JP4811772B2 - ポリd−ヒドロキシ酪酸の生分解方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、ポリ乳酸はポリヒドロキシ酪酸、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート等の生分解性プラスチックに比べて環境中における生分解性がきわめて低いという難点のあることが知られている(非特許文献1〜3参照)。
(1)ポリD−ヒドロキシ酪酸をアクロモバクター属由来のアルカリリパーゼ、アルカリゲネス属由来のリポプロテインリパーゼ、シュードモナス属由来のリパーゼ、キャンディダ属由来のリパーゼ、ムコール属由来のリパーゼ、リゾパス属由来のリパーゼ、ペニシリウム属由来のリパーゼ、フィコマイセス属由来のリパーゼ、豚膵臓リパーゼ及びヒト膵臓リパーゼの中から選ばれた少なくとも1種のリパーゼで分解することを特徴とする、ポリD-ヒドロキシ酪酸の生分解方法。
(2)リパーゼが哺乳類のリパーゼである前記(1)記載の方法。
L−乳酸の共重合体としては、一方のコモノマーにL−乳酸又はL−ラクチドを用い、他方のコモノマーとして、D−乳酸、DL−ラクチド、D−ラクチド、2−ヒドロキシイソ酪酸、4−ヒドロキシイソ酪酸、10−ヒドロキシデカン酸、12−ヒドロキシドデカン酸、12−ヒドロキシステアリン酸、16−ヒドロキシヘキサデカン酸、10,16−ジヒドロキシヘキサデカン酸、9,16−ジヒドロキシヘキサデカン酸、18−ヒドロキシオクタデカン酸、20−ヒドロキシエイコサン酸、22−ヒドロキシドコサン酸、9,10,18−トリヒドロキシオクタデカン酸、グリコリド、β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトン、β−ブチロラクトン、γ−メチル−γ−ブチロラクトン、γ−エチル−γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、γ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン、γ−カプロラクトン、15−ペンタデカラクトン、γ−ブチロラクタム、δ−バレロラクタム、ε−カプロラクタム、ω−ラウロラクタム、ヘキサメチレンアジパミド、テトラメチレンセバカミド、ヘキサメチレンセバカミド、グリシン環状二量体、アラニン環状二量体、エチレンオキシド、プロピレンオキシドなどを使用するのが好ましい。これら他方のコモノマーは1種で用いてもよいし、また、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記共重合体は、一方のコモノマーを他方のコモノマーよりモル比で多くしたものが好ましく、中でも一方のコモノマーと他方のコモノマーとのモル比を60:40、更には80:20より高くしたものが好ましい。
上記樹脂は5000〜2000000、中でも10000〜1000000の分子量を有するのが好ましい。
これらの酵素や粉末や抽出物(以下酵素等ともいう)は1種用いてもよいし、また、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
酵素等は精製物が好ましいが、植物分泌物や動物臓器、微生物培養液などをホモジナイズした粗製物、安定剤を含む工業用酵素であってもよい。
また、上記生分解性樹脂組成物には所期の効果を妨げない範囲で、澱粉や加工澱粉、ペクチン、キチン、キトサン、アルギン酸またはその塩、キシロース、セルロース、またはカルボキシメチルセルロース等のセルロースやその誘導体、みつまた、こうぞ、くわくさ、かなむぐら、くわ、いちじく、綿、ケナフ、アバカ、やし殻などの植物繊維、絹、ウールなどの動物繊維、ガラス繊維、カーボン繊維等を含有させてもよい。
この酵素や粉末や抽出物の熱による活性減少を防止するためには、酵素等をL−乳酸の重合体又はその共重合体と混合する前に、酵素等の水分を十分に取り除いておくことが重要である。また、酵素等からの水分の除去は、L−乳酸の重合体又はその共重合体の加水分解を防止するのに有効である。
加熱混合方法は、樹脂成分を加熱しながら酵素や粉末や抽出物成分をヘンシェルミキサーや混練機で混合する方法、押出機中で樹脂成分と酵素や粉末や抽出物成分を溶融混練する方法、その他ブロー成形法、発泡成形法等を例示することができる。加熱温度は、通常20〜250℃、好ましくは50〜200℃、中でも120〜180℃の範囲で選ばれる。
ヘンシェルミキサーによりL−乳酸の重合体又は共重合体と酵素等をブレンドする場合、加熱による酵素等の活性減少を防止するため、L−乳酸の重合体又は共重合体と粉体(澱粉、タルク、炭酸カルシウム、ゼオライト、カオリン、木粉、セルロース粉末等)を同時にヘンシェルミキサーに加え、高速で加熱混合し、ヘンシェルミキサーのトルクが大きくなる直前に酵素等を添加して、酵素等入りコンパウンドを製造することも可能である。得られたコンパウンドはそのまま、又はL−乳酸の重合体又は共重合体とさらに混合して樹脂組成物とすることもできる。
さらに、酵素等の熱による活性減少を防止するためには、酵素等をポリカプロラクトンやポリブチレンアジペート、ポリエチレンアジペート等の融点の低い樹脂にブレンドした後、酵素等の入ったブレンド体とL−乳酸の重合体又はその共重合体をブレンドして、生分解性樹脂組成物を製造することもできる。
上記生分解性樹脂組成物は、射出成形、押出し成形、ブロー成形、プレス成形、カレンダー成形などの方法でシート状、フィルム状、繊維状、容器状に成形加工することができ、また、発泡成形に付すこともできる。発泡成形により成型品を得る場合には、発泡剤を含む成形材料の溶融物を、高圧帯域から低圧帯域に押し出すのがよい。発泡剤としては、加熱よりガスを放出する熱分解型の発泡剤や、低沸点の炭化水素や二酸化炭素、ハロゲン炭化水素等を用いることできる。
これらのリパーゼは1種用いてもよいし、また2種以上を組み合わせて用いてもよい。
この生分解方法において用いられるポリD−ヒドロキシ酪酸は、D−ヒドロキシ酪酸のホモポリマーや、モノマー成分としてD−ヒドロキシ酪酸の割合が50%モル以上である、D−ヒドロキシ酪酸と他のコモノマーとの共重合体を意味する。
ポリL‐乳酸(島津製作所社製、ラクティー♯1012、数平均分子量Mn=1.8×105)50gとコーンスターチ50gをヘンシェルミキサーに同時に加えて、高速回転により混合し、ヘンシェルミキサーのトルクが大きくなる直前にプロテネースK(ICN社製)を1g添加して、酵素入りコンパウンドを製造した。さらに得られたコンパウンドを加温したエクストルーダ中で混練した後、ペレット化した。得られたペレットを190℃で押出し成形して肉厚30μmのフィルムを成膜した。
プロテネースKに代えてズブチリシン(シグマ社製)を酵素に用いた以外は参考例1と同様にしてフィルムを成膜した。
プロテネースKに代えてα−キモトリプシン(シグマ社製)を酵素に用いた以外は参考例1と同様にしてフィルムを成膜した。
プロテネースKに代えてプロナーゼ(ベーリンガーマンハイム社製)を酵素に用いた以外は参考例1と同様にしてフィルムを成膜した。
プロテネースKに代えてキモパパイン(ワシントンバイオケミカル社製)を酵素に用いた以外は参考例1と同様にしてフィルムを成膜した。
プロテネースKに代えてパパイン(カルビオケムノババイオケミカル社製)を酵素に用いた以外は参考例1と同様にしてフィルムを成膜した。
プロテネースKに代えてプラスミン(シグマ社製)を酵素に用いた以外は参考例1と同様にしてフィルムを成膜した。
プロテネースKに代えてエラスターゼ(和光純薬社製)を酵素に用いた以外は参考例1と同様にしてフィルムを成膜した。
プロテネースKに代えてトリプシン(シグマ社製)を酵素に用いた以外は参考例1と同様にしてフィルムを成膜した。
プロテネースKに代えてブナシメジ抽出物の凍結乾燥粉末を用いた以外は参考例1と同様にしてフィルムを成膜した。
プロテネースKに代えていちじく抽出物の凍結乾燥粉末を用いた以外は参考例1と同様にしてフィルムを成膜した。
プロテネースKに代えてパッションフルーツ抽出物の凍結乾燥粉末を用いた以外は参考例1と同様にしてフィルムを成膜した。
これら参考例10〜12の各抽出物の凍結乾燥粉末について、これを以下抽出粉末と称する。
ポリL−乳酸に代えてL−ラクチドとD−ラクチドのモル比90:10の共重合体を用いた以外は参考例1と同様にしてフィルムを成膜した。
ポリL−乳酸に代えてL−ラクチドとD−ラクチドのモル比90:10の共重合体を用いた以外は参考例2と同様にしてフィルムを成膜した。
ポリL−乳酸に代えてL−ラクチドとD−ラクチドのモル比90:10の共重合体を用いた以外は参考例3と同様にしてフィルムを成膜した。
ポリL‐乳酸に代えてL‐ラクチドとD‐ラクチドのモル比90:10の共重合体を用いた以外は参考例4と同様にしてフィルムを成膜した。
ポリL−乳酸に代えてL−ラクチドとD−ラクチドのモル比90:10の共重合体を用いた以外は参考例5と同様にしてフィルムを成膜した。
ポリL−乳酸に代えてL−ラクチドとD−ラクチドのモル比90:10の共重合体を用いた以外は参考例6と同様にしてフィルムを成膜した。
ポリL−乳酸に代えてL−ラクチドとD−ラクチドのモル比90:10の共重合体を用いた以外は参考例7と同様にしてフィルムを成膜した。
ポリL−乳酸に代えてL−ラクチドとD−ラクチドのモル比90:10の共重合体を用いた以外は参考例8と同様にしてフィルムを成膜した。
ポリL−乳酸に代えてL−ラクチドとD−ラクチドのモル比90:10の共重合体を用いた以外は参考例9と同様にしてフィルムを成膜した。
ポリL−乳酸に代えてL−ラクチドとD−ラクチドのモル比90:10の共重合体を用いた以外は参考例10と同様にしてフィルムを成膜した。
ポリL−乳酸に代えてL−ラクチドとD−ラクチドのモル比90:10の共重合体を用いた以外は参考例11と同様にしてフィルムを成膜した。
ポリL−乳酸に代えてL−ラクチドとD−ラクチドのモル比90:10の共重合体を用いた以外は参考例12と同様にしてフィルムを成膜した。
ポリL−乳酸に代えてL−ラクチドとDL−β−ブチロラクトンのモル比90:10の共重合体を用いた以外は参考例9と同様にフィルムを成膜した。
ポリL−乳酸に代えてL−ラクチドとDL−β−ブチロラクトンとε−カプロラクトンのモル比90:5:5の共重合体を用いた以外は参考例9と同様にフィルムを成膜した。
ポリL−乳酸に代えてL−ラクチドとDL−β−ブチロラクトンとε−カプロラクタムのモル比90:5:5の共重合体を用いた以外は参考例9と同様にフィルムを成膜した。
ポリL−乳酸に代えてL−ラクチドとDL−β−ブチロラクトンとエチレンオキシドのモル比90:5:5の共重合体を用いた以外は参考例9と同様にフィルムを成膜した。
ブナシメジ50gを0.1Mリン酸緩衝液(pH7)100mlを加え、ホモジナイズを行った。さらにガーゼによるろ過、高速遠沈(10000rpm)を行った。得られた抽出液を凍結乾燥し、ブナシメジ抽出液凍結乾燥粉末を得た。
ブナシメジに代えていちじくを用いた以外は上記ブナシメジ抽出物凍結乾燥粉末の調製方法と同様にいちじく抽出液凍結乾燥粉末を得た。
ブナシメジに代えてパッションフルーツを用いた以外は上記ブナシメジ抽出物凍結乾燥粉末の調製方法と同様にパッションフルーツ抽出物凍結乾燥粉末を得た。
窒素気流中、三口フラスコにピューラック社製L−ラクチド9g、ピューラック社製D−ラクチド1gおよびナカライテスク社製オクチル酸スズ0.01gを加え、130℃で1時間加熱した。得られた粗製の共重合体をクロロホルム100mlに溶解し、メタノール500mlに沈殿させた。(収量9g数平均分子量1.2×104)
窒素気流中、三口フラスコにピューラック社製L‐ラクチド9.26g、東京化成社製DL−β−ブチロラクトン0.74gおよび和光純薬製トリエチルアルミニウム0.4mlを加え、30℃で24時間撹拌した。得られた粗製の共重合体をクロロホルム100mlに溶解し、メタノール500mlに沈殿させた。(収量3.6g数平均分子量5.6×103)
窒素気流中、三口フラスコに東京化成社製DL−β−ブチロラクトン4.2g、東京化成社製ε−カプロラクトン5.8gおよび和光純薬社製テトラフェニルスズ0.01gを加え、30℃で24時間反応させた。得られた粗製の共重合体をクロロホルム100mlに溶解し、メタノールに沈殿させた。(収量5g数平均分子量8.3×103)得られた共重合体1gと島津社製ポリL−ラクチド(ラクティー♯1012、数平均分子量Mn=1.8×105)9gを加え、200℃で5時間加熱した。得られた粗製の三元共重合体をクロロホルム100mlに溶解し、メタノールに沈殿させた。(収量7g数平均分子量5.3×103)
窒素気流中、三口フラスコに東京化成社製DL−β−ブチロラクトン4.2g、東京化成社製ε−カプロラクタム5.8gおよび和光純薬社製テトラフェニルスズ0.01gを加え、30℃で24時間反応させた。得られた粗製の共重合体をクロロホルム100mlに溶解し、メタノールに沈殿させた。(収量4g数平均分子量6.3×103)得られた共重合体1gと島津社製ポリL‐ラクチド(ラクティー♯1012、数平均分子量Mn=1.8×105)9gを加え、200℃で5時間加熱した。得られた粗製の三元共重合体をクロロホルム100mlに溶解し、メタノールに沈殿させた。(収量5g数平均分子量4.2×103)
窒素気流中、三口フラスコに東京化成社製エチレンオキシド3.3g、東京化成社製無水コハク酸6.7gおよび和光純薬社製ジエトキシマグネシウム0.01gを加え、30℃で24時間反応させた。得られた粗製の共重合体をクロロホルム100mlに溶解し、メタノールに沈殿させた(収量6g、数平均分子量6.8×103)。得られた共重合体1gと島津社製ポリL‐ラクチド9gを加え、200℃で5時間加熱した。得られた粗製の三元共重合体をクロロホルム100mlに溶解し、メタノールに沈殿させた(収量7g数平均分子量5.8×103)。
参考例1〜28で調製した各フィルムを試料に用いて、その各々10mgを0.1Mリン酸緩衝液(pH7.0)4mlとオクチルグルコシド溶液(東京化成社製)1ml中に添加し、37℃で14時間撹拌処理した。
得られた処理液について、その水溶性有機炭素濃度(ppm単位)を有機炭素測定装置(島津製作所社製、製品名:全有機炭素濃度測定装置TOC−5000A)にて測定し、その結果を表1のA欄に示す。
各参考例の試料と、その酵素又は抽出粉末に代えて該酵素又は抽出粉末を280℃で加熱処理したものを用いた以外は各参考例と同様にして調製した各フィルムについて、上記と同様に処理し、水溶性有機炭素濃度(ppm単位)を測定し、その結果を表1のB欄にブランクとして示す。
各参考例の試料の生分解性は、上記A欄とB欄の値の差として表1のC欄に示す。
試験例1の試料に代えて、酵素を含まないポリL−乳酸のみからなる肉厚30μmのフィルムを比較試料として用いた以外は試験例1と同様にして緩衝液中で撹拌処理し、測定したが、処理液に水溶性有機炭素は検出されなかった。
ポリL−乳酸のみからなる肉厚30μmのフィルム10mgを各種酵素液(キモパパイン、パパイン、プラスミン、エラスターゼ、トリプシン、ぶなしめじ抽出粉末、いちじく抽出粉末およびパッションフルーツ抽出粉末)1ml、0.1Mリン酸緩衝液(pH7.0)3ml、オクチルグルコシド溶液(東京化成社製)1mlの混合溶液中に添加し、37℃で14時間撹拌処理した。
得られた処理液について、その水溶性有機炭素濃度(ppm単位)を有機炭素測定装置(島津製作所社製、製品名:全有機炭素濃度測定装置TOC−5000A)にて測定し、その結果を表2のA欄に示す。
これら試験例と、その酵素又は抽出粉末に代えて該酵素又は抽出粉末を280℃で加熱処理したものを用いた以外は同様にフィルムを処理し、水溶性有機炭素濃度(ppm単位)を測定し、その結果を表2のB欄にブランクとして示す。
各試験例の生分解性は、上記A欄とB欄の値の差として表2のC欄に示す。
ポリL−乳酸のみからなる肉厚30μmのフィルム10mgを各種酵素液(プロテネースK、ズブチリシン、α‐キモトリプシン)1ml、0.1Mリン酸緩衝液(pH7.0)3ml、オクチルグルコシド溶液(東京化成社製)1mlの混合溶液中に添加し、37℃で14時間撹拌処理した。
得られた処理液について、その水溶性有機炭素濃度(ppm単位)を有機炭素測定装置(島津製作所社製、製品名:全有機炭素濃度測定装置TOC−5000A)にて測定し、その結果を表2のA欄に示す。
これら比較試験例と、その酵素に代えて該酵素を280℃で加熱処理したものを用いた以外は同様にフィルムを処理し、水溶性有機炭素濃度(ppm単位)を測定し、その結果を表2のB欄にブランクとして示す。
各比較試験例の生分解性は、上記A欄とB欄の値の差として表2のC欄に示す。
三菱ガス化学工業社製ポリD‐ヒドロキシ酪酸(数平均分子量2.1×105)のキャストフィルム(30μm)、10mgを各種酵素溶液、生化学工業社製アクロモバクター属由来のアルカリリパーゼ、生化学工業社製アルカリゲネス属由来のリポプロテインリパーゼ、天野社製シュードモナス属由来のリパーゼ(リパーゼAK)、シグマ社製キャンディダ属由来のリパーゼ(タイプVII−S)、バイオキャタリスト社製ムコール属由来のリパーゼ、シグマ社製リゾパス属由来のリパーゼ(タイプVI)、バイオキャタリスト社製ペニシリウム属由来のリパーゼ、和光純薬社製フィコマイセス属由来のリパーゼ(リパーゼPN)、シグマ社製豚膵臓リパーゼ(タイプII)、シグマ社製ヒト膵臓リパーゼ(1mg/ml)1ml、0.1Mリン酸緩衝液(pH7.0)3mlとオクチルグルコシド溶液(東京化成社製)1ml中に添加し、37℃で14時間撹拌処理した。
得られた処理液について、その水溶性有機炭素濃度(ppm単位)を有機炭素測定装置(島津製作所社製、製品名:全有機炭素濃度測定装置TOC−5000A)にて測定し、その結果を表3のA欄に示す。
これら試験例と、その酵素に代えて該酵素を280℃で加熱処理したものを用いた以外は同様にフィルムを処理し、水溶性有機炭素濃度(ppm単位)を測定し、その結果を表3のB欄にブランクとして示す。
各試験例の生分解性は、上記A欄とB欄の値の差として表3のC欄に示す。
Claims (2)
- ポリD−ヒドロキシ酪酸をアクロモバクター属由来のアルカリリパーゼ、アルカリゲネス属由来のリポプロテインリパーゼ、シュードモナス属由来のリパーゼ、キャンディダ属由来のリパーゼ、ムコール属由来のリパーゼ、リゾパス属由来のリパーゼ、ペニシリウム属由来のリパーゼ、フィコマイセス属由来のリパーゼ、豚膵臓リパーゼ及びヒト膵臓リパーゼの中から選ばれた少なくとも1種のリパーゼで分解することを特徴とする、ポリD-ヒドロキシ酪酸の生分解方法。
- リパーゼが哺乳類のリパーゼである請求項1記載の方法。
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