、グルコースを使用する場合に
は、多くても1.5g/l程度とされる。
このように培養して得られた培養液から、濾過および遠
心分離などの通常の固液分離手段によって菌体を分離回
収し、この菌体を洗浄、乾燥して乾燥菌体を得、この乾
燥菌体から、常法により、たとえば、クロロホルムのよ
うな有機溶剤で生成された共重合体を抽出し、この抽出
液に、たとえば、ヘキサンのような貧溶媒を加えて、共
重合体を沈澱させる。
本発明の製造法によれば、共重合体中の3HB成分、3HV成
分、5HV成分の割合は任意に調節することができる。特
に3HB成分の比率が50モル%以下の場合、融解温度の安
定性が大きくなり、かつ結晶化度が小さくなるために強
度的に優れ、紡糸および圧延などの成形が容易でしかも
安定し、また得られた繊維やフィルムなどの成形品はし
なやかで強靱となる。
〔実施例〕
本発明を、実施例によりさらに具体的に説明する。な
お、本発明は、これらの実施例に限定されるものではな
い。
実施例1〜3及び比較例1 アルカリゲネス ユウトロフスNCIB 11599を使用して共
重合体を製造した。すなわち、前段培養: つぎの組成を有する培地で前記の微生物を30℃で24時間
培養し、対数増殖期終期の培養液から遠心分離により菌
体を分離した。
前段培養用培地の組成 酵母エキス 10gポリペブトン 10g 肉エキス 5g(NH4)2SO4 5g これらを脱イオン水1に溶解し、pH7.0に調整した。
後段培養: 前段培養で得られた菌体を、つぎの組成を有する培地
に、1あたり5gの割合で懸濁させ30℃で48時間培養
し、得られた培養液から遠心分離により菌体を分離し
て、菌体を得た。
後段培養用培地の組成 0.5m りん酸水素カリウム水溶液 39.0ml 0.5M りん酸水素二カリウム水溶液 53.6ml 20Wt/V%硫酸マグネシウム水溶液 1.0ml 炭素源 ミネラル溶液** 1.0ml *炭素源として表1に記した様に5−クロロ吉草酸およ
び吉草酸を用いた。(単位g/l培地) 尚、比較例1では酪酸20gを使用した。
**ミネラル溶液 CoCl2 119.0mg FeCl3 9.7 g CaCl2 7.8 g NiCl2 118.0mg CrCl2 62.2mg CaSO4 156.4mg を0.1N-HCl 1に溶解 これらを脱イオン水1に溶解し、pH7.0に調整した。
菌体の処理: 後段培養で得られた菌体を蒸留水で洗浄し、引続きアセ
トンで洗浄し、これを減圧乾燥(20℃、0.1mmHg)して
乾燥菌体を得た。
共重合体の分離回収: このようにして得られた乾燥菌体から熱クロロホルムで
共重合体を抽出し、この抽出液にヘキサンを加えて共重
合体を沈澱させ、この沈澱を濾取、乾燥して共重合体を
得た。
共重合体の特性: このようにして得られた共重合体の組成、固有粘度、融
解温度および融解熱を、つぎのようにして測定した。す
なわち、 組 成 :1H NMRスペクトルによる。
固有粘度〔η〕 :30℃、クロロホルム中。
融解温度 Tm :DSC測定による。
(昇温速度 10℃/分) 融解熱 ΔH :DSC測定による。
測定結果などを第1表に示す。
尚、実施例2で得られた共重合体の500MHz 1H‐NMRスペ
クトルを図1に、125MHz 13C‐NMRスペクトルを図2に
各々示した。
〔発明の効果〕 本発明によれば3HB成分、3HV成分および5HV成分を含有
する新規のポリエステル共重合体を容易に得ることがで
きる。
さらに、本発明で得られた共重合体は、優れた種々の特
性を有しているので、手術糸および骨折固定用材などの
医用材料の原料として極めて好適であり、また、徐放性
システムへの利用などの多方面への応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
図1は実施例2で得られた共重合体の500MHz、1H‐NMR
スペクトルを、図2は同じく実施例2で得られた共重合
体の125MHz、13C‐NMRスペクトルである。図中の構造式
に付した数字は各々ピークの数字に対応するものであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 (C12N 1/20 C12R 1:05) (C12P 7/62 C12R 1:05)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】3−ヒドロキシブチレート単位 2〜50モ
    ル% 3−ヒドロキシバリレート単位 3〜95モル% 5−ヒドロキシバリレート単位 3〜90モル% からなり、30℃クロロホルム中で測定した〔η〕が0.4
    〜10.0dl/gの範囲にあるポリエステル共重合体。
  2. 【請求項2】ポリ−3−ヒドロキシブチレート生産能を
    有する微生物を前段で菌体を増殖させ、後段で該菌体を
    窒素あるいはリンの制限下で培養して該菌体内にポリ−
    3−ヒドロキシブチレートを生成、蓄積させるに際し
    て、後段の培養を下記一般式(I)で表わされる化合物
    の存在下におこなうことを特徴とする、3−ヒドロキシ
    ブチレート単位、3−ヒドロキシバリレート単位および
    5−ヒドロキシバリレート単位からなるポリエステル共
    重合体の製造法。
JP62204537A 1987-08-18 1987-08-18 ポリエステル共重合体およびその製造方法 Expired - Lifetime JPH07113055B2 (ja)

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