JPS63269989A

JPS63269989A - 共重合体の製造法

Info

Publication number: JPS63269989A
Application number: JP62103228A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Doi; 義治土肥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-04-28
Filing date: 1987-04-28
Publication date: 1988-11-08
Also published as: JPH0412712B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、Ｄ−（−）−３−ヒドロキシブチレート（以
下　Ｂ成分　と記す）およびＤ−（−）−３−ヒドロキ
シバリレート（以下　Ｖ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、さらに詳細には、Ｂ成分
に対する■成分の割合（モル比）が大きい共重合体の製
造法およびこの製造法で得られる新規な共重合体に係わ
る。

〔従来の技術、発明が解決しようとする問題点〕ポリー
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。

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、Ｂ成分および■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５９−２２
０１９２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、Ｂ成分９９．９〜５０モルχと、たとえば
、■成分のような他のエステル成分０．１〜５０モルχ
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３
３モルχの■成分を含む共重合体しか示されておらず、
■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４
０モルχのＢ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、Ｂ成分と■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■成分が０から３３モルχまで増大
すると、この増大に伴って融解温度（Ｔｍ）が１８０’
Ｃから８５°Ｃまで２、激に低下することが知られてお
り（Ｔ、Ｌ、Ｂｌｕｈｍ　ｅｔ　ａｌ、　Ｍａｃｒｏｍ
ｏｌｅｃｕｌｅｓ　＋１９＋２８７１−２８７６（１９
８６））　、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、作用〕本発明者は、Ｂ
成分に対する■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
研鍔を重ねた結果、後段の窒素もしくはりんを制限する
培養において、吉草酸の存在下でＰＨＢ生産能を有する
微生物を培養すると、この菌体中にＢ成分に対する■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、　Ｄ−（−）−３−ヒドロキシブ
チレートおよびＤ−（−）−３−ヒドロキシバリレート
を含有し、Ｄ−（−）−３−ヒドロキシブチレートが５
０モル％以下、Ｄ−（−）−３−ヒドロキシバリレート
が５０モル％以上のランダム共重合体である新規な共重
合体であり、また、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
該菌体を窒素もしくはりん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、後段で吉草酸もしくはその誘導体またはこれ
らの塩の存在下で培養し、菌体内にＤ−（−）−３−ヒ
ドロキシブチレートおよびＤ−（−Ｌ３−ヒドロキシバ
リレートを含有する共重合体を生成、蓄積させることを
特徴とする共重合体の製造法である。

本発明において、共重合体に含有されるＢ成分および■
成分はそれぞれ次の弐で示される。すなわち、Ｂ成分：　　　−０ＣＩＩ（ＣＨ３）ＣＨｚＣＯ−■成
分ｉ　　　　０ＣＩＩ　（ＣＪｓ）　ＣＩｌ□ＣＯ一本
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（ＡＩ−ｃａｌｉｇｅｎｅｓ
　ｆａｅｃａｌｉｓ）、アルカリゲネス　ルーランディ
イ（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ　ｒｕｈｌａｎｄｉｉ）、
アルカリゲネスラタス（八ｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ　１ａ
ｔｕｓ）、アルカリゲネスアクアマリヌス（＾ｌｃａｌ
ｉｇｅｎｅｓ　ａｑｕａｍａｒｉｎｕｓ）およびアルカ
リゲネス　ユウトロフス（Ａ　ｌｃａ　ｌ　ｉｇｅｎｅ
ｓｅｕｔｒｏｐｈｓ）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ＡＴＣ（：　８７５０．アルカリゲネ
ス　ルーランディイＡＴＣＣ１５７４９，アルカリゲネ
ス　ラタスＡＴＣＣ２９７１２，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
）１−１６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　１１５
９Ｂ　、同ＮＣＩＢ　１１５９９　、同ＮＣＩＢ　１１
６００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−１６ＡＴ
ＣＣ１７６９９およびアルカリゲネス　ユウトロフスＮ
ＣＩＢ　１１５９９が特に好ましい。

アルカリ土類金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　Ｏ
Ｆ　ＤＢ−ＴＥｌ？ＭＩＮＡＴＩνＥ　ＢＡＣＴＥＲＩ
ＯＬＯＧＹ：　ＥＬｇｈｔｈ　Ｅｄｉｔｉｏｎ、Ｔｈｅ
Ｗｉｌｌｉａｍｓ　＆　Ｗｉｌｋｉｎｓ　Ｃｏｍｐａｎ
ｙ／Ｂａ１ｔ’ｉｍｏｒｅ”に、また、アルカリゲネス
　ユウトロフスト１６の菌学的性質は、たとえば、”Ｊ
、Ｇｅｎ、Ｍｉｃｌｏｂｉｏｌ、　＋　１１５＋　１８
５〜１９２　（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、使用する微生物が責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・ステイー
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、は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°Ｃ
程度、好ましくは２５〜３５°Ｃ程度とされ、またζｐ
Ｈ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がら微生物の菌
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／またはりんを実質的に含有させず、かつ、吉草
酸、その誘導体もしくはこれらの塩（これらを総称して
吉草酸類と記すこともある）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処はない。

吉草酸およびその誘導体は、一般式％式％（ただし、式中、Ｘは、水素原子、ハロゲン原子もしく
はヒドロキシ基、Ｙは、水素原子、ハロゲン原子、ヒド
ロキシ基もしくはアルキル基を示す）で表わされ、この
誘導体の代表例として、４−クロロ吉草酸、４−ヒドロ
キシ吉草酸、４−メチル吉草酸、４−エチル吉草酸、５
−ヒドロキシ吉草酸および５−クロロ吉草酸などを挙げ
ることができる。吉草酸およびその誘導体のそれぞれの
塩の代表例としてナトリウム塩およびカリウム塩などが
ある。

吉草酸類は、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
期のどの時点でもよいが、培養の初期が好ましい。

吉草酸類の使用量は、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のＢ成分に対
する■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吉草酸類の濃度を高（するに伴
って、共重合体の■成分の割合が大きくなる。たとえば
、共重合体の■成分を５０モル％以上とするためには、
培地および培養液の吉草酸類の濃度は、通常は、培地も
しくは培養液１１あたり吉草酸として５〜４０ｇ程度、
好ましくは１０〜３０ｇ程度とされる。

この後段の培養においては、吉草酸類を唯一の炭素源と
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、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って、共重合体のＢ成分に対する■
成分の割合を任意に調節することができ、さらにＢ成分
に対する■成分の割合が大きい共重合体が得られ、Ｂ成
分が５０モル％以下でＶ成分が５０モル％以上の新規な
共重合体さえも得ることができる。

本発明で得られた共重合体は、そのＢ成分に対するＶ成
分の割合が比較的大きく、そのために融解温度は低下し
、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、得られた繊維およ
びフィルムなどの成形品は、しなやかで、しかも強靭と
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″Ｃで２
４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　　５　ｇ　　　（ＮＨ４）　ｔｓＯａ　　　　５　
ｇこれらを脱イオン水ｉｆ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
、１１あたり５ｇの割合で懸濁させ３０°Ｃ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．Ｏ
ｒｄＯ９５Ｍ　　　りん酸水素二カリウム水溶液　５３
．６ｍ１１２０Ｗ　ｔ／Ｖχ硫酸マグネシウム水溶液　
　　１　、０　ｍｌｌ炭素源１ミネラル溶液”　”　　　　　　　　１　、　Ｏｎｄ１
本炭素源としてつぎの割合で吉草酸および／またはグル
コース（ｇ／ｌ培地）を使用した。

吉草酸　　　グルコース ■　　　２０　　　　　　０ ■　　　２０　　　　　　０．５ ■　　　　２０　　　　　　　　１．０■　　　　０２
０ “１ミネラル溶液ＣｏＣ１ｚ　　　　　１１９．ＯｍｇＦｅＣ１３９，７ｇＣａＣＩｚ　　　　　　７．８　ｇＮｉＣＩｚ　　　　　１１８．ＯｍｇＣｒＣｈ　　　　　　６２．２■ ＣａＳＯ４１５６，４ｍｇを０．ＩＮ−ＭＣＩ　ｉｆに？容解これらを脱イオン水１１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″Ｃ２Ｑ、１ｍｍ
Ｈｇ）　して乾燥菌体を得た。前記の■〜■を使用した
場合のそれぞれの乾燥菌体重量には実質的に差はなかっ
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　　　　　　：ｌＩＮＭＲスペクトルによる。

固有粘度〔η〕：３０″Ｃ，クロロホルム中。

融解温度　Ｔｍ　　：ＤＳＣ測定による。

（昇温速度　１０°Ｃ／分）融解熱　　ΔＩｔ　　：ＤＳＣ測定による。

測定結果などを第１表に示す。

なお、１２５ＭＨｚ　′３ＣＮＭＲスペクトルを用いて
■を使用した場合の共重合体の連鎖分布を求めた。

すなわち、本発明者およびその他らの方法〔Ｙ。

Ｄｏｔ　ｅｔ　ａｌ、　Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ
、１９．２８６０−２８６４（１９８６）：１に従い、
カルボニル炭素の多重線共鳴構造からＢユニットおよび
■ユニットのダイアト連鎖分布を決定した。この共重合
体はつぎの連鎖分布を持つことがわかった。

ＢＢ（ブチレート−ブチレート）連鎖　　　３χＢＶ（
ブチレート−バリレート）およびＶＢ（バリレート−ブ
チレート）連鎖　　　１２χ■■　（バリレート−バリ
レート）連鎖　　　８５χこの連鎖分布は、共重合体が
ランダム共重合連鎖分布を持つことを示している。

実施例２アルカリゲネス　ユウトロフスＨ４６ＡＴＣＣ１７６９
９を使用し、炭素源として吉草酸２０ｇ／！培地を使用
した他は実施例１と同様にして行った。

結果を第１表に示す。

（以下余白）〔発明の効果〕本発明の製造法によってＢ成分に対する■成分の割合が
大きい共重合体が容易に、かつ、効率よく得られ、しか
も、新規な共重合体さえも得ることができる。

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、手術系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。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｄ−（−）−３−ヒドロキシブチレートおよびＤ
−（−）−３−ヒドロキシバリレートを含有し、Ｄ−（
−）−３−ヒドロキシブチレートが５０モル％以下、Ｄ
−（−）−３−ヒドロキシバリレートが５０モル％以上
のランダム共重合体である新規な共重合体。（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もしくはり
ん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、後段で吉草酸
もしくはその誘導体またはこれらの塩の存在下で培養し
、菌体内にＤ−（−）−３−ヒドロキシブチレートおよ
びＤ−（−）−３−ヒドロキシバリレートを含有する共
重合体を生成、蓄積させることを特徴とする共重合体の
製造法。