(57)【要約】【課題】生分解性樹脂を効率的に分解する方法を提供することを目的とする。【解決手段】至適濃度を有する生分解性樹脂分解酵素を含む酵素反応液中で生分解性樹脂を分解する方法であって、至適濃度における生分解性樹脂分解率を１００％とした場合に、６０％以上の生分解性樹脂分解率とする酵素濃度の反応液で分解することを特徴とする方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
至適濃度を有する生分解性樹脂分解酵素を含む酵素反応液中で生分解性樹脂を分解する方法であって、至適濃度における生分解性樹脂分解率を１００％とした場合に、６０％以上の生分解性樹脂分解率とする酵素濃度の反応液で分解することを特徴とする方法。
【請求項２】
生分解性樹脂分解酵素がアルカリプロテアーゼである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
生分解性樹脂がポリ乳酸系樹脂を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
生分解樹脂が、ペレット、フィルム、粉末、単層繊維、芯鞘繊維又はカプセルの形態である、請求項１〜３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、生分解性樹脂を効率的に分解する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリ乳酸系樹脂などの生分解性樹脂は、包装資材をはじめ、農業分野のマルチフィルムや、地下資源掘削のための坑井掘削法にも使用されるなど、その用途が拡大されてきている。ロータリー式掘削法の場合、泥水を還流しながらドリルにより掘削する方法で、仕上げ流体として脱水調整剤が用いられ、泥壁と呼ばれる一種の濾過膜を形成し、坑壁を安定的に保って崩壊を防いだり摩擦軽減がなされる。また水圧破砕法は、坑井内を満たした流体を高圧で加圧することにより、坑井近傍に亀裂（フラクチュア）を生成せしめ、坑井近傍の浸透率（流体の流れ易さ）を改善し、坑井へのオイルやガスなどの資源の有効な流入断面を拡大し、坑井の生産性を拡大するというものである。
【０００３】
仕上げ流体の場合、脱水調整剤として炭酸カルシウムや顆粒塩が主に用いられているが、取り除く際に酸処理を必要とすることや、坑井の地層に根詰まりすることによる生産障害をもたらしている。また水圧破砕法で用いられる流体は、フラクチュアリング流体とも呼ばれ、古くはジェル状のガソリンのような粘性流体が使用されていたが、最近では、比較的浅いところに存在する頁岩層から産出するシェールガスなどの開発に伴い、環境に対する影響を考慮し、水にポリマーを溶解乃至分散させた水性分散液が使用されるようになってきた。このようなポリマーとしては、ポリ乳酸が知られている。
【０００４】
即ち、ポリ乳酸は加水分解性と酵素分解性を示す物質であり、地中に残存したとしても、地中の水分や酵素により分解するため環境に対して悪影響を与えることがない。また、分散媒として用いられている水も、ガソリンなどと比較すれば、環境に対する影響はほとんどないといってよい。
また、このようなポリ乳酸の水分散液を坑井中に満たし、これを加圧したとき、ポリ乳酸が坑井近傍に浸透していくが、このポリ乳酸は加水分解して樹脂の形態を失っていくこととなり、このポリ乳酸が浸透していた部分に空間（即ち、亀裂）が生成し、従って、坑井への資源の流入空間を増大することが可能となるわけである。
さらに、ポリ乳酸は、脱水調整剤としても機能し、分散媒として使用されている水の地中への過度の浸透を抑制し、地層に与える環境変化を最小限に抑制するという機能も有している。地中で分解するため酸処理も不要となる。
またポリ乳酸の分解物である乳酸は有機酸の一種であり、ポリ乳酸が分解後、乳酸が放出され、シェール層の頁岩を酸浸食することで、頁岩の多孔化を促進する機能もある。
【０００５】
しかしながら、ポリ乳酸は、１００℃以上の温度では比較的早く加水分解するものの、１００℃未満での加水分解速度は遅く、従って、地中温度の低い箇所から産出するシェールガスなどの採取に適用する場合には、その効率が悪く、改善が求められている。
【０００６】
一方、ポリ乳酸に代えて、ポリグリコール酸を使用することが提案されている。ポリグリコール酸も生分解性樹脂として知られており、しかも、ポリ乳酸に比して加水分解性が高く、例えば８０℃程度の温度での加水分解速度がポリ乳酸に比してかなり速く、ポリ乳酸の代替えとして効果的である。
しかしながら、ポリグリコール酸は、ポリ乳酸に比してかなり高コストであるという問題があり、これは、多量のフラクチュアリング流体が使用される水圧破砕法では致命的な欠点となっている。また、特定の温度条件下では、十分満足する分解性が得られない。
【０００７】
これに伴い、生分解性樹脂の分解速度の向上、分解トリガーあるいは分解速度制御技術の開発など、多様な用途に対応するための技術の開発が求められている。
生分解性樹脂を分解する方法としては、様々な加水分解酵素を使用して溶液中で生分解性樹脂を分解する方法が報告されている（特開２００３-２８４５５０公報、特開２００５-１６２８３２号公報）。しかしながら、生分解性樹脂の分解速度をさらに向上させる技術の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３-２８４５５０公報
【特許文献２】特開２００５-１６２８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、生分解性樹脂を効率的に分解する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明者らは、生分解性樹脂を溶液中で分解するに際して、特定の加水分解酵素が生分解性樹脂の分解効率を最大とするような至適濃度（即ち、酵素濃度に依存する分解ピーク）を有することを見出し、本願発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、至適濃度を有する生分解性樹脂分解酵素を含む酵素反応液中で生分解性樹脂を分解する方法であって、前記至適濃度における生分解性樹脂分解率を１００％とした場合に、６０％以上の生分解性樹脂分解率とする酵素濃度の反応液で分解することを特徴とする方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によって、生分解性樹脂を高速に分解することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ポリ乳酸フィルムに対するSavinase分解曲線を示す。
【図２】ポリ乳酸樹脂に対するEsperase分解曲線を示す。
【図３】ポリ乳酸樹脂に対するProteinase K分解曲線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明において、生分解性樹脂は特に限定されず、一般に生分解性を有する脂肪族ポリエステルなどが使用される。生分解性を有する脂肪族ポリエステルとしては、例えばポリ乳酸系樹脂、ポリブチレンサクシネート、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシブチレート、ポリブチレンサクシネート・アジペート共重合体や上記脂肪族ポリエステルの共重合体、またポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート等の芳香族ポリエステルと上記脂肪族ポリエステルとの共重合体などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１４】
上記脂肪族ポリエスエルの共重合体を形成する成分としては、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、オクタンジオール、ドデカンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビタン、ビスフェノールＡ、ポリエチレングリコールなどの多価アルコール；コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、グルタル酸、デカンジカルボン酸、シクロヘキヘキサンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、アントラセンジカルボン酸などのジカルボン酸；グリコール酸、L-乳酸、D-乳酸、ヒドロキシプロピオン酸、ヒドロキシ酪酸、ヒドロキシ吉草酸、ヒドロキシカプロン酸、マンデル酸、ヒドロキシ安息香酸などのヒドロキシカルボン酸；グリコリド、カプロラクトン、ブチロラクトン、バレロラクトン、ポロピオラクトン、ウンデカラクトンなどのラクトン類などが挙げられる。
ブレンドするポリマーとしては、セルロース類、キチン、グリコーゲン、キトサン、ポリアミノ酸、澱粉などが挙げられる。なお、ポリ乳酸を用いる際の重合に用いられる乳酸は、Ｌ−体又はＤ−体のいずれかであってもよく、Ｌ−体とＤ−体の混合物であってもよい。
【００１５】
好ましい生分解性を有する脂肪族ポリエステルとしては、ポリ乳酸系樹脂、ポリブチレンサクシネートなどが挙げられ、ポリ乳酸系樹脂が特に好ましい。
生分解性を有する脂肪族ポリエステルの分子量としては、特に制限されるものではないが、脂肪族ポリエステルを含む生分解性樹脂を用いて容器等を製造する際の機械的特性や加工性を考えると、重量平均分子量で５，０００〜１，０００，０００の範囲が好ましく、１０，０００〜５００，０００の範囲がより好ましい。
【００１６】
本発明の方法により分解される生分解性樹脂には、必要に応じて、公知の可塑剤、熱安定剤、光安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、着色剤、顔料、フィラー、充填剤、離型剤、帯電防止剤、香料、滑剤、発泡剤、抗菌・抗カビ剤、核形成剤などの添加剤を配合してもよい。また、生分解性を有する脂肪族ポリエステル以外の樹脂を、本発明の効果を損なわない範囲で配合してもよい。例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコールなどの水溶性の樹脂の他、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンープロピレン共重合体、酸変性ポリオレフィン、エチレンーメタクリル酸共重合体、エチレンー酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエステルゴム、ポリアミドゴム、スチレンーブタジエンースチレン共重合体などを配合することができる。
【００１７】
尚、上記の酵素分解性樹脂は、分解性を向上させるため、エステル分解促進性の加水分解樹脂（以下、単に「エステル分解性樹脂」と略すことがある）を配合してもよい。
このエステル分解性樹脂は、それ単独ではエステル分解能を示さないが、水分と混合したときにエステル分解の触媒として機能する酸或いはアルカリを放出するものである。
【００１８】
このようなエステル分解性樹脂は、通常、上記の難加水分解性の加水分解性樹脂の内部に均一に分散され、このエステル分解性樹脂から放出される酸或いはアルカリによっての加水分解性樹脂の加水分解を迅速に促進するために、例えば、その重量平均分子量が１０００乃至２０００００程度のものが使用される。
【００１９】
また、かかるエステル分解樹脂において、アルカリ放出性のものとしては、アクリル酸ソーダ等のアクリル酸のアルカリ金属塩やアルギン酸ソーダ等を用いることができるが、アルカリ放出による環境への悪影響が大きいため、特に酸放出性のものが好適に使用される。
【００２０】
酸放出性のエステル分解樹脂としては、特に、０．００５ｇ／ｍｌ濃度の水溶液乃至水分散液でのｐＨ（２５℃）が４以下、特に３以下を示すものであり、水と混合したときに容易に加水分解して酸を放出するポリマーが好適に使用される。
上記ポリマーとして、例えば、ポリオキサレート、ポリグリコール酸などが挙げられる。これらはコポリマー、単独での使用、２種以上を組み合わせての使用でもよい。
コポリマーを形成する成分としては、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、オクタンジオール、ドデカンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビタン、ビスフェノールＡ、ポリエチレングリコールなどの多価アルコール；コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、グルタル酸、デカンジカルボン酸、シクロヘキヘキサンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、アントラセンジカルボン酸などのジカルボン酸；グリコール酸、L-乳酸、D-乳酸、ヒドロキシプロピオン酸、ヒドロキシ酪酸、ヒドロキシ吉草酸、ヒドロキシカプロン酸、マンデル酸、ヒドロキシ安息香酸などのヒドロキシカルボン酸；グリコリド、カプロラクトン、ブチロラクトン、バレロラクトン、ポロピオラクトン、ウンデカラクトンなどのラクトン類などが挙げられる。
【００２１】
なお、本明細書では、ホモポリマー、共重合体、ブレンド体において、少なくとも一つのモノマーとしてシュウ酸を重合したポリマーをポリオキサレートとする。
【００２２】
特に、上記のポリオキサレートやポリグルコール酸は易加水分解性の加水分解性樹脂であり、速やかに加水分解するため、難加水分解性樹脂の加水分解促進能に優れている。これらの中でも、ポリオキサレート、特にポリエチレンオキサレートは、ポリグリコール酸に比しても著しく高い加水分解促進能を示し、８０℃以下の温度でもポリ乳酸等の難加水分解性樹脂の加水分解を著しく促進させることができ、しかもポリグリコール酸に比してもかなり安価であり、コストのメリットも極めて大きい。
【００２３】
本発明の方法により分解される生分解樹脂は、ペレット、フィルム、粉末、単層繊維、芯鞘繊維、カプセルなどの形態を採用することが可能であるが、これらに限定されず、それ自体公知の方法により製造することができる。
【００２４】
本発明に使用される生分解性樹脂分解酵素としては、一般に溶液中において生分解性樹脂の分解効率を最大とするような至適濃度（即ち、酵素濃度に依存する分解ピーク）を有するものであれば特に限定されない。上記の生分解性樹脂分解酵素は、試験等によって当業者が適宜見出すことができるものであるが、例えばアルカリプロテアーゼが一般に生分解性樹脂分解活性の至適濃度を有し、本発明においては、Savinase 及びEsperase などを好ましく使用することができる。また、本発明の生分解性樹脂分解酵素の至適ｐＨとしては、７．５以上であることが好ましく、より好ましくは８．０以上であり、さらに好ましくは８．５以上である。
【００２５】
本発明の生分解性樹脂の分解方法に使用される反応液中の酵素濃度としては、生分解性樹脂の分解を最大とする至適濃度における生分解性樹脂分解率を１００％とした場合に、６０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上、特に好ましくは９０％以上の生分解性樹脂分解率とする酵素濃度が使用される。当該至適濃度は、異なる酵素濃度を有する複数の反応液中で生分解性樹脂を実際に分解することによって実験的に求めることができる。本発明においては、分解前の生分解性樹脂の単位表面積当たりの酵素濃度を基準として、分解する生分解性樹脂に対応して酵素の至適濃度を決定することが好ましく、フィルム、ペレット、粉末等の任意の形体及び重量の生分解性樹脂の表面積に対応して、本願所定の反応液中で当該生分解性樹脂の分解率を最大とする酵素濃度を実験的に求めることができる。
【００２６】
生分解性樹脂の表面積は、フィルムの形態の生分解性樹脂については、フィルムの表裏の２次元の寸法に基づいて計算した表面積を便宜的に使用することが可能であり、また、ペレット、粉末、単層繊維、芯鞘繊維、カプセル等については、透過法、気体吸着法、寸法測定による表面積計算により測定した表面積とすることができる。
【００２７】
本発明に使用される緩衝液として、一般にｐＨを安定化する目的で用いられる緩衝液であればとくに限定はされない。このような緩衝液としてはグリシン-塩酸緩衝液、リン酸緩衝液、トリス-塩酸（トリスアミノメタン）緩衝液、2-シクロヘキシルアミノエタンスルホン酸（CHES）緩衝液、酢酸緩衝液、クエン酸緩衝液、クエン酸-リン酸緩衝液、ホウ酸緩衝液、酒石酸緩衝液、グリシン-水酸化ナトリウム緩衝液などが挙げられる。また固体の中和剤でもよく、例えば炭酸カルシウム、キトサン、脱プロトンイオン交換樹脂などが挙げられる。本発明においては、ｐＨ７〜１２の範囲内に緩衝能を有する緩衝液が好ましく、より好ましくはｐＨ８〜１１、さらに好ましくはｐＨ８．５〜１０．５範囲内に緩衝能を有する緩衝液が使用される。本発明においては、トリス-塩酸（トリスアミノメタン）緩衝液及び2-シクロヘキシルアミノエタンスルホン酸（CHES）緩衝液が好ましく、2-シクロヘキシルアミノエタンスルホン酸（CHES）緩衝液が特に好ましい。
【００２８】
緩衝液のｐＨは、使用する酵素の種類等に対応して当業者が適宜決定することができるが、７．５以上であることが好ましく、８．０以上であることがより好ましく、８．５以上、９．０以上、９．５以上、１０．０以上であることが特に好ましい。
また、緩衝液の濃度は当業者が適宜決定することが可能であり、例えば塩濃度として10mM〜200mM、好ましくは50mM〜150mMとした緩衝液を使用することができる。
【００２９】
さらに、生分解性樹脂を緩衝液中で分解する際の時間、温度等の条件は、使用する酵素や生分解性樹脂の種類や量に応じて当業者が適宜決定することが可能である。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
【００３１】
ポリ乳酸フィルムの作製
ポリ乳酸（Natureworks社製）をラボプラストミル（株式会社東洋精機製作所製）を用いて、210℃にて厚さ100μmのポリ乳酸フィルムを製膜した。
【００３２】
使用した生分解性樹脂分解酵素は以下の通りである。
(i) Savinase酵素液
Savinase 16.0L（novozymes社）を用いた。
(ii) Esperase酵素液
Esperase 8.0L（novozymes社）を用いた。
(iii) proK(ProteinaseK)酵素液
Tritirachium album由来ProteinaseK粉末20mgを、50w/w％グリセリンを含む0.05MTris-HCl緩衝液（pH8.0）1mlに溶解させproK(ProteinaseK)酵素液を作成し、用いた。
【００３３】
生分解性フィルムに対する酵素分解試験
Savinase、EsperaseまたはProteinase K酵素液を加え分解液とした100mM CHES緩衝液（pH9.0）30mlに2cm×2cm（120mｇ）に切り出したポリ乳酸フィルムを浸し、45℃100rpmで16時間振とうさせた。16時間後にフィルムを取り出して７０℃で３時間乾燥させ、フィルムの初期重量−分解後重量＝分解量（mｇ）とした。縦軸に分解量（ｍｇ）/初期フィルム表面積（8ｃｍ２）＝単位面積あたりの分解量、横軸に初期酵素濃度（ｍｇ/ｍL）/初期フィルム表面積（８ｃｍ２）＝単位面積当たりの初期酵素添加量とするグラフを作成し、至適濃度の存在する酵素を○、それ以外の酵素をｘとし、至適濃度における分解量を１００％とした時、６０％以上の分解量が見られる濃度を○、６０％未満のものをｘとした。
【００３４】
（実施例１）
Savinase酵素液50μlを加え100mM CHES緩衝液（pH9.0）30mlに2cm×2cm（120mｇ）に切り出したポリ乳酸フィルムを浸し、45℃100rpmで16時間振とうさせた。16時間後にフィルムを取り出して７０℃で３時間で乾燥させ、フィルムの初期重量−分解後重量＝分解量（mｇ）とした。
【００３５】
（実施例２〜６、比較例１〜１８）
実施例１と同様の緩衝液、乳酸フィルム及び分解条件を採用し、下記の表１に示す通りに酵素液及びその量を変動させて酵素分解試験を行った。
各実施例及び比較例の試験条件及び分解試験の結果を以下の表１及び図１〜３に示す。
【００３６】
【表１】
2015067696.tif 000002
【００３７】
図１、２から理解されるように、本願所定の分解酵素であるSavinase 及びEsperase は、単位表面積あたりの酵素濃度を変動させると生分解性樹脂の分解が最大となる至適濃度が存在する。これに対し、図３に示すように、従来の分解方法において主に使用される酵素であるProteinase Kの場合は、生分解性樹脂の分解が最大となる至適濃度は存在しない。また、従来は、至適濃度を有する生分解性樹脂分解酵素を仮に使用した場合であっても、生分解性樹脂の単位表面積当たりの酵素濃度を基準として分解のピークが存在するという認識がなく、高度な分解が得られない酵素濃度条件で分解が行われていた。本発明は、生分解性樹脂を緩衝液中で分解する条件において、所定の酵素が至適濃度を有するという性質を分解率の向上に使用することを見出したものである。
【図１】
2015067696.tif 000003
【図２】
2015067696.tif 000004
【図３】
2015067696.tif 000005