JP7781749B2 - Method for producing polyhydroxyalkanoic acid and its use - Google Patents
Method for producing polyhydroxyalkanoic acid and its useInfo
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Description
本発明は、ポリヒドロキシアルカン酸の製造方法およびその利用に関する。 The present invention relates to a method for producing polyhydroxyalkanoic acid and its use.
ポリヒドロキシアルカン酸(以後、「PHA」と称する場合がある。)は、生分解性を有することが知られている。 Polyhydroxyalkanoic acid (hereinafter sometimes referred to as "PHA") is known to be biodegradable.
微生物が生成するPHAは、微生物の菌体内に蓄積されるため、PHAをプラスチックとして利用するためには、微生物の菌体内からPHAを分離・精製する工程が必要となる。PHAを分離・精製する工程では、PHA含有微生物の菌体を破砕もしくはPHA以外の生物由来成分を可溶化した後、得られた水性懸濁液からPHAを取り出す。このとき、例えば、遠心分離、ろ過、乾燥等の分離操作を行う。乾燥操作には、噴霧乾燥機、流動層乾燥機、ドラムドライヤー等が用いられるが、操作が簡便であることから、好ましくは噴霧乾燥機が用いられる。 Since PHA produced by microorganisms accumulates within the microbial cells, a process for separating and purifying the PHA from the microbial cells is required to use the PHA as a plastic. In the PHA separation and purification process, the PHA-containing microorganism cells are crushed or biological components other than PHA are solubilized, and the PHA is then extracted from the resulting aqueous suspension. This involves separation procedures such as centrifugation, filtration, and drying. For drying, a spray dryer, fluidized bed dryer, drum dryer, or other device is used; however, a spray dryer is preferred due to its ease of operation.
これまで、本発明者は、pH7以下の水性懸濁液中でのPHAの凝集を防止するために、水性懸濁液のpHを7以下に調整する前にポリビニルアルコール(PVA)を分散剤として添加し、その後、得られたpH7以下の水性懸濁液を噴霧乾燥する技術を開発している(特許文献1)。また、PHAの好適な例として、ポリ(3-ヒドロキシブチレート-コ-3-ヒドロキシヘキサノエート)(P3HB3HH)が知られている。 To date, the inventors have developed a technology to prevent aggregation of PHA in aqueous suspensions with a pH of 7 or less by adding polyvinyl alcohol (PVA) as a dispersant before adjusting the pH of the aqueous suspension to 7 or less, and then spray-drying the resulting aqueous suspension with a pH of 7 or less (Patent Document 1). Furthermore, poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) (P3HB3HH) is known as a suitable example of PHA.
上記の技術は優れたものであるが、近年、粒径が制御されたPHA、とりわけ、粒径が大きいPHAの提供が、ハンドリングの容易性や輸送容易性の観点から求められている。ここで、粒径が大きいPHAを得るためには、噴霧乾燥時の熱風温度を比較的高温に設定する必要があることを本発明者は経験上、把握していた。一方、噴霧乾燥時の熱風温度を高温に設定する場合、より多くのエネルギーが必要となり、省エネルギーの観点から改善の余地があった。While the above technology is excellent, in recent years there has been a demand for PHA with controlled particle size, particularly PHA with large particle size, from the perspective of ease of handling and transport. The inventors have learned from experience that in order to obtain PHA with large particle size, it is necessary to set the hot air temperature during spray drying at a relatively high temperature. However, setting the hot air temperature during spray drying at a high temperature requires more energy, leaving room for improvement from the perspective of energy conservation.
そこで、本発明の目的は、より低い熱風温度で、粒径が大きいPHA(例えば、PHA粉体)を得ることができる製造方法およびその利用技術を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to provide a manufacturing method and application technology that can obtain PHA (e.g., PHA powder) with large particle size at a lower hot air temperature.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシヘキサノエート単位の組成比が特定の比率である、異なる2種類のポリヒドロキシ酪酸共重合体を混合してなる水性懸濁液であれば、噴霧乾燥の際の熱風温度が比較的低温であっても、粒径が大きいP3HB3HH粉体を製造することができるとの新規知見を見出し、本発明を完成するに至った。なお、本発明におけるポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)は、3-ヒドロキシブチレート単位のみから構成される重合体であり得る。As a result of extensive research to solve the above-mentioned problems, the inventors discovered the novel finding that an aqueous suspension comprising a mixture of two different types of polyhydroxybutyrate copolymers, each having a specific composition ratio of 3-hydroxybutyrate units to 3-hydroxyhexanoate units, can produce P3HB3HH powder with large particle size even when the hot air temperature during spray drying is relatively low, leading to the completion of the present invention. Furthermore, the polyhydroxybutyrate copolymer (A) in the present invention can be a polymer composed only of 3-hydroxybutyrate units.
したがって、本発明の一態様は、(a)3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシヘキサノエート単位の組成比が92/8~100/0であるポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)と、3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシヘキサノエート単位の組成比が75/25~91/9であるポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)とを含み、かつ、pHが7以下である水性懸濁液を調製する工程、および(b)前記工程(a)で調製した水性懸濁液を噴霧乾燥する工程、を含む、ポリヒドロキシアルカン酸の製造方法である。 Therefore, one aspect of the present invention is a method for producing polyhydroxyalkanoic acid, comprising: (a) a step of preparing an aqueous suspension containing polyhydroxybutyric acid copolymer (A) having a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units of 92/8 to 100/0 and polyhydroxybutyric acid copolymer (B) having a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units of 75/25 to 91/9, and having a pH of 7 or less; and (b) a step of spray-drying the aqueous suspension prepared in step (a).
本発明の一態様によれば、より低い熱風温度で、粒径が大きいPHA(例えば、PHA粉体)を製造できるとの効果を奏する。 According to one aspect of the present invention, it is possible to produce PHA (e.g., PHA powder) with large particle size at a lower hot air temperature.
本発明の実施の一形態について、以下に詳細に説明する。なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A~B」は、「A以上、B以下」を意味する。また、本明細書中に記載された文献の全てが、本明細書中において参考文献として援用される。One embodiment of the present invention is described in detail below. Unless otherwise specified in this specification, "A to B" representing a numerical range means "greater than or equal to A and less than or equal to B." Furthermore, all documents cited in this specification are incorporated herein by reference.
〔1.本発明の概要〕
本発明の一実施形態に係るポリヒドロキシアルカン酸の製造方法(以下、「本製造方法」と称する。)は、(a)3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシヘキサノエート単位の組成比が92/8~100/0であるポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)と、3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシヘキサノエート単位の組成比が75/25~91/9であるポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)とを含み、かつ、pHが7以下である水性懸濁液を調製する工程、および(b)前記工程(a)で調製した水性懸濁液を噴霧乾燥する工程、を含む。以下において、「3-ヒドロキシブチレート」および「3-ヒドロキシヘキサノエート」は、ぞれぞれ、「3HB」および「3HH」と称する場合がある。
1. Overview of the present invention
A method for producing a polyhydroxyalkanoic acid according to one embodiment of the present invention (hereinafter referred to as "this production method") comprises: (a) a step of preparing an aqueous suspension containing a polyhydroxybutyrate copolymer (A) having a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units of 92/8 to 100/0 and a polyhydroxybutyrate copolymer (B) having a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units of 75/25 to 91/9, and having a pH of 7 or less; and (b) a step of spray-drying the aqueous suspension prepared in step (a). Hereinafter, "3-hydroxybutyrate" and "3-hydroxyhexanoate" may be referred to as "3HB" and "3HH," respectively.
本発明者は、PHAの一例として、P3HB3HHの製造について研究開発を進める中で、近年、需要が高まっている、粒径が大きいP3HB3HHを製造するためには、噴霧乾燥の際の熱風温度を高くする必要があることを見出した。しかし、熱風温度を高くすると、より多くのエネルギーが必要となり、エネルギー効率的に好ましくない。また、噴霧乾燥の際の熱風温度を高くすることにより、P3HB3HHの製造設備が損傷する可能性も高まる。 While conducting research and development into the production of P3HB3HH as an example of PHA, the inventors discovered that in order to produce P3HB3HH with large particle sizes, which has seen increasing demand in recent years, it is necessary to increase the hot air temperature during spray drying. However, increasing the hot air temperature requires more energy, which is undesirable in terms of energy efficiency. Furthermore, increasing the hot air temperature during spray drying increases the likelihood of damage to P3HB3HH production equipment.
そこで、本発明者は、噴霧乾燥時の熱風温度を低くしつつ、粒径が大きいP3HB3HHを製造する方法について鋭意検討を行った。その結果、P3HBとP3HB3HH、または異なる2種類のP3HB3HH(3HB単位と3HH単位との組成比が異なる2種類のP3HB3HH)を用いることにより、噴霧乾燥時の熱風温度を低くしつつ、粒径が大きいP3HB3HHを得ることができることを初めて見出した。具体的には、3HB単位/3HH単位が92/8~100/0であるポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)と、3HB単位/3HH単位が75/25~91/9であるポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)とを組み合わせることにより、噴霧乾燥時の熱風温度を低くしつつ、粒径が大きいP3HB3HHを得ることができることを初めて見出した。Therefore, the inventors conducted extensive research into methods for producing P3HB3HH with large particle diameters while reducing the hot air temperature during spray drying. As a result, they discovered for the first time that by using P3HB and P3HB3HH, or two different types of P3HB3HH (two types of P3HB3HH with different composition ratios of 3HB units to 3HH units), it is possible to obtain P3HB3HH with large particle diameters while reducing the hot air temperature during spray drying. Specifically, they discovered for the first time that by combining a polyhydroxybutyric acid copolymer (A) having a 3HB unit/3HH unit ratio of 92/8 to 100/0 with a polyhydroxybutyric acid copolymer (B) having a 3HB unit/3HH unit ratio of 75/25 to 91/9, it is possible to obtain P3HB3HH with large particle diameters while reducing the hot air temperature during spray drying.
したがって、本製造方法によれば、高いエネルギー効率で、粒径が大きいPHA(例えば、PHA粉体)を得ることができる。以下、本製造方法の構成について詳説する。Therefore, this manufacturing method makes it possible to obtain PHA with large particle size (e.g., PHA powder) with high energy efficiency. The configuration of this manufacturing method is described in detail below.
〔2.PHAの製造方法〕
本製造方法は、下記の工程(a)および工程(b)を必須の工程として含む方法である。
・工程(a):3HB単位/3HH単位が92/8~100/0であるポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)と、3HB単位/3HH単位が80/25~91/9であるポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)とを含み、かつ、pHが7以下である水性懸濁液を調製する工程
・工程(b):前記工程(a)で調製した水性懸濁液を噴霧乾燥する工程
(工程(a))
本製造方法における工程(a)では、ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)およびポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)を含み、かつ、pHが7以下である水性懸濁液を調製する。当該水性懸濁液において、ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)およびポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)は水性媒体中に分散した状態で存在している。ここで、ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)は、P3HBまたはP3HB3HHである。ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)は、P3HB3HHである。よって、ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)およびポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)は共に、PHAに該当する。本明細書では、少なくともポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)および/またはポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)を含む水性懸濁液を、単に、「PHA水性懸濁液」と略して表記する場合がある。
2. PHA Production Method
This production method includes the following steps (a) and (b) as essential steps.
Step (a): preparing an aqueous suspension containing a polyhydroxybutyric acid copolymer (A) having a 3HB unit/3HH unit ratio of 92/8 to 100/0 and a polyhydroxybutyric acid copolymer (B) having a 3HB unit/3HH unit ratio of 80/25 to 91/9, and having a pH of 7 or less; Step (b): spray-drying the aqueous suspension prepared in Step (a) (Step (a)).
In step (a) of this production method, an aqueous suspension containing polyhydroxybutyric acid copolymer (A) and polyhydroxybutyric acid copolymer (B) and having a pH of 7 or less is prepared. In this aqueous suspension, polyhydroxybutyric acid copolymer (A) and polyhydroxybutyric acid copolymer (B) are present in a dispersed state in an aqueous medium. Here, polyhydroxybutyric acid copolymer (A) is P3HB or P3HB3HH. Polyhydroxybutyric acid copolymer (B) is P3HB3HH. Therefore, both polyhydroxybutyric acid copolymer (A) and polyhydroxybutyric acid copolymer (B) fall under the category of PHA. In this specification, an aqueous suspension containing at least polyhydroxybutyric acid copolymer (A) and/or polyhydroxybutyric acid copolymer (B) may be simply referred to as a "PHA aqueous suspension."
<PHA>
本明細書において、「PHA」とは、ヒドロキシアルカン酸をモノマーユニットとする重合体の総称である。本製造方法においては、「PHA」として、3HB単位のみから構成されるポリ(3-ヒドロキシブチレート)(P3HB)、または、3HB単位と3HH単位から構成されるポリ(3-ヒドロキシブチレート-コ-3-ヒドロキシヘキサノエート)(P3HB3HH)を使用する。ここで、P3HB3HHは、3-ヒドロキシ酪酸と3-ヒドロキシヘキサン酸の共重合体である。
<PHA>
As used herein, "PHA" is a general term for polymers containing hydroxyalkanoic acid as a monomer unit. In this production method, the "PHA" used is poly(3-hydroxybutyrate) (P3HB) composed only of 3HB units, or poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) (P3HB3HH) composed of 3HB units and 3HH units. Here, P3HB3HH is a copolymer of 3-hydroxybutyric acid and 3-hydroxyhexanoic acid.
P3HB3HHは、繰り返し単位の組成比を変えることで、融点、結晶化度を変化させ、結果として、ヤング率、耐熱性等の物性を変化させることができる。P3HB3HHは、ポリプロピレンとポリエチレンとの間の物性を付与することが可能である。P3HB3HHは、工業的に生産が容易であり、物性的に有用なプラスチックである。 By changing the composition ratio of the repeating units, the melting point and degree of crystallinity of P3HB3HH can be altered, resulting in changes to physical properties such as Young's modulus and heat resistance. P3HB3HH can be given physical properties between those of polypropylene and polyethylene. P3HB3HH is easy to produce industrially and is a plastic with useful physical properties.
本発明の一実施形態において、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)は、3HB単位/3HH単位の組成比が92/8~100/0である。本発明の一実施形態におけるPHA水性懸濁液が、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)を含むことによって、本製造方法にて製造されるPHAの柔軟性および強度のバランスを良好に保つことができる。上述の観点から、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)における3HB単位/3HH単位の組成比は、92/8~99/1であることが好ましく、93/7~99/1であることがより好ましく、94/6~99/1であることがさらに好ましい。前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)における3HB単位の含有量が多くなる場合、得られるPHA(PHA紛体)の溶融温度が高くなり、その結果、耐熱性が向上する。また、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)における3HB単位の含有量が多くなる場合、得られるPHA(PHA紛体)の結晶化速度が速くなり、その結果、加工性が向上する。前記PHA(PHA紛体)の耐熱性および加工性を向上させるとの観点からは、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)は、3HB単位/3HH単位の組成比が100/0、すなわち3HB単位のみからなる構成であることが特に好ましい。In one embodiment of the present invention, the polyhydroxybutyric acid copolymer (A) has a 3HB unit/3HH unit composition ratio of 92/8 to 100/0. By including the polyhydroxybutyric acid copolymer (A) in the PHA aqueous suspension of one embodiment of the present invention, the flexibility and strength of the PHA produced by this production method can be well balanced. From the above perspective, the 3HB unit/3HH unit composition ratio in the polyhydroxybutyric acid copolymer (A) is preferably 92/8 to 99/1, more preferably 93/7 to 99/1, and even more preferably 94/6 to 99/1. When the 3HB unit content in the polyhydroxybutyric acid copolymer (A) is increased, the melting temperature of the resulting PHA (PHA powder) increases, resulting in improved heat resistance. Furthermore, when the 3HB unit content in the polyhydroxybutyric acid copolymer (A) is increased, the crystallization rate of the resulting PHA (PHA powder) increases, resulting in improved processability. From the viewpoint of improving the heat resistance and processability of the PHA (PHA powder), it is particularly preferable that the polyhydroxybutyric acid copolymer (A) has a composition ratio of 3HB units/3HH units of 100/0, i.e., is composed only of 3HB units.
本発明の一実施形態において、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)は、3HB単位/3HH単位の組成比が、75/25~91/9である。前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)は、3HH単位の組成比が大きいことから、溶融温度が低い。よって、本製造方法における(b)PHA水性懸濁液を噴霧乾燥する工程において、熱風温度が低温である場合であっても、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)は、溶融状態となる。溶融状態である前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)は、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)の粒子(粉体)同士を凝集させるバインダーとして機能することが推定される。したがって、本製造方法は、熱風温度が低温である場合であっても、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)の粒子(粉体)が、バインダーとしての融着状態の前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)を介して凝集してなる、粒径が大きいPHAを製造することができる。上述の観点から、上述の観点から、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)における3HB単位/3HH単位の組成比は、80/20~91/9であることが好ましく、83/17~90/10であることがより好ましく、85/15~90/10であることがさらに好ましい。In one embodiment of the present invention, the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) has a composition ratio of 3HB units to 3HH units of 75/25 to 91/9. The polyhydroxybutyric acid copolymer (B) has a low melting temperature due to its high composition ratio of 3HH units. Therefore, in the step (b) of spray-drying the PHA aqueous suspension in this production method, the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) is in a molten state even when the hot air temperature is low. It is presumed that the molten polyhydroxybutyric acid copolymer (B) functions as a binder to aggregate particles (powder) of the polyhydroxybutyric acid copolymer (A). Therefore, this production method can produce a PHA with a large particle size, in which particles (powder) of the polyhydroxybutyric acid copolymer (A) are aggregated via the fused polyhydroxybutyric acid copolymer (B) acting as a binder, even when the hot air temperature is low. From the above-mentioned viewpoints, the composition ratio of 3HB units/3HH units in the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) is preferably 80/20 to 91/9, more preferably 83/17 to 90/10, and even more preferably 85/15 to 90/10.
本発明の一実施形態において、前記PHA水性懸濁液における前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)の含有量は、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)の含有量に対して、1~30重量部であることが好ましい。In one embodiment of the present invention, the content of the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) in the PHA aqueous suspension is preferably 1 to 30 parts by weight relative to the content of the polyhydroxybutyric acid copolymer (A).
前記PHA水性懸濁液における前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)の含有量が、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)の含有量に対して、1重量部以上であることによって、バインダーとして機能し得る前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)の含有量が十分に担保でき、その結果、より低温にて、より粒径が大きいPHAを好適に製造することができる。上述の観点から、前記PHA水性懸濁液における前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)の含有量が、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)の含有量に対して、2重量部以上であることがより好ましく、5重量部以上であることがさらに好ましい。 By ensuring that the content of the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) in the PHA aqueous suspension is 1 part by weight or more relative to the content of the polyhydroxybutyric acid copolymer (A), the content of the polyhydroxybutyric acid copolymer (B), which can function as a binder, can be sufficiently ensured, and as a result, PHA with larger particle sizes can be suitably produced at lower temperatures. From the above perspective, it is more preferable that the content of the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) in the PHA aqueous suspension is 2 parts by weight or more relative to the content of the polyhydroxybutyric acid copolymer (A), and even more preferable that it is 5 parts by weight or more.
前記PHA水性懸濁液における前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)の含有量が、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)の含有量に対して、30重量部以下であることによって、製造されるPHAの柔軟性および強度のバランスを向上させることができる。上述の観点から、前記PHA水性懸濁液における前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)の含有量が、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)の含有量に対して、25重量部以下であることがより好ましく、20重量部以下であることがさらに好ましい。 By having the content of the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) in the PHA aqueous suspension be 30 parts by weight or less relative to the content of the polyhydroxybutyric acid copolymer (A), the balance between flexibility and strength of the produced PHA can be improved. From the above perspective, it is more preferable that the content of the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) in the PHA aqueous suspension be 25 parts by weight or less, and even more preferable that it be 20 parts by weight or less, relative to the content of the polyhydroxybutyric acid copolymer (A).
本発明の一実施形態において、工程(a)は、下記の工程(a1)および工程(a2)を含むことが好ましい。
・工程(a1):前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)を含む水性懸濁液と、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)を含む水性懸濁液とを混合して、PHA水性懸濁液を調製する工程。
・工程(a2):PHA水性懸濁液のpHを7以下に調整する工程。
In one embodiment of the present invention, step (a) preferably includes the following steps (a1) and (a2).
Step (a1): A step of mixing an aqueous suspension containing the polyhydroxybutyric acid copolymer (A) with an aqueous suspension containing the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) to prepare a PHA aqueous suspension.
Step (a2): A step of adjusting the pH of the PHA aqueous suspension to 7 or less.
工程(a1)と工程(a2)とを実施する順番は、特に限定されない。工程(a1)と工程(a2)とを実施する順番は、工程(a2)におけるPHAの凝集が抑制され、よりPHAの分散安定性に優れた水性懸濁液が得られる観点で、工程(a1)の後に工程(a2)を実施することが好ましい。The order in which steps (a1) and (a2) are performed is not particularly limited. Regarding the order in which steps (a1) and (a2) are performed, it is preferable to perform step (a2) after step (a1), from the viewpoint of suppressing aggregation of the PHA in step (a2) and obtaining an aqueous suspension with better PHA dispersion stability.
工程(a)において、出発原料として用いる前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)を含む水性懸濁液および前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)を含む水性懸濁液は、特に限定されない。前記水性懸濁液は、例えば、細胞内にPHAを生成する能力を有する微生物を培養する培養工程、および当該培養工程の後、PHA以外の物質を分解および/または除去する精製工程、を含む方法により得ることができる。In step (a), the aqueous suspension containing the polyhydroxybutyric acid copolymer (A) and the aqueous suspension containing the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) used as starting materials are not particularly limited. The aqueous suspension can be obtained, for example, by a method including a culture step in which microorganisms capable of producing PHA intracellularly are cultured, and a purification step in which substances other than PHA are decomposed and/or removed after the culture step.
本製造方法は、工程(a)の前に、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)を含む水性懸濁液および前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)を含む水性懸濁液を得る工程を含んでいてもよい。当該工程において用いられる微生物は、細胞内にPHAを生成し得る微生物である限り、特に限定されない。例えば、天然から単離された微生物や菌株の寄託機関(例えば、IFO、ATCC等)に寄託されている微生物、またはそれらから調製し得る変異体や形質転換体等を使用できる。より詳しくは、例えば、カプリアビダス(Cupriavidus)属、アルカリゲネス(Alcaligenes)属、ラルストニア(Ralstonia)属、シュウドモナス(Pseudomonas)属、バチルス(Bacillus)属、アゾトバクター(Azotobacter)属、ノカルディア(Nocardia)属、アエロモナス(Aeromonas)属の菌等が挙げられる。中でも、アエロモナス属、アルカリゲネス属、ラルストニア属、またはカプリアビダス属に属する微生物が好ましい。特に、アルカリゲネス・リポリティカ(A.lipolytica)、アルカリゲネス・ラトゥス(A.latus)、アエロモナス・キャビエ(A.cav
iae)、アエロモナス・ハイドロフィラ(A.hydrophila)、カプリアビダス・ネカトール(C.necator)等の菌株がより好ましく、カプリアビダス・ネカトールが最も好ましい。
This production method may include, prior to step (a), a step of obtaining an aqueous suspension containing the polyhydroxybutyric acid copolymer (A) and an aqueous suspension containing the polyhydroxybutyric acid copolymer (B). The microorganism used in this step is not particularly limited as long as it is a microorganism capable of producing PHA intracellularly. For example, microorganisms isolated from nature or microorganisms deposited in a depository institution for strains (e.g., IFO, ATCC, etc.), or mutants or transformants prepared from them, can be used. More specifically, examples of the microorganisms include bacteria of the genus Cupriavidus, Alcaligenes, Ralstonia, Pseudomonas, Bacillus, Azotobacter, Nocardia, and Aeromonas. Among them, microorganisms belonging to the genus Aeromonas, Alcaligenes, Ralstonia, or Cupriavidus are preferred. In particular, Alcaligenes lipolytica, Alcaligenes latus, and Aeromonas caviae are preferred.
Strains such as Aeromonas iae, A. hydrophila, and C. necator are more preferred, with C. necator being the most preferred.
また、微生物が、本来PHAの生産能力を有しないものである場合、またはPHAの生産量が低いものである場合には、当該微生物に目的とするPHAの合成酵素遺伝子および/またはその変異体を導入して得られる形質転換体を用いることもできる。このような形質転換体の作製に用いるPHAの合成酵素遺伝子としては特に限定されない。前記合成酵素遺伝子としては、アエロモナス・キャビエ由来のPHA合成酵素の遺伝子が好ましい。これらの微生物を適切な条件で培養することで、菌体内にPHAを蓄積した微生物菌体を得ることができる。当該微生物菌体の培養方法は特に限定されない。前記培養方法は、例えば、日本国公開特許公報「特開平05-93049号公報」等に記載された方法が用いられる。本発明の一実施形態において、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)を含む水性懸濁液および前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)を含む水性懸濁液は、同じ菌種で、かつ、異なる遺伝子変異を有する菌体から、同じ培養方法により得ることができる。例えば、国際公開公報「WO2019/142717号」に記載の手法等を挙げることができる。Furthermore, when a microorganism does not inherently have the ability to produce PHA or produces only a low amount of PHA, a transformant obtained by introducing a PHA synthase gene and/or a mutant thereof into the microorganism can also be used. The PHA synthase gene used to prepare such a transformant is not particularly limited. A PHA synthase gene derived from Aeromonas caviae is preferred as the synthase gene. By culturing these microorganisms under appropriate conditions, microbial cells that have accumulated PHA within the cells can be obtained. The method for culturing the microbial cells is not particularly limited. Examples of the culturing method include those described in Japanese Patent Publication No. 05-93049. In one embodiment of the present invention, the aqueous suspension containing the polyhydroxybutyric acid copolymer (A) and the aqueous suspension containing the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) can be obtained by the same culturing method from cells of the same bacterial species but with different genetic mutations. For example, the method described in International Publication No. WO 2019/142717 can be used.
上記の微生物を培養することにより作製されたPHA含有微生物には、不純物である菌体由来成分が多量に含まれているため、通常、PHA以外の不純物を分解および/または除去するための精製工程を実施され得る。この精製工程においては、特に限定されず、当業者が考え得る物理学的処理、化学的処理、生物学的処理等を適用することができ、例えば、国際公開公報「WO2010/067543号」に記載の精製方法が好ましく適用できる。 Since PHA-containing microorganisms produced by culturing the above microorganisms contain large amounts of bacterial cell-derived impurities, a purification process is typically carried out to decompose and/or remove impurities other than PHA. This purification process is not particularly limited, and physical, chemical, biological, and other treatments that would be considered by a person skilled in the art can be applied. For example, the purification method described in International Publication No. WO 2010/067543 is preferably applied.
上記の精製工程により、最終製品に残留する不純物量が概ね決定されるため、これらの不純物は、できる限り低減させた方が好ましい。当然に、用途によっては、最終製品の物性を損なわない限り不純物が混入しても構わないが、医療用用途等、高純度のPHAが必要とされる場合は、できる限り不純物を低減させることが好ましい。その際の精製度の指標としては、例えば、PHA水性懸濁液中のタンパク質量が挙げられる。当該タンパク質量は、好ましくは、PHA重量当たり30000ppm以下、より好ましくは、15000ppm以下、さらに好ましくは、10000ppm以下、最も好ましくは、7500ppm以下である。精製手段は、特に限定されない。前記精製手段としては、例えば、上記した公知の方法を適用可能である。The amount of impurities remaining in the final product is largely determined by the purification process described above, so it is preferable to reduce these impurities as much as possible. Naturally, depending on the application, impurities may be present as long as they do not impair the physical properties of the final product. However, in cases where high-purity PHA is required, such as for medical applications, it is preferable to reduce impurities as much as possible. An example of an indicator of the degree of purification is the amount of protein in the aqueous PHA suspension. The protein amount is preferably 30,000 ppm or less per weight of PHA, more preferably 15,000 ppm or less, even more preferably 10,000 ppm or less, and most preferably 7,500 ppm or less. The purification method is not particularly limited. For example, the known methods described above can be used as the purification method.
なお、本製造方法におけるPHA水性懸濁液を構成する溶媒(「溶媒」は、「水性媒体」とも称する。)は、水、または水と有機溶媒との混合溶媒であってもよい。また、当該混合溶媒において、水と相溶性のある有機溶媒の濃度としては、使用する有機溶媒の水への溶解度以下であれば特に限定されない。また、水と相溶性のある有機溶媒としては特に限定されない。前記水と相溶性のある有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、iso-ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類;ジメチルホルムアミド、アセトアミド等のアミド類;ジメチルスルホキシド、ピリジン、ピペリジン等が挙げられる。中でも、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、iso-ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アセトニトリル、プロピオニトリル等が、除去しやすい点から好ましい。また、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、ブタノール、アセトン等が、入手容易であることからより好ましい。さらに、メタノール、エタノール、アセトンが、特に好ましい。なお、PHA水性懸濁液を構成する水性媒体は、本発明の本質を損なわない限り、他の溶媒、菌体由来の成分、精製時に発生する化合物等を含んでいても構わない。The solvent (also referred to as "aqueous medium") constituting the PHA aqueous suspension in this manufacturing method may be water or a mixed solvent of water and an organic solvent. Furthermore, the concentration of the water-compatible organic solvent in the mixed solvent is not particularly limited, as long as it is equal to or less than the solubility of the organic solvent used in water. Furthermore, the water-compatible organic solvent is not particularly limited. Examples of water-compatible organic solvents include alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutanol, pentanol, hexanol, and heptanol; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; ethers such as tetrahydrofuran and dioxane; nitriles such as acetonitrile and propionitrile; amides such as dimethylformamide and acetamide; dimethyl sulfoxide, pyridine, and piperidine. Among these, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutanol, acetone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, dioxane, acetonitrile, propionitrile, etc. are preferred because they are easily removed. Furthermore, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butanol, acetone, etc. are more preferred because they are easily available. Furthermore, methanol, ethanol, and acetone are particularly preferred. Note that the aqueous medium constituting the PHA aqueous suspension may contain other solvents, components derived from bacterial cells, compounds generated during purification, etc., as long as the essence of the present invention is not impaired.
本製造方法におけるPHA水性懸濁液を構成する水性媒体には、水が含まれていることが好ましい。水性媒体中の水の含有量は、5重量%以上が好ましく、より好ましくは、10重量%以上であり、さらに好ましくは、30重量%以上であり、特に好ましくは、50重量%以上である。The aqueous medium constituting the PHA aqueous suspension in this production method preferably contains water. The water content in the aqueous medium is preferably 5% by weight or more, more preferably 10% by weight or more, even more preferably 30% by weight or more, and particularly preferably 50% by weight or more.
<分散剤>
本発明の一実施形態における前記水性懸濁液は、分散剤を含有していてもよい。すなわち、本発明の一実施形態における前記工程(a)は、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)および前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)に加えて、分散剤をさらに含む水性懸濁液を調製する工程であってもよい。本発明の一実施形態において、前記分散剤を使用する場合は、前記工程(a1)において、前記分散剤を前記PHA水性懸濁液に添加することが好ましい。本発明の一実施形態における前記PHA水性懸濁液が、分散剤を含有することによって、PHAの生産性および熱安定性を好適に向上させることができる。
<Dispersant>
The aqueous suspension in one embodiment of the present invention may contain a dispersant. That is, the step (a) in one embodiment of the present invention may be a step of preparing an aqueous suspension further containing a dispersant in addition to the polyhydroxybutyric acid copolymer (A) and the polyhydroxybutyric acid copolymer (B). In one embodiment of the present invention, when the dispersant is used, it is preferable to add the dispersant to the PHA aqueous suspension in the step (a1). By including a dispersant in the PHA aqueous suspension in one embodiment of the present invention, the productivity and thermal stability of PHA can be suitably improved.
前記分散剤としては、特に限定されない。前記分散剤は、例えば、アルキレンオキサイド系分散剤等が挙げられる。前記分散剤は、1種であってもよく、2種類以上であってもよい。例えば、上述した特許文献1では、分散剤としてポリビニルアルコール(PVA)を使用しており、当該PVAのバインダー効果によりPHAの粒径が大きくなる結果が示されている。しかし、PVAを用いた場合には噴霧乾燥後の工程において、二軸押し出し機内でPVAが軸付着する問題が生じる場合があるため、改善の余地がある。一方、本発明では、上記軸付着の問題を生じることなく、より低い熱風温度で、粒径が大きいPHAを得ることができる。The dispersant is not particularly limited. Examples of dispersants include alkylene oxide-based dispersants. The dispersant may be of one type or two or more types. For example, the aforementioned Patent Document 1 uses polyvinyl alcohol (PVA) as a dispersant, and the binder effect of the PVA results in a larger PHA particle size. However, when PVA is used, there is a risk of the PVA sticking to the shaft in the twin-screw extruder in the process after spray drying, leaving room for improvement. On the other hand, the present invention allows for the production of PHA with a larger particle size at a lower hot air temperature without the problem of sticking to the shaft.
本発明の一実施形態において、前記分散剤は、PHA水性懸濁液のpHを7以下に調整する際に、PHAの凝集を好適に防ぐことができ、かつ、粉体加工の際の押出機の軸への付着を好適に抑制することができる面において、アルキレンオキサイド系分散剤であることが好ましい。In one embodiment of the present invention, the dispersant is preferably an alkylene oxide-based dispersant, as this can effectively prevent aggregation of PHA when adjusting the pH of the PHA aqueous suspension to 7 or less, and can effectively suppress adhesion to the extruder shaft during powder processing.
本発明の一実施形態において、アルキレンオキサイド系分散剤は、上記の効果を奏する限り特に限定されない。前記アルキレンオキサイド系分散剤は、ポリ(エチレンオキサイド)(PEO)のブロックと、ポリ(プロピレンオキサイド)(PPO)のブロックとから構成され、PEO-PPO-PEOの形態であることが好ましい。In one embodiment of the present invention, the alkylene oxide dispersant is not particularly limited as long as it exhibits the above-mentioned effects. The alkylene oxide dispersant is preferably composed of poly(ethylene oxide) (PEO) blocks and poly(propylene oxide) (PPO) blocks, and is in the form of PEO-PPO-PEO.
本明細書において、「ポリ(エチレンオキサイド)(PEO)のブロック」とは、アルキレンオキサイド系分散剤の構造中、エチレンオキサイド(EO)が重合して形成された重合体部分を意味する。 In this specification, "poly(ethylene oxide) (PEO) block" refers to the polymer portion formed by polymerization of ethylene oxide (EO) in the structure of an alkylene oxide-based dispersant.
本明細書において、「ポリ(プロピレンオキサイド)(PPO)のブロック」とは、アルキレンオキサイド系分散剤の構造中、プロピレンオキサイド(PO)が重合して形成された重合体部分を意味する。 In this specification, "poly(propylene oxide) (PPO) block" refers to the polymer portion formed by polymerization of propylene oxide (PO) in the structure of an alkylene oxide-based dispersant.
本発明の一実施形態において、アルキレンオキサイド系分散剤中のPEO分子量およびPEO分子量/PPO分子量を特定の範囲とすることにより、水性懸濁液の粘度を低く保ち、高い生産性でPHA(例えば、PHA粉体)を製造することができる。In one embodiment of the present invention, by setting the PEO molecular weight and PEO molecular weight/PPO molecular weight in the alkylene oxide-based dispersant to a specific range, the viscosity of the aqueous suspension can be kept low, and PHA (e.g., PHA powder) can be produced with high productivity.
本発明の一実施形態において、アルキレンオキサイド系分散剤中のPEO分子量およびPEO分子量/PPO分子量の範囲は、以下の組み合わせであることが好ましい。In one embodiment of the present invention, the PEO molecular weight and PEO molecular weight/PPO molecular weight range in the alkylene oxide-based dispersant are preferably the following combinations:
なお、本明細書において、「PEO分子量」を「EO量」と称し、「PPO分子量」を「PO量」と称することもある。 In this specification, "PEO molecular weight" may be referred to as "EO amount" and "PPO molecular weight" may be referred to as "PO amount."
すなわち、本発明の一実施形態において、アルキレンオキサイド系分散剤中のPEO分子量は、1500以上であればよく、好ましくは、1750以上であり、より好ましくは、2000以上である。また、本発明の一実施形態において、アルキレンオキサイド系分散剤中のPEO分子量の上限は、例えば、30000以下であり、好ましくは、25000以下であり、より好ましくは、20000以下である。 That is, in one embodiment of the present invention, the molecular weight of PEO in the alkylene oxide-based dispersant may be 1,500 or more, preferably 1,750 or more, and more preferably 2,000 or more. Furthermore, in one embodiment of the present invention, the upper limit of the molecular weight of PEO in the alkylene oxide-based dispersant is, for example, 30,000 or less, preferably 25,000 or less, and more preferably 20,000 or less.
本発明の一実施形態において、アルキレンオキサイド系分散剤中のPEO分子量/PPO分子量は、0.5以上であることが好ましく、0.6以上であることがより好ましく、0.7以上であることがさらに好ましい。PEO分子量/PPO分子量の上限は、5.0以下であることが好ましく、4.8以下であることがより好ましく、4.5以下であることがさらに好ましい。In one embodiment of the present invention, the PEO molecular weight/PPO molecular weight ratio in the alkylene oxide dispersant is preferably 0.5 or greater, more preferably 0.6 or greater, and even more preferably 0.7 or greater. The upper limit of the PEO molecular weight/PPO molecular weight ratio is preferably 5.0 or less, more preferably 4.8 or less, and even more preferably 4.5 or less.
本発明の一実施形態において、アルキレンオキサイド系分散剤中のPEO分子量およびPEO分子量/PPO分子量が上記の範囲内であれば、アルキレンオキサイド系分散剤が親水性を有し、かつ、アルキレンオキサイド系分散剤添加重量に対する分子数が多くなるため、水性懸濁液の分散性を保ちやすい。In one embodiment of the present invention, if the PEO molecular weight and PEO molecular weight/PPO molecular weight in the alkylene oxide-based dispersant are within the above ranges, the alkylene oxide-based dispersant will be hydrophilic and the number of molecules relative to the added weight of the alkylene oxide-based dispersant will be large, making it easier to maintain the dispersibility of the aqueous suspension.
本発明の一実施形態において、アルキレンオキサイド系分散剤は、PEO分子量が1500以上であり、かつ、PEO分子量/PPO分子量が0.5~5.0である。 In one embodiment of the present invention, the alkylene oxide dispersant has a PEO molecular weight of 1,500 or more and a PEO molecular weight/PPO molecular weight ratio of 0.5 to 5.0.
本発明の一実施形態において、アルキレンオキサイド系分散剤は、分子量が750以上であるPEOブロックを、少なくとも1つ以上有することが好ましく、少なくとも2つ以上有することがより好ましい。また、前記アルキレンオキサイド系分散剤中の前記PEOブロックの数は、上限が特に限定されず、例えば、4以下であり、好ましくは、3以下である。前記PEOブロックの数が上記の範囲内であれば、アルキレンオキサイド系分散剤が親水性を有する。In one embodiment of the present invention, the alkylene oxide dispersant preferably has at least one PEO block having a molecular weight of 750 or more, and more preferably has at least two PEO blocks. The number of PEO blocks in the alkylene oxide dispersant is not particularly limited, and may be, for example, 4 or less, and preferably 3 or less. If the number of PEO blocks is within the above range, the alkylene oxide dispersant will be hydrophilic.
本発明の一実施形態において、アルキレンオキサイド系分散剤中のPPO分子量は、特に限定されない。前記アルキレンオキサイド系分散剤中のPPO分子量は、例えば、500以上であり、好ましくは、1500以上である。また、本発明の一実施形態において、アルキレンオキサイド系分散剤中のPPO分子量の上限は、例えば、6700以下であり、好ましくは、6250以下である。アルキレンオキサイド系分散剤中のPPO分子量が上記の範囲内であれば、アルキレンオキサイド系分散剤が疎水性を有する。In one embodiment of the present invention, the molecular weight of the PPO in the alkylene oxide dispersant is not particularly limited. The molecular weight of the PPO in the alkylene oxide dispersant is, for example, 500 or more, and preferably 1500 or more. In another embodiment of the present invention, the upper limit of the molecular weight of the PPO in the alkylene oxide dispersant is, for example, 6700 or less, and preferably 6250 or less. If the molecular weight of the PPO in the alkylene oxide dispersant is within the above range, the alkylene oxide dispersant is hydrophobic.
本発明の一実施形態において、アルキレンオキサイド系分散剤中のPPOブロックの数は、上記の効果を奏する限り特に限定されない。前記アルキレンオキサイド系分散剤中のPPOブロックの数は、1つであってもよいし、複数(例えば、2、3、4)であってもよい。In one embodiment of the present invention, the number of PPO blocks in the alkylene oxide dispersant is not particularly limited as long as the above-mentioned effects are achieved. The number of PPO blocks in the alkylene oxide dispersant may be one or multiple (e.g., 2, 3, or 4).
本発明の一実施形態において、アルキレンオキサイド系分散剤は、例えば、下記の式(1)で示される化合物である。In one embodiment of the present invention, the alkylene oxide dispersant is, for example, a compound represented by the following formula (1):
上記の式(1)において、Xは、例えば、17~340であり、好ましくは、20~285であり、より好ましくは、22~226である。Xが、340以下であると、アルキレンオキサイド系分散剤添加重量に対する分子数が多くなるため、水性懸濁液の分散性を保ちやすく、Xが、17以上あると、式(1)で示される化合物は、親水性を有する。Yは、例えば、8~115であり、好ましくは、10~110であり、より好ましくは、24~107である。Yが、115以下であると、式(1)で示される化合物は、水への溶解が容易であり、Yが、8以上あると、式(1)で示される化合物は、疎水性を有する。Zは、例えば、17~340であり、好ましくは、20~285であり、より好ましくは、22~226である。Zが、340以下であると、アルキレンオキサイド系分散剤添加重量に対する分子数が多くなるため、水性懸濁液の分散性を保ちやすく、Zが、17以上あると、式(1)で示される化合物は、親水性を有する。In the above formula (1), X is, for example, 17 to 340, preferably 20 to 285, and more preferably 22 to 226. When X is 340 or less, the number of molecules relative to the weight of alkylene oxide dispersant added increases, making it easier to maintain dispersibility in the aqueous suspension. When X is 17 or more, the compound represented by formula (1) is hydrophilic. Y is, for example, 8 to 115, preferably 10 to 110, and more preferably 24 to 107. When Y is 115 or less, the compound represented by formula (1) is easily soluble in water. When Y is 8 or more, the compound represented by formula (1) is hydrophobic. Z is, for example, 17 to 340, preferably 20 to 285, and more preferably 22 to 226. When Z is 340 or less, the number of molecules relative to the added weight of alkylene oxide-based dispersant is large, making it easier to maintain the dispersibility of the aqueous suspension, and when Z is 17 or more, the compound represented by formula (1) has hydrophilicity.
また、上記の式(1)において、XとZとの和(以下、「X+Z」と称する場合がある。)は、例えば、34~680であり、好ましくは、40~570であり、より好ましくは、44~452である。X+Zが、680以下であると、アルキレンオキサイド系分散剤添加重量に対する分子数が多くなるため、水性懸濁液の分散性を保ちやすく、Xが、34以上あると、式(1)で示される化合物は、親水性を有する。 In addition, in the above formula (1), the sum of X and Z (hereinafter sometimes referred to as "X + Z") is, for example, 34 to 680, preferably 40 to 570, and more preferably 44 to 452. When X + Z is 680 or less, the number of molecules relative to the added weight of alkylene oxide dispersant increases, making it easier to maintain the dispersibility of the aqueous suspension; when X is 34 or more, the compound represented by formula (1) is hydrophilic.
本製造方法の工程(a)(特に、工程(a1))において使用されるアルキレンオキサイド系分散剤は、特に限定されない。前記アルキレンオキサイド系分散剤としては、例えば、市販品を用いることができる。市販品としては、例えば、Pluronic 10400(BASF社製)、Pluronic 10500(BASF社製)、Genapol PF80(Clariant社製)、ユニルーブDP60-600B(日油社製)、ユニルーブDP60-950B(日油社製)、プロノン208(日油社製)、エパンU105(第一工業製薬社製)、エパンU108(第一工業製薬社製)、エパン750(第一工業製薬社製)等が使用され得る。 The alkylene oxide dispersant used in step (a) (particularly step (a1)) of this manufacturing method is not particularly limited. Commercially available alkylene oxide dispersants can be used. Examples of commercially available alkylene oxide dispersants include Pluronic 10400 (manufactured by BASF), Pluronic 10500 (manufactured by BASF), Genapol PF80 (manufactured by Clariant), Unilube DP60-600B (manufactured by NOF Corporation), Unilube DP60-950B (manufactured by NOF Corporation), Pronon 208 (manufactured by NOF Corporation), Epan U105 (manufactured by Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), Epan U108 (manufactured by Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), and Epan 750 (manufactured by Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.).
本製造方法の工程(a)(特に、工程(a1))における水性懸濁液に対する前記分散剤の添加量は、特に限定されない。前記分散剤の添加量は、水性懸濁液に含まれる前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)および前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)の含有量の合計100重量部に対して、0.1~20重量部が好ましく、0.5~10重量部がより好ましく、0.75~5重量部がさらに好ましい。前記分散剤の添加量を上記の範囲とすることにより、PHA水性懸濁液におけるPHAの分散安定性がより向上し、噴霧乾燥を効率的に実施でき、その結果、PHAの生産性および熱安定性をより好適に向上させることができる傾向がある。The amount of dispersant added to the aqueous suspension in step (a) (particularly step (a1)) of this production method is not particularly limited. The amount of dispersant added is preferably 0.1 to 20 parts by weight, more preferably 0.5 to 10 parts by weight, and even more preferably 0.75 to 5 parts by weight, per 100 parts by weight of the total content of the polyhydroxybutyric acid copolymer (A) and the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) contained in the aqueous suspension. By setting the amount of dispersant added within the above range, the dispersion stability of the PHA in the PHA aqueous suspension is further improved, allowing for efficient spray drying, which tends to result in more favorable improvements in the productivity and thermal stability of the PHA.
<その他>
本製造方法の工程(a)に付される前のPHA水性懸濁液は、通常、上記の精製工程を経ることにより、7を超えるpHを有する。よって、本製造方法の工程(a1)にて得られるPHA水性懸濁液は、7を超えるpHを有する。そこで、本製造方法の工程(a)(特に、工程(a2))により、上記PHA水性懸濁液のpHを7以下に調整する。その調整方法は、特に限定されない。前記調整方法としては、例えば、酸を添加する方法等が挙げられる。酸は、特に限定されない。前記酸は、有機酸、無機酸のいずれでもよく、揮発性の有無は問わない。より具体的には、酸としては、例えば、硫酸、塩酸、リン酸、酢酸等が使用できる。
<Others>
The PHA aqueous suspension before being subjected to step (a) of the present production method usually has a pH of greater than 7 due to the above-mentioned purification step. Therefore, the PHA aqueous suspension obtained in step (a1) of the present production method has a pH of greater than 7. Therefore, the pH of the PHA aqueous suspension is adjusted to 7 or less in step (a) (particularly, step (a2)) of the present production method. The adjustment method is not particularly limited. For example, a method of adding an acid can be mentioned as the adjustment method. The acid is not particularly limited. The acid may be either an organic acid or an inorganic acid, whether or not it is volatile. More specifically, for example, sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, acetic acid, etc. can be used as the acid.
上記調整工程において調整するPHA水性懸濁液のpHの上限については、PHAを加熱溶融した時の着色を低減する観点、並びに、加熱時および/または乾燥時の分子量の安定性を確保する観点から、7以下であり、好ましくは、5以下であり、より好ましくは、4以下である。また、pHの下限については、容器の耐酸性の観点より、好ましくは、1以上であり、より好ましくは、2以上であり、さらに好ましくは、3以上である。PHA水性懸濁液のpHを7以下とすることによって、加熱溶融時の着色が低減され、加熱時および/または乾燥時の分子量低下が抑制されたPHAが得られる。The upper limit of the pH of the PHA aqueous suspension adjusted in the above adjustment step is 7 or less, preferably 5 or less, and more preferably 4 or less, from the viewpoint of reducing discoloration when the PHA is heated and melted, and ensuring molecular weight stability during heating and/or drying. The lower limit of the pH is preferably 1 or more, more preferably 2 or more, and even more preferably 3 or more, from the viewpoint of acid resistance of the container. By adjusting the pH of the PHA aqueous suspension to 7 or less, discoloration during heating and melting is reduced, and a PHA with suppressed molecular weight reduction during heating and/or drying is obtained.
本発明の一実施形態において、ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)および前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)を含み、かつ、pHが7以下である水性懸濁液を提供する。In one embodiment of the present invention, an aqueous suspension is provided which contains polyhydroxybutyric acid copolymer (A) and the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) and has a pH of 7 or less.
本製造方法の工程(a)により得られるPHA水性懸濁液におけるPHAの濃度は、乾燥ユーティリティーの面から経済的に有利であり、生産性が向上するため、30重量%以上が好ましく、40重量%以上がより好ましく、50重量%以上がさらに好ましい。ここで、前記PHA水性懸濁液におけるPHAの濃度とは、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)の濃度およびポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)の濃度の合計を意味する。また、PHAの濃度の上限は、最密充填となり、十分な流動性が確保できない可能性があるため、65重量%以下が好ましく、60重量%以下がより好ましい。PHAの濃度を調整する方法は、特に限定されない。前記PHAの濃度を調整する方法としては、水性媒体を添加する、および、水性媒体の一部を除去する(例えば、遠心分離した後、上清を取り除く等による)等の方法が挙げられる。PHAの濃度の調整は、工程(a)のいずれの段階で実施してもよいし、工程(a)の前の段階で実施してもよい。The PHA concentration in the PHA aqueous suspension obtained by step (a) of this production method is preferably 30% by weight or more, more preferably 40% by weight or more, and even more preferably 50% by weight or more, because this is economically advantageous in terms of drying utility and improves productivity. Here, the PHA concentration in the PHA aqueous suspension refers to the sum of the concentrations of the polyhydroxybutyric acid copolymer (A) and the polyhydroxybutyric acid copolymer (B). The upper limit of the PHA concentration is preferably 65% by weight or less, more preferably 60% by weight or less, because close packing may occur and sufficient fluidity may not be ensured. The method for adjusting the PHA concentration is not particularly limited. Examples of methods for adjusting the PHA concentration include adding an aqueous medium and removing a portion of the aqueous medium (e.g., by centrifuging and then removing the supernatant). The PHA concentration may be adjusted at any stage of step (a) or before step (a).
本発明の一実施形態において、本製造方法は、工程(a)で調製する水性懸濁液におけるポリヒドロキシアルカン酸の濃度が、30重量%以上65重量%以下である。In one embodiment of the present invention, the concentration of polyhydroxyalkanoic acid in the aqueous suspension prepared in step (a) is 30% by weight or more and 65% by weight or less.
本製造方法の工程(a)により得られるPHA水性懸濁液におけるPHAの体積メジアン径(以下、単に「PHAの体積メジアン径」と称する。)は、当該PHAの一次粒子の体積メジアン径(以下、「一次粒子径」と称する。)の50倍以下が好ましく、20倍以下がより好ましく、10倍以下がさらに好ましい。PHAの体積メジアン径が一次粒子径の50倍以下であることにより、PHA水性懸濁液がより優れた流動性を示すため、その後の工程(b)を高効率で実施することができ、その結果、PHAの生産性が一層向上する傾向がある。The volume median diameter of the PHA in the aqueous PHA suspension obtained by step (a) of this production method (hereinafter simply referred to as the "volume median diameter of the PHA") is preferably 50 times or less, more preferably 20 times or less, and even more preferably 10 times or less, the volume median diameter of the primary particles of the PHA (hereinafter referred to as the "primary particle diameter"). When the volume median diameter of the PHA is 50 times or less the primary particle diameter, the aqueous PHA suspension exhibits superior fluidity, allowing the subsequent step (b) to be carried out with high efficiency, which tends to further improve PHA productivity.
本発明の一実施形態において、PHAの体積メジアン径は、例えば、優れた流動性が達成されるという観点から、0.5~5μmが好ましく、1~4.5μmがより好ましく、1~4μmがさらに好ましい。PHAの体積メジアン径は、例えば、HORIBA製レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置LA-950を用いて測定される。In one embodiment of the present invention, the volume median diameter of the PHA is preferably 0.5 to 5 μm, more preferably 1 to 4.5 μm, and even more preferably 1 to 4 μm, from the viewpoint of achieving excellent fluidity. The volume median diameter of the PHA is measured, for example, using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer LA-950 manufactured by HORIBA.
なお、上記のPHAの体積メジアン径は、PHA水性懸濁液におけるPHAの分散状態の指標とすることができる。上記のPHAの体積メジアン径を調整する方法は、特に限定されない。前記PHAの体積メジアン径を調整する方法としては、公知の手段(攪拌等)を適用できる。例えば、酸性条件下に曝される等して分散状態が崩れてしまったPHA水性懸濁液(例えば、工程(a1)の前に工程(a2)を実施する場合等)に対して、当業者が考え得る物理的処理、化学的処理、生物学的処理等を施すことにより、PHA水性懸濁液におけるPHAを再度分散状態(例えば、上記のPHAの体積メジアン径を有する状態)に復帰させることもできる。The volume median diameter of the PHA can be used as an indicator of the dispersion state of the PHA in the aqueous PHA suspension. The method for adjusting the volume median diameter of the PHA is not particularly limited. Known means (e.g., stirring) can be used to adjust the volume median diameter of the PHA. For example, if the dispersion state of a PHA aqueous suspension has been disrupted due to exposure to acidic conditions (e.g., when step (a2) is performed before step (a1)), the PHA in the aqueous PHA suspension can be restored to a dispersed state (e.g., a state having the above-mentioned PHA volume median diameter) by subjecting the PHA to a physical, chemical, or biological treatment that would be considered by a person skilled in the art.
(工程(b))
本製造方法における工程(b)では、工程(a)で調製したPHA水性懸濁液を噴霧乾燥する。噴霧乾燥の方法としては、例えば、PHA水性懸濁液を微細な液滴の状態として乾燥機内に供給し、当該乾燥機内で熱風と接触させながら乾燥する方法等が挙げられる。PHA水性懸濁液を微細な液滴の状態で乾燥機内に供給する方法(アトマイザー)は、特に限定されない。前記PHA水性懸濁液を微細な液滴の状態で乾燥機内に供給する方法としては、回転ディスクを用いる方法、ノズルを用いる方法等の公知の方法が挙げられる。乾燥機内における液滴と熱風の接触方式は、特に限定されない。前記乾燥機内における液滴と熱風の接触方式は、並流式、向流式、これらを併用する方式等が挙げられる。
(Step (b))
In step (b) of this production method, the PHA aqueous suspension prepared in step (a) is spray-dried. Examples of spray-drying methods include a method in which the PHA aqueous suspension is supplied into a dryer in the form of fine droplets and dried while being brought into contact with hot air in the dryer. The method for supplying the PHA aqueous suspension into the dryer in the form of fine droplets (atomizer) is not particularly limited. Examples of methods for supplying the PHA aqueous suspension into the dryer in the form of fine droplets include known methods such as a method using a rotating disk and a method using a nozzle. The method for contacting the droplets with the hot air in the dryer is not particularly limited. Examples of the method for contacting the droplets with the hot air in the dryer include a parallel flow method, a counterflow method, and a method using both.
工程(b)における噴霧乾燥の際の乾燥温度は、PHA水性懸濁液の液滴から水性媒体の大半を除去できる温度であればよい。前記乾燥温度は、目的とする含水率まで乾燥させることができ、かつ、品質悪化(分子量低下、色調低下等)、溶融等を極力生じさせないような条件で、適宜設定できる。The drying temperature during spray drying in step (b) may be any temperature that can remove most of the aqueous medium from the droplets of the PHA aqueous suspension. The drying temperature can be appropriately set so that drying can be performed to the desired moisture content while minimizing deterioration in quality (such as reduction in molecular weight or color tone) and melting.
本発明の一実施形態において、熱風温度は、例えば、200℃以下であり、好ましくは、180℃以下であり、より好ましくは、160℃以下である。ここで、「熱風温度」とは、工程(b)において使用される噴霧乾燥機に吹き込む熱風の温度を意味する。また、排風温度は、例えば、114℃以下であり、好ましくは、112℃以下であり、より好ましくは、110℃以下である。「排風温度」とは、噴霧乾燥機から排出される際の排気の温度であり、排出される「PHAの粒子温度」と読み替えることもできる。熱風温度または排風温度が上述した温度以下であることによって、前記噴霧乾燥に必要なエネルギー量を低下させることができ、その結果、上記PHAの製造に必要なエネルギー量を好適に低下させることができる。また、そのことにより、PHAの製造設備の損傷も防ぐことができる。In one embodiment of the present invention, the hot air temperature is, for example, 200°C or less, preferably 180°C or less, and more preferably 160°C or less. Here, "hot air temperature" refers to the temperature of the hot air blown into the spray dryer used in step (b). Furthermore, the exhaust air temperature is, for example, 114°C or less, preferably 112°C or less, and more preferably 110°C or less. "Exhaust air temperature" refers to the temperature of the exhaust air as it leaves the spray dryer, and can also be interpreted as the "temperature of the PHA particles" being discharged. By keeping the hot air temperature or exhaust air temperature at or below the above-mentioned temperatures, the amount of energy required for the spray drying can be reduced, and as a result, the amount of energy required for producing the PHA can be suitably reduced. This also prevents damage to the PHA production equipment.
本発明の一実施形態において、熱風温度の下限は、特に限定されない。前記熱風温度の下限は、例えば、120℃以上であり、好ましくは、130℃以上である。また、排風温度の下限も特に限定されない。前記排風温度の下限は、例えば、90℃以上であり、好ましくは、95℃以上である。熱風温度または排風温度が、上述した温度以上であることによって、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体を好適に溶融させることができ、その結果、粒径が大きいPHAを好適に製造することができる。In one embodiment of the present invention, the lower limit of the hot air temperature is not particularly limited. The lower limit of the hot air temperature is, for example, 120°C or higher, and preferably 130°C or higher. The lower limit of the exhaust air temperature is also not particularly limited. The lower limit of the exhaust air temperature is, for example, 90°C or higher, and preferably 95°C or higher. By ensuring that the hot air temperature or exhaust air temperature is at or above the above-mentioned temperatures, the polyhydroxybutyric acid copolymer can be suitably melted, and as a result, PHA with a large particle size can be suitably produced.
乾燥機内の熱風の風量についても、例えば、乾燥機のサイズ等に応じて、適宜設定できる。 The volume of hot air inside the dryer can also be set appropriately depending on, for example, the size of the dryer.
本製造方法は、工程(b)の後に、得られたPHA(PHA粉体等)をさらに乾燥させる工程(例えば、減圧乾燥に付す工程等)を含んでいてもよい。また、本製造方法は、その他の工程(例えば、PHA水性懸濁液に各種添加物を添加する工程等)を含んでいてもよい。 The present production method may include, after step (b), a step of further drying the obtained PHA (e.g., PHA powder) (e.g., a step of subjecting it to drying under reduced pressure). The present production method may also include other steps (e.g., a step of adding various additives to the PHA aqueous suspension).
〔3.ポリヒドロキシアルカン酸粉体〕
本発明の一実施形態に係るポリヒドロキシアルカン酸粉体(以下、「本PHA粉体」と称する。)は、3HB単位/3HH単位の組成比が92/8~100/0であるポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)と、3HB単位/3HH単位の組成比が75/25~91/9であるポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)と、分散剤と、を含む。
[3. Polyhydroxyalkanoic acid powder]
A polyhydroxyalkanoic acid powder according to one embodiment of the present invention (hereinafter referred to as "the present PHA powder") comprises a polyhydroxybutyric acid copolymer (A) having a composition ratio of 3HB units/3HH units of 92/8 to 100/0, a polyhydroxybutyric acid copolymer (B) having a composition ratio of 3HB units/3HH units of 75/25 to 91/9, and a dispersant.
本実施形態において、「ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)」、「ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)」および「分散剤」については、上記したものが援用される。In this embodiment, the terms "polyhydroxybutyric acid copolymer (A)," "polyhydroxybutyric acid copolymer (B)," and "dispersant" are defined as above.
本PHA粉体のメジアン粒子径は、特に限定されない。前記PHA粉体のメジアン粒子径は、優れた流動性が達成されるという観点から、40~120μmが好ましく、42~100μmがより好ましい。本PHA粉体のメジアン粒子径は、実施例に記載の方法により測定される。The median particle size of the PHA powder is not particularly limited. From the viewpoint of achieving excellent fluidity, the median particle size of the PHA powder is preferably 40 to 120 μm, and more preferably 42 to 100 μm. The median particle size of the PHA powder is measured by the method described in the Examples.
本PHA粉体中の分散剤の含有量は、特に限定されない。前記PHA粉体中の前記分散剤の含有量は、PHA粉体を構成するPHA100重量部に対して、0.1~20重量部が好ましく、0.5~10重量部がより好ましく、0.75~5重量部がさらに好ましい。分散剤の添加量を上記範囲とすることにより、PHA粉体の生産性がより一層向上する傾向がある。The content of the dispersant in the PHA powder is not particularly limited. The content of the dispersant in the PHA powder is preferably 0.1 to 20 parts by weight, more preferably 0.5 to 10 parts by weight, and even more preferably 0.75 to 5 parts by weight, per 100 parts by weight of the PHA constituting the PHA powder. By adding the dispersant in this range, the productivity of the PHA powder tends to be further improved.
また、本PHA粉体は、本発明の効果を奏する限り、本製造方法の過程で生じた、または除去されなかった種々の成分を含んでいてもよい。 Furthermore, the PHA powder may contain various components that were generated or not removed during the manufacturing process, as long as the effects of the present invention are achieved.
本PHA粉体は、紙、フィルム、シート、チューブ、板、棒、容器(例えば、ボトル容器等)、袋、部品等、種々の用途に利用できる。 This PHA powder can be used for a variety of purposes, including paper, film, sheets, tubes, plates, rods, containers (e.g., bottle containers), bags, and parts.
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
すなわち、本発明の一実施形態は、以下である。
<1>(a)3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシヘキサノエート単位の組成比が92/8~100/0であるポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)と、3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシヘキサノエート単位の組成比が75/25~91/9であるポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)とを含み、かつ、pHが7以下である水性懸濁液を調製する工程、および
(b)前記工程(a)で調製した水性懸濁液を噴霧乾燥する工程、を含む、ポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
<2>前記水性懸濁液における前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)の含有量が、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)の含有量に対して、1~30重量部である、<1>に記載のポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
<3>前記噴霧乾燥工程の熱風温度が200℃以下である、<1>または<2>に記載のポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
<4>前記水性懸濁液が、分散剤をさらに含む、<1>~<3>のいずれかに記載のポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
<5>前記分散剤が、アルキレンオキサイド系分散剤およびポリビニルアルコールからなる群より選択される少なくとも1種である、<4>に記載のポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
<6>前記分散剤が、アルキレンオキサイド系分散剤であり、
前記アルキレンオキサイド系分散剤が、ポリ(エチレンオキサイド)(PEO)のブロックと、ポリ(プロピレンオキサイド)(PPO)のブロックとから構成され、PEO-PPO-PEOの形態である、<4>または<5>に記載のポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
<7>前記分散剤が、アルキレンオキサイド系分散剤であり、
前記アルキレンオキサイド系分散剤は、PEO分子量が1500以上であり、かつ、PEO分子量/PPO分子量が0.5~5.0である、<4>~<6>のいずれかに記載のポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
<8>前記分散剤が、アルキレンオキサイド系分散剤であり、
前記アルキレンオキサイド系分散剤が、下記の式(1)で示される化合物である、<4>~<7>のいずれかに記載のポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
That is, one embodiment of the present invention is as follows.
<1> A method for producing a polyhydroxyalkanoic acid, comprising: (a) a step of preparing an aqueous suspension containing a polyhydroxybutyrate copolymer (A) having a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units to 3-hydroxyhexanoate units of 92/8 to 100/0 and a polyhydroxybutyrate copolymer (B) having a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units to 3-hydroxyhexanoate units of 75/25 to 91/9, and having a pH of 7 or less; and (b) a step of spray-drying the aqueous suspension prepared in the step (a).
<2> The method for producing a polyhydroxyalkanoic acid according to <1>, wherein the content of the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) in the aqueous suspension is 1 to 30 parts by weight relative to the content of the polyhydroxybutyric acid copolymer (A).
<3> The method for producing a polyhydroxyalkanoic acid according to <1> or <2>, wherein the hot air temperature in the spray drying step is 200°C or less.
<4> The method for producing a polyhydroxyalkanoic acid according to any one of <1> to <3>, wherein the aqueous suspension further contains a dispersant.
<5> The method for producing a polyhydroxyalkanoic acid according to <4>, wherein the dispersant is at least one selected from the group consisting of alkylene oxide dispersants and polyvinyl alcohols.
<6> The dispersant is an alkylene oxide-based dispersant,
The method for producing a polyhydroxyalkanoic acid according to <4> or <5>, wherein the alkylene oxide-based dispersant is composed of a poly(ethylene oxide) (PEO) block and a poly(propylene oxide) (PPO) block, and is in the form of PEO-PPO-PEO.
<7> The dispersant is an alkylene oxide-based dispersant,
<4> to <6>, wherein the alkylene oxide dispersant has a PEO molecular weight of 1500 or more, and a PEO molecular weight/PPO molecular weight ratio of 0.5 to 5.0.
<8> The dispersant is an alkylene oxide-based dispersant,
<4> to <7>, wherein the alkylene oxide dispersant is a compound represented by the following formula (1):
(式中、Xは、17~340であり、Yは、8~115であり、Zは、17~340である。)
<9>前記工程(a)で調製する水性懸濁液におけるポリヒドロキシアルカン酸の濃度が、30~65重量%である、<1>~<8>のいずれかに記載のポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
<10>前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)の3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシヘキサノエート単位の組成比が92/8~99/1であり、
前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)の3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシヘキサノエート単位の組成比が80/20~91/9である、<1>~<9>のいずれか1項に記載のヒドロキシアルカン酸粉体の製造方法。
<11>3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシヘキサノエート単位の組成比が92/8~100/0であるポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)と、3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシヘキサノエート単位の組成比が75/25~91/9であるポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)と、分散剤と、を含む、ヒドロキシアルカン酸粉体。
<12>前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)の3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシヘキサノエート単位の組成比が92/8~99/1であり、
前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)の3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシヘキサノエート単位の組成比が80/20~91/9である、<11>に記載のヒドロキシアルカン酸粉体。
(wherein X is 17 to 340, Y is 8 to 115, and Z is 17 to 340.)
<9> The method for producing a polyhydroxyalkanoic acid according to any one of <1> to <8>, wherein the concentration of the polyhydroxyalkanoic acid in the aqueous suspension prepared in the step (a) is 30 to 65% by weight.
<10> The polyhydroxybutyric acid copolymer (A) has a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units of 92/8 to 99/1,
<1> - <9> The method for producing a hydroxyalkanoic acid powder according to any one of <1> to <9>, wherein the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) has a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units of 80/20 to 91/9.
<11> A hydroxyalkanoic acid powder comprising: a polyhydroxybutyrate copolymer (A) having a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units of 92/8 to 100/0; a polyhydroxybutyrate copolymer (B) having a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units of 75/25 to 91/9; and a dispersant.
<12> The polyhydroxybutyric acid copolymer (A) has a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units of 92/8 to 99/1,
The hydroxyalkanoic acid powder according to <11>, wherein the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) has a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units of 80/20 to 91/9.
以下、本発明を実施例に基づいてより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、実施例において、「PHA」としては「P3HB3HH」を用いており、「PHA」を「P3HB3HH」と読み替えることができる。 The present invention will be described in more detail below based on examples, but the present invention is not limited to these examples. In the examples, "P3HB3HH" is used as "PHA," and "PHA" can be read as "P3HB3HH."
〔測定および評価方法〕
実施例および比較例における測定および評価を、以下の方法で行った。
[Measurement and evaluation methods]
Measurements and evaluations in the examples and comparative examples were carried out by the following methods.
(メジアン粒子径)
本製造方法により得られる噴霧乾燥後のPHA粉体の平均粒径は、以下の方法により測定した。
(median particle size)
The average particle size of the spray-dried PHA powder obtained by this production method was measured by the following method.
平均粒径は、レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置LA-950(HORIBA社)を用いて測定した。具体的な測定方法としては、イオン交換水20mlに、分散剤として界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウム0.05gを加えて、界面活性剤水溶液を得た。その後、上記界面活性剤水溶液に、測定対象の樹脂粒子群0.2gを加え、上記樹脂粒子群を上記界面活性剤水溶液中に分散させ、測定用の分散液を得た。調製した分散液を、上記レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置に導入し、測定を行った。 The average particle size was measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer LA-950 (HORIBA). Specifically, 0.05 g of the surfactant sodium dodecyl sulfate was added as a dispersant to 20 ml of ion-exchanged water to obtain a surfactant aqueous solution. 0.2 g of the resin particles to be measured were then added to the surfactant aqueous solution, and the resin particles were dispersed in the surfactant aqueous solution to obtain a dispersion for measurement. The prepared dispersion was introduced into the laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer and measurements were performed.
(3HB単位/3HH単位の組成比)
日本国公開特許公報「特開平05-93049号公報」に記載の方法にて、PHAにおける3HB単位/3HH単位の組成比を測定した。
(3HB unit/3HH unit composition ratio)
The composition ratio of 3HB units/3HH units in PHA was measured by the method described in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 05-93049.
〔実施例1〕
(菌体培養液の調製)
国際公開第2008/010296号の段落〔0049〕に記載のラルストニア・ユートロファKNK-005株を、同文献の段落〔0050〕~〔0053〕に記載の方法で培養し、PHAを含有する菌体を含む菌体培養液を得た。なお、ラルストニア・ユートロファは、現在では、カプリアビダス・ネカトールに分類されている。前記菌体が含有するPHAの繰り返し単位の組成比(3HB単位/3HH単位の組成比)は、92/8~95/5(mol/mol)であった。
Example 1
(Preparation of bacterial cell culture solution)
The Ralstonia eutropha KNK-005 strain described in paragraph [0049] of WO 2008/010296 was cultured by the method described in paragraphs [0050] to [0053] of the same document to obtain a fungal cell culture solution containing fungal cells containing PHA. Ralstonia eutropha is currently classified as Capriavidus necator. The composition ratio of repeating units of the PHA contained in the fungal cells (composition ratio of 3HB unit/3HH unit) was 92/8 to 95/5 (mol/mol).
(滅菌処理)
上記で得られた菌体培養液を内温60~80℃で20分間加熱・攪拌処理し、滅菌処理を行った。
(Sterilization)
The bacterial culture solution obtained above was sterilized by heating and stirring at an internal temperature of 60 to 80°C for 20 minutes.
(高圧破砕処理)
上記で得られた滅菌済みの菌体培養液に、0.2重量%のドデシル硫酸ナトリウムを添加した。さらに、pHが11.0になるように水酸化ナトリウム水溶液を添加した後、50℃で1時間保温した。その後、高圧破砕機(ニロソアビ社製高圧ホモジナイザーモデルPA2K型)を用いて、450~550kgf/cm2の圧力で高圧破砕を行った。
(High-pressure crushing treatment)
To the sterilized bacterial cell culture solution obtained above, 0.2 wt% sodium dodecyl sulfate was added. Furthermore, aqueous sodium hydroxide solution was added to adjust the pH to 11.0, and the mixture was then incubated at 50°C for 1 hour. The mixture was then subjected to high-pressure homogenization at a pressure of 450 to 550 kgf/ cm2 using a high-pressure homogenizer (Nirosoavi High-Pressure Homogenizer Model PA2K).
(精製処理)
上記で得られた高圧破砕後の破砕液に対して、等量の蒸留水を添加した。これを遠心分離した後、上清を除去して2倍濃縮した。この濃縮したPHAの水性懸濁液に、除去した上清と同量の水酸化ナトリウム水溶液(pH11)を添加して遠心分離し、上清を除去した。そこに再度水を添加して懸濁させ、0.2重量%のドデシル硫酸ナトリウムと、PHAの1/100重量のプロテアーゼ(ノボザイム社、エスペラーゼ)を添加し、pH10で50℃に保持したまま、2時間攪拌した。その後、遠心分離により上清を除去して4倍濃縮した。さらに水を添加して、PHA濃度が52.8重量%になるように調整した。以下、このPHA水性懸濁液をPHA水性懸濁液(A)として示す。
(Refining process)
An equal volume of distilled water was added to the resulting high-pressure disruption solution. After centrifugation, the supernatant was removed and the suspension was concentrated twice. To this concentrated aqueous suspension of PHA, an equal volume of aqueous sodium hydroxide solution (pH 11) was added, followed by centrifugation and removal of the supernatant. Water was added again to form a suspension, and 0.2 wt% sodium dodecyl sulfate and 1/100 wt% protease (Novozymes, Esperase) of the PHA were added. The suspension was stirred for 2 hours at pH 10 and 50°C. The supernatant was then removed by centrifugation, and the suspension was concentrated four times. Further water was added to adjust the PHA concentration to 52.8 wt%. Hereinafter, this aqueous PHA suspension will be referred to as PHA aqueous suspension (A).
(PHA水性懸濁液(B)の調製)
国際公開第2010/067543号に記載の方法にて、PHAの繰り返し単位の組成比(3HB単位/3HH単位の組成比)が80/20~91/9(mol/mol)である52.8重量%PHA水性懸濁液(以下、「PHA水性懸濁液(B)」として示す。)を調製した。
(Preparation of PHA aqueous suspension (B))
A 52.8 wt % aqueous PHA suspension (hereinafter referred to as "aqueous PHA suspension (B)") having a composition ratio of PHA repeating units (composition ratio of 3HB units/3HH units) of 80/20 to 91/9 (mol/mol) was prepared by the method described in WO 2010/067543.
(造粒)
上記で得られたPHA水性懸濁液(A)と、PHA水性懸濁液(B)とを混合し、混合液1を得た。前記混合液1において、PHA水性懸濁液(A)100重量部に対するPHA水性懸濁液(B)の添加量は5重量部とした。水を添加して、前記混合液1の固形分であるPHAの濃度が32.8重量%となるように、前記混合液の濃度を調整した後、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体非イオン性分散剤(ポリエチレンオキサイド分子量8000、ポリプロピレンオキサイド分子量2000、商品名プロノン208)を1.0phr(水性懸濁液中に存在するPHA100重量部に対して1重量部)添加し、混合し、混合液2を得た。その後、混合液2に水をさらに添加して、固形分濃度を30質量%に調整し、混合液3を得た。前記混合液3を120分間撹拌した後、当該混合液3の100gあたりに対して、10重量%硫酸を0.4ml添加し、pH3.0のPHA水性懸濁液を得た。得られたPHA水性懸濁液を、GEA製のロータリーアトマイザー型噴霧乾燥機(Mobile Minor)にて噴霧乾燥を実施し(熱風温度:170℃、排風温度:100℃、ロータリーアトマイザー回転速度:10000rpm)、PHA粉体を得た。得られたPHA粉体のメジアン粒子径は44.3μmであった。
(granulation)
The PHA aqueous suspension (A) and PHA aqueous suspension (B) obtained above were mixed to obtain mixed solution 1. In mixed solution 1, the amount of PHA aqueous suspension (B) added was 5 parts by weight per 100 parts by weight of PHA aqueous suspension (A). Water was added to adjust the concentration of the mixed solution so that the concentration of PHA, which is the solid content of mixed solution 1, was 32.8% by weight, and then 1.0 phr (1 part by weight per 100 parts by weight of PHA present in the aqueous suspension) of an ethylene oxide/propylene oxide copolymer nonionic dispersant (polyethylene oxide molecular weight 8000, polypropylene oxide molecular weight 2000, trade name Pronon 208) was added and mixed to obtain mixed solution 2. Thereafter, water was further added to mixed solution 2 to adjust the solid content concentration to 30% by mass, and mixed solution 3 was obtained. After stirring the mixture 3 for 120 minutes, 0.4 ml of 10 wt % sulfuric acid was added per 100 g of the mixture 3 to obtain a PHA aqueous suspension with a pH of 3.0. The obtained PHA aqueous suspension was spray-dried using a rotary atomizer-type spray dryer (Mobile Minor) manufactured by GEA (hot air temperature: 170°C, exhaust air temperature: 100°C, rotary atomizer rotation speed: 10,000 rpm) to obtain a PHA powder. The median particle size of the obtained PHA powder was 44.3 μm.
〔実施例2〕
PHA水性懸濁液(B)の添加量を10重量部とした以外は、実施例1と同様の方法で、PHA粉体を得た。得られたPHA粉体のメジアン粒子径は45.4μmであった。
Example 2
A PHA powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of PHA aqueous suspension (B) added was 10 parts by weight. The median particle size of the obtained PHA powder was 45.4 μm.
〔実施例3〕
PHA水性懸濁液(B)の添加量を15重量部とした以外は、実施例1と同様の方法で、PHA粉体を得た。得られたPHA粉体のメジアン粒子径は58.3μmであった。
Example 3
A PHA powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of PHA aqueous suspension (B) added was 15 parts by weight. The median particle size of the obtained PHA powder was 58.3 μm.
〔実施例4〕
PHA水性懸濁液(B)の添加量を20重量部とした以外は、実施例1と同様の方法で、PHA粉体を得た。得られたPHA粉体のメジアン粒子径は73.4μmであった。
Example 4
A PHA powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of PHA aqueous suspension (B) added was 20 parts by weight. The median particle size of the obtained PHA powder was 73.4 μm.
〔比較例1〕
PHA水性懸濁液(B)を添加しなかった以外は、実施例1と同様の方法で、PHA粉体を得た。得られたPHA粉体のメジアン粒子径は39.9μmであった。
Comparative Example 1
A PHA powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that the PHA aqueous suspension (B) was not added. The median particle size of the obtained PHA powder was 39.9 μm.
〔実施例5〕
PHAの繰り返し単位の組成比(3HB単位/3HH単位の組成比)を96/4~99/1(mol/mol)とした以外は実施例1と同じ操作により、固形分濃度が52.8重量%のPHA水性懸濁液を調製した。以下、このPHA水性懸濁液をPHA水性懸濁液(C)として示す。PHA水性懸濁液(C)に対するPHA水性懸濁液(B)の添加量を20重量部とした以外は、実施例1と同様の方法で、PHA水性懸濁液を調整した。噴霧乾燥では熱風温度180℃、排風温度:105℃、ロータリーアトマイザー回転速度10000rpmの条件でPHA粉体を得た。得られたPHA粉体のメジアン粒子径は58.8μmであった。
Example 5
An aqueous PHA suspension with a solids concentration of 52.8 wt % was prepared by the same procedure as in Example 1, except that the composition ratio of the repeating units of the PHA (composition ratio of 3HB units/3HH units) was changed to 96/4 to 99/1 (mol/mol). Hereinafter, this aqueous PHA suspension will be referred to as PHA aqueous suspension (C). An aqueous PHA suspension was prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount of PHA aqueous suspension (B) added to PHA aqueous suspension (C) was changed to 20 parts by weight. A PHA powder was obtained by spray drying under conditions of a hot air temperature of 180°C, an exhaust air temperature of 105°C, and a rotary atomizer rotation speed of 10,000 rpm. The median particle size of the obtained PHA powder was 58.8 μm.
〔比較例2〕
PHA水性懸濁液(B)を添加しなかった以外は、実施例5と同様の方法で、PHA粉体を得た。得られたPHA粉体のメジアン粒子径は38.5μmであった。
Comparative Example 2
A PHA powder was obtained in the same manner as in Example 5, except that the PHA aqueous suspension (B) was not added. The median particle size of the obtained PHA powder was 38.5 μm.
[結果]
実施例1~4と比較例1との比較、および実施例5と比較例2との比較から、PHAとして、3HB単位/3HH単位の組成比が92/8~100/0であるポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)に加えて、3HB単位/3HH単位の組成比が75/25~91/9であるポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)を含む水性懸濁液を噴霧乾燥して得られるPHA粉体は、PHAとして、3HB単位/3HH単位の組成比が92/8~100/0であるポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)のみを含む水性懸濁液を噴霧乾燥して得られるPHA粉体よりも、同一の乾燥条件において、より粒径(メジアン粒子径)が大きくなることが分かった。
[result]
Comparisons of Examples 1 to 4 with Comparative Example 1, and Example 5 with Comparative Example 2, reveal that a PHA powder obtained by spray-drying an aqueous suspension containing, as PHA, a polyhydroxybutyric acid copolymer (A) having a 3HB unit/3HH unit composition ratio of 92/8 to 100/0 and a polyhydroxybutyric acid copolymer (B) having a 3HB unit/3HH unit composition ratio of 75/25 to 91/9 has a larger particle size (median particle size) than a PHA powder obtained by spray-drying an aqueous suspension containing, as PHA, only a polyhydroxybutyric acid copolymer (A) having a 3HB unit/3HH unit composition ratio of 92/8 to 100/0.
すなわち、本製造方法は、PHAとして、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)のみを含む水性懸濁液を使用する方法よりも、得られるPHA(例えば、PHA粉体)の粒径を大きくすることができる。 In other words, this manufacturing method can produce a larger particle size PHA (e.g., PHA powder) than a method using an aqueous suspension containing only the polyhydroxybutyric acid copolymer (A) as the PHA.
したがって、本製造方法によると、噴霧乾燥における熱風温度が低温であっても、粒径が大きいPHA(例えば、PHA粉体)を製造することができることが分かった。 Therefore, it was found that this manufacturing method can produce PHA (e.g., PHA powder) with large particle sizes even when the hot air temperature during spray drying is low.
本製造方法は、より低い熱風温度で、粒径が大きいPHA(例えば、PHA粉体)を製造することができることから、PHAの製造において有利に使用できる。また、本製造方法により得られたPHA粉体等は、農業、漁業、林業、園芸、医学、衛生品、衣料、非衣料、包装、自動車、建材、その他の分野に好適に利用することができる。This manufacturing method can be advantageously used in the production of PHA because it can produce PHA with large particle sizes (e.g., PHA powder) at lower hot air temperatures. Furthermore, the PHA powder obtained by this manufacturing method can be suitably used in agriculture, fisheries, forestry, horticulture, medicine, hygiene products, clothing, non-clothing, packaging, automobiles, building materials, and other fields.
Claims (12)
(b)前記工程(a)で調製した水性懸濁液を噴霧乾燥する工程、を含み、
前記水性懸濁液における前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)の含有量が、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)の含有量に対して、1~30重量部である、ポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。 (a) preparing an aqueous suspension containing a polyhydroxybutyrate copolymer (A) having a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units of 92/8 to 100/0 and a polyhydroxybutyrate copolymer (B) having a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units of 75/25 to 91/9, and having a pH of 7 or less; and (b) spray-drying the aqueous suspension prepared in the step (a),
The method for producing a polyhydroxyalkanoic acid, wherein the content of the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) in the aqueous suspension is 1 to 30 parts by weight relative to the content of the polyhydroxybutyric acid copolymer (A).
前記アルキレンオキサイド系分散剤が、ポリ(エチレンオキサイド)(PEO)のブロックと、ポリ(プロピレンオキサイド)(PPO)のブロックとから構成され、PEO-PPO-PEOの形態である、請求項3または4に記載のポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。 the dispersant is an alkylene oxide-based dispersant,
The method for producing a polyhydroxyalkanoic acid according to claim 3 or 4, wherein the alkylene oxide-based dispersant is composed of a poly(ethylene oxide) (PEO) block and a poly(propylene oxide) (PPO) block, and is in the form of PEO-PPO-PEO.
前記アルキレンオキサイド系分散剤は、PEO分子量が1500以上であり、かつ、PEO分子量/PPO分子量が0.5~5.0である、請求項3~5のいずれか1項に記載のポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。 the dispersant is an alkylene oxide-based dispersant,
The method for producing a polyhydroxyalkanoic acid according to any one of claims 3 to 5, wherein the alkylene oxide-based dispersant has a PEO molecular weight of 1500 or more and a PEO molecular weight/PPO molecular weight ratio of 0.5 to 5.0.
前記アルキレンオキサイド系分散剤が、下記の式(1)で示される化合物である、請求項3~6のいずれか1項に記載のポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
The method for producing a polyhydroxyalkanoic acid according to any one of claims 3 to 6, wherein the alkylene oxide dispersant is a compound represented by the following formula (1):
前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)の3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシヘキサノエート単位の組成比が80/20~91/9である、請求項1~8のいずれか1項に記載のポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。 the polyhydroxybutyric acid copolymer (A) has a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units of 92/8 to 99/1;
The method for producing a polyhydroxyalkanoic acid according to any one of claims 1 to 8, wherein the composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units in the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) is 80/20 to 91/9.
前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)の含有量は、前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(A)の含有量に対して、1~30重量部である、ポリヒドロキシアルカン酸粉体。 a polyhydroxybutyrate copolymer (A) having a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units of 92/8 to 100/0, a polyhydroxybutyrate copolymer (B) having a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units of 75/25 to 91/9, and a dispersant;
The polyhydroxyalkanoic acid powder, wherein the content of the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) is 1 to 30 parts by weight based on the content of the polyhydroxybutyric acid copolymer (A).
前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体(B)の3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシヘキサノエート単位の組成比が80/20~91/9である、請求項10または11に記載のポリヒドロキシアルカン酸粉体。 the polyhydroxybutyric acid copolymer (A) has a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units of 92/8 to 99/1;
12. The polyhydroxyalkanoic acid powder according to claim 10, wherein the polyhydroxybutyric acid copolymer (B) has a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/3-hydroxyhexanoate units of 80/20 to 91/9.
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