JP5059401B2 - ポリヒドロキシアルカノエートの製造方法 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明は、ポリヒドロキシアルカノエート含有バイオマス中よりポリヒドロキシアルカノエートを製造する方法であって、水分含量を5重量%以下にしたポリヒドロキシアルカノエート含有バイオマスから、抽出溶剤を用いてポリヒドロキシアルカノエートを抽出し、晶析し、回収することを特徴とする、ポリヒドロキシアルカノエートの製造方法である。
以下に本発明を詳細に説明する。
バイオマス中の水分含量の測定は、例えば、株式会社ケット科学研究所製あるいはサンコウ電子研究所製の赤外線水分計などを用いることが、簡便で迅速に測定できる点で好ましいが、これらに限られるわけではない。本発明では、株式会社ケット科学研究所製の赤外線水分計を用い次の方法で測定する。すなわち、サンプル1〜2gを該測定器に準備し、温度130℃で秤量値が平衡になるまで約15分程度乾燥する。同一サンプルを3回測定し、その平均値を水分含量とする。
本発明の目的に使用できる加熱乾燥のための機器としては、例えば、噴霧乾燥機、真空定温乾燥機、ドラムヒーター、高温加熱炉、セラミックヒーター、シリコンラバーヒーター、高周波連続加熱装置、遠赤外線ヒーター、マイクロ波加熱装置などが好適に使用できるが、所望の水分含量が達成できるもので有ればこれらに限られるわけではない。もちろんこれらの機器を組み合わせて所望の水分含量にすることもできる。
加熱乾燥の場合には、PHA含有バイオマスを40℃以上の熱環境にさらすのが好ましく、50℃以上がより好ましい。上記加熱乾燥は、加熱による分子量低下が起こらない温度・時間の範囲で使用するのが好ましく、温度の好ましい上限は100℃、より好ましい上限は90℃である。また、上記加熱乾燥は、減圧下で行うことが好ましい。
尚、溶剤共存下の濃縮及び/又は共沸脱水は、40℃以上で行ってもよいし40℃未満で行ってもよい。
PHAを抽出するための時間は特に制限されないが、10分〜150分が好ましく、良好な抽出効率とPHAの分解を防ぐ点から30分〜120分がより好ましい。
また、上記保温は、次の晶析が終了するまで行うことが好ましい。
種々の用途により適切な分子量が異なるのは当然であるが、ペレット化やその後の加工段階での熱による低分子量化を考慮すると、晶析後に回収し乾燥したPHAの重量平均分子量は、好ましくは40万以上、特に好ましくは50万以上である。
上記炭素数1〜10の1価のアルコールとしては、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、1−メチルシクロヘキサノール、2−エチルヘキサノール、ベンジルアルコール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、及びそれらの異性体からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。
上記抽出溶剤は、1種又は2種以上を用いることができる。
回収したPHAの乾燥は、当業者には周知の方法、たとえば気流乾燥、真空乾燥などで行うことができるが、これらに限られるわけではない。
本発明のPHAは、Aeromonas属、Alcaligenes属、Azotobacter属、Bacillus属、Clostridium属、Halobacterium属、Norcadia属、Rhodospirillum属、Psuedomonas属、Ralstonia属、Zoogloea属、Candida属、Yarrowia属、及び、Saccharomyces属からなるバイオマス群より選択される少なくとも1種の菌で生産されたものであることが好ましい。
PHAを回収するうえで、培養後の微生物菌中のPHA含有率は、高い方が好ましいのは当然であり、工業レベルでの適用においては、水分含量を5重量%以下にしたPHA含有バイオマス中に50重量%以上含有することが好ましく、さらには60重量%以上が好ましく、とりわけ70重量%以上が好ましい。
本実施例における水分含量測定には、株式会社ケット科学研究所製の赤外線水分計FD230を用いた。すなわち、サンプル1〜2gを該測定器に準備し、温度130℃で秤量値が平衡になるまで(約15分程度)乾燥した。同一サンプルを3回測定し、その平均を水分含量とした。
PHAの重量平均分子量の測定は、Shodex K806L(300×8mm、2本連結)(昭和電工社製)を装着した島津製作所製ゲルクロマトグラフィーシステム(RI検出)を用いクロロホルムを移動相として分析した。分子量標準サンプルには市販の標準ポリスチレンを用いた。またPHBHの純度は、PHBHをメチルエステル化し、ガスクロマトグラフィーにより測定した。
アエロモナス・キャビエ由来のPHA合成酵素群遺伝子を導入した、Alcaligenes eutrophus AC32(寄託番号:FERM BP−6038)として平成9年8月7日付で国際寄託されているRalstonia eutrophaを、特開2001−340078号公報の実施例1に記載した方法で培養を行い、PHBHの生産を行った。
培養終了後、菌体ブロスを60℃で20分間滅菌処理した。培養終了時のPHBHの重量平均分子量は100万、3−ヒドロキシヘキサノエート(以下、3HHと略す)組成は6.2mol%であった。培養ブロスを、ヤマト社製PulvisGB22噴霧乾燥機を用いて熱気流入口温度150℃、熱気流出口温度60℃の条件で噴霧乾燥を行った。この条件での噴霧乾燥時に、PHBHの分子量低下はなかった。得られた乾燥菌体の水分含量は8.2重量%であった。
この乾燥菌体10gを90℃に加熱したトルエン92g中に添加し(PHBH6重量%)、1時間抽出を行った。終了後、溶液を90℃に保温したジャケット式加圧濾過器に移し、濾過によりPHBH抽出液を回収した。回収した抽出液を90℃に保温し、溶液を強攪拌しながらn−ヘプタン30gを徐々に添加した。添加終了後、溶液を強攪拌しながら室温まで徐々に冷却すると白色のPHBHが析出した。PHBHは濾過により容易に回収でき、回収したPHBHをメタノールで洗浄後45℃で真空乾燥した。回収量は5.4g(回収率90%)、純度98%であった。重量平均分子量は39万と1時間で61%も低下した。
比較例1で得られた乾燥菌体を、50℃で5時間真空乾燥した。得られた乾燥菌体の水分含量は4.9重量%であった。この乾燥菌体10gを用いて、比較例1と同様にしてトルエン抽出を行い、PHBHを回収した。回収量は5.5g(回収率92%)、純度99%であった。重量平均分子量は75万と1時間で25%低下したが、加工には十分な分子量であった。
比較例1で得られた乾燥菌体を、50℃で10時間真空乾燥した。得られた乾燥菌体の水分含量は2.6重量%であった。この乾燥菌体10gを用いて比較例1と同様にしてトルエン抽出を行い、PHBHを回収した。回収量は5.5g(回収率92%)、純度99%であった。重量平均分子量は80万と1時間で20%低下したのみであった。
比較例1で得られた乾燥菌体を、50℃で20時間真空乾燥した。得られた乾燥菌体の水分含量は1.8重量%であった。この乾燥菌体10gを用いて比較例1と同様にしてトルエン抽出を行い、PHBHを回収した。回収量は5.5g(回収率92%)、純度99%であった。重量平均分子量は85万と1時間で15%低下したのみであった。
Claims (17)
- 40℃以上での加熱乾燥により、水分含量が5重量%以下のポリヒドロキシアルカノエート含有バイオマスより、抽出溶剤を用いてポリヒドロキシアルカノエートを抽出し、晶析し、回収することを特徴とする、ポリヒドロキシアルカノエートの製造方法であって、ポリヒドロキシアルカノエートを抽出溶剤に60℃より高温かつ100℃以下で10分〜150分で溶解後、50℃以上100℃以下で保温し、当該溶液に晶析用貧溶剤を添加し、さらに、50℃より低い温度に冷却することにより、ポリヒドロキシアルカノエートの結晶を析出させることからなり、前記抽出溶剤が、炭素数1〜10の1価のアルコール類、炭素数6〜10の芳香族炭化水素類、炭素数4〜7のケトン類、及び炭素数5〜8の脂肪酸アルキルエステル類からなる群より選ばれる少なくとも1種であり、前記バイオマスが微生物である、ポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。
- ポリヒドロキシアルカノエートの抽出を、バイオマス中のポリヒドロキシアルカノエート以外の夾雑物を除去することなく、1段階で行うことを特徴とする請求項1に記載のポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。
- 炭素数1〜10の1価のアルコール類が、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、1−メチルシクロヘキサノール、2−エチルヘキサノール、ベンジルアルコール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、及びそれらの異性体からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1又は2に記載のポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。
- 炭素数6〜10の芳香族炭化水素類が、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジメトキシベンゼン、トリメチルベンゼン、クメン、ブチルベンゼン、シメン、及びそれらの異性体からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1又は2に記載のポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。
- 炭素数4〜7のケトン類が、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、ペンタノン、ヘキサノン、シクロヘキサノン、ヘプタノン、及びそれらの異性体からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1又は2に記載のポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。
- 炭素数5〜8の脂肪酸アルキルエステル類が、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸ペンチル、酢酸ヘキシル、及びそれらの異性体からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1又は2に記載のポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。
- 晶析用貧溶剤が、沸点60℃以上の炭素数6〜12の脂肪族炭化水素であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。
- 晶析用貧溶剤がヘキサン、ヘプタン、メチルシクロヘキサン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン、ウンデカン及びそれらの異性体からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項7に記載のポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。
- ポリヒドロキシアルカノエートの抽出時におけるポリヒドロキシアルカノエート及び抽出溶剤の合計量に対するポリヒドロキシアルカノエートの重量比が、1重量%から20重量%の範囲であることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載のポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。
- 晶析用貧溶剤の添加量が、晶析用貧溶剤及び抽出溶剤の合計量に対する晶析用貧溶剤の重量比で10重量%から70重量%となる量であることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載のポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。
- 抽出溶剤がトルエンであり、晶析用貧溶剤がヘプタンであることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載のポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。
- ポリヒドロキシアルカノエートが、3−ヒドロキシブチレート、3−ヒドロキシバレレート、3−ヒドロキシプロピオネート、4−ヒドロキシブチレート、4−ヒドロキシバレレート、5−ヒドロキシバレレート、3−ヒドロキシヘキサノエート、3−ヒドロキシヘプタノエート、3−ヒドロキシオクタノエート、3−ヒドロキシノナノエートおよび3−ヒドロキシデカノエートからなる群から選択されるモノマーのうち少なくとも2種類以上が共重合した共重合体であることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載のポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。
- ポリヒドロキシアルカノエートが、3−ヒドロキシヘキサノエートと他のヒドロキシアルカノエート1種以上との共重合体であることを特徴とする請求項1から12の何れか一項に記載のポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。
- ポリヒドロキシアルカノエートが、3−ヒドロキシヘキサノエートと3−ヒドロキシブチレートとの共重合体であることを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載のポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。
- ポリヒドロキシアルカノエートが、Aeromonas属、Alcaligenes属、Azotobacter属、Bacillus属、Clostridium属、Halobacterium属、Norcadia属、Rhodospirillum属、Psuedomonas属、Ralstonia属、Zoogloea属、Candida属、Yarrowia属、及び、Saccharomyces属からなるバイオマス群より選択される少なくとも1種の菌で生産されたものであることを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載のポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。
- ポリヒドロキシアルカノエート含有バイオマスが、アエロモナス・キャビエ由来のポリヒドロキシアルカノエート合成遺伝子群を導入した形質転換体である請求項1から15のいずれか1項に記載のポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。
- ポリヒドロキシアルカノエート含有バイオマスが、アエロモナス・キャビエ由来のポリヒドロキシアルカノエート合成遺伝子群を導入したRalstonia eutrophaである請求項16に記載のポリヒドロキシアルカノエートの製造方法。
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