JP7821738B2 - Method for producing polyhydroxybutyric acid copolymer and its use - Google Patents
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Description
本発明は、ポリヒドロキシ酪酸共重合体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 polyhydroxybutyric acid copolymers and their use.
ポリヒドロキシ酪酸共重合体(以下、「PHB共重合体」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。 Polyhydroxybutyric acid copolymer (hereinafter sometimes referred to as "PHB copolymer") is known to be biodegradable.
微生物が生成するPHB共重合体は、微生物の菌体内に蓄積されるため、PHB共重合体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PHB共重合体を分離・精製する工程が必要となる。PHB共重合体を分離・精製する工程では、PHB共重合体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PHB共重合体を取り出す。このとき、例えば、遠心分離、ろ過、乾燥等の分離操作が行われる。乾燥としては、例えば、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。PHB copolymers produced by microorganisms accumulate within the microbial cells. Therefore, to use PHB copolymers as plastics, a process for separating and purifying the PHB copolymers from the microbial cells is required. In the process of separating and purifying the PHB copolymers, biologically derived components other than the PHB copolymer are solubilized, and then the PHB copolymer is extracted from the resulting aqueous suspension. This process involves separation procedures such as centrifugation, filtration, and drying. For drying, for example, a spray dryer, fluidized bed dryer, or drum dryer can be used. However, a spray dryer is preferred due to its ease of operation.
これまで、本発明者は、pH7.0以下の水性懸濁液中でのPHB共重合体の凝集を防止するために、水性懸濁液のpHを7.0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pH7.0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、本発明者は、3-ヒドロキシヘキサノエート(以下、「3HH」と称する場合がある。)単位の組成比が高いPHB共重合体を製造する技術として、前記PHB共重合体を含有する菌体を高圧破砕により破砕する工程を含む技術を開発している(特許文献2および3)。To date, the present inventors have developed a technique for preventing aggregation of PHB copolymers in aqueous suspensions at pH 7.0 or below by adding polyvinyl alcohol (PVA) as a dispersant before adjusting the pH of the aqueous suspension to 7.0 or below, and then spray-drying the resulting aqueous suspension at pH 7.0 or below (Patent Document 1). The present inventors have also developed a technique for producing PHB copolymers with a high composition ratio of 3-hydroxyhexanoate (hereinafter sometimes referred to as "3HH") units, which involves disrupting bacterial cells containing the PHB copolymer using high-pressure disruption (Patent Documents 2 and 3).
ポリヒドロキシ酪酸共重合体としては、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)(以下、「PHBH」と称する場合もある。)が知られている。 A known example of a polyhydroxybutyric acid copolymer is poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) (hereinafter sometimes referred to as "PHBH").
上記の技術は優れたものであるが、製造工程のハンドリング容易性の観点から、さらなる改善の余地がある。 While the above technology is excellent, there is room for further improvement in terms of ease of handling during the manufacturing process.
そこで、本発明の目的は、製造過程でのPHB共重合体粒子の凝集を抑制しつつ、嵩密度が高いPHB共重合体、とりわけ、嵩密度が高い、特定の3-ヒドロキシブチレート(以下、「3HB」と称する場合がある。)単位/3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比を有するPHB共重合体と、その製造方法を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a PHB copolymer having a high bulk density while suppressing aggregation of PHB copolymer particles during the manufacturing process, particularly a PHB copolymer having a high bulk density and a specific composition ratio of 3-hydroxybutyrate (hereinafter sometimes referred to as "3HB") units to hydroxyalkanoate units other than 3HB units, and a method for manufacturing the same.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比が高い、特定の3HB単位/3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比を有するポリヒドロキシ酪酸共重合体を含有する菌体を、特定の酵素で酵素処理する工程を含むことにより、製造過程でのPHB共重合体粒子の凝集を抑制しつつ、嵩密度が高いPHB共重合体が得られることを初めて見出し本発明を完成するに至った。As a result of extensive research to solve the above-mentioned problems, the inventors discovered for the first time that a PHB copolymer with a high bulk density can be obtained while suppressing aggregation of PHB copolymer particles during the production process by including a step of enzymatically treating, with a specific enzyme, bacterial cells containing a polyhydroxybutyric acid copolymer having a specific composition ratio of 3HB units/hydroxyalkanoate units other than 3HB units, in which the composition ratio of hydroxyalkanoate units other than 3HB units is high. This led to the completion of the present invention.
したがって、本発明の一態様は、PHB共重合体を製造する方法であって、前記PHB共重合体は、3HB単位/3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比が80/20~88/12(mol/mol)であり、(a)前記PHB共重合体を含有する菌体を含む培養液に、アルカリ性タンパク質分解酵素を添加して、前記菌体を酵素処理する工程、(b)前記工程(a)で得られた培養液にアルカリ水溶液を添加してpHを10.0~12.0に調整し、該調整前、該調整と同時、または該調整後のいずれかにおいて界面活性剤を添加する工程、(c)前記工程(b)で得られた水性懸濁液から、pHが7.0以下であり、かつ、せん断粘度が0.005Pa・s以上、0.5Pa・s以下の水性懸濁液を調製する工程、および(d)前記工程(c)で調製した水性懸濁液を噴霧乾燥する工程、を含む、PHB共重合体の製造方法である。Therefore, one aspect of the present invention is a method for producing a PHB copolymer, wherein the PHB copolymer has a composition ratio of 3HB units to hydroxyalkanoate units other than 3HB units of 80/20 to 88/12 (mol/mol), and the method includes: (a) adding an alkaline protease to a culture solution containing bacterial cells containing the PHB copolymer to enzymatically treat the bacterial cells; (b) adding an alkaline aqueous solution to the culture solution obtained in step (a) to adjust the pH to 10.0 to 12.0, and adding a surfactant either before, simultaneously with, or after the adjustment; (c) preparing an aqueous suspension from the aqueous suspension obtained in step (b), the aqueous suspension having a pH of 7.0 or less and a shear viscosity of 0.005 Pa·s or more and 0.5 Pa·s or less; and (d) spray-drying the aqueous suspension prepared in step (c).
また、本発明の一態様は、PHB共重合体と、ペプチドグリカンと、分散剤と、を含み、前記PHB共重合体は、3HB単位/3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比が80/20~88/12(mol/mol)であり、嵩密度が0.45g/mL以上であり、メジアン粒子径が80~200μmである、PHB共重合体粉体である。 Another aspect of the present invention is a PHB copolymer powder comprising a PHB copolymer, peptidoglycan, and a dispersant, wherein the PHB copolymer has a composition ratio of 3HB units to hydroxyalkanoate units other than 3HB units of 80/20 to 88/12 (mol/mol), a bulk density of 0.45 g/mL or more, and a median particle size of 80 to 200 μm.
さらに、本発明の一態様は、PHB共重合体と、窒素化合物と、を含み、前記PHB共重合体が、3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシブチレート単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比が80/20~88/12(mol/mol)であり、嵩密度が0.45g/mL以上であり、メジアン粒子径が80~200μmである、PHB共重合体粉体である。 Furthermore, one aspect of the present invention is a PHB copolymer powder comprising a PHB copolymer and a nitrogen compound, wherein the PHB copolymer has a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units/hydroxyalkanoate units other than 3-hydroxybutyrate units of 80/20 to 88/12 (mol/mol), a bulk density of 0.45 g/mL or more, and a median particle size of 80 to 200 μm.
本発明の一態様によれば、製造過程でのPHB共重合体粒子の凝集を抑制しつつ、嵩密度が高いPHB共重合体、とりわけ、嵩密度が高い、特定の3HB単位/3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比を有するPHB共重合体を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a PHB copolymer having a high bulk density while suppressing aggregation of PHB copolymer particles during the manufacturing process, particularly a PHB copolymer having a high bulk density and a specific composition ratio of 3HB units/hydroxyalkanoate units other than 3HB units.
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PHB共重合体の製造方法(以下、「本製造方法」と称する。)は、前記PHB共重合体が、3HB単位/3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比が80/20~88/12(mol/mol)であり、(a)前記PHB共重合体を含有する菌体を含む培養液に、アルカリ性タンパク質分解酵素を添加して、前記菌体を酵素処理する工程、(b)前記工程(a)で得られた培養液にアルカリ水溶液を添加してpHを10.0~12.0に調整し、該調整前、該調整と同時、または該調整後のいずれかにおいて界面活性剤を添加する工程、(c)前記工程(b)で得られた水性懸濁液から、pHが7.0以下であり、かつ、せん断粘度が0.005Pa・s以上、0.5Pa・s以下の水性懸濁液を調製する工程、および(d)前記工程(c)で調製した水性懸濁液を噴霧乾燥する工程、を含む、ことを特徴とする。
1. Overview of the present invention
A method for producing a PHB copolymer according to one embodiment of the present invention (hereinafter referred to as "this production method") is characterized in that the PHB copolymer has a composition ratio of 3HB units/hydroxyalkanoate units other than 3HB units of 80/20 to 88/12 (mol/mol), and includes the steps of: (a) adding an alkaline protease to a culture solution containing bacterial cells containing the PHB copolymer to enzymatically treat the bacterial cells; (b) adding an alkaline aqueous solution to the culture solution obtained in step (a) to adjust the pH to 10.0 to 12.0, and adding a surfactant either before, simultaneously with, or after the adjustment; (c) preparing an aqueous suspension from the aqueous suspension obtained in step (b), the aqueous suspension having a pH of 7.0 or less and a shear viscosity of 0.005 Pa s or more and 0.5 Pa s or less; and (d) spray-drying the aqueous suspension prepared in step (c).
本発明者は、従来の方法(特許文献1)では、高濃度のスラリー(PHB共重合体水性懸濁液)を使用するところ、特定の3HB単位/3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比のPHB共重合体粒子は凝集し、PHB共重合体水性懸濁液の粘度が高くなる結果、送液困難を生じ、噴霧乾燥が困難となる場合があるとの新規の課題を見出した。また、上記の問題を解決するために、PHB共重合体水性懸濁液の濃度を下げると、噴霧乾燥に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く、かつ、得られる粉体の嵩密度が低く、粉体輸送性が悪くなるという別の問題が生じることもわかった。The inventors discovered a new problem in that, in the conventional method (Patent Document 1), a high-concentration slurry (PHB copolymer aqueous suspension) is used, but PHB copolymer particles with a specific composition ratio of 3HB units to hydroxyalkanoate units other than 3HB units aggregate, resulting in an increase in the viscosity of the PHB copolymer aqueous suspension, making it difficult to transport and potentially complicating spray drying. Furthermore, they found that reducing the concentration of the PHB copolymer aqueous suspension to solve this problem requires more energy for spray drying, which is undesirable in terms of energy efficiency, and also creates other problems, such as a low bulk density of the resulting powder and poor powder transportability.
一方、特許文献2および3に記載の方法では、菌体を高圧破砕により物理的に破砕するため、スケールアップ時に工程が複雑になるという問題がある。さらに、特許文献3に記載の方法では、製造工程自体が長いという問題もある。On the other hand, the methods described in Patent Documents 2 and 3 involve physically disrupting the bacterial cells using high pressure, which can complicate the process when scaled up. Furthermore, the method described in Patent Document 3 also has the problem of requiring a long manufacturing process.
そこで、本発明者は、上記問題を解決するべく鋭意検討を行った結果、特定の3HB単位/3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比を有するPHB共重合体を含有する菌体を、特定の酵素で酵素処理する工程を含むことにより、噴霧乾燥を行う場合であっても製造過程でのPHB共重合体粒子の凝集を抑制しつつ、嵩密度が高いPHB共重合体が得られることを初めて見出した。これは、上記工程により、PHB共重合体水性懸濁液が菌体由来のペプチドグリカンを含むことになり、PHB共重合体粒子同士の凝集が回避できるようになった結果であると、本発明者は推測している。Therefore, the present inventors conducted extensive research to solve the above problems and discovered for the first time that by including a step of enzymatically treating, with a specific enzyme, bacterial cells containing a PHB copolymer having a specific 3HB unit/hydroxyalkanoate unit composition ratio, it is possible to obtain a PHB copolymer with high bulk density while suppressing aggregation of PHB copolymer particles during the production process, even when spray-drying is performed. The present inventors speculate that this is because the above step causes the aqueous PHB copolymer suspension to contain peptidoglycan derived from bacterial cells, thereby preventing aggregation of PHB copolymer particles.
また、本発明者は、上記で得られたPHB共重合体(PHB共重合体粉体(中間体))について、純度を高める観点からさらに検討を進めた結果、PHB共重合体(PHB共重合体粉体(中間体))を特定の酵素で洗浄することで、嵩比重が高い状態で、純度の高いPHB共重合体が得られることを初めて見出した(ここで、純度が高いとは、不純物である窒素化合物が少ないことを示す。)。 Furthermore, the present inventors further investigated the PHB copolymer (PHB copolymer powder (intermediate)) obtained above from the perspective of increasing its purity, and as a result discovered for the first time that by washing the PHB copolymer (PHB copolymer powder (intermediate)) with a specific enzyme, a highly pure PHB copolymer can be obtained in a state of high bulk density (here, "high purity" means that the amount of nitrogen compounds, which are impurities, is low).
したがって、本製造方法によれば、嵩密度が高い、特定の3HB単位/3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比を有するPHB共重合体(例えば、PHB共重合体粉体)を得ることができる。また、本製造方法によれば、不純物である窒素化合物が少なく、嵩密度が高い、特定の3HB単位/3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比を有するPHB共重合体(例えば、PHB共重合体粉体)を得ることができる。さらに、本製造方法によれば、物理的破砕(例えば、高圧破砕)工程を用いることなく上記PHB共重合体を得ることができ、スケールアップの観点からも有利である。Therefore, this production method can produce a PHB copolymer (e.g., PHB copolymer powder) having a high bulk density and a specific composition ratio of 3HB units to hydroxyalkanoate units other than 3HB units. This production method can also produce a PHB copolymer (e.g., PHB copolymer powder) having a high bulk density and a specific composition ratio of 3HB units to hydroxyalkanoate units other than 3HB units, with low levels of nitrogen compounds as impurities. Furthermore, this production method can produce the PHB copolymer without using a physical crushing step (e.g., high-pressure crushing), which is advantageous from the perspective of scale-up.
また、上述したような構成によれば、プラスチックゴミの発生量を低減でき、これにより、例えば、目標12「持続可能な消費生産形態を確保する」や目標14「持続可能な開発のために、海・海洋資源を保全し、持続可能な形で利用する」等の持続可能な開発目標(SDGs)の達成に貢献できる。以下、本製造方法の構成について詳説する。 Furthermore, the above-mentioned configuration can reduce the amount of plastic waste generated, thereby contributing to the achievement of Sustainable Development Goals (SDGs), such as Goal 12 "Ensure sustainable consumption and production patterns" and Goal 14 "Conserve and sustainably use the oceans and marine resources for sustainable development." The configuration of this manufacturing method is described in detail below.
〔2.PHB共重合体の製造方法〕
本製造方法は、下記の工程(a)~工程(d)を必須の工程として含む方法である。また、本製造方法におけるPHB共重合体は、3HB単位/3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比が80/20~88/12(mol/mol)である。
・工程(a):PHB共重合体を含有する菌体を含む培養液に、アルカリ性タンパク質分解酵素を添加して、前記菌体を酵素処理する工程
・工程(b):前記工程(a)で得られた培養液にアルカリ水溶液を添加してpHを10.0~12.0に調整し、該調整前、該調整と同時、または該調整後のいずれかにおいて界面活性剤を添加する工程
・工程(c):前記工程(b)で得られた水性懸濁液から、pHが7.0以下であり、かつ、せん断粘度が0.005Pa・s以上、0.5Pa・s以下の水性懸濁液を調製する工程
・工程(d):前記工程(c)で調製した水性懸濁液を噴霧乾燥する工程
本製造方法における工程(c)では、工程(b)で得られた水性懸濁液から、pHが7.0以下であり、かつ、せん断粘度が0.005Pa・s以上、0.5Pa・s以下の水性懸濁液を調製する。当該水性懸濁液において、PHB共重合体は水性媒体中に分散した状態で存在している。本明細書では、少なくともPHB共重合体を含む水性懸濁液を、「PHB共重合体水性懸濁液」と略して表記する場合がある。
2. Method for producing PHB copolymer
This production method includes the following steps (a) to (d) as essential steps: The PHB copolymer in this production method has a composition ratio of 3HB units to hydroxyalkanoate units other than 3HB units of 80/20 to 88/12 (mol/mol).
Step (a): adding an alkaline protease to a culture solution containing bacterial cells containing a PHB copolymer to enzymatically treat the bacterial cells; Step (b): adding an alkaline aqueous solution to the culture solution obtained in step (a) to adjust the pH to 10.0 to 12.0, and adding a surfactant either before, simultaneously with, or after the adjustment; Step (c): preparing an aqueous suspension from the aqueous suspension obtained in step (b), the aqueous suspension having a pH of 7.0 or less and a shear viscosity of 0.005 Pa s or more and 0.5 Pa s or less; Step (d): spray-drying the aqueous suspension prepared in step (c). In step (c) of this production method, an aqueous suspension having a pH of 7.0 or less and a shear viscosity of 0.005 Pa s or more and 0.5 Pa s or less is prepared from the aqueous suspension obtained in step (b). In this aqueous suspension, the PHB copolymer is present in a dispersed state in the aqueous medium. In this specification, an aqueous suspension containing at least a PHB copolymer may be abbreviated as "PHB copolymer aqueous suspension."
<工程(a)>
工程(a)は、PHB共重合体を含有する菌体を含む培養液に、アルカリ性タンパク質分解酵素を添加して、前記菌体を酵素処理する工程である。
<Step (a)>
Step (a) is a step of adding an alkaline protease to a culture solution containing bacterial cells containing a PHB copolymer to enzymatically treat the bacterial cells.
(PHB共重合体)
本製造方法におけるPHB共重合体は、3HBと3HB以外のヒドロキシアルカノエートとの共重合体である。
(PHB copolymer)
The PHB copolymer in this production method is a copolymer of 3HB and a hydroxyalkanoate other than 3HB.
3HB以外のヒドロキシアルカノエートとしては、例えば、3-ヒドロキシヘキサノエート)(3HH)、3-ヒドロキシバリレート(3HV)、4-ヒドロキシブチレート(4HB)、3-ヒドロキシオクタノエート(3HO)、3-ヒドロキシオクタデカノエート(3HOD)、3-ヒドロキシデカノエート(3HD)等が挙げられる。 Examples of hydroxyalkanoates other than 3HB include 3-hydroxyhexanoate (3HH), 3-hydroxyvalerate (3HV), 4-hydroxybutyrate (4HB), 3-hydroxyoctanoate (3HO), 3-hydroxyoctadecanoate (3HOD), and 3-hydroxydecanoate (3HD).
PHB共重合体として、例えば、PHBHを好ましく例示し得るが、これに限定されない。以下では、説明の便宜上、主として、PHBHを代表例として説明する。 A preferred example of a PHB copolymer is PHBH, but this is not limiting. For ease of explanation, the following description will primarily focus on PHBH as a representative example.
PHBHは、3HBと3HHとの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、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。 By changing the composition ratio of the repeating units of 3HB and 3HH, the melting point and degree of crystallinity of PHBH can be changed, and as a result, physical properties such as Young's modulus and heat resistance can be changed, making it possible to give it physical properties between those of polypropylene and polyethylene.
本製造方法におけるPHB共重合体は、3HB単位/3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比が80/20~88/12(mol/mol)であり、81/19~87/13(mo1/mo1)であることが好ましく、82/18~86/14(mo1/mo1)であることがより好ましい。3HB単位/3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比が、88/12(mol/mol)以下であると、十分な硬度が得られ、80/20(mol/mol)以上であると、十分な柔軟性が得られる。 The PHB copolymer produced by this manufacturing method has a composition ratio of 3HB units to hydroxyalkanoate units other than 3HB units of 80/20 to 88/12 (mol/mol), preferably 81/19 to 87/13 (mol/mol), and more preferably 82/18 to 86/14 (mol/mol). When the composition ratio of 3HB units to hydroxyalkanoate units other than 3HB units is 88/12 (mol/mol) or less, sufficient hardness is obtained, and when it is 80/20 (mol/mol) or more, sufficient flexibility is obtained.
本発明の一実施形態において、PHB共重合体の重量平均分子量(以下、「Mw」と称する場合がある。)は、特に限定されないが、15万~80万が好ましく、20万~70万がより好ましく、25万~60万がさらに好ましい。重量平均分子量が15万以上であると、十分な機械物性等が得られ、80万以下であると、十分な結晶化速度が得られ、良好な成形加工性が達成される。P3HB系樹脂の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)(昭和電工製「Shodex GPC-101」)によって、カラムにポリスチレンゲル(昭和電工製「Shodex K-804」)を用い、クロロホルムを移動相とし、ポリスチレン換算した場合の分子量として求めることができる。In one embodiment of the present invention, the weight-average molecular weight (hereinafter sometimes referred to as "Mw") of the PHB copolymer is not particularly limited, but is preferably 150,000 to 800,000, more preferably 200,000 to 700,000, and even more preferably 250,000 to 600,000. A weight-average molecular weight of 150,000 or more provides sufficient mechanical properties, while a weight-average molecular weight of 800,000 or less provides a sufficient crystallization rate and achieves good moldability. The weight-average molecular weight of the P3HB resin can be determined as the polystyrene-equivalent molecular weight by gel permeation chromatography (GPC) (Shodex GPC-101 manufactured by Showa Denko) using a polystyrene gel (Shodex K-804 manufactured by Showa Denko) as the column and chloroform as the mobile phase.
(菌体)
工程(a)で用いられる菌体は、細胞内にPHB共重合体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および菌株の寄託機関(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および形質転換体等を使用できる。例えば、PHB共重合体の一例であるP3HBを生成する菌体としては、1925年に発見されたBacillus megateriumが最初で、他にもカプリアビダス・ネカトール(Cupriavidus necator)(旧分類:アルカリゲネス・ユートロファス(Alcaligenes eutrophus)、ラルストニア・ユートロフア(Ralstonia eutropha))、アルカリゲネス・ラタス(Alcaligenes latus)等の天然微生物が挙げられる。これらの微生物ではPHB共重合体が菌体内に蓄積されることが知られている。
(fungal body)
The bacterial cells used in step (a) are not particularly limited as long as they are microorganisms capable of producing PHB copolymers intracellularly. For example, microorganisms isolated from nature and deposited in a depository institution for strains (e.g., IFO, ATCC, etc.), or mutants and transformants prepared from them, can be used. For example, the first bacterial cell to produce P3HB, an example of a PHB copolymer, was Bacillus megaterium, discovered in 1925. Other examples include naturally occurring microorganisms such as Cupriavidus necator (formerly classified as Alcaligenes eutrophus and Ralstonia eutropha) and Alcaligenes latus. It is known that PHB copolymers accumulate intracellularly in these microorganisms.
また、PHB共重合体の一例である、ヒドロキシブチレートとその他のヒドロキシアルカノエートとの共重合体を生成する菌体としては、P3HB3HVおよびP3HB3HH生産菌であるアエロモナス・キヤビエ(Aeromonas caviae)、P3HB4HB生産菌であるアルカリゲネス・ユートロファス(Alcaligenes eutrophus)等が挙げられる。特に、P3HB3HHに関し、P3HB3HHの生産性を上げるために、PHB共重合体合成酵素群の遺伝子を導入したアルカリゲネス・ユートロファス AC32株(Alcaligenes eutrophus AC32, FERM BP-6038)(T.Fukui,Y.Doi,J.Bateriol.,179,p4821-4830(1997))等がより好ましい。また、菌体は、上記以外にも、生産したいPHB共重合体に合わせて、各種PHB共重合体合成関連遺伝子を導入した遺伝子組換え微生物であっても良い。 Fungi that produce copolymers of hydroxybutyrate and other hydroxyalkanoates, which are an example of PHB copolymers, include Aeromonas caviae, which produces P3HB3HV and P3HB3HH, and Alcaligenes eutrophus, which produces P3HB4HB. In particular, with regard to P3HB3HH, Alcaligenes eutrophus AC32 (FERM BP-6038) (T. Fukui, Y. Doi, J. Bateriol., 179, pp. 4821-4830 (1997)), into which genes encoding PHB copolymer synthases have been introduced, is more preferred. In addition to the above, the bacterial cells may be genetically modified microorganisms into which various PHB copolymer synthesis-related genes have been introduced according to the PHB copolymer to be produced.
また、PHB共重合体は、例えば、国際公開第2010/013483号公報に記載された方法によっても製造され得る。 PHB copolymers can also be produced, for example, by the method described in International Publication No. 2010/013483.
(アルカリ性タンパク質分解酵素)
本明細書において、「アルカリ性タンパク質分解酵素」とは、アルカリ環境下(例えばpH8.5の溶液中)でタンパク質を分解する活性を有するタンパク質分解酵素を意図する。
(alkaline protease)
As used herein, the term "alkaline protease" refers to a protease that has the activity of decomposing proteins in an alkaline environment (for example, in a solution of pH 8.5).
本発明の一実施形態において、アルカリ性タンパク質分解酵素は、アルカリ環境下でタンパク質を分解する活性を有する限り特に限定されず、例えば、セリン特異的タンパク質分解酵素(例えば、サブチリシン、キモトリプシン)、システイン特異的タンパク質分解酵素(例えば、パパイン、ブロメライン)等が挙げられる。汎用性・経済性の観点から、セリン特異的タンパク質分解酵素、とりわけ、サブチリシンを含むアルカラーゼが好ましい。これらの1種類を単独で使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。In one embodiment of the present invention, the alkaline protease is not particularly limited as long as it has the activity to degrade proteins in an alkaline environment, and examples include serine-specific proteases (e.g., subtilisin, chymotrypsin), cysteine-specific proteases (e.g., papain, bromelain), etc. From the standpoint of versatility and economy, serine-specific proteases, particularly alcalase, which includes subtilisin, are preferred. These may be used alone or in combination of two or more.
アルカリ性タンパク質分解酵素としては、市販品を用いることもでき、例えば、Novozyme社製「アルカラーゼ」および「エスペラーゼ」;天野エンザイム株式会社社製「プロチンSD-AY10」および「プロテアーゼP「アマノ」3SD」;ダニスコジャパン株式会社製「マルチフェクトPR6L」および「オプチマーゼPR89L」;新日本化学工業株式会社製「スミチームMP」;ディー・エス・エムジャパン株式会社製「デルボラーゼ」;ナガセケムテックス株式会社製「ビオプラーゼOP」、「ビオプラーゼSP-20FG」および「ビオプラーゼSP-4FG」;HBI株式会社製「オリエンターゼ22BF」;ヤクルト薬品工業株式会社製「アロアーゼXA-10」等が挙げられる。 Commercially available alkaline protease enzymes can be used, such as "Alcalase" and "Esperase" manufactured by Novozyme; "Protin SD-AY10" and "Protease P 'Amano' 3SD" manufactured by Amano Enzyme Inc.; "Multifect PR6L" and "Optimase PR89L" manufactured by Danisco Japan Co., Ltd.; "Sumiteam MP" manufactured by Shin-Nihon Chemical Industry Co., Ltd.; "Delvolase" manufactured by DSM Japan Co., Ltd.; "Bioprase OP," "Bioprase SP-20FG," and "Bioprase SP-4FG" manufactured by Nagase ChemteX Corporation; "Orientase 22BF" manufactured by HBI Corporation; and "Aroase XA-10" manufactured by Yakult Pharmaceutical Co., Ltd.
工程(a)において、アルカリ性タンパク質分解酵素による菌体の酵素処理を行う際には、使用するアルカリ性タンパク質分解酵素の至適pHおよび至適温度に合わせて前記培養液のpHおよび温度を調整することが好ましい。また、工程(a)におけるpHは、工程(b)でアルカリ水溶液の添加により調整されるpHよりも低いpHであることが好ましい。前記培養液のpHおよび温度の調整方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。When enzymatically treating the bacterial cells with an alkaline protease in step (a), it is preferable to adjust the pH and temperature of the culture solution to match the optimal pH and temperature of the alkaline protease used. Furthermore, it is preferable that the pH in step (a) be lower than the pH adjusted by adding an alkaline aqueous solution in step (b). There are no particular limitations on the method for adjusting the pH and temperature of the culture solution, and known methods can be used.
本発明の一実施形態において、アルカリ性タンパク質分解酵素の至適pHは、当該アルカリ性タンパク質分解酵素がアルカリ環境下で活性を有する限り特に限定されないが、例えば8.0~12.0であり、好ましくは8.0~11.0であり、より好ましくは8.0~10.0であり、さらに好ましくは8.0~9.0であり、最も好ましくは8.5である。In one embodiment of the present invention, the optimal pH of the alkaline protease is not particularly limited as long as the alkaline protease is active in an alkaline environment, but is, for example, 8.0 to 12.0, preferably 8.0 to 11.0, more preferably 8.0 to 10.0, even more preferably 8.0 to 9.0, and most preferably 8.5.
本発明の一実施形態において、アルカリ性タンパク質分解酵素の至適温度は、特に限定されないが、過度の加温を必要とせず、PHB共重合体の熱変化(熱分解)を防ぐことができるとの観点から、70℃以下が好ましく、60℃以下がさらに好ましい。至適温度の下限は、特に限定されないが、過度の冷却操作が必要なく、経済的であるとの観点から、室温(例えば、25℃)以上であることが好ましい。In one embodiment of the present invention, the optimum temperature for the alkaline protease is not particularly limited, but is preferably 70°C or lower, and more preferably 60°C or lower, from the viewpoint of not requiring excessive heating and being able to prevent thermal changes (thermal decomposition) of the PHB copolymer. The lower limit of the optimum temperature is not particularly limited, but is preferably room temperature (e.g., 25°C) or higher, from the viewpoint of not requiring excessive cooling and being economical.
本発明の一実施形態において、アルカリ性タンパク質分解酵素の添加量は、特に限定されないが、例えば、0.05~1.0phrであり、0.1~0.5phrが好ましく、0.15~0.3phrがより好ましい。アルカリ性タンパク質分解酵素の添加量が、上記の範囲であれば、適度に菌体を分解することができる。In one embodiment of the present invention, the amount of alkaline protease added is not particularly limited, but is, for example, 0.05 to 1.0 phr, preferably 0.1 to 0.5 phr, and more preferably 0.15 to 0.3 phr. If the amount of alkaline protease added is within the above range, it can adequately decompose the bacterial cells.
工程(a)は、アルカリ性タンパク質分解酵素と同時に、溶菌酵素を実質的に添加しないことが好ましい。本明細書において、「溶菌酵素」とは、菌体の細胞壁(例えば、ペプチドグリカン)を分解する(溶菌する)活性を有する酵素を意図する。また、本明細書において、「溶菌酵素を実質的に添加しない」とは、溶菌酵素を0.0005phr以下で添加することを意図し、0phrであってもよい。溶菌酵素としては、上記の定義の範囲に含まれるものであれば特に限定されないが、例えば、リゾチーム、ラビアー、β-N-アセチルグルコサミニダーゼ、エンドリシン、オートリシン等が挙げられる。工程(a)において、溶菌酵素を実質的に添加しないことにより、PHB共重合体水性懸濁液中にペプチドグリカンが残存することとなり、本発明の効果を奏することができる。In step (a), it is preferable to add substantially no lytic enzyme simultaneously with the alkaline protease. As used herein, "lytic enzyme" refers to an enzyme that has the activity of degrading (lysing) bacterial cell walls (e.g., peptidoglycan). Furthermore, as used herein, "substantially no lytic enzyme is added" refers to adding lytic enzymes at 0.0005 phr or less, which may be 0 phr. The lytic enzyme is not particularly limited as long as it falls within the above definition, but examples include lysozyme, rabia, β-N-acetylglucosaminidase, endolysin, and autolysin. By not substantially adding a lytic enzyme in step (a), peptidoglycan remains in the PHB copolymer aqueous suspension, thereby achieving the effects of the present invention.
工程(a)において、PHB共重合体を含有する菌体は、不活化されていることが好ましい。不活化の方法は特に限定されないが、例えば、実施例に記載するように、PHB共重合体を含有する菌体を含む培養液を、60~70℃で7時間、加熱および攪拌処理する方法が挙げられる。加熱および攪拌処理後の培養液は、さらに、工程(a)に適した温度まで、冷却されることが好ましい。In step (a), the PHB copolymer-containing bacterial cells are preferably inactivated. The inactivation method is not particularly limited, but an example is a method in which a culture solution containing the PHB copolymer-containing bacterial cells is heated and stirred at 60-70°C for 7 hours, as described in the Examples. After heating and stirring, the culture solution is preferably further cooled to a temperature suitable for step (a).
<工程(b)>
工程(b)は、前記工程(a)で得られた培養液にアルカリ水溶液を添加してpHを10.0~12.0に調整し、該調整前、該調整と同時、または該調整後のいずれかにおいて界面活性剤を添加する工程である。
<Step (b)>
Step (b) is a step of adding an alkaline aqueous solution to the culture solution obtained in step (a) to adjust the pH to 10.0 to 12.0, and adding a surfactant either before, simultaneously with, or after the adjustment.
工程(b)は、下記の工程(b1)および工程(b2)を含む。
・工程(b1):前記工程(a)で得られた培養液にアルカリ水溶液を添加してpHを10.0~12.0に調整する工程
・工程(b2):界面活性剤を添加する工程
(工程(b1))
工程(b1)は、上述の通り、前記工程(a)で得られた培養液にアルカリ水溶液を添加してpHを10.0~12.0に調整する工程である。当該工程によれば、菌体由来の不純物(核酸、タンパク質等)を分散および溶解することで、高純度のPHB共重合体を菌体から分離することができる。
Step (b) includes the following steps (b1) and (b2).
Step (b1): Adding an alkaline aqueous solution to the culture solution obtained in step (a) to adjust the pH to 10.0 to 12.0. Step (b2): Adding a surfactant (step (b1)).
As described above, step (b1) is a step of adding an alkaline aqueous solution to the culture solution obtained in step (a) to adjust the pH to 10.0 to 12.0. This step disperses and dissolves bacterial cell-derived impurities (nucleic acids, proteins, etc.), thereby enabling separation of a highly pure PHB copolymer from the bacterial cells.
本発明の一実施形態において、アルカリ水溶液は、塩基性化合物を含む水溶液である。アルカリ水溶液に含まれる塩基性化合物としては、特に限定されないが、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物;炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の金属炭酸塩;リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸水素カリウム等の金属リン酸塩または金属リン酸水素塩等が挙げられる。In one embodiment of the present invention, the alkaline aqueous solution is an aqueous solution containing a basic compound. Examples of basic compounds contained in the alkaline aqueous solution include, but are not limited to, alkali metal or alkaline earth metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide; metal carbonates such as sodium carbonate and potassium carbonate; and metal phosphates or metal hydrogen phosphates such as sodium phosphate, potassium phosphate, sodium hydrogen phosphate, and potassium hydrogen phosphate.
本発明の一実施形態において、アルカリ水溶液に含まれる塩基性化合物は、アルカリ金属水酸化物またはアルカリ土類金属水酸化物が好ましく、水酸化ナトリウムがより好ましい。塩基性化合物は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。In one embodiment of the present invention, the basic compound contained in the alkaline aqueous solution is preferably an alkali metal hydroxide or an alkaline earth metal hydroxide, and more preferably sodium hydroxide. One basic compound may be used alone, or two or more basic compounds may be used in combination.
工程(b1)において、アルカリ水溶液を添加することにより、pHを10.0~12.0に調整することが好ましく、pHを10.2~11.8に調整することがより好ましく、10.4~11.6に調整することがさらに好ましい。pHを10.0以上に調整することで、菌体成分の分解および溶解ができるという利点を有する。また、pHを12.0以下に調整することで、意図しない菌体の損傷を防ぐことができる。In step (b1), the pH is preferably adjusted to 10.0 to 12.0 by adding an alkaline aqueous solution, more preferably to 10.2 to 11.8, and even more preferably to 10.4 to 11.6. Adjusting the pH to 10.0 or higher has the advantage of enabling the decomposition and dissolution of bacterial components. Furthermore, adjusting the pH to 12.0 or lower can prevent unintended damage to the bacterial cells.
工程(b1)における温度は、100℃未満であることが好ましく、80℃未満であることがより好ましい。下限は特に限定されないが、例えば、40℃以上であることが好ましい。The temperature in step (b1) is preferably less than 100°C, and more preferably less than 80°C. There is no particular lower limit, but it is preferably, for example, 40°C or higher.
(工程(b2))
工程(b2)は、前記工程(a)で得られた培養液に界面活性剤を添加する工程である。当該工程によれば、特に細胞膜を効率的に処理することができ、前記菌体由来の不純物をより多く除去できるため、より高純度のPHB共重合体を菌体から分離することができる。
(Step (b2))
Step (b2) is a step of adding a surfactant to the culture solution obtained in step (a). This step can efficiently treat cell membranes in particular and remove a larger amount of impurities derived from the bacterial cells, allowing a more highly pure PHB copolymer to be separated from the bacterial cells.
本発明の一実施形態において、界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤等が挙げられる。このうち、細胞膜の除去能力が高いとの観点から、陰イオン界面活性が好ましい。これらの1種類を単独で使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。In one embodiment of the present invention, the surfactant is not particularly limited, but examples include anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, and nonionic surfactants. Of these, anionic surfactants are preferred from the standpoint of their high ability to remove cell membranes. These surfactants may be used alone or in combination of two or more.
陰イオン界面活性剤としては、例えば、アルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルケニル硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸エステル塩、アルケニルエーテル硫酸エステル塩、α-オレフィンスルホン酸塩、α-スルホ脂肪酸塩、α-スルホ脂肪酸塩のエステル、アルキルエーテルカルボン酸塩、アルケニルエーテルカルボン酸塩、アミノ酸型界面活性剤、N-アシルアミノ酸型界面活性剤等が挙げられる。この中でも、アルキル硫酸エステル塩が好ましく、細胞膜の除去能力が高く、安価であるとの観点から、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)が特に好ましい。これらの1種類を単独で使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。 Examples of anionic surfactants include alkyl sulfates, alkylbenzene sulfonates, alkyl sulfate ester salts, alkenyl sulfate ester salts, alkyl ether sulfate ester salts, alkenyl ether sulfate ester salts, α-olefin sulfonates, α-sulfofatty acid salts, esters of α-sulfofatty acid salts, alkyl ether carboxylates, alkenyl ether carboxylates, amino acid surfactants, and N-acylamino acid surfactants. Among these, alkyl sulfate ester salts are preferred, and sodium dodecyl sulfate (SDS) is particularly preferred due to its high cell membrane removal ability and low cost. These surfactants may be used alone or in combination of two or more.
工程(b2)において、添加する界面活性剤の量は特に限定されず、前記培養液に対して、例えば、0.1~5.0重量%であり、0.3~2.5重量%が好ましい。 In step (b2), the amount of surfactant added is not particularly limited and is, for example, 0.1 to 5.0% by weight, preferably 0.3 to 2.5% by weight, relative to the culture medium.
工程(b2)は、工程(b1)の前に行ってもよいし、同時に行ってもよいし、後に行ってもよい。好ましくは、工程(b2)は、工程(b1)の後に行われる。Step (b2) may be performed before, simultaneously with, or after step (b1). Preferably, step (b2) is performed after step (b1).
<工程(b’)>
本発明の一実施形態において、本製造方法は、工程(b’)をさらに含み得る。
<Step (b')>
In one embodiment of the present invention, the production method may further comprise step (b').
工程(b’)は、前記工程(b)において得られた培養液を遠心分離し、上清を除去して、PHB共重合体が濃縮されたPHB共重合体水性懸濁液を得る工程である。すなわち、菌体から分離したPHB共重合体から不純物を除去し、濃縮および精製する工程である。Step (b') is a step of centrifuging the culture medium obtained in step (b) and removing the supernatant to obtain an aqueous suspension of concentrated PHB copolymer. In other words, this is a step of removing impurities from the PHB copolymer separated from the bacterial cells, concentrating, and purifying the PHB copolymer.
工程(b’)において、前記培養液を遠心分離する方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。In step (b'), the method for centrifuging the culture medium is not particularly limited, and any known method can be used.
工程(b’)において、前記培養液を遠心分離し、上清を除去した後、沈降物に溶液を添加し、再度遠心分離および上清を除去する工程を繰り返し行うことが好ましい。この操作により、より濃縮および精製されたPHB共重合体水性懸濁液を得ることができる。ここで、上清を除去した後に添加する溶液は、前記培養液と同じpHに調整されたアルカリ水溶液であることが好ましい。In step (b'), it is preferable to centrifuge the culture medium, remove the supernatant, add a solution to the precipitate, and then repeat the steps of centrifuging again and removing the supernatant. This procedure allows for the production of a more concentrated and purified PHB copolymer aqueous suspension. Here, it is preferable that the solution added after removing the supernatant is an alkaline aqueous solution adjusted to the same pH as the culture medium.
工程(b’)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PHB共重合体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、PHB共重合体水性懸濁液中のタンパク質量が挙げられる。PHB共重合体水性懸濁液中のタンパク質量は、後述するPHB共重合体粉体の残タンパク質量を達成できる量であれば、特に限定されない。当該タンパク質量は、好ましくは、PHB共重合体水性懸濁液中のPHB共重合体重量当たり10000ppm以下、より好ましくは、5000ppm以下、さらに好ましくは、3000ppm以下である。Since the amount of impurities remaining in the final product is largely determined by step (b'), 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, when a highly pure PHB copolymer is required, such as for medical applications, it is preferable to reduce the amount of impurities as much as possible. An example of an indicator of the degree of purity is the amount of protein in the aqueous PHB copolymer suspension. The amount of protein in the aqueous PHB copolymer suspension is not particularly limited, as long as it achieves the residual protein amount in the PHB copolymer powder described below. The amount of protein is preferably 10,000 ppm or less, more preferably 5,000 ppm or less, and even more preferably 3,000 ppm or less, per weight of PHB copolymer in the aqueous PHB copolymer suspension.
工程(b’)において、PHB共重合体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、特に限定されず、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、有機溶媒の濃度は、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、有機溶媒は特に限定されないが、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。In step (b'), the solvent ("solvent" is also referred to as "aqueous medium") constituting the PHB copolymer aqueous suspension is not particularly limited and may be water or a mixed solvent of water and an organic solvent. Furthermore, in the mixed solvent, the concentration of the organic solvent is not particularly limited as long as it is equal to or lower than the solubility of the organic solvent used in water. Furthermore, the organic solvent is not particularly limited, and examples thereof 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.
PHB共重合体水性懸濁液を構成する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 water content in the aqueous medium constituting the PHB copolymer aqueous suspension 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.
なお、工程(b’)におけるPHB共重合体水性懸濁液体は、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 aqueous suspension of PHB copolymer in step (b') may contain other solvents, components derived from bacterial cells, compounds generated during purification, etc., as long as this does not impair the essence of the present invention.
<工程(c)>
本製造方法における工程(c)では、工程(b)で得られた水性懸濁液から、pHが7.0以下であり、かつ、せん断粘度が0.005Pa・s以上、0.5Pa・s以下の水性懸濁液を調製する。
<Step (c)>
In step (c) of this production method, an aqueous suspension having a pH of 7.0 or less and a shear viscosity of 0.005 Pa·s or more and 0.5 Pa·s or less is prepared from the aqueous suspension obtained in step (b).
本製造方法の工程(c)に付される前のPHB共重合体水性懸濁液は、通常、工程(b)を経ることにより、7.0を超えるpHを有する。そこで、本製造方法の工程(c)により、上記PHB共重合体水性懸濁液のpHを7.0以下に調整する。その調整方法は、特に限定されず、例えば、酸を添加する方法等が挙げられる。酸は、特に限定されず、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。Before being subjected to step (c) of the present production method, the PHB copolymer aqueous suspension typically has a pH greater than 7.0 due to step (b). Therefore, in step (c) of the present production method, the pH of the PHB copolymer aqueous suspension is adjusted to 7.0 or less. The adjustment method is not particularly limited, and examples include adding an acid. The acid is not particularly limited, and may be either an organic acid or an inorganic acid, regardless of whether it is volatile. More specifically, examples of acids that can be used include sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, and acetic acid.
上記調整工程において調整するPHB共重合体水性懸濁液のpHの上限については、PHB共重合体を加熱溶融した時の着色を低減する観点、ならびに、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、7.0以下であり、好ましくは、5.0以下であり、より好ましくは、4.0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、2.0以上であり、さらに好ましくは、3.0以上である。PHB共重合体水性懸濁液のpHを7.0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PHB共重合体が得られる。The upper limit of the pH of the PHB copolymer aqueous suspension adjusted in the above adjustment step is 7.0 or less, preferably 5.0 or less, and more preferably 4.0 or less, from the viewpoint of reducing discoloration when the PHB copolymer 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 2.0 or more, and even more preferably 3.0 or more, from the viewpoint of acid resistance of the container. By adjusting the pH of the PHB copolymer aqueous suspension to 7.0 or less, discoloration during heating and melting is reduced, and a PHB copolymer with suppressed molecular weight reduction during heating and/or drying is obtained.
本製造方法の工程(c)により調整される水性懸濁液におけるPHB共重合体の濃度は、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。PHB共重合体濃度が30重量%以上であることにより、乾燥ユーティリティーの面から経済的に有利であり、生産性が向上し、次工程(d)で得られる粉体嵩密度が高くなり、その結果、輸送性が向上する。また、PHB共重合体の濃度の上限は、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。PHB共重合体の濃度を調整する方法は、特に限定されず、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。PHB共重合体の濃度の調整は、工程(c)の段階で実施してもよいし、工程(b)の段階で実施してもよい。The concentration of the PHB copolymer in the aqueous suspension prepared in step (c) 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. A PHB copolymer concentration of 30% by weight or more is economically advantageous in terms of drying utility, improves productivity, and increases the bulk density of the powder obtained in the subsequent step (d), thereby improving transportability. Furthermore, the upper limit of the PHB copolymer 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 PHB copolymer concentration is not particularly limited, and examples include adding an aqueous medium and removing a portion of the aqueous medium (e.g., by centrifuging and then removing the supernatant). The PHB copolymer concentration may be adjusted in either step (c) or step (b).
本発明の一実施形態において、工程(c)により調製される水性懸濁液におけるPHB共重合体の濃度は、30~65重量%が好ましい。In one embodiment of the present invention, the concentration of PHB copolymer in the aqueous suspension prepared by step (c) is preferably 30 to 65% by weight.
工程(c)において、PHB共重合体水性懸濁液のせん断粘度は、噴霧乾燥機への送液容易性の観点から、0.005~0.5Pa・sであり、0.007~0.4Pa・sであることが好ましく、0.009~0.3Pa・sであることがより好ましい。なお、PHB共重合体水性懸濁液のせん断粘度とは、せん断速度10(1/s)を与えた時の20℃におけるせん断粘度(Pa・s)を意味する。PHB共重合体水性懸濁液のせん断粘度は、実施例に記載の方法により測定される。In step (c), the shear viscosity of the PHB copolymer aqueous suspension is 0.005 to 0.5 Pa·s, preferably 0.007 to 0.4 Pa·s, and more preferably 0.009 to 0.3 Pa·s, from the viewpoint of ease of feeding into a spray dryer. The shear viscosity of the PHB copolymer aqueous suspension refers to the shear viscosity (Pa·s) at 20°C when a shear rate of 10 (1/s) is applied. The shear viscosity of the PHB copolymer aqueous suspension is measured by the method described in the Examples.
<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(c)は、PHB共重合体に加えて、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、pH7.0以下になるように調整する前に、前記分散剤を前記PHB共重合体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PHB共重合体水性懸濁液が、分散剤を含有することによって、PHB共重合体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 (c) in one embodiment of the present invention may be a step of preparing an aqueous suspension further containing a dispersant in addition to the PHB copolymer. In one embodiment of the present invention, when the dispersant is used, it is preferable to add the dispersant to the PHB copolymer aqueous suspension before adjusting the pH to 7.0 or less. By including a dispersant in the PHB copolymer aqueous suspension in one embodiment of the present invention, the productivity and thermal stability of the PHB copolymer can be suitably improved.
分散剤としては、特に限定されないが、例えば、アルキレンオキサイド系分散剤、セルロース系分散剤、ポリビニルアルコール(PVA)、ソルビタンアルキレート系分散剤等が挙げられる。これらの分散剤を用いることにより、より低い熱風温度で、粒径が大きいPHB共重合体を得ることができる。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。 Dispersants are not particularly limited, but examples include alkylene oxide-based dispersants, cellulose-based dispersants, polyvinyl alcohol (PVA), and sorbitan alkylate-based dispersants. By using these dispersants, PHB copolymers with large particle sizes can be obtained at lower hot air temperatures. The dispersant may be one type or two or more types.
本発明の一実施形態において、分散剤は、アルキレンオキサイド系分散剤、セルロース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。 In one embodiment of the present invention, the dispersant is at least one selected from the group consisting of alkylene oxide-based dispersants, cellulose-based dispersants, and polyvinyl alcohol.
本発明の一実施形態において、PHB共重合体水性懸濁液のpHを7.0以下に調整する際に、PHB共重合体の凝集を好適に防ぎ、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観点より、分散剤は、アルキレンオキサイド系分散剤であることが好ましい。また、アルキレンオキサイド系分散剤にセルロース系分散剤を併用すると、よりPHB共重合体の凝集を抑制し、さらに乾燥後の粉体が壊れにくくなるバインダーとしても効果が期待できるため、より好ましい。In one embodiment of the present invention, the dispersant is preferably an alkylene oxide-based dispersant, from the perspective of effectively preventing aggregation of the PHB copolymer when adjusting the pH of the PHB copolymer aqueous suspension to 7.0 or less and effectively suppressing adhesion to the extruder shaft during powder processing. Furthermore, using an alkylene oxide-based dispersant in combination with a cellulose-based dispersant is even more preferable, as it further suppresses aggregation of the PHB copolymer and is also expected to act as a binder that makes the powder less likely to break after drying.
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 achieves the above-mentioned effects, but it is preferable that it is 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PHB共重合体(例えば、PHB共重合体粉体)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 PHB copolymer (e.g., PHB copolymer 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.
本製造方法の工程(c)において使用されるアルキレンオキサイド系分散剤は、特に限定されず、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(登録商標)10400(BASF社製)、Pluronic(登録商標)10500(BASF社製)、Genapol(登録商標)PF80(Clariant社製)、ユニルーブ(登録商標)70DP-600B(日油社製)、ユニルーブ(登録商標)70DP-950B(日油社製)、プロノン(登録商標)208(日油社製)、エパン(登録商標)U105(第一工業製薬社製)、エパン(登録商標)U108(第一工業製薬社製)、エパン(登録商標)750(第一工業製薬社製)等が挙げられる。The alkylene oxide dispersant used in step (c) of this manufacturing method is not particularly limited, and commercially available products can be used. Examples of commercially available products include Pluronic® 10400 (manufactured by BASF), Pluronic® 10500 (manufactured by BASF), Genapol® PF80 (manufactured by Clariant), Unilube® 70DP-600B (manufactured by NOF Corporation), Unilube® 70DP-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(c)における水性懸濁液に対する前記分散剤の添加量は、特に限定されないが、水性懸濁液に含まれる前記PHB共重合体の合計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、PHB共重合体水性懸濁液におけるPHB共重合体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、PHB共重合体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 (c) of this production method is not particularly limited, but 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 amount of PHB copolymer contained in the aqueous suspension. Setting the amount of dispersant added within the above range further improves the dispersion stability of the PHB copolymer in the PHB copolymer aqueous suspension, allowing for efficient spray drying, which tends to result in more favorable improvements in the productivity and thermal stability of the PHB copolymer.
本発明の一実施形態において、セルロース系分散剤は、本発明の効果を奏するものであれば特に限定されないが、例えば、メチルセルロース(MC)、エチルセルロース、プロピルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、カルボキシエチルセルロース、カルボキシプロピルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース、アセチルセルロース、シアノエチルセルロース、セルロース硫酸ナトリウム等が挙げられる。なかでも、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースが、水溶性となる置換度範囲の広さの観点から好ましい。セルロース系分散剤は、1種のみを用いてもよいし、複数を組み合わせて用いてもよい。In one embodiment of the present invention, the cellulose-based dispersant is not particularly limited as long as it achieves the effects of the present invention. Examples include methyl cellulose (MC), ethyl cellulose, propyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose (HEC), hydroxypropyl cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC), carboxymethyl cellulose (CMC), carboxyethyl cellulose, carboxypropyl cellulose, carboxymethyl hydroxyethyl cellulose, acetyl cellulose, cyanoethyl cellulose, sodium cellulose sulfate, etc. Of these, methyl cellulose and hydroxypropyl methyl cellulose are preferred from the perspective of the wide range of substitution degrees over which they become water-soluble. Cellulose-based dispersants may be used alone or in combination.
本製造方法の工程(c)において使用されるセルロース系分散剤は、特に限定されず、例えば、市販品を用いることができる。セルロース系分散剤の市販品としては、例えば、MCE-100(信越化学社製)、MCE-400(信越化学社製)、MCE-4000(信越化学社製)、SFE-400(信越化学社製)、SFE-4000(信越化学社製)、SE-50(信越化学社製)、NE-100(信越化学社製)等が挙げられる。The cellulose-based dispersant used in step (c) of this manufacturing method is not particularly limited, and commercially available products can be used. Examples of commercially available cellulose-based dispersants include MCE-100 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), MCE-400 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), MCE-4000 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), SFE-4000 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), SE-50 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and NE-100 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.).
本製造方法の工程(c)におけるPHB共重合体水性懸濁液に対するセルロース系分散剤の添加量は、特に限定されないが、水性懸濁液に含まれるPHB共重合体100重量部に対して、0.01~10重量部が好ましく、0.05~5重量部がより好ましく、0.08~3重量部がさらに好ましい。セルロース系分散剤の添加量を上記の範囲とすることにより、本発明の効果を奏することができる。The amount of cellulose-based dispersant added to the PHB copolymer aqueous suspension in step (c) of this production method is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 10 parts by weight, more preferably 0.05 to 5 parts by weight, and even more preferably 0.08 to 3 parts by weight, per 100 parts by weight of the PHB copolymer contained in the aqueous suspension. By adding the cellulose-based dispersant in the amount within the above range, the effects of the present invention can be achieved.
本発明の一実施形態において、分散剤は、環境問題の観点から、生分解性を有する物質であることが好ましい。 In one embodiment of the present invention, it is preferable that the dispersant be a biodegradable substance from an environmental perspective.
本製造方法の工程(c)により得られるPHB共重合体水性懸濁液におけるPHB共重合体の体積メジアン径(以下、単に「PHB共重合体の体積メジアン径」と称する場合もある。)は、当該PHB共重合体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30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。PHB共重合体の体積メジアン径が一次粒子径の30倍以下であることにより、PHB共重合体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(d)を高効率で実施することができ、PHB共重合体の生産性が一層向上する傾向がある。PHB共重合体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。The volume median diameter of the PHB copolymer in the aqueous suspension of PHB copolymer obtained by step (c) of this production method (hereinafter sometimes simply referred to as the "volume median diameter of the PHB copolymer") is preferably 30 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 PHB copolymer (hereinafter referred to as the "primary particle diameter"). When the volume median diameter of the PHB copolymer is 30 times or less the primary particle diameter, the aqueous suspension of the PHB copolymer exhibits superior fluidity, which allows the subsequent step (d) to be carried out with high efficiency and tends to further improve the productivity of the PHB copolymer. The volume median diameter of the PHB copolymer is measured, for example, using a HORIBA LA-950 laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer.
なお、上記のPHB共重合体の体積メジアン径は、PHB共重合体水性懸濁液におけるPHB共重合体の分散状態の指標とすることができる。上記のPHB共重合体の体積メジアン径を調整する方法は、特に限定されず、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PHB共重合体水性懸濁液に対して、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し、PHB共重合体水性懸濁液におけるPHB共重合体を再度分散状態(例えば、上記のPHB共重合体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 PHB copolymer can be used as an indicator of the dispersion state of the PHB copolymer in the aqueous PHB copolymer suspension. The method for adjusting the volume median diameter of the PHB copolymer is not particularly limited, and known means (e.g., stirring) can be applied. For example, a PHB copolymer aqueous suspension whose dispersion state has been disrupted due to exposure to acidic conditions can be subjected to physical, chemical, or biological treatments that would be considered by a person skilled in the art, thereby restoring the PHB copolymer in the aqueous PHB copolymer suspension to a dispersed state (e.g., a state having the above-mentioned PHB copolymer volume median diameter).
<工程(d)>
本製造方法における工程(d)では、工程(c)で調製したPHB共重合体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、PHB共重合体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。PHB共重合体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、特に限定されず、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、特に限定されず、並流式、向流式、これらを併用する方式等が挙げられる。
<Step (d)>
In step (d) of this production method, the PHB copolymer aqueous suspension prepared in step (c) is spray-dried. Examples of spray-drying methods include a method in which the PHB copolymer aqueous suspension is supplied as fine droplets into a dryer and dried while contacting hot air in the dryer. The method (atomizer) for supplying the PHB copolymer aqueous suspension in the form of fine droplets into the dryer is not particularly limited, and known methods such as a method using a rotating disk or a method using a nozzle are included. The method for contacting the droplets with hot air in the dryer is not particularly limited, and includes a co-current method, a counter-current method, and a combination of these.
工程(d)における噴霧乾燥の際の乾燥温度は、PHB共重合体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く、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。例えば、噴霧乾燥機に吹き込む熱風の温度は、100~300℃の範囲で、適宜選択できる。また、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 drying temperature during spray drying in step (d) may be any temperature that can remove most of the aqueous medium from the droplets of the PHB copolymer aqueous suspension, and can be appropriately set under conditions that allow drying to the desired moisture content and minimize the occurrence of quality deterioration (reduction in molecular weight, color tone, etc.), melting, etc. For example, the temperature of the hot air blown into the spray dryer can be selected appropriately from the range of 100 to 300°C. The volume of hot air blown into the dryer can also be appropriately set depending on, for example, the size of the dryer.
本製造方法は、工程(d)の後に、得られたPHB共重合体(PHB共重合体粉体等)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、PHB共重合体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 (d), a step of further drying the obtained PHB copolymer (e.g., PHB copolymer 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 PHB copolymer aqueous suspension).
本製造方法は、工程(d)の後に、下記の工程(e)および(f)をさらに含んでもよい。これらの工程によれば、PHB共重合体に含まれる菌体残渣分に由来する窒素含有量を低くすることができ、純度の高いPHB共重合体を得ることができる。 This production method may further include the following steps (e) and (f) after step (d). These steps can reduce the nitrogen content derived from bacterial cell residues contained in the PHB copolymer, thereby producing a highly pure PHB copolymer.
<工程(e)>
工程(e)は、前記工程(d)で得られたPHB共重合体粉体を洗浄する工程である。工程(e)は、下記の工程(e1)および工程(e2)を含むことが好ましい。
・工程(e1):前記工程(e)で得られたPHB共重合体粉体を所定の濃度になるように純水に分散させて分散スラリーを調製した後、アルカリ水溶液を加えて、該分散スラリーpHを調整し、洗浄液と共に撹拌する工程
・工程(e2):前記工程(e1)で得られた分散スラリーにアルカリ水溶液を加え、遠心分離し、上澄を除去する工程。
<Step (e)>
Step (e) is a step of washing the PHB copolymer powder obtained in step (d) above. Step (e) preferably includes the following steps (e1) and (e2):
Step (e1): A step of dispersing the PHB copolymer powder obtained in the step (e) in pure water to a predetermined concentration to prepare a dispersion slurry, adding an alkaline aqueous solution to adjust the pH of the dispersion slurry, and stirring the slurry together with a washing liquid. Step (e2): A step of adding an alkaline aqueous solution to the dispersion slurry obtained in the step (e1), centrifuging the mixture, and removing the supernatant.
(工程(e1))
工程(e1)は、上述の通り、前記工程(d)で得られたPHB共重合体粉体を所定の濃度になるように純水に分散させて分散スラリーを調製した後、アルカリ水溶液を加えて、該分散スラリーpHを調整し、洗浄液と共に撹拌する工程である。撹拌する際には、液を昇温してもよい。
(Step (e1))
As described above, step (e1) is a step of preparing a dispersion slurry by dispersing the PHB copolymer powder obtained in step (d) in pure water to a predetermined concentration, adding an alkaline aqueous solution to adjust the pH of the dispersion slurry, and stirring the slurry together with a cleaning liquid. During stirring, the liquid may be heated.
工程(e1)における分散スラリーの所定の濃度は、特に限定されないが、分散するタンクのサイズをできるだけ小さくし、かつ、スラリーの流動性がある範囲の観点から、20~40%であることが好ましく、30~40%であることが好ましい。 The predetermined concentration of the dispersed slurry in step (e1) is not particularly limited, but is preferably 20 to 40%, more preferably 30 to 40%, from the viewpoint of minimizing the size of the dispersion tank and ensuring that the slurry has fluidity.
工程(e1)において、アルカリ水溶液は、特に限定されないが、(工程(b1))にて説明したアルカリ水溶液が用いられ得る。分散スラリーのpHは、例えば、5.0~14.0に調整されることが好ましい。In step (e1), the alkaline aqueous solution is not particularly limited, but the alkaline aqueous solution described in step (b1) can be used. The pH of the dispersion slurry is preferably adjusted to, for example, 5.0 to 14.0.
工程(e1)の洗浄における撹拌時間は特に限定されないが、数時間であってもよい。PHB共重合体を十分に洗浄する観点より、撹拌時間は1~12時間であってよく、2~10時間であってもよい。The stirring time for washing in step (e1) is not particularly limited, but may be several hours. From the viewpoint of thoroughly washing the PHB copolymer, the stirring time may be 1 to 12 hours, or may be 2 to 10 hours.
工程(e1)における分散スラリーは、硫酸ナトリウムをさらに含んでもよい。 The dispersed slurry in step (e1) may further contain sodium sulfate.
工程(e1)における洗浄液は、アルカリ性タンパク質分解酵素および/または溶菌酵素を含んでもよい。アルカリ性タンパク質分解酵素の種類は特に限定されないが、本明細書の(アルカリ性タンパク質分解酵素)で記載したものを用いてもよい。また、本工程で用いられるアルカリ性タンパク質分解酵素は、工程(a)で用いたアルカリ性タンパク質分解酵素と同じであってもよく、異なっていてもよい。また、溶菌酵素の種類は特に限定されないが、工程(a)についての説明にて記載した溶菌酵素であってもよい。The washing solution in step (e1) may contain an alkaline protease and/or a lytic enzyme. The type of alkaline protease is not particularly limited, but may be one of those described in the "Alkaline Protease" section of this specification. The alkaline protease used in this step may be the same as or different from the alkaline protease used in step (a). The type of lytic enzyme is not particularly limited, but may be one of the lytic enzymes described in the explanation of step (a).
(工程(e2))
工程(e2)は、上述の通り、前記工程(e1)で得られた分散スラリーにアルカリ水溶液を加え、PHB共重合体粉体を分離し、上清を除去する工程である。
(Step (e2))
As described above, the step (e2) is a step of adding an alkaline aqueous solution to the dispersed slurry obtained in the step (e1), separating the PHB copolymer powder, and removing the supernatant.
工程(e2)において、アルカリ水溶液は、特に限定されないが、工程(e1)で用いたアルカリ水溶液と同じであってもよく、異なるものであってもよい。 In step (e2), the alkaline aqueous solution is not particularly limited, but may be the same as or different from the alkaline aqueous solution used in step (e1).
工程(e2)において、PHB共重合体粉体を分離する方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、遠心分離、フィルター脱水、液体サイクロンによる分離を用いることができる。In step (e2), the method for separating the PHB copolymer powder is not particularly limited, and known methods can be used. For example, separation by centrifugation, filter dehydration, or hydrocyclone can be used.
工程(e2)において、前記分散スラリーにアルカリ水溶液を添加し、遠心分離し、上清を除去する工程を繰り返し行うことが好ましい。この操作により、より濃縮および精製されたPHB共重合体を得ることができる。In step (e2), it is preferable to repeatedly add an alkaline aqueous solution to the dispersed slurry, centrifuge the slurry, and remove the supernatant. This procedure allows for the production of a more concentrated and purified PHB copolymer.
<工程(f)>
工程(f)は、前記工程(e)で得られたポリヒドロキシアルカン酸粉体を脱水および/または乾燥する工程である。脱水および/または乾燥には、例えば、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。噴霧乾燥の方法、乾燥温度としては、例えば、工程(d)にて説明した方法、温度を用いてもよい。
<Step (f)>
Step (f) is a step of dehydrating and/or drying the polyhydroxyalkanoic acid powder obtained in step (e). For dehydration and/or drying, for example, a spray dryer, a fluidized bed dryer, a drum dryer, etc. are used, but a spray dryer is preferably used because of its simple operation. The spray drying method and drying temperature may be, for example, the method and temperature described in step (d).
〔3.PHB共重合体粉体〕
(中間体)
本発明の一実施形態に係るPHB共重合体粉体(以下、「本第1のPHB共重合体粉体」と称する。)は、PHB共重合体と、ペプチドグリカンと、分散剤と、を含み、前記PHB共重合体が、3HB単位/3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比が80/20~88/12(mol/mol)であり、嵩密度が0.45g/mL以上であり、メジアン粒子径が80~200μmである、PHB共重合体粉体である。本第1のPHB共重合体粉体は、3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比が高いPHB共重合体であるとともに、嵩密度が高いため、種々の分野において極めて有用である。
[3. PHB copolymer powder]
(Intermediate)
A PHB copolymer powder according to one embodiment of the present invention (hereinafter referred to as "the first PHB copolymer powder") comprises a PHB copolymer, peptidoglycan, and a dispersant, wherein the PHB copolymer has a composition ratio of 3HB units to hydroxyalkanoate units other than 3HB units of 80/20 to 88/12 (mol/mol), a bulk density of 0.45 g/mL or more, and a median particle size of 80 to 200 μm. The first PHB copolymer powder is a PHB copolymer having a high composition ratio of hydroxyalkanoate units other than 3HB units and has a high bulk density, making it extremely useful in a variety of fields.
本実施形態において、「PHB共重合体」、「ペプチドグリカン」、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 "PHB copolymer," "peptidoglycan," and "dispersant" are defined above.
本第1のPHB共重合体粉体は、PHB共重合体を含む。本第1のPHB共重合体粉体中のPHB共重合体の含有量は、特に限定されないが、例えば、90~99重量%であり、93~98重量%が好ましく、95~97重量%がより好ましい。PHB共重合体の含有量を上記範囲とすることにより、流動性などのPHBHの物理的な特性を失わないとの利点を有する。 The first PHB copolymer powder contains a PHB copolymer. The content of the PHB copolymer in the first PHB copolymer powder is not particularly limited, but is, for example, 90 to 99% by weight, preferably 93 to 98% by weight, and more preferably 95 to 97% by weight. Setting the PHB copolymer content within this range has the advantage of not losing the physical properties of PHBH, such as fluidity.
本第1のPHB共重合体粉体は、ペプチドグリカンを含む。本第1のPHB共重合体粉体中のペプチドグリカンの含有量は、特に限定されないが、PPHB共重合体粉体を構成するPHB共重合体100重量部に対して、0.1~1.5重量部(phr)が好ましく、0.3~1.3重量部(phr)がより好ましい。ペプチドグリカンの含有量を上記範囲とすることにより、PHB共重合体粉体の嵩密度が向上する傾向がある。本第1のPHB共重合体粉体中のペプチドグリカンの含有量は、実施例に記載の方法により測定される。 The first PHB copolymer powder contains peptidoglycan. The content of peptidoglycan in the first PHB copolymer powder is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 1.5 parts by weight (phr), and more preferably 0.3 to 1.3 parts by weight (phr), per 100 parts by weight of the PHB copolymer constituting the PPHB copolymer powder. By setting the peptidoglycan content within the above range, the bulk density of the PHB copolymer powder tends to be improved. The peptidoglycan content in the first PHB copolymer powder is measured by the method described in the Examples.
本第1のPHB共重合体粉体は、分散剤を含む。分散剤は、好ましくは、アルキレンオキサイド系分散剤である。PHB共重合体粉体中の分散剤の含有量は、特に限定されないが、PHB共重合体粉体を構成するPHB共重合体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。分散剤の添加量を上記範囲とすることにより、PHB共重合体粉体の生産性が向上する傾向がある。 The first PHB copolymer powder contains a dispersant. The dispersant is preferably an alkylene oxide-based dispersant. The content of the dispersant in the PHB copolymer powder is not particularly limited, but 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 PHB copolymer constituting the PHB copolymer powder. By adding the dispersant in the above range, the productivity of the PHB copolymer powder tends to improve.
本第1のPHB共重合体粉体の嵩密度は、粉体輸送性が高くなるという観点から、0.45g/mL以上であり、0.48g/mL以上であることが好ましく、0.50g/mL以上であることがより好ましい。なお、上限は特に限定されないが、粉体輸送性の観点から、例えば、0.55g/mLを挙げることができる。本第1のPHB共重合体粉体の嵩密度は、実施例に記載の方法により測定される。From the viewpoint of improving powder transportability, the bulk density of the first PHB copolymer powder is 0.45 g/mL or more, preferably 0.48 g/mL or more, and more preferably 0.50 g/mL or more. While there are no particular upper limits, from the viewpoint of powder transportability, an example of the upper limit is 0.55 g/mL. The bulk density of the first PHB copolymer powder is measured by the method described in the examples.
本第1のPHB共重合体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、80~200μmであり、100~180μmが好ましく、105~160μmがより好ましい。本第1のPHB共重合体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。 From the viewpoint of achieving excellent fluidity, the median particle size of the first PHB copolymer powder is 80 to 200 μm, preferably 100 to 180 μm, and more preferably 105 to 160 μm. The median particle size of the first PHB copolymer powder is measured by the method described in the Examples.
本第1のPHB共重合体粉体の純度は、上限値に特に規定はないが、98%未満である。下限は、PHB共重合体の物理的性質を損なわない観点から、85%以上であり、90%以上が好ましく、92%以上がより好ましい。なお、PHB共重合体粉体の純度とは、PHB共重合体粉体中のPHB共重合体の含有量(重量%)を意味する。本第1のPHB共重合体粉体の純度は、実施例に記載の方法により測定される。The purity of the first PHB copolymer powder is not particularly limited to an upper limit, but is preferably less than 98%. The lower limit is 85% or more, preferably 90% or more, and more preferably 92% or more, from the viewpoint of not impairing the physical properties of the PHB copolymer. The purity of the PHB copolymer powder refers to the content (wt%) of the PHB copolymer in the PHB copolymer powder. The purity of the first PHB copolymer powder is measured by the method described in the Examples.
本発明の一実施形態において、本第1のPHB共重合体粉体の残タンパク質量は、着色の観点から、0.1~1.0phrであることが好ましく、0.12~0.5phrであることがより好ましく、0.15~0.3phrであることがさらに好ましい。なお、残タンパク質量とは、PHB共重合体粉体に残存するタンパク質の量を意味し、PHB共重合体粉体中のPHB共重合体100重量部に対する量として表される。本第1のPHB共重合体粉体の残タンパク質量は、実施例に記載の方法により測定される。In one embodiment of the present invention, the residual protein content of the first PHB copolymer powder is preferably 0.1 to 1.0 phr, more preferably 0.12 to 0.5 phr, and even more preferably 0.15 to 0.3 phr, from the viewpoint of coloration. The residual protein content refers to the amount of protein remaining in the PHB copolymer powder and is expressed as the amount per 100 parts by weight of PHB copolymer in the PHB copolymer powder. The residual protein content of the first PHB copolymer powder is measured by the method described in the Examples.
また、本第1のPHB共重合体粉体は、本発明の効果を奏する限り、製造の過程で生じた、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, this first PHB copolymer 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.
本発明の一実施形態において、本第1のPHB共重合体粉体は、後述する最終生成物に対する中間体であり、上記した本製造方法(例えば、工程(a)~(d))により製造される。In one embodiment of the present invention, the first PHB copolymer powder is an intermediate for the final product described below, and is produced by the above-described production method (e.g., steps (a) to (d)).
(最終生成物)
本発明の一実施形態に係るPHB共重合体粉体(以下、「本第2のPHB共重合体粉体」と称する。)は、PHB共重合体と、窒素化合物と、を含み、前記PHB共重合体が、3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシブチレート単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比が80/20~88/12(mol/mol)であり、嵩密度が0.45g/mL以上であり、メジアン粒子径が80~200μmである、PHB共重合体粉体である。本第2のPHB共重合体粉体は、3-ヒドロキシブチレート単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比が高いPHB共重合体であるとともに、嵩密度が高く、かつ、純度が高いため、種々の分野において極めて有用である。
(Final product)
A PHB copolymer powder according to one embodiment of the present invention (hereinafter referred to as "the second PHB copolymer powder") comprises a PHB copolymer and a nitrogen compound, wherein the PHB copolymer has a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units to hydroxyalkanoate units other than 3-hydroxybutyrate units of 80/20 to 88/12 (mol/mol), a bulk density of 0.45 g/mL or more, and a median particle size of 80 to 200 μm. The second PHB copolymer powder is a PHB copolymer having a high composition ratio of hydroxyalkanoate units other than 3-hydroxybutyrate units, and has a high bulk density and high purity, making it extremely useful in a variety of fields.
本明細書において、「窒素化合物」とは、少なくとも窒素を含有する化合物を意味する。窒素化合物は、PHB共重合体粉体に残存するタンパク質や細胞壁の成分であるペプチドグリカンの分解物である。As used herein, "nitrogen compounds" refers to compounds that contain at least nitrogen. Nitrogen compounds are decomposition products of proteins and peptidoglycan, which are components of cell walls, remaining in the PHB copolymer powder.
本実施形態において、「PHB共重合体」、および「窒素化合物」については、上記したものが援用される。また、「嵩密度」、および「メジアン粒子径」については、上記(中間体)の項で記載したものが援用される。In this embodiment, the terms "PHB copolymer" and "nitrogen compound" are defined above. Furthermore, the terms "bulk density" and "median particle size" are defined above in the (intermediate) section.
本第2のPHB共重合体粉体は、窒素化合物を含む。本第2のPHB共重合体粉体中の全窒素量は、特に限定されないが、PHB共重合体粉体を構成するPHB共重合体100重量部に対して、0.010~0.075重量部(phr)が好ましく、0.01~0.06重量部(phr)がより好ましい。全窒素量を上記範囲とすることにより、PHB共重合体粉体の純度が向上する傾向がある。本第2のPHB共重合体粉体中の全窒素量は、実施例に記載の方法により測定される。 The second PHB copolymer powder contains a nitrogen compound. The total nitrogen content in the second PHB copolymer powder is not particularly limited, but is preferably 0.010 to 0.075 parts by weight (phr), and more preferably 0.01 to 0.06 parts by weight (phr), per 100 parts by weight of the PHB copolymer constituting the PHB copolymer powder. By keeping the total nitrogen content within the above range, the purity of the PHB copolymer powder tends to be improved. The total nitrogen content in the second PHB copolymer powder is measured by the method described in the Examples.
また、本第2のPHB共重合体粉体は、本発明の効果を奏する限り、製造の過程で生じた、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, this second PHB copolymer 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.
本発明の一実施形態において、本第2のPHB共重合体粉体は、最終生成物であり、上記した本製造方法(例えば、工程(a)~(f))により製造される。In one embodiment of the present invention, the second PHB copolymer powder is the final product and is produced by the above-described production method (e.g., steps (a) to (f)).
本PHB共重合体粉体は、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 PHB copolymer powder can be used for a variety of purposes, including paper, films, 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>ポリヒドロキシ酪酸共重合体を製造する方法であって、
前記ポポリヒドロキシ酪酸共重合体は、3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシブチレート単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比が80/20~88/12(mol/mol)であり、
(a)前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体を含有する菌体を含む培養液に、アルカリ性タンパク質分解酵素を添加して、前記菌体を酵素処理する工程、
(b)前記工程(a)で得られた培養液にアルカリ水溶液を添加してpHを10.0~12.0に調整し、該調整前、該調整と同時、または該調整後のいずれかにおいて界面活性剤を添加する工程、
(c)前記工程(b)で得られた水性懸濁液から、pHが7.0以下であり、かつ、せん断粘度が0.005Pa・s以上、0.5Pa・s以下の水性懸濁液を調製する工程、および
(d)前記工程(c)で調製した水性懸濁液を噴霧乾燥する工程、
を含む、ポリヒドロキシ酪酸共重合体の製造方法。
<2>前記工程(d)の後に、
(e)前記工程(d)で得られたポリヒドロキシ酪酸共重合体粉体を洗浄する工程、および
(f)前記工程(e)で得られたポリヒドロキシ酪酸共重合体粉体を脱水および/または乾燥する工程
をさらに含む、<1>に記載のポリヒドロキシ酪酸共重合体の製造方法。
<3>前記3-ヒドロキシブチレート単位以外のヒドロキシアルカノエート単位が、3-ヒドロキシヘキサノエート単位である、<1>または<2>に記載のポリヒドロキシ酪酸共重合体の製造方法。
<4>前記工程(b)の界面活性剤がドデシル硫酸ナトリウムである、<1>~<3>のいずれかに記載のポリヒドロキシ酪酸共重合体の製造方法。
<5>前記水性懸濁液が、分散剤をさらに含む、<1>~<4>のいずれかに記載のポリヒドロキシ酪酸共重合体の製造方法。
<6>前記分散剤が、アルキレンオキサイド系分散剤、セルロース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、<5>に記載のポリヒドロキシ酪酸共重合体の製造方法。
<7>前記工程(c)で調製する水性懸濁液におけるポリヒドロキシ酪酸共重合体の濃度が、30~65重量%である、<1>~<6>のいずれかに記載のポリヒドロキシ酪酸共重合体の製造方法。
<8>前記工程(e)の洗浄液がアルカリ性タンパク質分解酵素および/または溶菌酵素を含む、<2>に記載のポリヒドロキシ酪酸共重合体の製造方法。
<9>ポリヒドロキシ酪酸共重合体と、ペプチドグリカンと、分散剤と、を含み、
前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体は、3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシブチレート単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比が80/20~88/12(mol/mol)であり、
嵩密度が0.45g/mL以上であり、メジアン粒子径が80~200μmである、ポリヒドロキシ酪酸共重合体粉体。
<10>前記ペプチドグリカン含有量が0.1~1.5phrである、<9>に記載のポリヒドロキシ酪酸共重合体粉体。
<11>残タンパク質量が0.1~1.0phrである、<8>または<9>に記載のポリヒドロキシ酪酸共重合体粉体。
<12>ポリヒドロキシ酪酸共重合体と、窒素化合物と、を含み、
前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体は、3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシブチレート単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比が80/20~88/12(mol/mol)であり、
嵩密度が0.45g/mL以上であり、メジアン粒子径が80~200μmである、ポリヒドロキシ酪酸共重合体粉体。
<13>前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体粉体中の全窒素量が0.010~0.075phrである、<12>に記載のポリヒドロキシ酪酸共重合体粉体。
That is, one embodiment of the present invention is as follows.
<1> A method for producing a polyhydroxybutyric acid copolymer,
The polyhydroxybutyric acid copolymer has a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units to hydroxyalkanoate units other than 3-hydroxybutyrate units of 80/20 to 88/12 (mol/mol),
(a) adding an alkaline protease to a culture solution containing the bacterial cells containing the polyhydroxybutyric acid copolymer to enzymatically treat the bacterial cells;
(b) adding an alkaline aqueous solution to the culture solution obtained in the step (a) to adjust the pH to 10.0 to 12.0, and adding a surfactant either before, simultaneously with, or after the adjustment;
(c) preparing an aqueous suspension having a pH of 7.0 or less and a shear viscosity of 0.005 Pa s or more and 0.5 Pa s or less from the aqueous suspension obtained in the step (b); and (d) spray-drying the aqueous suspension prepared in the step (c).
A method for producing a polyhydroxybutyric acid copolymer, comprising:
<2> After the step (d),
The method for producing a polyhydroxybutyric acid copolymer according to <1>, further comprising: (e) a step of washing the polyhydroxybutyric acid copolymer powder obtained in the step (d); and (f) a step of dehydrating and/or drying the polyhydroxybutyric acid copolymer powder obtained in the step (e).
<3> The method for producing a polyhydroxybutyric acid copolymer according to <1> or <2>, wherein the hydroxyalkanoate units other than 3-hydroxybutyrate units are 3-hydroxyhexanoate units.
<4> The method for producing a polyhydroxybutyric acid copolymer according to any one of <1> to <3>, wherein the surfactant in the step (b) is sodium dodecyl sulfate.
<5> The method for producing a polyhydroxybutyric acid copolymer according to any one of <1> to <4>, wherein the aqueous suspension further contains a dispersant.
<6> The method for producing a polyhydroxybutyric acid copolymer according to <5>, wherein the dispersant is at least one selected from the group consisting of alkylene oxide-based dispersants, cellulose-based dispersants, and polyvinyl alcohol.
<7> The method for producing a polyhydroxybutyric acid copolymer according to any one of <1> to <6>, wherein the concentration of the polyhydroxybutyric acid copolymer in the aqueous suspension prepared in the step (c) is 30 to 65% by weight.
<8> The method for producing a polyhydroxybutyric acid copolymer according to <2>, wherein the washing liquid in the step (e) contains an alkaline protease and/or a lytic enzyme.
<9> A composition comprising a polyhydroxybutyric acid copolymer, a peptidoglycan, and a dispersant,
The polyhydroxybutyrate copolymer has a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units to hydroxyalkanoate units other than 3-hydroxybutyrate units of 80/20 to 88/12 (mol/mol),
A polyhydroxybutyric acid copolymer powder having a bulk density of 0.45 g/mL or more and a median particle size of 80 to 200 μm.
<10> The polyhydroxybutyric acid copolymer powder according to <9>, wherein the peptidoglycan content is 0.1 to 1.5 phr.
<11> The polyhydroxybutyric acid copolymer powder according to <8> or <9>, wherein the residual protein content is 0.1 to 1.0 phr.
<12> A composition comprising a polyhydroxybutyric acid copolymer and a nitrogen compound,
The polyhydroxybutyrate copolymer has a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units to hydroxyalkanoate units other than 3-hydroxybutyrate units of 80/20 to 88/12 (mol/mol),
A polyhydroxybutyric acid copolymer powder having a bulk density of 0.45 g/mL or more and a median particle size of 80 to 200 μm.
<13> The polyhydroxybutyric acid copolymer powder according to <12>, wherein the total nitrogen content in the polyhydroxybutyric acid copolymer powder is 0.010 to 0.075 phr.
本発明は上述した各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.
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、「PHB共重合体」としては「PHBH」を用いており、「PHB共重合体」を「PHBH」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, "PHBH" is used as "PHB copolymer," and "PHB copolymer" can be read as "PHBH."
〔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.
(体積メジアン径)
PHB共重合体水性懸濁液中の体積メジアン径は、HORIBA製レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置LA-950を用いて測定した。
(Volume median diameter)
The volume median diameter in the PHB copolymer aqueous suspension was measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution measuring device LA-950 manufactured by HORIBA.
(PHB共重合体水性懸濁液のせん断粘度)
PHB共重合体水性懸濁液のせん断粘度は、以下の方法により測定した。具体的には、Anton Paar社製MCR302を用いて、同軸2重円筒にてせん断粘度を測定した。PHB共重合体水性懸濁液を20mL円筒に投入し、液温度が15℃になるまで、せん断速度10(1/s)の条件化で冷却した。その後、20℃まで液温度を昇温し、目的の液温度に到達後、トルクの時間変化が1%未満になった際の粘度を測定した。
(Shear viscosity of PHB copolymer aqueous suspension)
The shear viscosity of the PHB copolymer aqueous suspension was measured by the following method. Specifically, the shear viscosity was measured in a coaxial double cylinder using an MCR302 manufactured by Anton Paar. The PHB copolymer aqueous suspension was charged into a 20 mL cylinder and cooled at a shear rate of 10 (1/s) until the liquid temperature reached 15°C. The liquid temperature was then raised to 20°C, and after reaching the target liquid temperature, the viscosity was measured when the change in torque with time became less than 1%.
(ペプチドグリカン量)
PHB共重合体粉体中に残存するペプチドグリカン量は、以下の方法により測定した。具体的には、まず、ペプチドグリカン標準品50μLをマイクロプレートに入れた。次いで、SLP-HSシングル試薬セット(Wako LALシステム)の試薬50μLを上記マイクロプレートに入れた。650nmの波長で15秒毎に吸光度を測定し、測定開始から3時間後の吸光度を最終吸光度として、吸光度が最終吸光度の0.4倍になる時間を測定した。同様に、ペプチドグリカン標準品を1000~10000倍に蒸留水で希釈して、上記と同様の操作を行い、検量線を作成した。その後、工程(c)で調製したPHB共重合体水性懸濁液を1000~10000倍に蒸留水で希釈し、希釈した液のうち50μLをマイクロプレートに入れた。次いで、SLP-HSシングル試薬セット(Wako LALシステム)の試薬50μLを上記マイクロプレートに入れた。650nmの波長で15秒毎に吸光度を測定し、測定開始から3時間後の吸光度を最終吸光度として、吸光度が最終吸光度の0.4倍になる時間からペプチドグリカン量を算出した。
(Amount of peptidoglycan)
The amount of peptidoglycan remaining in the PHB copolymer powder was measured using the following method. Specifically, first, 50 μL of peptidoglycan standard was placed in a microplate. Next, 50 μL of reagent from the SLP-HS Single Reagent Set (Wako LAL System) was placed in the microplate. The absorbance was measured every 15 seconds at a wavelength of 650 nm, and the absorbance 3 hours after the start of measurement was defined as the final absorbance. The time until the absorbance reached 0.4 times the final absorbance was measured. Similarly, the peptidoglycan standard was diluted 1000-10,000 times with distilled water, and the same procedure as above was repeated to create a calibration curve. Then, the PHB copolymer aqueous suspension prepared in step (c) was diluted 1000-10,000 times with distilled water, and 50 μL of the diluted solution was placed in a microplate. Next, 50 μL of reagent from the SLP-HS Single Reagent Set (Wako LAL System) was placed in the microplate. The absorbance was measured every 15 seconds at a wavelength of 650 nm, and the absorbance 3 hours after the start of measurement was defined as the final absorbance. The amount of peptidoglycan was calculated from the time it took for the absorbance to reach 0.4 times the final absorbance.
(残タンパク質量)
PHB共重合体粉体の残タンパク質量は、BCA Protein Assay Kit(Thermo Fisher Scientific社製)を用いて測定した。具体的には、10mgのPHBH粉体を14mLのファルコンチューブに投入し、上記試薬2mLを添加し、60℃で30分間振とうした。30分後に冷却し、562nmの波長の吸光度を測定した。
(Residual protein amount)
The residual protein content of the PHB copolymer powder was measured using a BCA Protein Assay Kit (manufactured by Thermo Fisher Scientific). Specifically, 10 mg of PHBH powder was placed in a 14 mL Falcon tube, 2 mL of the above reagent was added, and the tube was shaken at 60°C for 30 minutes. After 30 minutes, the tube was cooled, and the absorbance at a wavelength of 562 nm was measured.
(嵩密度)
PHB共重合体粉体の嵩密度は、JIS K 7365 : 1999に基づき、嵩比重測定器(蔵持科学器械製)を用いて測定した。
(Bulk density)
The bulk density of the PHB copolymer powder was measured using a bulk density measuring device (manufactured by Kuramochi Scientific Instruments) in accordance with JIS K 7365:1999.
(メジアン粒子径)
PHB共重合体粉体のメジアン粒子径は、以下の方法により測定した。具体的には、メジアン粒子径は、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。イオン交換水20mLに、界面活性剤として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。次いで、上記界面活性剤水溶液に、測定対象のPHB共重合体粉体0.2gを加えて、上記PHB共重合体粉体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。
(median particle size)
The median particle size of the PHB copolymer powder was measured by the following method. Specifically, the median particle size was measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer LA-950 (HORIBA). 0.05 g of sodium dodecyl sulfate as a surfactant was added to 20 mL of ion-exchanged water to obtain a surfactant aqueous solution. Next, 0.2 g of the PHB copolymer powder to be measured was added to the surfactant aqueous solution, and the PHB copolymer powder was 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 measurement was performed.
(純度)
PHB共重合体粉体の純度は、以下の方法により測定した。具体的には、TG-DTA(2000SE NIETZSCHE社製)にて、PHBH乾燥粉体を約10mg(重量をWとする。)を10℃/minで50℃から500℃まで窒素雰囲気下で昇温し、温度とサンプル重量のグラフを作成した。280-285℃の重量減少の傾きをもつ1次直線と400-450℃の重量減少の傾きをもつ1次直線との交点A、280-285℃の重量減少の傾きをもつ1次直線と150-200℃の重量減少の傾きをもつ1次直線との交点Bの重量をグラフから算出した。交点Aと交点Bの重量差がPHBH量としてW‘を算出し、W’/WをPHBHの純度とした。
(purity)
The purity of the PHB copolymer powder was measured by the following method. Specifically, using a TG-DTA (2000SE, manufactured by Nietzsch), approximately 10 mg of PHBH dry powder (weight: W) was heated at a rate of 10°C/min from 50°C to 500°C under a nitrogen atmosphere, and a graph of temperature vs. sample weight was created. The weights at point A, where a linear line representing the weight loss at 280-285°C intersects with a linear line representing the weight loss at 400-450°C, and point B, where a linear line representing the weight loss at 280-285°C intersects with a linear line representing the weight loss at 150-200°C, were calculated from the graph. The difference in weight between point A and point B was used to calculate the amount of PHBH, W', and W'/W was used to represent the purity of PHBH.
(全窒素量測定)
PHB共重合体紛体の全窒素量は、微量全窒素分析装置TN-2100H(日東精工アナリテック社)を用いて測定した。
(Total nitrogen measurement)
The total nitrogen content of the PHB copolymer powder was measured using a trace total nitrogen analyzer TN-2100H (Nitto Seiko Analytech Co., Ltd.).
〔実施例1〕
(菌体培養液の調製)
国際公開第WO2019/142717号に記載のラルストニア・ユートロファを、同文献の段落〔0041〕~〔0048〕に記載の方法で培養し、PHB共重合体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。PHB共重合体の繰り返し単位の組成比(3HB単位/3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比)は80/20~88/12(mol/mol)であった。
Example 1
(Preparation of bacterial cell culture solution)
Ralstonia eutropha, as described in International Publication No. WO 2019/142717, was cultured using the method described in paragraphs [0041] to [0048] of the same document to obtain a fungal cell culture solution containing fungal cells containing a PHB copolymer. Ralstonia eutropha is currently classified as Capriavidus necator. The composition ratio of the repeating units of the PHB copolymer (composition ratio of 3HB units to hydroxyalkanoate units other than 3HB units) was 80/20 to 88/12 (mol/mol).
(不活化)
上記で得られた菌体培養液を内温60~70℃で7時間加熱および攪拌処理し、滅菌処理を行い、その後55℃まで冷却することで、不活化培養液を得た。
(inactivation)
The bacterial cell culture solution obtained above was heated and stirred at an internal temperature of 60 to 70°C for 7 hours, sterilized, and then cooled to 55°C to obtain an inactivated culture solution.
(酵素処理)
上記不活化培養液に対して30%水酸化ナトリウムを用いてpHを8.5±0.2に調整した。その後、タンパク質分解酵素であるアルカラーゼ(Novozymes社製)を0.2phr添加し、50℃で30%水酸化ナトリウムにてpH8.5にコントロールしながら、2時間以上ホールドした。
(Enzyme treatment)
The pH of the inactivated culture solution was adjusted to 8.5±0.2 using 30% sodium hydroxide, followed by the addition of 0.2 phr of Alcalase (Novozymes), a protease, and the mixture was kept at 50°C for 2 hours or more while controlling the pH at 8.5 with 30% sodium hydroxide.
(溶菌、濃縮)
上記で得られた酵素処理液に対してアルカリ水溶液を添加し、pHを11.5以上に調整し、45℃以上で4時間以上保持した。その後、0.6~1.0wt%のドデシル硫酸ナトリウム(花王製)を添加し、かつ、pHが12前後になるように30%水酸化ナトリウムを添加するとともに、アルカリ水溶液(pH10~11.5)で2倍に希釈した。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PHB共重合体の水性懸濁液に、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。水酸化ナトリウム水溶液の添加、遠心分離、および上清除去の操作を7回繰り返した。このPHB共重合体水性懸濁液を4倍濃縮して、PHB共重合体濃度が52重量%以上になるように調整した。このPHB共重合体水性懸濁液中の体積メジアン径をHORIBA製レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置LA-950を用いて測定したところ、1.9μmであった。
(lysis, concentration)
An alkaline aqueous solution was added to the enzyme-treated solution obtained above to adjust the pH to 11.5 or higher, and the solution was maintained at 45°C or higher for 4 hours or more. Subsequently, 0.6 to 1.0 wt% sodium dodecyl sulfate (Kao Corporation) was added, and 30% sodium hydroxide was added to adjust the pH to approximately 12. The solution was then diluted 2-fold with an alkaline aqueous solution (pH 10 to 11.5). After centrifugation, the supernatant was removed and the solution was concentrated 2-fold. To this concentrated aqueous suspension of PHB copolymer, an equal amount of aqueous sodium hydroxide solution (pH 11) to the removed supernatant was added, followed by centrifugation and removal of the supernatant. The procedure of adding the aqueous sodium hydroxide solution, centrifugation, and removing the supernatant was repeated 7 times. The aqueous PHB copolymer suspension was concentrated 4-fold to adjust the PHB copolymer concentration to 52 wt% or higher. The volume median diameter of this aqueous PHB copolymer suspension was measured using a HORIBA LA-950 laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer and found to be 1.9 μm.
(造粒)
上記で得られたPHB共重合体水性懸濁液に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0.95phr(水性懸濁液中に存在するPHB共重合体100重量部に対して0.95重量部)添加した。次いで、メチルセルロース(商品名SM-15)を0.3phr添加した。この液を撹拌し、液温度を60℃まで上昇させ、pHが4.0になるように10%硫酸を添加し、120分間撹拌を継続して、PHB共重合体水性懸濁液を得た。その後、前記混合物の固形分濃度を、水を加えることにより50質量%に調整した。このPHB共重合体水性懸濁液中の体積メジアン径をHORIBA製レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置LA-950を用いて測定したところ、1.9μmであった。さらに、前記PHB共重合体水性懸濁液のせん断粘度をAnton Paar社製MCR302を用いて測定したところ、0.1Pa・sであった。得られたPHB共重合体水性懸濁液を、ロータリーアトマイザー型噴霧乾燥機(OC-16、大川原社製)にて噴霧乾燥を実施し(熱風温度:115℃、排風温度:75℃、ロータリーアトマイザー回転速度:11000rpm)、洗浄前PHB共重合体粉体を得た。得られた洗浄前PHB共重合体粉体に含まれるペプチドグリカン量は、1.04phr、残タンパク質量は0.18phr、洗浄前PHB共重合体粉体の嵩密度は0.51g/mL、メジアン粒子径は110μm、純度は97%、全窒素量は0.099phrであった。
(granulation)
To the PHB copolymer aqueous suspension obtained above, 0.95 phr (0.95 parts by weight per 100 parts by weight of the PHB copolymer 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. Next, 0.3 phr of methylcellulose (trade name SM-15) was added. The resulting solution was stirred, the temperature was raised to 60°C, 10% sulfuric acid was added to adjust the pH to 4.0, and stirring was continued for 120 minutes to obtain a PHB copolymer aqueous suspension. The solids concentration of the mixture was then adjusted to 50% by mass by adding water. The volume median diameter of this PHB copolymer aqueous suspension was measured using a HORIBA laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer LA-950 and found to be 1.9 μm. Furthermore, the shear viscosity of the PHB copolymer aqueous suspension was measured using an MCR302 manufactured by Anton Paar and was found to be 0.1 Pa s. The resulting PHB copolymer aqueous suspension was spray-dried using a rotary atomizer-type spray dryer (OC-16, manufactured by Okawara Co., Ltd.) (hot air temperature: 115°C, exhaust air temperature: 75°C, rotary atomizer rotation speed: 11,000 rpm) to obtain a pre-washed PHB copolymer powder. The amount of peptidoglycan contained in the resulting pre-washed PHB copolymer powder was 1.04 phr, the amount of residual protein was 0.18 phr, the bulk density of the pre-washed PHB copolymer powder was 0.51 g/mL, the median particle size was 110 μm, the purity was 97%, and the total nitrogen content was 0.099 phr.
(洗浄1)
上記で得られた洗浄前PHB共重合体粉体をPHB共重合体濃度が37.5%になるように、純水に分散させ、その分散スラリーに硫酸ナトリウムを1phr添加した。その後、30%水酸化ナトリウムで分散スラリーのpHを6になるように調整した。分散スラリーを50℃まで昇温し、卵白リゾチーム(卵白リゾチームFG、長瀬産業製)を0.0050phr添加し2時間撹拌した。
(Washing 1)
The unwashed PHB copolymer powder obtained above was dispersed in pure water to a PHB copolymer concentration of 37.5%, and 1 phr of sodium sulfate was added to the dispersion slurry. The pH of the dispersion slurry was then adjusted to 6 with 30% sodium hydroxide. The dispersion slurry was heated to 50°C, and 0.0050 phr of egg white lysozyme (egg white lysozyme FG, manufactured by Nagase & Co., Ltd.) was added, followed by stirring for 2 hours.
(洗浄2)
上記で得られた分散スラリーに30%水酸化ナトリウムを加え、分散スラリーのpHが11になるように調整した。その後、分散スラリーと同様の重量のpH11の水酸化ナトリウム水溶液を分散スラリーに添加し、遠心分離し、上澄みを排除した。水酸化ナトリウム水溶液の添加、遠心分離、および上清除去の操作を3回繰り返した。
(Washing 2)
30% sodium hydroxide was added to the dispersion slurry obtained above to adjust the pH of the dispersion slurry to 11. Thereafter, an aqueous sodium hydroxide solution having a pH of 11 was added to the dispersion slurry in an amount equal to the weight of the dispersion slurry, followed by centrifugation and removal of the supernatant. The procedure of adding the aqueous sodium hydroxide solution, centrifugation, and removal of the supernatant was repeated three times.
(乾燥)
上記で得られた分散スラリーに10%硫酸を加え、分散スラリーのpHが4になるように調整した。その後、分散スラリー中のPHB共重合体量濃度が35%になるように加水した。得られたPHB共重合体水性懸濁液を、ロータリーアトマイザー型噴霧乾燥機(OC-16、大川原社製)にて噴霧乾燥を実施し(熱風温度:160℃、排風温度:75℃、ロータリーアトマイザー回転速度:11000rpm)、PHB共重合体粉体を得た。得られたPHB共重合体粉体に含まれる全窒素量は0.059phrであり、洗浄前PHB共重合体粉体の嵩密度は0.50g/mL、メジアン粒子径は102μmであった。
(Drying)
10% sulfuric acid was added to the dispersion slurry obtained above, and the pH of the dispersion slurry was adjusted to 4. Water was then added so that the PHB copolymer concentration in the dispersion slurry was 35%. The resulting PHB copolymer aqueous suspension was spray-dried using a rotary atomizer-type spray dryer (OC-16, manufactured by Okawara Co., Ltd.) (hot air temperature: 160°C, exhaust air temperature: 75°C, rotary atomizer rotation speed: 11,000 rpm) to obtain a PHB copolymer powder. The total nitrogen content of the resulting PHB copolymer powder was 0.059 phr, and the bulk density of the PHB copolymer powder before washing was 0.50 g/mL and the median particle size was 102 μm.
〔実施例2〕
(造粒)までは実施例1と同じ方法で洗浄前PHB共重合体粉体を得た。洗浄前PHB共重合体粉体をPHB共重合体濃度が37.5%になるように、純水に分散させ、その分散スラリーに硫酸ナトリウムを1phr添加した。その後、30%水酸化ナトリウムで分散スラリーのpHを10.5になるように調整した。エスペラーゼ(Novozyme社)を0.05phr添加し、2時間攪拌した。その後、実施例1に記載の(洗浄2)以降の操作を実施したところ、得られたPHB共重合体粉体に含まれる全窒素量は0.070phrであり、PHB共重合体粉体の嵩密度は0.50g/mL、メジアン粒子径は108μmであった。
Example 2
A pre-washed PHB copolymer powder was obtained in the same manner as in Example 1 up to (granulation). The pre-washed PHB copolymer powder was dispersed in pure water to a PHB copolymer concentration of 37.5%, and 1 phr of sodium sulfate was added to the resulting dispersion slurry. The pH of the dispersion slurry was then adjusted to 10.5 with 30% sodium hydroxide. 0.05 phr of Esperase (Novozyme) was added and the mixture was stirred for 2 hours. The operations from (Washing 2) onward described in Example 1 were then carried out, and the total nitrogen content of the resulting PHB copolymer powder was 0.070 phr, the bulk density of the PHB copolymer powder was 0.50 g/mL, and the median particle size was 108 μm.
〔実施例3〕
(洗浄1)までは実施例1と同じ方法で洗浄前PHB共重合体粉体の分散スラリーを得た。得られた分散スラリーに30%水酸化ナトリウムを加え、分散スラリーのpHを10.5になるように調整した。エスペラーゼ(Novozyme社)を0.05phr添加し、2時間攪拌した。その後、実施例1に記載の(洗浄2)以降の操作を実施したところ、得られたPHB共重合体粉体に含まれる全窒素量は0.033phrであり、PHB共重合体粉体の嵩密度は0.50g/mL、メジアン粒子径は115μmであった。
Example 3
A dispersion slurry of the PHB copolymer powder before washing was obtained in the same manner as in Example 1 up to (Washing 1). 30% sodium hydroxide was added to the obtained dispersion slurry to adjust the pH of the dispersion slurry to 10.5. 0.05 phr of Esperase (Novozyme) was added and the mixture was stirred for 2 hours. The operations from (Washing 2) onward described in Example 1 were then carried out. The total nitrogen content of the obtained PHB copolymer powder was 0.033 phr, the bulk density of the PHB copolymer powder was 0.50 g/mL, and the median particle size was 115 μm.
〔実施例4〕
(造粒)までは実施例1と同じ方法で洗浄前PHB共重合体粉体を得た。洗浄前PHB共重合体粉体をPHB共重合体濃度が37.5%になるように、純水に分散させ、30%水酸化ナトリウムを加え、pHが11になるように調整し、2時間攪拌した。その後、実施例1に記載の(洗浄2)以降の操作を実施したところ、得られたPHB共重合体粉体に含まれる全窒素量は0.098phrであり、洗浄前PHB共重合体粉体の嵩密度は0.51g/mL、メジアン粒子径は110μmであった。
Example 4
A pre-washed PHB copolymer powder was obtained in the same manner as in Example 1 up to (granulation). The pre-washed PHB copolymer powder was dispersed in pure water to a PHB copolymer concentration of 37.5%, and 30% sodium hydroxide was added to adjust the pH to 11, followed by stirring for 2 hours. The operations from (Washing 2) onward described in Example 1 were then carried out, and the total nitrogen content of the obtained PHB copolymer powder was 0.098 phr, the bulk density of the pre-washed PHB copolymer powder was 0.51 g/mL, and the median particle size was 110 μm.
〔比較例1〕
(不活化)までは、実施例1と同様の方法で不活化培養液を得た。
Comparative Example 1
An inactivated culture solution was obtained in the same manner as in Example 1 up to (inactivation).
(酵素処理)
上記で得られた不活化培養液に対してペプチドグリカンの分解酵素である卵白リゾチーム(卵白リゾチームFG、長瀬産業製)を0.01phr添加し、50℃で2時間ホールドした。次いで、30%水酸化ナトリウムを用いて、pHを8.5±0.2に調整した。その後、タンパク質分解酵素であるアルカラーゼ(Novozymes社製)を添加し、50℃で30%水酸化ナトリウムにてpH8.5にコントロールしながら、2時間以上ホールドした。
(Enzyme treatment)
To the inactivated culture medium obtained above, 0.01 phr of egg white lysozyme (egg white lysozyme FG, manufactured by Nagase & Co., Ltd.), a peptidoglycan degrading enzyme, was added, and the mixture was kept at 50°C for 2 hours. Next, the pH was adjusted to 8.5±0.2 using 30% sodium hydroxide. Thereafter, Alcalase (manufactured by Novozymes), a protease, was added, and the mixture was kept at 50°C for 2 hours or more while controlling the pH to 8.5 with 30% sodium hydroxide.
(溶菌、濃縮)
上記で得られた酵素処理液に対してアルカリ水溶液を添加し、pHを11.5以上に調整し、45℃以上で4時間以上保持した。その後、0.6~1.0wt%のドデシル硫酸ナトリウム(花王製)を添加し、かつ、pHが12前後になるように30%水酸化ナトリウムを添加するとともに、アルカリ水溶液(pH10~11.5)で3倍に希釈した。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PHB共重合体の水性懸濁液に、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。水酸化ナトリウム水溶液の添加、遠心分離、および上清除去の操作を繰り返した。このPHB共重合体水性懸濁液中の体積メジアン径をHORIBA製レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置LA-950を用いて測定したところ、62μmであった。その後、PHB共重合体水性懸濁液をブフナー漏斗でのろ別により固形分濃度50%まで濃縮したが、濡れた粉状になっており、流動性もなく、噴霧乾燥ができない状態であった。
(lysis, concentration)
An alkaline aqueous solution was added to the enzyme-treated solution obtained above to adjust the pH to 11.5 or higher, and the solution was maintained at 45°C or higher for 4 hours or more. Subsequently, 0.6 to 1.0 wt% sodium dodecyl sulfate (Kao Corporation) was added, and 30% sodium hydroxide was added to adjust the pH to approximately 12. The solution was then diluted 3-fold with an alkaline aqueous solution (pH 10 to 11.5). After centrifugation, the supernatant was removed and the solution was concentrated 2-fold. To this concentrated aqueous suspension of PHB copolymer, an equal amount of aqueous sodium hydroxide solution (pH 11) was added, followed by centrifugation and removal of the supernatant. The addition of aqueous sodium hydroxide solution, centrifugation, and supernatant removal were repeated. The volume median diameter of this aqueous PHB copolymer suspension was measured using a HORIBA LA-950 laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer, and found to be 62 μm. Thereafter, the aqueous suspension of PHB copolymer was concentrated to a solids concentration of 50% by filtration using a Buchner funnel, but it was in the form of a wet powder with no fluidity and was in a state where it could not be spray-dried.
〔比較例2〕
(溶菌、濃縮)の遠心分離操作までは、比較例1と同様の方法でPHB共重合体の水性懸濁液を得た。このPHB共重合体水性懸濁液中の体積メジアン径をHORIBA製レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置LA-950を用いて測定したところ、62μmであった。
Comparative Example 2
An aqueous suspension of PHB copolymer was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 up to the centrifugation step (lysing and concentration). The volume median diameter of this aqueous suspension of PHB copolymer was measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer LA-950 manufactured by HORIBA, and was found to be 62 μm.
(造粒)
上記で得られたPHB共重合体水性懸濁液(固形分濃度20%)に、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0.95phr添加した。次いで、メチルセルロース(商品名SM-15)を0.3phr添加した。この液を撹拌し、液温度を60℃まで上昇させ、pHが4.0になるように10%硫酸を添加し、120分間撹拌を継続し、PHB共重合体水性懸濁液を得た。その後、前記混合物の固形分濃度を、水を加えることにより15質量%に調整した。このPHB共重合体水性懸濁液中の体積メジアン径をHORIBA製レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置LA-950を用いて測定したところ、62μmであった。さらに、前記PHB共重合体水性懸濁液のせん断粘度をAnton Paar社製MCR302を用いて測定したところ、0.1Pa・sであった。得られたPHB共重合体水性懸濁液を、ロータリーアトマイザー型噴霧乾燥機(OC-16、大川原社製)にて噴霧乾燥を実施し(熱風温度:115℃、排風温度:75℃、ロータリーアトマイザー回転速度:11000rpm)、PHB共重合体粉体を得た。得られたPHB共重合体粉体に含まれるペプチドグリカン量は0.01phr、残タンパク質量は0.5phr、PHB共重合体粉体の嵩密度は0.20g/mL、メジアン粒子径は71μm、純度は98%であった。
(granulation)
To the PHB copolymer aqueous suspension (solids concentration 20%) obtained above, 0.95 phr 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. Next, 0.3 phr of methylcellulose (trade name SM-15) was added. The resulting solution was stirred, the liquid temperature was raised to 60°C, 10% sulfuric acid was added to adjust the pH to 4.0, and stirring was continued for 120 minutes to obtain a PHB copolymer aqueous suspension. Thereafter, the solids concentration of the mixture was adjusted to 15% by mass by adding water. The volume median diameter of this PHB copolymer aqueous suspension was measured using a HORIBA laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer LA-950 and found to be 62 μm. Furthermore, the shear viscosity of the PHB copolymer aqueous suspension was measured using an Anton Paar MCR302 and found to be 0.1 Pa s. The resulting PHB copolymer aqueous suspension was spray-dried using a rotary atomizer-type spray dryer (OC-16, manufactured by Okawara Co., Ltd.) (hot air temperature: 115°C, exhaust air temperature: 75°C, rotary atomizer rotation speed: 11,000 rpm) to obtain a PHB copolymer powder. The resulting PHB copolymer powder contained 0.01 phr of peptidoglycan, 0.5 phr of residual protein, a bulk density of 0.20 g/mL, a median particle size of 71 μm, and a purity of 98%.
表1より、本製造方法によると、嵩密度が高い、3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の比率が高いPHB共重合体を製造できることが分かった。
From Table 1, it is clear that the present production method makes it possible to produce a PHB copolymer having a high bulk density and a high ratio of hydroxyalkanoate units other than 3HB units.
本発明によれば、3HB単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比が高いPHB共重合体を製造することができる。また、本発明の製造方法により得られたPHB共重合体は嵩密度が高いため、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。According to the present invention, it is possible to produce a PHB copolymer having a high composition ratio of hydroxyalkanoate units other than 3HB units. Furthermore, because the PHB copolymer obtained by the production method of the present invention has a high bulk density, it can be suitably used in agriculture, fisheries, forestry, horticulture, medicine, hygiene products, clothing, non-clothing products, packaging, automobiles, building materials, and other fields.
Claims (8)
前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体粉体に含まれるポリヒドロキシ酪酸共重合体は、3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシブチレート単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比が80/20~88/12(mol/mol)であり、
(a)前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体を含有する菌体を含む培養液に、アルカリ性タンパク質分解酵素を添加して、前記菌体を酵素処理する工程、
(b)前記工程(a)で得られた培養液にアルカリ水溶液を添加してpHを10.0~12.0に調整し、該調整前、該調整と同時、または該調整後のいずれかにおいて界面活性剤を添加する工程、
(c)前記工程(b)で得られた水性懸濁液から、pHが7.0以下であり、かつ、せん断粘度が0.005Pa・s以上、0.5Pa・s以下の水性懸濁液を調製する工程、および
(d)前記工程(c)で調製した水性懸濁液を噴霧乾燥する工程、
を含み、
前記工程(d)の後に、
(e)前記工程(d)で得られたポリヒドロキシ酪酸共重合体粉体を洗浄する工程、
をさらに含み、
前記工程(e)の洗浄液がアルカリ性タンパク質分解酵素および/または溶菌酵素を含む、ポリヒドロキシ酪酸共重合体粉体の製造方法。 1. A method for producing a polyhydroxybutyric acid copolymer powder , comprising:
the polyhydroxybutyrate copolymer contained in the polyhydroxybutyrate copolymer powder has a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units to hydroxyalkanoate units other than 3-hydroxybutyrate units of 80/20 to 88/12 (mol/mol);
(a) adding an alkaline protease to a culture solution containing the bacterial cells containing the polyhydroxybutyric acid copolymer to enzymatically treat the bacterial cells;
(b) adding an alkaline aqueous solution to the culture solution obtained in the step (a) to adjust the pH to 10.0 to 12.0, and adding a surfactant either before, simultaneously with, or after the adjustment;
(c) preparing an aqueous suspension having a pH of 7.0 or less and a shear viscosity of 0.005 Pa s or more and 0.5 Pa s or less from the aqueous suspension obtained in the step (b); and (d) spray-drying the aqueous suspension prepared in the step (c).
Including,
After the step (d),
(e) a step of washing the polyhydroxybutyric acid copolymer powder obtained in the step (d);
further comprising
A method for producing a polyhydroxybutyric acid copolymer powder , wherein the washing liquid in the step (e) contains an alkaline protease and/or a bacteriolytic enzyme .
(f)前記工程(e)で得られたポリヒドロキシ酪酸共重合体粉体を脱水および/または乾燥する工程
をさらに含む、請求項1に記載のポリヒドロキシ酪酸共重合体粉体の製造方法。 After the step ( e ) ,
2. The method for producing a polyhydroxybutyric acid copolymer powder according to claim 1, further comprising the step of: (f) dehydrating and/or drying the polyhydroxybutyric acid copolymer powder obtained in the step (e).
前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体は、3-ヒドロキシブチレート単位/3-ヒドロキシブチレート単位以外のヒドロキシアルカノエート単位の組成比が80/20~88/12(mol/mol)であり、
嵩密度が0.45g/mL以上であり、メジアン粒子径が80~200μmである、ポリヒドロキシ酪酸共重合体粉体であって、
前記ポリヒドロキシ酪酸共重合体粉体中の全窒素量が0.010~0.075phrである、ポリヒドロキシ酪酸共重合体粉体。 A polyhydroxybutyric acid copolymer and a nitrogen compound are included,
The polyhydroxybutyrate copolymer has a composition ratio of 3-hydroxybutyrate units to hydroxyalkanoate units other than 3-hydroxybutyrate units of 80/20 to 88/12 (mol/mol),
A polyhydroxybutyric acid copolymer powder having a bulk density of 0.45 g/mL or more and a median particle size of 80 to 200 μm ,
The polyhydroxybutyric acid copolymer powder has a total nitrogen content of 0.010 to 0.075 phr .
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