JPH0819227B2 - ポリエステル共重合体およびその製造法 - Google Patents

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）および４−ヒドロキシブチレート単位（以下
4HB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成分と4HB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は剛直なポリマーのため、耐衝撃
性に欠けるという物性上の問題を持ち、用途展開が困難
との理由から工業的生産が見送られてきた。そこでこの
耐衝撃性改良を目的にした研究が鋭意なされてきた。

例えば特開昭57−150393号公報および特開昭59−2201
92号公報には共重合成分として３−ヒドロキシバリレー
ト（以下3HV成分と記す）を含むPHB共重合体が開示され
ている。これらの公報では、従来のPHBの製造法と同様
に、前段では菌体を増殖させ、後段では窒素あるいはリ
ンを制限して微生物を増殖し、共重合体を製造するもの
である。この3HB−3HV共重合体は柔軟性に富み、材料と
して有望ではある。しかしながら3HV成分が増大する
と、これに伴った融点（Tm）降下が著しく、例えば3HV
が25モル％でのTmは約120℃まで低下してしまう。更に3
HV含有量の変化に伴なう融点の変化が激しい為、工業的
に均一な製品を得ることは極めて困難な状況にあった。

〔問題を解決するための手段〕

本発明者は以上の点に鑑み、PHBに柔軟性を賦与する
と同時に比較的高く、かつ安定した融点を示す共重合体
を得るべく鋭意検討した結果、後段の窒素あるいはリン
を制限する培養に於いて、特定の化合物の存在下でPHB
生産能を有する微生物を培養するとこの菌体中に、目的
とする共重合体が生成、蓄積することを見い出し本発明
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97〜40モル％お
よび４−ヒドロキシブチレート単位３〜60モル％からな
り、30℃クロロホルム中で測定した〔η〕が0.4〜10.0d
l/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
ート単位および４−ヒドロキシブチレート単位からなる
ポリエステル共重合体の製造法 （CH₂XCH₂CH₂COO）_nY （Ｉ） 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成分および4
HB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 フエカリス（Alcaligenes faecali
s）、アルカリゲネス ルーランディィ（Alcaligenes r
uhlandii）、アルカリゲネス ラタス（Alcaligenes la
tus）、アルカリゲネス アクアマリヌス（Alcaligenes
aquamarinus）およびアルカリゲネス ユウトロフス
（Alcaligenes 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 フエカリスATCC8750、アルカリゲネス ルーラ
ンディィATCC15749、アルカリゲネス ラタスATCC2971
2、アルカリゲネス アクアマリヌスATCC14400ならびに
アルカリゲネス ユウトロフスＨ−16ATCC17699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NCIB11597、同NCIB11598、同NCIB11599、同NCI
B11600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−16ATCC17699お
よびアルカリゲネス ユウトロフスNCIB11599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 MANUALOF 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法
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
密、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
チィープ・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、コバルト塩、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、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／またはりんを実質的に含有せず、かつ、下記一
般式（Ｉ）で表わされる化合物を炭素源として含有させ
る以外には、前段の培養と異なるところはない。

（CH₂XCH₂CH₂COO）_nY （Ｉ） 一般式（Ｉ）で表わされる化合物としては具体的に
は、４−ヒドロキシ酪酸、４−クロロ酪酸、４−ブロモ
酪酸等の酪酸誘導体およびそれぞれのナトリウム塩、カ
リウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、アルミニウ
ム塩等を挙げることができる。

かかる一般式（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られる。後
者の場合には、培養の初期乃至終期のどの時点でも良い
が培養の初期が好ましい。

一般式（Ｉ）で表わされる化合物の使用量は、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
よび共重合体中の4HB成分の所望の割合などによって異
なるが、一般に培地もしくは培養液の一般式（Ｉ）で表
わされる化合物の比率を高くすると、共重合体中の4HB
成分の割合が多くなる。通常は、培地もしくは培養液１
当り、一般式（Ｉ）で表わされる化合物として３〜40
g程度、好ましくは５〜30g程度である。

この後段の培養においては、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、および乳酸など−を少量共存させるこ
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/程度とされる。

このように培養して得られた培養液から、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って、適切な反応条件をとれば共
重合体中の3HB成分に対する4HB成分の割合は任意に調節
することができる。そして本発明によって得られる共重
合体は、比較的高く、かつ安定した融点を保持しつつ、
結晶化度が小さい為柔軟性に富んでいる。そこで紡糸お
よび圧延等の成形性が良く、また得られた繊維やフィル
ム等の成形品は、しなやかで、かつ強靭である。

〔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１〜９及び比較例１ アルカリゲネス ユウトロフスＨ−16ATCC17699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 ポリペプトン 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 ＊炭素源として後記表１の割合で、４−ヒドロキシ酪
酸および酪酸を使用した。

（単位 g/培地） ＊＊ミネラル溶液 CoCl₂ 119.0mg FeCl₃ 9.7g CaCl₂ 7.8g NiCl₂ 118.0mg CrCl₂ 62.2mg CaSO₄ 156.4mg を0.1N−HCl1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溜水で洗浄し、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。

測定結果などを第１表に示す。

尚、実施例４の500MHz¹H−NMRスペクトル及び125MH
z、¹³C−NMRスペクトルを図１及び図２に各々示した。

実施例10 後段培養における炭素源として４−クロル酪酸を１
当り18g使用したこと以外は実施例１と同様の操作によ
り得た共重合体の結果を、表２に示す。

表２のうち連鎖分布、融解温度および融解熱は次の様
にして測定した。

連鎖分布；本発明者およびその他らの方法（Y.Doi et a
l,Macromolecules,19,2860〜2864（1986））に従いカル
ボニル炭素の多重線共鳴構造から推定。

融解温度;DSC測定による（昇温速度 10℃/min） 融解熱;DSC測定による 尚、元素分析におけるC₄H₆O₂の計算値は下記のとうり
である。

Ｃ Ｈ 55.81％ 7.02％ 実施例11 後段培養における炭素源として４−ヒドロキシ酪酸ナ
トリウムを１当り20g使用したこと以外は実施例10と
同様の操作により得た共重合体の結果を表２に示す。

実施例12 アルカリゲネス ユウトロフスNCIB11599を使用した
こと以外は実施例11と同様の操作により得た共重合体の
結果を表２に示す。

〔発明の効果〕 本発明によれば3HB成分と4HB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４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４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 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97〜40モル
   ％および４−ヒドロキシブチレート単位３〜60モル％か
   らなり、30℃クロロホルム中で測定した〔η〕が0.4〜1
   0.0dl/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
   チレート単位および４−ヒドロキシブチレート単位から
   なるポリエステル共重合体の製造法。 （CH₂XCH₂CH₂COO）_nY （Ｉ）