ＰＨＡの製造方法
【課題】プラント建設コスト及びランニングコストを低減することができるＰＨＡの製造方法を提供する。
【解決手段】廃食用油を炭素源として、水素細菌と混ぜ、水素細菌の菌体内にＰＨＡを産生させる。次に、菌体を回収し、回収した菌体と次亜塩素酸水溶液とを混合して溶菌する。その後、ＰＨＡを単離する。
【解決手段】廃食用油を炭素源として、水素細菌と混ぜ、水素細菌の菌体内にＰＨＡを産生させる。次に、菌体を回収し、回収した菌体と次亜塩素酸水溶液とを混合して溶菌する。その後、ＰＨＡを単離する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＨＡの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、一般家庭で年間約４２万トンの食用油が消費されているが、食品産業や外食産業と異なり、そのほとんどが回収されることなく可燃ゴミとして廃棄されている。そして、ゴミ焼却の際に大量の熱量と二酸化炭素（ＣＯ２ ）を発生するため、地球温暖化や酸性雨の原因として、また、廃食用油の一部は下水に流れて河川や湖沼・海洋汚染の原因になるなど、地球規模での環境問題となっている。
【０００３】
植物油廃液からの生分解性プラスチックの製造方法として、植物油廃液を嫌気処理し、酸発酵により植物油廃液中の有機物を有機酸に変換し、次いで固液分離手段により嫌気処理液からスラッジを分離除去し、固形物を除去した有機酸液を濃縮し、この濃縮有機酸液から水素細菌によりＰＨＡを生成する方法が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１８９１８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記発明では、その工程が多段階にわたっており、手間がかかっていた。また、プラント建設コスト及びランニングコストが高いという欠点があった。また、上記特許文献１には、ＰＨＡの単離および精製について明確に記載されていない。
【０００６】
そこで、本発明は、簡便にＰＨＡを製造することができるＰＨＡの製造方法を提供することを目的とする。また、プラント建設コスト及びランニングコストを低減することができるＰＨＡの製造方法を提供することを他の目的とする。さらに、菌体を凍結乾燥することなく、エーテルやヘキサン等の有機溶媒を使用せず、簡易にかつ低コストにてＰＨＡを単離・精製することができるＰＨＡの製造方法を提供することを別の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係るＰＨＡの製造方法は、廃食用油を炭素源として、水素細菌と混ぜ、該水素細菌の菌体内にＰＨＡを産生させる方法である。
【０００８】
また、廃食用油を炭素源として、水素細菌と混ぜ、該水素細菌の菌体内にＰＨＡを産生させ、次に、上記菌体を回収し、回収した該菌体と次亜塩素酸水溶液とを混合して溶菌し、その後、ＰＨＡを単離する方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を示す図面に基づき、本発明を詳説する。
【００１０】
図１は、本発明の実施の一形態を示したフローチャート図であって、このＰＨＡの製造方法は、廃食用油───大豆油、ごま油、オリーブ油、ヤシ油、パーム油、こめ油、綿実油、ひまわり油、コーン油、べにばな油、なたね油、椿油等から成る植物油の廃油───を原料として、生分解性プラスチックの一種であるＰＨＡ（すなわち、ポリヒドロキシアルカノエート）を製造する方法である。ＰＨＡの化学構造式を、化学式（１） に示す。
【００１１】
【化１】
（ただし、式中Ｒは任意のアルキル基を示す。）
【００１２】
このＰＨＡの製造方法は、廃食用油を唯一の炭素源として、水素細菌と混ぜ、水素細菌の菌体内にＰＨＡを産生させ、次に、菌体を回収し、回収した菌体と次亜塩素酸水溶液とを混合して溶菌し、その後、ＰＨＡを単離する方法である。
【００１３】
具体的には、まず、水素細菌を定法により培養し、炭素源及び窒素源を制限した培地に交換する。次に、廃食用油を添加し、３０℃で所定時間好気性条件化で培養する。水素細菌は、汎用培地（例えば、ＬＢ培地）で容易に培養することができる。また、単糖類（例えば、果糖）やアルキル鎖長の短い有機酸を炭素源として、窒素源を欠乏させた飢餓状態で培養したとき、生分解性プラスチックのＰＨＡを産生することは公知である。培養中、酸性度（ＰＨ）の上昇が観測されるが、特に制御装置（例えば、ＰＨセンサー）を使用することなく通常の回分式でＰＨＡは効率よく産生することができる。
【００１４】
培養終了後、自然沈降、濾過、あるいは遠心分離により菌体を分離する。濾過方法については重力濾過、減圧濾過、加圧濾過等の濾過方式が挙げられる。次に、分離した菌体に次亜塩素酸水溶液を滴下し、菌体を溶菌させる。この際、次亜塩素酸水溶液に不溶のＰＨＡのみが沈殿し、他の菌体由来成分は水溶液中で可溶状態にある。
【００１５】
ＰＨＡは、自然沈降、濾過、あるいは遠心分離により単離する。このようにして得られたＰＨＡは、水（蒸留水）やエタノールで洗浄することにより精製することができる。
【００１６】
なお、本発明は、設計変更可能であって、例えば、廃食用油に、水素細菌を添加するも良い。
【００１７】
【実施例】
ＬＢ培地で前培養した水素細菌（Ｒａｌｓｔｏｎｉａ ｅｕｔｒｏｐｈａ）を遠心分離により集菌し、 ５００ｍｌのさかぐちフラスコに ３００ｍｇの菌体と炭素源及び窒素源を欠いた培地を加え、微量塩類を添加する。ここへ、唯一の炭素源として、ごま油の廃油を１ｍｌ加えて、３０℃で３日間振とう培養を行なう。培養終了後、遠心分離によって菌体を分離し、１０ｍｌの３０％次亜塩素酸水溶液を滴下した。３０℃で９０分溶菌させた後、重力濾過によりＰＨＡを分離した。このようにして得られたＰＨＡを蒸留水とエタノールで洗浄し、減圧乾燥により精製した。
【００１８】
分析は、以下の通りに行なった。
１）核磁気共鳴（ １Ｈ−ＮＭＲ）；Ｖａｒｉａｎ Ｇｅｍｉｎｉ−２００（２００ＭＨｚ） を用い、溶媒は重水素化クロロホルムであり、内部基準にテトラメチルシランを用いて化学シフトを求めた。
２）フーリエ変換赤外吸収スペクトル（ＦＴ−ＩＲ）；島津製作所社製 ＦＴＩＲ−８２００を用い、岩塩板を用いたキャスト法で行なった。
【００１９】
３）熱示差走査測定（ＤＳＣ）；島津製作所社製ＤＳＣ−５０を用い、窒素雰囲気下、昇温速度１０℃／ｍｉｎで行なった。
４）サイズ排除クロマトグラフィー（ＧＰＣ）；本体は島津製作所社製ＬＣ−１０ＡＤ 型ポンプ、同 ＣＲ−７Ａ型データ処理器、同ＲＩＤ−６Ａ型示差屈折率検出器を用い、カラムは東ソー社製 ＴＳＫｇｅｌＧ４０００Ｈ８と Ｇ２５００Ｈ８（いずれも内径 ７．５ｍｍ、長さ ３００ｍｍ）とを直列連結して用いた。溶離液はエタノールを ０．５％含有クロロホルム、カラム温度３５℃、流速０．７ ｍｌ／ｍｉｎの条件で測定した。検量線は、定法通りに標準ポリスチレンを用いて作成した。
【００２０】
測定結果を、図２〜図８に示す。
これらの測定結果より、次の各値を得た。
▲１▼ １Ｈ−ＮＭＲ（重水素化クロロホルム）；デルタ値／ｐｐｍ；１．３０（ｄ、３Ｈ、−ＣＨ３ ）、２．５５（ｍ、２Ｈ、−ＣＨ２ −）、５．２７（ｍ、１Ｈ、−ＣＨ−）
▲２▼ １Ｃ−ＮＭＲ（重水素化クロロホルム）；デルタ値／ｐｐｍ；１９．８（−ＣＨ３ ）、４０．８（−ＣＨ２ −）、６７．６（−ＣＨ−）、１６９．２ （＞Ｃ＝Ｏ）
▲３▼ＦＴ−ＩＲ；カルボニル基の伸縮振動１７２７ｃｍ−１
▲４▼ＤＳＣ；融点 １７０．０℃
▲５▼ＧＰＣ；重量平均分子量 ２２８ｋＤ
すなわち、本発明のＰＨＡの製造方法によって、上述のようなＰＨＡが得られたことが分かる。具体的には、ポリヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）が得られた。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、上述の如く構成されるので、次に記載する効果を奏する。
【００２２】
（請求項１，２によれば）廃食用油からＰＨＡが簡便にかつ非常に安価で製造することが可能となる。例えば、製造コストを従来の製造方法の約６０分の１に低減することができる。また、地球温暖化の原因となる二酸化炭素の削減はもとより、ゴミ減量、河川・湖沼・海洋の汚染防止などの環境問題を克服できる有力な解決策の一つとなる。また、これまでＰＨＡの問題であったコスト面でも解決可能であり、石油代替材料としての用途や利用分野が拡大される。さらに、資源循環型社会への転換に大きく寄与することができる。また、廃食用油の種類によって、種々のＰＨＡを製造することができる。
【００２３】
（請求項２によれば）菌体を凍結乾燥することなく、かつ、エーテルやヘキサン等の有機溶媒を使用せず、簡易にかつ低コストにてＰＨＡを単離・精製することができる。そして、環境への負荷を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示すフローチャート図である。
【図２】水素細菌と生分解性プラスチックの重量変化の関係を示すグラフである。
【図３】図２における生分解性プラスチックの菌体中の割合を示すグラフである。
【図４】廃食用油濃度と水素細菌及び生分解性プラスチックの重量変化の関係を示すグラフである。
【図５】図４における生分解性プラスチックの菌体中の割合を示すグラフである。
【図６】実施例で得られたＰＨＡの１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示すグラフである。
【図７】実施例で得られたＰＨＡのＦＴ−ＩＲスペクトルを示すグラフである。
【図８】実施例で得られたＰＨＡのＤＳＣ曲線を示すグラフである。
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＨＡの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、一般家庭で年間約４２万トンの食用油が消費されているが、食品産業や外食産業と異なり、そのほとんどが回収されることなく可燃ゴミとして廃棄されている。そして、ゴミ焼却の際に大量の熱量と二酸化炭素（ＣＯ２ ）を発生するため、地球温暖化や酸性雨の原因として、また、廃食用油の一部は下水に流れて河川や湖沼・海洋汚染の原因になるなど、地球規模での環境問題となっている。
【０００３】
植物油廃液からの生分解性プラスチックの製造方法として、植物油廃液を嫌気処理し、酸発酵により植物油廃液中の有機物を有機酸に変換し、次いで固液分離手段により嫌気処理液からスラッジを分離除去し、固形物を除去した有機酸液を濃縮し、この濃縮有機酸液から水素細菌によりＰＨＡを生成する方法が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１８９１８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記発明では、その工程が多段階にわたっており、手間がかかっていた。また、プラント建設コスト及びランニングコストが高いという欠点があった。また、上記特許文献１には、ＰＨＡの単離および精製について明確に記載されていない。
【０００６】
そこで、本発明は、簡便にＰＨＡを製造することができるＰＨＡの製造方法を提供することを目的とする。また、プラント建設コスト及びランニングコストを低減することができるＰＨＡの製造方法を提供することを他の目的とする。さらに、菌体を凍結乾燥することなく、エーテルやヘキサン等の有機溶媒を使用せず、簡易にかつ低コストにてＰＨＡを単離・精製することができるＰＨＡの製造方法を提供することを別の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係るＰＨＡの製造方法は、廃食用油を炭素源として、水素細菌と混ぜ、該水素細菌の菌体内にＰＨＡを産生させる方法である。
【０００８】
また、廃食用油を炭素源として、水素細菌と混ぜ、該水素細菌の菌体内にＰＨＡを産生させ、次に、上記菌体を回収し、回収した該菌体と次亜塩素酸水溶液とを混合して溶菌し、その後、ＰＨＡを単離する方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を示す図面に基づき、本発明を詳説する。
【００１０】
図１は、本発明の実施の一形態を示したフローチャート図であって、このＰＨＡの製造方法は、廃食用油───大豆油、ごま油、オリーブ油、ヤシ油、パーム油、こめ油、綿実油、ひまわり油、コーン油、べにばな油、なたね油、椿油等から成る植物油の廃油───を原料として、生分解性プラスチックの一種であるＰＨＡ（すなわち、ポリヒドロキシアルカノエート）を製造する方法である。ＰＨＡの化学構造式を、化学式（１） に示す。
【００１１】
【化１】
（ただし、式中Ｒは任意のアルキル基を示す。）
【００１２】
このＰＨＡの製造方法は、廃食用油を唯一の炭素源として、水素細菌と混ぜ、水素細菌の菌体内にＰＨＡを産生させ、次に、菌体を回収し、回収した菌体と次亜塩素酸水溶液とを混合して溶菌し、その後、ＰＨＡを単離する方法である。
【００１３】
具体的には、まず、水素細菌を定法により培養し、炭素源及び窒素源を制限した培地に交換する。次に、廃食用油を添加し、３０℃で所定時間好気性条件化で培養する。水素細菌は、汎用培地（例えば、ＬＢ培地）で容易に培養することができる。また、単糖類（例えば、果糖）やアルキル鎖長の短い有機酸を炭素源として、窒素源を欠乏させた飢餓状態で培養したとき、生分解性プラスチックのＰＨＡを産生することは公知である。培養中、酸性度（ＰＨ）の上昇が観測されるが、特に制御装置（例えば、ＰＨセンサー）を使用することなく通常の回分式でＰＨＡは効率よく産生することができる。
【００１４】
培養終了後、自然沈降、濾過、あるいは遠心分離により菌体を分離する。濾過方法については重力濾過、減圧濾過、加圧濾過等の濾過方式が挙げられる。次に、分離した菌体に次亜塩素酸水溶液を滴下し、菌体を溶菌させる。この際、次亜塩素酸水溶液に不溶のＰＨＡのみが沈殿し、他の菌体由来成分は水溶液中で可溶状態にある。
【００１５】
ＰＨＡは、自然沈降、濾過、あるいは遠心分離により単離する。このようにして得られたＰＨＡは、水（蒸留水）やエタノールで洗浄することにより精製することができる。
【００１６】
なお、本発明は、設計変更可能であって、例えば、廃食用油に、水素細菌を添加するも良い。
【００１７】
【実施例】
ＬＢ培地で前培養した水素細菌（Ｒａｌｓｔｏｎｉａ ｅｕｔｒｏｐｈａ）を遠心分離により集菌し、 ５００ｍｌのさかぐちフラスコに ３００ｍｇの菌体と炭素源及び窒素源を欠いた培地を加え、微量塩類を添加する。ここへ、唯一の炭素源として、ごま油の廃油を１ｍｌ加えて、３０℃で３日間振とう培養を行なう。培養終了後、遠心分離によって菌体を分離し、１０ｍｌの３０％次亜塩素酸水溶液を滴下した。３０℃で９０分溶菌させた後、重力濾過によりＰＨＡを分離した。このようにして得られたＰＨＡを蒸留水とエタノールで洗浄し、減圧乾燥により精製した。
【００１８】
分析は、以下の通りに行なった。
１）核磁気共鳴（ １Ｈ−ＮＭＲ）；Ｖａｒｉａｎ Ｇｅｍｉｎｉ−２００（２００ＭＨｚ） を用い、溶媒は重水素化クロロホルムであり、内部基準にテトラメチルシランを用いて化学シフトを求めた。
２）フーリエ変換赤外吸収スペクトル（ＦＴ−ＩＲ）；島津製作所社製 ＦＴＩＲ−８２００を用い、岩塩板を用いたキャスト法で行なった。
【００１９】
３）熱示差走査測定（ＤＳＣ）；島津製作所社製ＤＳＣ−５０を用い、窒素雰囲気下、昇温速度１０℃／ｍｉｎで行なった。
４）サイズ排除クロマトグラフィー（ＧＰＣ）；本体は島津製作所社製ＬＣ−１０ＡＤ 型ポンプ、同 ＣＲ−７Ａ型データ処理器、同ＲＩＤ−６Ａ型示差屈折率検出器を用い、カラムは東ソー社製 ＴＳＫｇｅｌＧ４０００Ｈ８と Ｇ２５００Ｈ８（いずれも内径 ７．５ｍｍ、長さ ３００ｍｍ）とを直列連結して用いた。溶離液はエタノールを ０．５％含有クロロホルム、カラム温度３５℃、流速０．７ ｍｌ／ｍｉｎの条件で測定した。検量線は、定法通りに標準ポリスチレンを用いて作成した。
【００２０】
測定結果を、図２〜図８に示す。
これらの測定結果より、次の各値を得た。
▲１▼ １Ｈ−ＮＭＲ（重水素化クロロホルム）；デルタ値／ｐｐｍ；１．３０（ｄ、３Ｈ、−ＣＨ３ ）、２．５５（ｍ、２Ｈ、−ＣＨ２ −）、５．２７（ｍ、１Ｈ、−ＣＨ−）
▲２▼ １Ｃ−ＮＭＲ（重水素化クロロホルム）；デルタ値／ｐｐｍ；１９．８（−ＣＨ３ ）、４０．８（−ＣＨ２ −）、６７．６（−ＣＨ−）、１６９．２ （＞Ｃ＝Ｏ）
▲３▼ＦＴ−ＩＲ；カルボニル基の伸縮振動１７２７ｃｍ−１
▲４▼ＤＳＣ；融点 １７０．０℃
▲５▼ＧＰＣ；重量平均分子量 ２２８ｋＤ
すなわち、本発明のＰＨＡの製造方法によって、上述のようなＰＨＡが得られたことが分かる。具体的には、ポリヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）が得られた。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、上述の如く構成されるので、次に記載する効果を奏する。
【００２２】
（請求項１，２によれば）廃食用油からＰＨＡが簡便にかつ非常に安価で製造することが可能となる。例えば、製造コストを従来の製造方法の約６０分の１に低減することができる。また、地球温暖化の原因となる二酸化炭素の削減はもとより、ゴミ減量、河川・湖沼・海洋の汚染防止などの環境問題を克服できる有力な解決策の一つとなる。また、これまでＰＨＡの問題であったコスト面でも解決可能であり、石油代替材料としての用途や利用分野が拡大される。さらに、資源循環型社会への転換に大きく寄与することができる。また、廃食用油の種類によって、種々のＰＨＡを製造することができる。
【００２３】
（請求項２によれば）菌体を凍結乾燥することなく、かつ、エーテルやヘキサン等の有機溶媒を使用せず、簡易にかつ低コストにてＰＨＡを単離・精製することができる。そして、環境への負荷を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示すフローチャート図である。
【図２】水素細菌と生分解性プラスチックの重量変化の関係を示すグラフである。
【図３】図２における生分解性プラスチックの菌体中の割合を示すグラフである。
【図４】廃食用油濃度と水素細菌及び生分解性プラスチックの重量変化の関係を示すグラフである。
【図５】図４における生分解性プラスチックの菌体中の割合を示すグラフである。
【図６】実施例で得られたＰＨＡの１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示すグラフである。
【図７】実施例で得られたＰＨＡのＦＴ−ＩＲスペクトルを示すグラフである。
【図８】実施例で得られたＰＨＡのＤＳＣ曲線を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃食用油を炭素源として、水素細菌と混ぜ、該水素細菌の菌体内にＰＨＡを産生させることを特徴とするＰＨＡの製造方法。
【請求項２】
廃食用油を炭素源として、水素細菌と混ぜ、該水素細菌の菌体内にＰＨＡを産生させ、次に、上記菌体を回収し、回収した該菌体と次亜塩素酸水溶液とを混合して溶菌し、その後、ＰＨＡを単離することを特徴とするＰＨＡの製造方法。
【請求項１】
廃食用油を炭素源として、水素細菌と混ぜ、該水素細菌の菌体内にＰＨＡを産生させることを特徴とするＰＨＡの製造方法。
【請求項２】
廃食用油を炭素源として、水素細菌と混ぜ、該水素細菌の菌体内にＰＨＡを産生させ、次に、上記菌体を回収し、回収した該菌体と次亜塩素酸水溶液とを混合して溶菌し、その後、ＰＨＡを単離することを特徴とするＰＨＡの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００４−２５４６６８（Ｐ２００４−２５４６６８Ａ）
【公開日】平成１６年９月１６日（２００４．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００３−５２２２６（Ｐ２００３−５２２２６）
【出願日】平成１５年２月２８日（２００３．２．２８）
【出願人】（５０２３６５２８７）有限会社テンメイツ (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１６年９月１６日（２００４．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年２月２８日（２００３．２．２８）
【出願人】（５０２３６５２８７）有限会社テンメイツ (1)
【Ｆターム（参考）】
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