(57)【要約】  本発明は、珪素炭素単結合を有する物質の生物学的分解のための方法に関し、この方法は、物質と微生物集団との混合物を、嫌気的または微好気的条件下で、別の電子受容体の添加下でインキュベートすることを特徴とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪素炭素単結合を有する物質の生物学的分解のための方法において、物質および微生物集団からの混合物を、嫌気的または微好気的条件下で、別の電子受容体の添加下でインキュベートすることを特徴とする、珪素炭素単結合を有する物質の生物学的分解のための方法。
【請求項２】
珪素炭素単結合を有する物質が、ポリオルガノシロキサン、オルガノ官能性シロキサン、オルガノシラノールまたはこれらの断片を含む物質である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
別の電子受容体が、フマル酸塩、コハク酸塩、酸化鉄イオン、硫酸塩または硝酸塩から成る群から選択される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
嫌気的または微好気的条件を、５％未満の遊離または溶解された酸素がバッチ中に存在するよう選択する、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
１％未満、好ましくは２５０ｐｐｍ未満の遊離または溶解された酸素がバッチ中に存在する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
別の電子受容体を、０．１〜１００ｍＭの濃度で使用する、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
２０〜８０℃の温度、好ましくは３０〜７０℃の温度、特に好ましくは４０〜６０℃の温度で実施する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
インキュベーションを、１〜２００時間、好ましくは１０〜１５０時間、特に好ましくは２４〜１００時間に亘って実施する、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線状または環状のポリオルガノシロキサン、たとえばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）またはオルガノ官能性シロキサン、オルガノシラン、特にオルガノシラノールおよび化学的解重合を介してこれらの化合物から形成された断片の嫌気的分解に関する。
【０００２】
年間、−（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）−繰り返し単位をベースとするポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）に基づく、数１０万トンのポリマーが製造されている。これら多量のシロキサンは、使用時または使用後（繊維工業、洗剤、製紙工業、化粧品構造、建築、製薬、農業、石油等）に、環境に達する。シロキサンは、天然に生じることのないポリマーである。以前は、Ｓｉ−Ｃ−化合物の、珪素原子と炭素原子との間にメチル基を形成するかまたは分割する、生物学的方法は知られていなかった。廃水、たとえば地域の浄水場または化学工業の廃水処理施設での廃水、土壌、堆積物、デカントまたは他の環境コンパートメント中の、生物学的シロキサン分解のための方法については知られていない。
【０００３】
Ｇｒａｖｉｅｒら（２００３）は、要約すると、環境においてシロキサンポリマーが化学的に分解されることを記載している。これは、高分子シロキサンの堆積が生じないばかりか、本質的に、水または陸の環境における加水分解によって、オルガノシラノール末端オリゴマーに分解されるということである。これらのオルガノシラノールおよび低分子量ＰＤＭＳ−断片ならびに環式シロキサンは、大気中に蒸発し、したがって最終的には、ここで存在するヒドロキシル基によって、ケイ酸塩、ＣＯ２および水に酸化される。
【０００４】
高分子量ポリオルガノシロキサンは、水溶性ではない。水系または廃水中において、相分離が生じる。ポリオルガノシロキサンは、本質的に水中で粒子状成分として存在するか、あるいは、比重量＜１．０ｇ／ｃｍ３により特定されるシロキサンフィルムを表面上に形成する。ポリオルガノシロキサンは、浄水場で、さらに好気的生物学的工程が存在する場合には、それにより、腐食または分解することなく、それどころか、泥漿の固体相中で、ほぼ定量的な結果となる。このような泥土の研究は、高分子量シロキサンが、ここで、その後に平均して２０〜３０日間に亘って解重合され（Gravierら、２００３）、かつ、その後に、前記のように大気と接触し、ここで酸化されることを示す。
【０００５】
ＧｒａｓｓｅｔおよびＰａｌｌａ（ＵＳ６０２０１８４）は、さらに水系において、シロキサンポリマーの分解が生じうることを記載している。さらに、水性ポリオルガノシロキサン懸濁液を、生物学的に利用可能なＣｏ物質、たとえばグルコースと混合し、かつ、ファナコエート（Phanaerochaete）属またはアスペルギルス属の菌類を接種し、かつ好気的にインキュベートした。水系中で６０日間に亘って、ポリマーＰＤＭＳの８０％までが分解する条件下でおこなった。使用される菌類は、グルコースをはじめのうちは全く酸化せず、それどことか、有機酸を生成することが知られている。相当するｐＨ値２．５〜４．５で、ＰＤＭＳの低分子成分への酸加水分解が生じる。ＰＤＭＳの直接的な生物学的分解については、記載されていない。
【０００６】
ＰＤＭＳの揮発性低分子分解生成物が、主に大気中で完全に酸化され、好気的条件下での生物学的分解、化学的分解の組み合わせがさらに記載されているが（Gravier et al 2003）、しかしながら、これは実際意味のないことであり、それというのも、揮発性オルガノ珪素の蒸発速度は、生物学的分解速度よりも２〜２０倍大きいためである。したがって、低分子量オルガノ珪素の堆積は、表面であって、良好に空気にさらされる土壌および堆積物中に生じることはなく、深い堆積層および空気にさらされることのない土壌中で、このような化合物の堆積が生じうる。
【０００７】
本発明の課題は、ケイ素炭素単結合を有する物質、好ましくはポリオルガノシロキサン、たとえばＰＤＭＳまたはオルガノ官能性シロキサン、または、オルガノシラン、特にオルガノシラノールまたはこれらから化学的解重合を介して形成された断片を、生物学的に分解することができる方法を提供することである。
【０００８】
本発明の課題は、珪素炭素単結合を有する物質と微生物集団とからなる混合物を、嫌気的または微好気的条件下で、別の電子受容体を添加して、インキュベートすることを特徴とする方法によって解決される。
【０００９】
珪素炭素単結合を有する物質は、好ましくは、ポリオルガノシロキサン、オルガノ官能性シロキサン、オルガノシランまたはこれらの化合物から形成された断片を含む物質である。好ましくは、物質は液体または固体である。
【００１０】
本発明による方法を用いて、特に分解される化合物としては、好ましくは式（１〜３）の化合物である。
（１）ＨＯ（ＳｉＲ２Ｏ）ｐＨ      その際、ｐ≧１
（２）Ｒ３ＳｉＯ（ＳｉＲ２Ｏ）ｑＳｉＲ３      その際、ｑ≧０
（３）（ＳｉＲ２Ｏ）ｒ      その際、ｒ＝３〜１０、または、
式ＨＯＲ２ＳｉＯ１／２、Ｒ３ＳｉＯ１／２、Ｒ２ＳｉＯ、ＲＳｉ（ＯＨ）Ｏ、ＲＳｉＯ３／２およびＨＯＳｉＯ３／２の単位からの混合ポリマーであるか、あるいは、式［Ｒ３ＳｉＯ１／２］および［ＳｉＯ４／２］の単位からのオルガノシロキサン樹脂であり、この場合、これらは、さらに付加的にＳｉ−結合されたＯＨ基を含有していてもよく、その際、Ｒ、Ｒ２およびＲ３はそれぞれ同一または異なっていてもよく、かつ、一価の、線状または環状の、分枝または非分枝の、場合によっては置換された炭化水素基を意味するものであってもよい。
【００１１】
別の電子受容体としては、酸素以外の電子受容体であると理解される。この電子受容体は、有機化合物または無機化合物であってもよい。さらに、これは、Ｓｉ−Ｒ結合（その際、Ｒは一価の有機基であり、好ましくは一価のアルキル基またはアリール基である）の酸化の際に、微生物集団から供与される電子を、受容するのに役立ち、これによって、微生物集団は、好気的呼吸の範囲で、物質酸化からのエネルギーを得ることが可能である。
有機的な別の電子受容体は、たとえば、フマル酸塩またはコハク酸塩である。無機的な別の電子受容体は、たとえば、酸化鉄イオン、硫酸塩または硝酸塩である。好ましくは、本発明による方法は、硫酸塩または硝酸塩を使用し、特に好ましくは硝酸塩を使用する。
【００１２】
これらの電子受容体は、混合物の形で、好ましくは０．１〜１００ｍＭの濃度である。特に好ましくは、電子受容体が、１〜１００ｍＭの濃度で存在するよう添加する。
【００１３】
微好気的条件下とは、混合物中に５％未満の遊離または溶解された酸素が存在する条件であるとされる。好ましくは、混合物中に１％未満の遊離または溶解された酸素が存在する条件であるとされる。特に好ましくは、混合物中に２５０ｐｐｍ未満の遊離または溶解された酸素が存在する条件であるとされる。
【００１４】
微好気的または嫌気的条件は、たとえば技術的方法、たとえば残留酸素のガス交換または化学的消費によって達成することができる。好ましくは、存在する酸素を、存在する微生物集団で消費し、かつさらなる酸素供給を低減することによって、微好気性または嫌気性条件で製造する。特に好ましくは、微好気的条件または嫌気的条件を、本発明による方法によって、密閉容器中で、たとえば浄水場の発酵塔（Faulturm）で実施することにより、達成する。
【００１５】
微生物集団は、好ましくは、一の集団であり、たとえば、泥漿または浄水場中でか、あるいは、土壌堆積物中に存在していてもよい。好ましくは、微生物集団は、嫌気性条件下で増殖し、特に好ましくは、この条件下で最適な増殖を示す。
【００１６】
本発明による方法において、微生物集団は外部から添加されてもよいか、あるいは、すでに混合物中（泥漿／土壌等）に存在する微生物を使用することができる。
【００１７】
本発明による方法は、ＵＳ６０２０１８４で開示された方法とは対照的に、さらなる酸化可能な物質（補助物質）、たとえば炭水化物、たとえばグルコースを必要とするものではない。
【００１８】
酸化可能な補助物質を使用しない方法が好ましい。特に好ましくは、バッチ中に補助物質が存在せず、よって、バッチが前記成分からなる、このような方法である。
方法は、好ましくは２０℃〜８０℃、さらに好ましくは３０℃〜７０℃、特に好ましくは４０℃〜６０℃で実施する。
【００１９】
インキュベーションは、好ましくは、１〜２００時間、さらに好ましくは１０〜１５０時間、特に好ましくは２４〜１００時間に亘って実施する。
【００２０】
本発明による方法は、適したポリオルガノシロキサン、たとえばＰＤＭＳまたはオルガノ官能性シロキサンおよびオルガノシラン、特にオルガノシラノールを連続的に（たとえば、新鮮な基質の持続的供給と同時の、分解された生成物の搬出）または回分的に（たとえば、バッチ中で、新鮮な基質のさらなる供給なしに）分解する。
【００２１】
本発明による方法において、ポリオルガノシロキサンまたはオルガノシランは、嫌気的分解前に、たとえば、酸または塩基での加水分解的処理によって、予め加水分解することができる。
【００２２】
本発明による方法は、たとえば浄水場で、堆積物中で、あるいは、他の水性または陸上のコンパートメントで正常に機能する。したがって、本発明による方法は、たとえば嫌気的工程で、廃水処理施設で使用することができるか、あるいは、陸上または水中の酸素の乏しいまたは酸素不含のコンパートメント中に存在するポリオルガノシロキサン、またはオルガノシランまたはこれらから化学的解重合を介して形成された断片を分解するために使用することができる。
【００２３】
次の実施例は、本発明を更に詳説するために用いられる。
【００２４】
実施例
例１：ジメチルシランジオール（ＤＭＳＤ）の分解
地域の浄水場からの泥漿は、酸素不含の条件下で（窒素含有試験容器）運転する範囲から採取した。妨げとなる物質を分離するために、細胞塊を、５倍容量の酸素不含の緩衝液（５０ｍｍｏｌ／ｌ  リン酸カリウム  ｐＨ６．８）中に懸濁し、かつ遠心分離した。酸素不含の溶液は、溶液の脱ガスおよびガス状の窒素での洗浄によって製造された。
【００２５】
工程（懸濁／遠心分離）を３回に亘って繰り返す。
【００２６】
洗浄された酸素不含の細胞塊を、培地を含む振とうフラスコ中に、酸素の排除下で移す（１００ｍｌの培地当たり１０ｇの湿性細胞塊）。コントロールバッチに関しては、泥漿をオートクレーブにかけ、それにより不活性化した。培養は、無機培地（ＳＭ１）中で、複合栄養素を添加することなく実施した。培地は、以下のように組成された：
【００２７】
【表１】
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【００２８】
電子受容体として、さらに５ｇ／ｌのＫＮＯ３を添加した。単一の炭素源として、引き続いてこの培地に、ジメチルシランジオール（水溶性、モル質量９２ｇ／ｌ）を添加した。バッチ中の濃度は、１ｍｍｏｌ／ｌに達した。培養は、嫌気的条件下で、ロータリシェーカー上で、３０℃の温度で、実施した。全培養期間は１１日間であった。培地の試料を、規則的な間隔で採取し、かつ直ちに分析した。試料の採取は、同様に嫌気的条件下（Glove Box, N2雰囲気）で、振とうフラスコから直接実施した。
【００２９】
分析：基質としてＤＳＭＤを用いる試験において、水相中のＤＭＳＤ濃度の変動を、プロトン核磁気共鳴スペクトル法（１Ｈ−ＮＭＲ）を用いて測定した。よく適しているのは、この場合、０．１６４ｐｐｍの強力なシグナルである。培養バッチからの試料（０．９ｍｌ）を、さらに直接的に（これを充填することにより）容器から採取し、標準で置き換え（Ｄ２０中のＴＳＰ；ＴＳＰ＝３−（トリメチルシリル）−プロピオン酸−Ｄ４−ナトリウム塩）、かつ、スペクトロメーターで分析した。公知の標準シグナルにより、ＤＭＳＤシグナルを、適切に定量化することができた。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
コントロールバッチ（−９％、１１日間）とは対照的に、泥漿を用いて嫌気的にインキュベートされたバッチ中のＤＭＡＤ量の顕著な減少が示された（−３９％、１１日間）。
【００３２】
例２：オクタメチルシクロシロキサン（Ｄ４）の分解
試験は、例１にしたがって実施した。
それぞれ、泥漿を含む５個のフラスコおよび不活性化された泥漿を含む５個のフラスコを準備した。炭素源として、培地にオクタメチルシクロシロキサン（Ｄ４）を添加した。シロキサンは、水とは不混和性であり、まずは培養表面上での油性フィルムを形成した。培養期間が進むにしたがって、シロキサンオイルは、培養中で乳化した。より大きい細胞凝集体が形成された。
【００３３】
培養は、例１にしたがって、５ｇ／ｌのＫＮＯ３を電子受容体として含む前記無機培地（ＳＭ１）中で実施した。単一の炭素源として、オクタメチルシクロシロキサン（Ｄ４）のバッチを添加した（１ｍｌ／１００ｍｌ培地）。種々の長さのインキュベーションの後に、バッチのＤ４含量を測定した。
【００３４】
Ｄ４の分析
全バッチを、５０ｍｌのペンタンを用いて３回に亘って抽出し、相分離を容易にするために、そのつど遠心分離した。ペンタン相を精製し、かつ、Ｄ４を、直接的に、ガスクロマトグラフィー（装置ｈｐ５８９０−１ｉ；Ｈｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ）を用いて直接、定量的に測定した。ガスクロクロマトグラフィー測定を、３０ｍのキャピィラリーを用いて（Hewlett Packard HP-1, Nr 59026323）を用いて、担体ガスとしての窒素を用いて、実施した。 
温度プログラム：５０℃（５分）〜２７０℃、その際、２０℃／分。検出は、ＦＩＤを用いて３００℃でおこなった。得られたシグナルピークの定量化は、相当する標準溶液を用いて実施した。
【００３５】
【表３】
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【００３６】
コントロールバッチ（−６．２％、１１日間）とは対照的に、泥漿と一緒に、嫌気的にインキュベートされたバッチ中の、Ｄ４量の顕著な減少が示された（１６．３％、１１日間）。
【国際調査報告】
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